JPH0578106A - 金属及び酸素に関して非常に高い純度レベルを示す単分散で六角形の窒化硼素及びその製造方法 - Google Patents

金属及び酸素に関して非常に高い純度レベルを示す単分散で六角形の窒化硼素及びその製造方法

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JPH0578106A
JPH0578106A JP2406201A JP40620190A JPH0578106A JP H0578106 A JPH0578106 A JP H0578106A JP 2406201 A JP2406201 A JP 2406201A JP 40620190 A JP40620190 A JP 40620190A JP H0578106 A JPH0578106 A JP H0578106A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、六角形の小板の形を取る結
晶化された高純度の窒化硼素の製造と、これらの窒化硼
素の製造を可能にする方法である。 【構成】 本発明は大きくても0.4μmで、少なくと
も99%の純度で、多くても500ppmの金属不純物
及びシリコンしか含有しない、六角形で結晶質の小板に
より構成される窒化硼素に関する。この窒化物は、気相
合成又は液体アンモニアをハロゲン化硼素に反応させて
得られる窒化硼素に、第一は中性雰囲気中で、次いで第
二は真空中で、二重カ焼を行う工程により得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素及び金属不純物に
対して非常に高純度で、六角形で単分散の小板の形を取
る窒化硼素、及びそのような窒化硼素の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】窒化硼素は、産業上多数の用途があり、
耐火物、絶縁体、及び潤滑剤として使用される。挙げた
用途に従って、すなわち、潤滑剤として使用される場
合、六角形の小板により構成される高純度の窒化硼素で
ある事が重要である。単分散でミクロン寸法より小さい
寸法の化合物である事も重要である。
【0003】しかしながら、窒化硼素はまた、製造手順
により異なった形状になり得る。従ってアンモニアをハ
ロゲン化硼素又は水素化硼素に気相反応させることによ
り得られる窒化硼素、及びアンモニアをハロゲン化硼素
に液相反応させて生じる窒化硼素に対しては、過剰量の
酸素を含有し、雰囲気中で高反応性を有する球状粒子の
形を取る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの生成物を結晶
化及び精製する事は非常に困難である。従って、粒子を
非常に組織的でない構造から非常に規則正しい構造に変
化させる必要があり、更に酸素は除去されなければなら
ない。それゆえに、本発明の第一目的は、例えば上記の
合成法のうちの一つから生成された高純度の窒化硼素
を、六角形の小板の形に結晶化させる事により構成され
る。第二目的は、更に微細ミクロ構造を有する窒化硼素
により構成される。最後に最終目的は、これらの窒化硼
素の製造である。
【0005】この目的に対して、本発明の窒化硼素は大
きくても0.4μmの六角形の結晶質のミクロン寸法よ
り小さい小板により構成される。該窒化硼素は、酸素に
対して少なくとも99%の純度であり、多くても500
ppmの金属不純物及びシリコンしか含有しない。
【0006】本発明の窒化硼素の製造工程は、気相合成
又は液体アンモニアをハロゲン化硼素に反応させて生成
される窒化硼素に、第一は中性の限定された雰囲気中
で、そして第二は真空中で、二重カ焼を行うことにより
特徴づけられる。
【0007】本発明の他の利点は、本発明の工程が、窒
化硼素の結晶化を効果的に制御し、同時にまた非常に純
度の高い化合物を生成することである。この工程はま
た、最終化合物を構成する小板が、初めの化合物の球体
と同じ大きさの程度の粒子径を有することができる為
に、単分散化合物を製造することを可能にし、そして粒
子の大きさの成長を任意に制限することを可能にする。
【0008】発明のほかの利点及び特徴は、以下の記載
及びその後に続く例を読むことにより更にはっきりと分
かるであろう。
【0009】
【発明を解決するための手段】本発明の窒化硼素は、微
細ミクロ構造を有する。それは実際に大きくても0.4
μmの六角形で結晶質のμ寸法より小さい大きさの小板
により構成される。本発明の好ましい具体例によれば、
窒化硼素は大きくても0.3μm、好ましくは0.2〜
0.15μmのサイズの小板であり、該サイズはMEB
により決定される。これらの小板はまた、単分散の粒子
の形をとって存在する。本発明の窒化硼素はまた、窒化
硼素が少なくとも99%、好ましくは99.3%である
ので、酸素に対して高純度であることにより特徴づけら
れる。
【0010】本発明の窒化硼素の他の特徴は、シリコン
及び金属不純物(例えばアルカリ金属及びアルカリ土類
金属など)をほとんど含有しないことである。従ってこ
れらの不純物は、多くても500ppm、好ましくは多
くても300ppm及び更に好ましくは多くても200
