JPS5973411A - 立方晶窒化ホウ素の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な触媒を使用して六方晶窒化ホウ素（以下
ＨＢＮという）から立方晶窒化ホウ素（以下ＯＢＮとい
う）を製造する方法に関する。

周知のようにＯＢＮはダイヤモンドに近い璽適を有し、
じかも化学的安定性の点ではダイヤモンドより世れてい
るため、研削材料（砥粒）とじての需要が増大しつつあ
る。

上記のとときＯＢＮの工業的な製造方法としては、ＨＢ
Ｎの粉末と触媒粉末とを混合し、これを４０〜６０ｋｂ
ａｒ程度の高圧力、１，４００〜１，６００℃程度の高
温で処理して、ＨＢＮを０ＢＮＫ変換する方法が一般的
である。このような方法に使用される触媒としては、ア
ルカリ金鴇もしくはアルカリ土類金属の窒化物、または
アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属とｓｌ素および
ホウ素からなる窒化ホウ素系３元化合物例えば０ａ５Ｂ
２Ｎ４やＬｉ５８Ｎ２等が知られている。このような方
法は、六方晶窒化ホウ素を触媒融液へ溶は込ませ、合成
条件下での共晶融体への溶解度がＨＢＮよｐＯＢＮの方
が小さいことを利用して０ＢＮＩ析出させるものである
。

ところで研削材料（砥粒）としては、機械的強度、特に
破壊強度が高いことが必要であシ・また強度に関連して
粒子の形状性が良好なこと、すなわち扁平な形状であっ
たり鋭角状の形状、であったすせずに可及的に球体に近
い形状であること、あ。

るいは表面の凹凸が少ないこと等が要求される。

しかるに前述の如く窒化物（２元化合物）や窒化ホウ素
糸３元化合物を触媒として用いた従来の立方晶窒化ホウ
素製造方法においては、必ずしも充分な機械的強度、良
好な形状性を有する０ＩＩＩＮを得ることができるとは
限らないのが実情である。

すなわち従来の触媒を用いた方法では、製造条件の制御
等を相当に精密かつ複雑にしなければ強度改善や形状性
改善がなされないのが実情である。

そこで本発明者等はＯＢＮの強度改善、形状性改善を図
る方法を確立すべく鋭意実験・研究を行ない、新規な触
媒を開発し、これを用いることにより、収率が高く、強
度、形状等の優れたＯＢＮの製造に成功したものでちる
。

この新規な触媒はＬ＋５Ｎ　：Ｘ　：　ＩＩ　Ｎをモル
比で（１〜１．４）：（１〜１．４）：３の割合に配合
し、Ｎ２もしくはＡｒ等の不活性雰囲気下、７００〜１
，２００℃で加熱して得られるものである。上記でＸは
“Ｂｅ、Ｉη、Ｏａ＋Ｓｒ、Ｂａの夫々の窒化物から選
ばれた２種以上の混合物である。混合割合は特に制限な
いが、各成分が１０％以上であることが好ましい。

この加熱処理によって生成する物質の構造等は明らかで
はない。しかし単なる混合物ではないと考えられる。な
ぜならこれらの混合物を加熱処理することなく触媒に用
い、Ｃ１・ＢＮを製造した場合とこの生成物を触媒とし
た場合とでは効果が異なるからである。

一本発明者に先にＸとして上記窒化物の１種を用いるも
のについては特許出願したが、その後の研究により、２
徨以上の場合も同様の効果があることがわかったばかり
でなく、２棟以上の場合の方が触媒の生成温度が多少低
くなることがわかった。

上記の処理において７００℃未満では加熱の効果が現わ
れない。また１、２００℃を越えると、蒸発が激しく生
成物の分解が起っていると考えられる。

加熱時間は２０〜６０分程度あれば充分である。

上記の温度範囲で混合物は発熱しながら溶融する。

これらの点から混合物の加熱により　１１’ｊらかの化
合物が生成したものと推測される。なお、前記でモル比
を特定した理由は、この割合に混合加熱した嚇合が、触
媒としてその効果が犬となるからである。

