JPH1160215A - 高充填性窒化ホウ素粉末造粒物及びその製造方法並びに等方性窒化ホウ素成形体の製造方法 - Google Patents

高充填性窒化ホウ素粉末造粒物及びその製造方法並びに等方性窒化ホウ素成形体の製造方法

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JPH1160215A
JPH1160215A JP22200397A JP22200397A JPH1160215A JP H1160215 A JPH1160215 A JP H1160215A JP 22200397 A JP22200397 A JP 22200397A JP 22200397 A JP22200397 A JP 22200397A JP H1160215 A JPH1160215 A JP H1160215A
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boron nitride
nitride powder
powder
hexagonal boron
particle diameter
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JP22200397A
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Haruyoshi Kuwabara
治由 桑原
Takaaki Nagao
貴章 長尾
Toshihiko Shindo
敏彦 進藤
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 タップ密度が0.5g/cm3以上であ
る六方晶窒化ホウ素粉末を造粒することによって得られ
た造粒物。 【効果】 本発明によれば、等方的なBN成形体を効率
よく簡便に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、等方性の窒化ホウ
素成形体を製造するのに有利な高充填性窒化ホウ素粉末
造粒物及びその製造方法並びにこの窒化ホウ素粉末造粒
物を用いた等方性窒化ホウ素粉末造粒物の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】窒化ホ
ウ素(以下、BNと記す)成形体は、熱膨張率が小さ
く、耐熱衝撃性に優れ、不活性雰囲気下では2200℃
まで安定である上、電気絶縁性、耐電圧特性に優れてい
ること、更には潤滑性、放熱性、離型性がよいこと等、
他のセラミックスにはみられない特色を有しているた
め、種々の用途に用いられている。
【0003】この場合、BNは難焼結性であるため、一
般的には熱間加圧成形(ホットプレス)法でインゴット
を製造し、そこから各種製品に切り出し、加工すること
が行われている。
【0004】しかしながら、ホットプレス成形用の原料
BN粉末は六方晶の薄片状結晶であり、これをそのまま
黒鉛ダイスに仕込み、ホットプレスを行うと、BN粉末
が配向し、プレス方向とプレス方向に対して垂直な方向
で特性が大きく異なる異方性のインゴットになってしま
う。
【0005】そこで、等方性のインゴットを得るため、
原料粉末を等方圧加圧した予備成形体をそのまま、ある
いは、その成形体を一旦解砕し、粒子がランダムに配向
した凝集物を形状、大きさの異なる黒鉛ダイスに再度充
填し直してホットプレスしたり、一軸加圧した予備成形
体を加圧方向を変えてホットプレスするなどの工夫がな
されている。
【0006】しかしながら、上記方法は、予備成形体を
黒鉛ダイスに仕込む場合は空隙が生じないように設置し
なければならなかったり、予備成形体を解砕後黒鉛ダイ
スに仕込む場合は原料調製の上で工程が増え、かつ粉塵
が舞う等の作業環境上の問題があった。
【0007】また、直接熱間等方加圧(HIP)により
等方性BN成形体を製造することもできるが、この方法
は大型化に制限があったり、コスト高になる等の問題が
ある。
【0008】更には、BN粉末をスラリー化してスプレ
ードライ乾燥したり、バインダーを添加して造粒した原
料を用いてホットプレスすることも考えられるが、この
方法はコストが高く、不純物混入の問題もあり、好まし
いものではない。