ppmの含有量である。更に、本発明の窒化硼素は、実
質上炭素がない。用語「炭素がない」は、炭素を多くて
も300ppm、好ましくは多くても100ppm含む
事を意味する。事実、上で述べたように、本発明は、特
に気体又は液体状態のアンモニアをハロゲン化硼素と反
応させて得られる窒化硼素に適用させる。上で述べたも
のと同様な意味で、実質上炭素がない窒化硼素をこれら
の工程で製造できる事は公知である。
【0011】更に、窒化硼素の小板は、Lc値により特徴
づけられ、ここでLcは欠陥が認められないパイルの軸線
に対して垂直な方向の平均距離に相当する。それは結晶
分析により、線(002)の幅が計測される。従って、
六角形で結晶質の窒化硼素の小板は、大きくても350
ÅのLc値を有する。
【0012】最後に、本発明の窒化硼素は、「疎水性」
と呼ぶことができる表面化学を提供する。これらの化合
物は、本質的にpH値により特徴づけられ次の方法で計
測できる。:水−エタノールを各々体積で30と70%
の割合で調製する。この混合物のpH値を炭酸ナトリウ
ムを添加する事により7±1に調整する。次にこの混合
物20cm3 に窒化硼素0.3gを投入する。pH値を
記録して、そこに更に0.5gを添加するが、それはあ
たかも計測を純水中で行ったかのように条件を同じにす
る目的のためである。純水中よりも水−エタノール混合
物中の方が窒化硼素が分散しやすいために水−エタノー
ル混合物が使用される。本発明の窒化硼素は、上の条件
で決定されるが明らかに塩基性のpHを有する。これは
少なくても8、好ましくは8.5の値を意味すると理解
される。
【0013】窒化硼素の製造工程をここに記載する。上
述のとおり、本発明の工程は、二種類の合成タイプから
得られる窒化硼素から出発する。一方、第一のタイプの
合成は、アンモニアを水素化硼素又はハロゲン化硼素と
気相中で反応させることにより行われる。好ましくは一
般にハロゲン化硼素、特に三塩化硼素の使用により提供
される。それはまた、アンモニアをハロゲン化硼素、例
えば三塩化硼素と反応させることからなる液相合成の使
用も可能である。
【0014】一般に第一のタイプの合成は、気相中でア
ンモニアを三塩化硼素に作用させることにより行われ
る。これが一次球状粒子の形をとって非晶質の窒化硼素
になる。更に、本発明の処理がされる前の窒化硼素は、
少なくても5重量%、好ましくは5〜20重量%の酸素
を含有する。好ましくは該酸素は、窒化硼素の粒子上に
均質に分配されなければならない。これらの結果は、自
発的な(例えば、窒化硼素の貯蔵の間に起こる自然酸化
など)又は別個の工程での窒化硼素の空気酸化、あるい
は穏やかな加水分解により得られる。
【0015】第一段階の処理は中性の限定された雰囲気
下で窒化硼素をカ焼することからなる。この段階におい
て、窒化硼素はその見掛け密度が少なくとも0.1g/
cm3 、好ましくは0.2〜0.35g/cm3 の形態
のものが使用される。この見掛け密度は一般に前もって
圧縮することにより得られる。これらの操作はいくつか
の理由により重要である。一方では、窒化硼素粉末の操
作をより容易にすることが可能になる。他方では、より
多くの量の化合物を炉内で処理することができるので工
程の生産性の増加に貢献する。
【0016】中性の雰囲気は、希ガス又は窒素ガスのい
づれかにより形成される。通常は窒素ガス雰囲気が使用
される。ここで用語「限定された雰囲気」は、揮発性の
酸化硼素の放出が遅延される、わずかに補充された雰囲
気を意味すると理解される。言い換えれば、該第一段階
の最後に窒化硼素の酸素含有量が多くても10%である
出発窒素の酸素含有量と著しく異ならない様な条件下で
作用が行われる。実施において、グラファイト容器中に
窒化硼素を密閉することにより適当な雰囲気を得ること
ができる。最後に処理を、好ましくは大気圧に近い圧力
で行う。
【0017】カ焼温度は、一般に1450℃より上であ
る。好ましくは1500〜1800℃であり、更に好ま
しくは1500〜1600℃である。1450℃より下
では、窒化硼素の結晶化、すなわち気相合成から生ずる
粒子の非晶質構造と六角形の小板構造の間の転移を始め
るにはエネルギーが十分ではない。しかしながら、18
00℃を越えると酸化硼素の除去が過剰になり、その結
果、結晶化された生成物が処理の終りにはほとんど得ら
れない。
【0018】第一段階は数時間、例えばおよそ2時間持
続させる。処理温度が高くなるほど、この時間は短くな
る。第二段階のカ焼は、真空中で、好ましくは動的真空
を使用して行われる。例えば、真空値は10〜500P
aである。真空度の関数として変化するカ焼温度は、こ
の段階で酸素の除去ができる十分な温度でなければなら
ない。通常、該温度は少なくとも1500℃、一般に1
500〜2200℃の範囲である。好ましくは、第二段
階のカ焼は、1500〜1800℃で行われる。この第
二段階は、数時間、特に約1時間かかる。この時間はま
た、温度の関数である。
【0019】好ましい具体例に従うと、二種類のカ焼
は、第一段階の終りに、窒素ガスを排気することによる
同じ熱サイクルで実施される。
【0020】具体的で本発明を限定するわけではない例