溶融物は不活性ガス中雰囲気中で冷却装置させ、１５０
メノンユ以下程度に粉砕し、触媒として用いる。

次に前述のようにして得られた触媒を用いて立方晶窒化
ホウ素を製造する方法を説明する。

先ず六方晶窒化ホウ素の望ましくは１５０メツシー以下
の粉末１００重量部に対し９、触媒として前記生成物の
望ましくは１５０メツシユ以下の粉末５〜５０重量部、
皇ましくけ１０〜３０重量部を配合し、均一に混合して
圧粉成形する。あるいはまた六方晶窒化ホウ素の粉末お
よび上述の触媒粉本を、それぞれ各別に薄い板状に圧粉
成形し、これらを前述の配合比で交互に積層する。この
ようにして倚られた混合圧粉成形体もしくは積層体に対
しＣＢ　Ｎの熱力学的安定領域、好ましくは１．３００
〜１．６００℃の高温下で４０〜６０ｋｂａｒの高圧を
カロえ、５分〜４０分保持する。斯くすれば立方晶窒化
ホウ素の結晶粒が得られる。なおこれらの温度、圧力、
保持時間は従来と同様である。

上述のように高温・高圧を与える手段としては徨々考え
られるが、例えば第１図に示すような反応容器に前記混
合圧粉成形体もしくは積層体を収容し、通電するととも
にプ１イ・スにて加圧すれば良い。第１図において、容
器外壁１は伝圧体としてのパイロフィライトによって円
筒状に作られ、その内側には黒鉛円筒体からなるヒータ
ー２および隔壁材としてパイロフィライト８が配設され
ている。また容器の上下端にはそれぞれ通電用鋼製リン
グｑおよび通′厄用鋼板４が配設され、その内側には焼
結アルミナ板５および伝圧体としてのノくイロフィライ
ト６が配設され、そしてその、ノくイロフィライト６お
よび隔壁材としてのノくイロフイライト８によって取囲
まれる空間が反応原料を収容する収容室７となっている
。

以下に本発明の触媒を用いて立方晶窒素ホウ素を製造し
た実施例および比較例を示す。

実施例１〜１０ それぞれ１５０メツシユ以下に粉砕した化合物を第１表
に示す割合に混合し、白金容器に収容してＮ２ガス’ｒ
：８１／分の流量で流しながら電気炉にて加熱昇温させ
、同表に示す条件下に保持した。反応生成物ｔＮ２ガス
気流中にて電気炉内で冷却し、その後Ｎ２ガス雰囲気中
で１５０メツシユ以下に粉砕した。

第　　１　　表 上記各実施例によって得られた１５０メソシユリ。

下の粉末と１５０メツシユ以下のＩＩ　Ｂ　Ｎ粉末とを
窒素雰囲気中にて均一に混合し、面圧カフ００　Ｋｇ　
／　Ｃｄで外径２０．＋ｌ＋１１、長さ２０−の円柱状
に成形し、第１図に示す容器内に収容し１．高圧ブレス
にて処理し、ＯＢＮを生成させた。

なお、比較のため、実施例１に用いた各粉末（比較例１
）と実施例８に用いた粉末（比較例８）を予め焼成せず
、各実施例と同じモル比で単に混合したものを夫々触媒
にして実施列と同様にＯＢＮの製造を行なったＯ これらの実施例及び比較例の各条件及び結果を第２表に
示す。