【0009】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
より等方的なBN成形体を効率よく簡便に製造すること
ができる高充填性窒化ホウ素粉末造粒物及びその製造方
法並びに等方性窒化ホウ素成形体の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、窒化ホウ素粉末を乾式微粉砕することにより、タッ
プ密度が0.5g/cm3以上の六方晶窒化ホウ素粉
末、特にブロードな粒度分布をもつ六方晶窒化ホウ素粉
末が得られると共に、これを造粒することによって得ら
れたタップ密度が0.5g/cm3以上の窒化ホウ素粉
末造粒物をホットプレス成形することにより、より等方
的なBN成形体を簡便に製造し得ることを知見し、本発
明をなすに至った。
【0011】即ち、本発明は、 (1)タップ密度が0.5g/cm3以上である六方晶
窒化ホウ素粉末を造粒することによって得られた造粒物 (2)重量累積で10%の粒子径が2μm以下、重量累
積で90%の粒子径が9μm以上であり、BET比表面
積が10m2/g以上である六方晶窒化ホウ素粉末を造
粒することによって得られたことを特徴とする上記
(1)記載の六方晶窒化ホウ素粉末造粒物 (3)窒化ホウ素粉末を乾式微粉砕し、タップ密度が
0.5g/cm3以上の六方晶窒化ホウ素粉末を得ると
共に、この六方晶窒化ホウ素粉末を造粒し、乾燥するこ
とを特徴とする六方晶窒化ホウ素粉末造粒物の製造方法 (4)六方晶窒化ホウ素粉末が重量累積で10%の粒子
径が2μm以下、重量累積で90%の粒子径が9μm以
上、かつBET比表面積が10m2/g以上のものであ
る上記(3)記載の製造方法 (5)上記(1)又は(2)記載の造粒物を用い、ホッ
トプレス成形することを特徴とする等方性窒化ホウ素成
形体の製造方法 を提供する。
【0012】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の六方晶窒化ホウ素粉末造粒物は、タップ密度が
0.5g/cm3以上、特に0.6g/cm3以上であ
り、好ましくは、重量累積で10%の粒子径が2μm以
下、重量累積で90%の粒子径が9μm以上、かつBE
T比表面積が10m2/g以上の高充填性六方晶BN微
粉末を造粒することによって得られたものである。ここ
で、タップ密度とは100cm3の金属製円筒容器に粉
末を入れ、高さ2cmより自然落下を180回繰り返し
た後の粉末のかさ密度をいう。
【0013】本発明で使用する高充填性六方晶BN微粉
末は、上述したように、タップ密度が0.5g/cm3
以上、好ましくは0.6g/cm3以上であり、このよ
うな高充填性六方晶BN微粉末を得る原料のBN粉末と
しては、特に制限はないが、例えば還元窒化法によって
得られた六方晶BN粉末をボールを媒体とした乾式撹拌
粉砕機を用いて粉砕することによって得ることができ
る。
【0014】窒化反応により得られたBN粉末を解砕
後、湿式撹拌粉砕機により粉砕して微粉末とすると、こ
の微粉末は一般にタップ密度が0.5g/cm3未満と
充填性が悪く、ホットプレス後の成形体も鱗片状粒子の
配向による異方性が発現し好ましくない。
【0015】本発明の六方晶BN粉末造粒物は、上記の
ように鱗片状粒子を含むBN粉末を乾式微粉砕機により
微粉砕し、得られたタップ密度が0.5g/cm3以上
の微粉末に液体(例えば水やアルコール)を添加し、造
粒することにより得ることができる。ここで、乾式微粉
砕機としては、例えばローラミル、ボールミル等の媒体
式、ジェットミル粉砕機、圧縮摩砕式粉砕機等が挙げら
れるが、特に鱗片状粒子のアスペクト比を小さくするよ
うに粉砕できるものとして、ボールを媒体(メディア)
とした乾式撹拌粉砕機、例えば乾式アトライター等が好
適に用いられる。この乾式アトライターは固定された粉
砕タンクの中に小径のボールと被処理物を入れ、撹拌
棒、回転ディスク等により強制的に撹拌することにより
粉砕を行うもので、図1に示す構造のものが例示され
る。
【0016】図1の乾式アトライター1は、横型円筒状
粉砕タンク2内に軸方向に沿ってメディアを撹拌するた
めの撹拌棒3を多数突設した棒状回転アーム4が組み込
まれ、タンク2内に充填されたボール5を強制的に撹拌