を挙げる。これらの例に対して、乾燥圧縮又は充填密度
は、以下の方法で計測される。ある量の粉末を計量し、
直径が1cmで長さが10cmの試験管に入れる。試験
管は、超音波振動機で振動が与えられる。粉末が、圧縮
された最小の高さに達したら振動を停止する。圧縮され
た粉末により占められる体積を計測して圧縮密度を決め
る。
【0021】
【実施例】
例1 出発化合物は、アンモニアを三塩化硼素と気相反応させ
て得られた窒化硼素400gにより構成される。窒化硼
素を空気中に保存する間に自然酸化する結果、該窒化硼
素は約9重量%の酸素を含有する。窒化硼素は、前もっ
て圧縮され、0.2g/cm3 の密度の粉末の形を取
る。窒化硼素は、次の熱サイクルでカ焼される:200
℃/hで上昇、次に窒素ガスの雰囲気下に(pN2
8.104 Pa)1500℃で2時間。第二のカ焼は、
真空下で行われ、この操作の終りで化合物は次の特徴を
有する。
【0022】
【表1】 形態 :平均サイズが0.15μmの六角
形の小板(走査電子鏡検法により計測された) 色 :白(窒化硼素に炭素が含まれない
事を意味する) 酸素含有量 :0.6% 比表面積(BET):32m2/g 乾燥圧縮密度 :0.27g/cm3 Lc :315Å La :725Å La値は、グラファイト面の平均直径に対応する。
【0023】化合物は、単分散であり、0.5の画像解
析により計測される変動係数(d16−d84)/2d50
有する。dn は、粒子のn%が該直径より小さいサイズ
を有する直径である。
【0024】例2 例1において使用される出発化合物と同じ窒化硼素が同
じ量使用される。初めに真空処理を受けて、次に例1の
処理と同一の条件下に窒素雰囲気下で処理を受ける。こ
れで、酸素含有量が2.5%の乱層状化合物が生ずる。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年5月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大きくても0.4μm、少なくても99
    %の純度及び多くても500ppmの金属不純物及びシ
    リコンを含有する、六角形で結晶質の小板により構成さ
    れることを特徴とする窒化硼素。
  2. 【請求項2】小板のサイズが大きくても0.3μmであ
    ることを特徴とする請求項1の窒化硼素。
  3. 【請求項3】 酸素に対する純度が低くても99.3%
    であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載
    の窒化硼素。
  4. 【請求項4】 該金属不純物及び該シリコンの含有量が
    多くても300ppmであることを特徴とする請求項1
    〜3のいずれかに記載の窒化硼素。
  5. 【請求項5】 該小板が大きくても350ÅのLc値を有
    することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の
    窒化硼素。
  6. 【請求項6】 該小板が単分散であることを特徴とする
    請求項1〜5のいずれかに記載の窒化硼素。
  7. 【請求項7】 気相合成又は液体アンモニアを水素化硼
    素に反応させて得られる窒化硼素に、第一は中性雰囲気
    中で、次いで第二は真空中で、二重カ焼を行うことを特
    徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の窒化硼素の製
    造方法。
  8. 【請求項8】 該中性雰囲気が窒素ガスの雰囲気である
    ことを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 該第一のカ焼を1450℃より高い温度
    で行うことを特徴とする請求項7〜8のいずれかに記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 該第一のカ焼を1500〜1800℃
    の範囲の温度で行うことを特徴とする請求項7〜9のい
    ずれかに記載の方法。
  11. 【請求項11】 該第二のカ焼を低くても1500℃の
    温度で行うことを特徴とする請求項7〜10のいずれか
    に記載の方法。
  12. 【請求項12】 該第二のカ焼を1500〜2000℃
    の範囲の温度で行うことを特徴とする請求項7〜11の
    いずれかに記載の方法。。
  13. 【請求項13】 アンモニアをハロゲン化硼素に気相反
    応させて得られる窒化硼素に該二重カ焼を行うことを特
    徴とする請求項7〜12のいずれかに記載の方法。
JP2406201A 1989-12-08 1990-12-07 金属及び酸素に関して非常に高い純度レベルを示す単分散で六角形の窒化硼素及びその製造方法 Pending JPH0578106A (ja)

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FR89-16243 1989-12-08

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