するものである。原料のBN粉末はタンク2の一端側
(入口側)の原料投入口6からタンク2内に投入され、
ボール5により微粉砕されてタンク2の他端側(出口
側)の製品取出口7から排出される。この際、必要によ
り入口側に設けられた窒素ガス導入管8より窒素ガスを
タンク2内に流しながら粉砕を行うこともできる。なお
図中9はスクリーンである。また、上記乾式アトライタ
ーは縦型やバッチ式とすることもできる。媒体として用
いるボールは金属製、セラミックス製等の耐摩耗性、耐
熱性の高硬度のものが用いられ、鉄製、アルミナ、ジル
コニア製のボールなどが例示される。このようにして得
られたBN粉末は微粉であり、上記方法によりタップ密
度が0.5g/cm3以上の高充填性のBN粉末を得る
ことができる。
【0017】また、得られたBN粉末は、BET比表面
積が10m2/g以上、特に12m2/g以上であること
が好ましく、10m2/g未満では成形体密度が低くな
り、強度が劣化する。また、粒子径も累積重量で10%
の粒子径が2μm以下かつ90%の粒子径が9μm以上
のようなブロードな粒度分布をもつことが好適である。
これにより、成形体にする際、充填性を良くするだけで
なく、ホットプレス過程での粒子の動きを止め、配向を
無くすことが可能となる。更に酸素含有量は2重量%以
下、特に1.5重量%以下とすることが好ましく、2重
量%を超えると成形体中の酸素が増加し、セラミックス
焼成治具として用いる際には、被焼成物に悪影響を及ぼ
すおそれがある。なおまた、炭素含有量は0.5重量%
以下、特に0.3重量%以下とすることが好ましく、
0.5重量%を超えると成形体の色調が悪化するだけで
なく、物性特に絶縁性が劣化するおそれがある。炭素以
外の金属不純物、例えば鉄、アルミニウム、カルシウム
等の合計量は0.1重量%以下、特に0.05重量%以
下とすることが好ましく、0.1重量%をを超えるとや
はり成形体の絶縁性が低下する場合がある。
【0018】一方、上記BN粉末の造粒は、例えば押し
出し造粒機、撹拌造粒機、スプレードライヤーなどが挙
げられるが、造粒物の充填度を上げるには、押し出し造
粒機を用いることが好ましい。この造粒機は、二軸のス
クリューで液体との混練も兼ね、この混練物を0.5〜
1mm径の目をもつスクリーンから押し出す機構のもの
である。
【0019】得られた造粒物は、100〜500℃で1
〜5時間乾燥し、ホットプレスの原料となる。この造粒
物のタップ密度は0.5g/cm3以上であれば、単純
なかさ密度でも0.4g/cm3を下ることはない。
【0020】本発明においては、このようにして得られ
た造粒物を黒鉛ダイス等に充填し、ホットプレスする。
このホットプレス成形は常法によって行うことができる
が、ホットプレス条件は、窒素等の不活性ガス雰囲気
下、1800〜2100℃、100〜250kg/cm
2であることが好ましい。
【0021】なおこの場合、必要に応じて最初の原料B
N粉末又は造粒物原料中にホウ酸やアルカリ土類金属酸
化物等の焼成助剤や他のセラミックス原料などを添加し
てもよい。
【0022】以上の方法により得られたホットプレス成
形体(インゴット)は、常法に従い、各種製品に切り出
し、加工することができるが、本発明により得られたホ
ットプレス成形体(インゴット)は十分な等方性を有す
るので、種々の用途により有効に使用することができ
る。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、等方的なBN成形体を
効率よく簡便に製造することができる。
【0024】
【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるも
のではない。
【0025】〔実施例1〕平均粒径6.53μm、BE
T比表面積が2.4m2/g、純度が99.8%のBN
粉末を図1に示す乾式アトライターを用い、ジルコニア
製ボール(直径5mm)をメディアとして用い、滞留時
間を3時間として粉砕を行った。
【0026】得られたBN微粉末は、重量累積が10%
の粒子径で1.35μm、重量累積が90%の粒子径で
10.77μm、BET比表面積が15.9m2/gで
あり、タップ密度は0.68g/cm3であった。
【0027】上記粉末は、カルシウム換算で2%(外掛
け)の水酸化カルシウムとアルミナ製のポットとボール
を用いて混合し、この混合物に水を33%含有させ、二
軸の押し出し造粒機にて0.5mm径のメッシュより押
し出し造粒し、乾燥した。ここで得られた造粒物のタッ
プ密度は、0.79g/cm3であった。
【0028】なお、タップ密度はホソカワミクロン
(株)製のパウダーテスターを用い、100cm3の金
属製の円筒状の容器に粉末を入れ、高さ2cmより容器
と共に180回自然落下を繰り返した後、円筒状容器上
面の余分な粉をブレードですり切り、重量を測定して求
めた。
【0029】得られた造粒物は、2000℃、200k
g/cm2でホットプレスした。得られたインゴットの
プレス方向とプレス方向に対して垂直方向との物性を測
定し、測定値の比で異方性を判定した。結果を表1,2
に示す。
【0030】〔実施例2〕平均粒径6.53μm、BE
T比表面積が2.4m2/g、純度が99.8%のBN
粉末を図1に示す乾式アトライターを用い、ジルコニア
製ボール(直径5mm)をメディアとして用い、滞留時
間を2時間として粉砕を行った。
【0031】得られたBN微粉末は、重量累積が10%
の粒子径で1.48μm、重量累積が90%の粒子径で
11.41μm、BET比表面積が13.2m2/gで
あり、タップ密度は0.52g/cm3であった。
【0032】上記粉末は、カルシウム換算で2%(外掛
け)の水酸化カルシウムとアルミナ製のポットとボール
を用いて混合し、この混合物に水を33%含有させ、二
軸の押し出し造粒機にて0.5mm径のメッシュより押
し出し造粒し、乾燥した。ここで得られた造粒物のタッ
プ密度は、0.60g/cm3であった。
【0033】得られた造粒物を実施例1と同様にしてホ
ットプレスし、その物性を測定した。結果を表1,2に
示す。
【0034】〔比較例1〜4〕比較のため乾式アトライ
ターによる粉砕を行わないもの(ジェットミル粉砕,湿
式粉砕)及び乾式アトライターで粉砕したが、BET比
表面積で10m2/gに及ばなかったものの測定を行っ
た。結果を表1,2に示す。
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用できる乾式アトライターの概略図
である。
【符号の説明】
1 乾式アトライター 2 タンク 3 撹拌棒 4 棒状回転アーム 5 ボール 6 投入口 7 取出口 8 窒素ガス導入管 9 スクリーン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タップ密度が0.5g/cm3以上であ
    る六方晶窒化ホウ素粉末を造粒することによって得られ
    た造粒物。
  2. 【請求項2】 重量累積で10%の粒子径が2μm以
    下、重量累積で90%の粒子径が9μm以上であり、B
    ET比表面積が10m2/g以上である六方晶窒化ホウ
    素粉末を造粒することによって得られたことを特徴とす
    る請求項1記載の六方晶窒化ホウ素粉末造粒物。
  3. 【請求項3】 窒化ホウ素粉末を乾式微粉砕し、タップ
    密度が0.5g/cm3以上の六方晶窒化ホウ素粉末を
    得ると共に、この六方晶窒化ホウ素粉末を造粒し、乾燥
    することを特徴とする六方晶窒化ホウ素粉末造粒物の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 六方晶窒化ホウ素粉末が重量累積で10
    %の粒子径が2μm以下、重量累積で90%の粒子径が
    9μm以上、かつBET比表面積が10m2/g以上の
    ものである請求項3記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2記載の造粒物を用い、ホ
    ットプレス成形することを特徴とする等方性窒化ホウ素
    成形体の製造方法。
JP22200397A 1997-08-04 1997-08-04 高充填性窒化ホウ素粉末造粒物及びその製造方法並びに等方性窒化ホウ素成形体の製造方法 Pending JPH1160215A (ja)

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