第　　２　　表 なお、第２表中、破壊試験は次のようにして行なったも
のである。すなわちＷＯ−Ｃｏ製の直径１０朧の上下の
シリンダの下部シリンダ上に直径１００〜１５０μｍの
サンプル粒を１個置き、上部のシリンダを直流モータ駆
動により降下させた。そして上部／リンダが下部ンリン
グ上のサンプル粒に接触する位置を電気的に検出し、こ
れに対応する上下／リンダの表面間の距ｓｔ　Ｄを求め
てこれを粒の直径とした。さらに荷Ｎを増して行き、粒
が破壊する総荷重Ｗ°から、周知のように次の（１）式
６式％（１） により粒の破壊強度σｔを求めた。但し実際にはそれぞ
れ５０サンプルについて上述のような試験を行ない、Ｄ
の平均値および・Ｗの平均値を求め、（１）式から平均
破壊強度を算出した。なお（１）式は、例えば「理化学
研究所報告Ｖｏｌ　３９　、Ｎ［Ｌ６Ｊ　（昭和３８年
発行）、第３１０頁に吉川弘之によって明らかにされて
いる。

また表中、収率は配合したＨＢＮ　（触媒は除く）に対
して生成した０　１３　Ｎの比である。

上記実施例及び比較例で得られたＯＢＮ粒の代表例につ
いて電子顕微鏡写真を示す。倍率は夫々１００倍である
。第２図は実施例１のもの、第３図は比較例１のもので
ある。他の実施例、比較例に・ついても同様であった。

この写真かられかるように本発明によるＯＢＮは全体と
して球形に近く、しかも表面に微細な凹凸が少なく滑ら
かな形状をしていることがわかる。

さらに本発明によれば０１３　Ｎの収率を上げることが
できる外、以下のような効果がある。触媒組成物は予じ
め焼成されているので、ＯＢ　Ｎ生成の高温高圧処理時
間が短縮でき、その公金型が高温高圧に曝されている時
間が短かくなるため金型の寿命が姑びる。Ｉ、１５Ｎ、
Ｍｆ６Ｎ２　　等は予じめＢ　、Ｎと混合し、処理され
ているので、この間に反応が起っていると考えられ、Ｏ
ＢＮ生成中にこの反応がる。予じめ焼成された触媒は安
定な組織が出来ると思われ、従来窒業等の雰囲気ボック
ス中でしか扱えなかったものが大気中で充分安定である
ため保管、取扱が極めて容易になり、Ｏｒ３　Ｎ製造に
おける丹現性がよくなる。

参考例 前記実施例と比較例によって得られた砥粒の代表例につ
いての研削試験を次に示す。

粒度はＪＩＳ規格の＄　１２０７１４０を用い、常法に
従って電着砥石を製造した。砥石仕様、研削条件は以下
の通り。

研削方式　　湿式平面研削（トラバースカット） 砥石仕様　ＩＡＩ　１８０ＤＸ　１０ＴＸ　３ＸＸ　７
６．２１−１粒　　　度　　　　＃　１２０　／　　１
４０集中度　１００ 砥石周速　　１５００ｍ／分 テーブル 送り　　１５ｍ／分 クロス送９２ｍｍ／パス 切　　　込　　　　２０　μ／ノくス 研　削　液　　ソリュブルタイプ 被剛材　Ｓ　Ｋ　ＩＩ　−５７（ＩＩＦＬＣ＝　６２　
）結果は次の通り 実施例１　　比較例１ 研削比　　　６３０　　　　４００

【図面の簡単な説明】

第１図はＯＢＮ’ｉ製造する際に使用される反応容器の
一例を示す縦断面図、第２図はこの発明の実施例１によ
って得られたＯＢＮ粒の顕微鏡拡大写真（１００倍）、
第３図は比較例１によって得られたＯ　Ｉｊ　Ｎ粒の顕
微鏡拡大写真（１００倍）である。 ■・・・・容器外壁、２・・・・・・ヒーター、３・・
・・・・通電用鋼板リング、４・・・・・・通電用鋼板
、５・・・・・・アルミナ板、７・・・・・・原料収容
室 出願人　昭和電工株式会社 代理人　　　菊　　地　　精　　− 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 六方晶窒化ホウ素と触媒とを併存させた状態で立方晶窒
   化ホウ素が熱力学的に安定である高温、高圧領域に保持
   して立方晶窒化ホ、つ素を合成するに当り、前記触媒と
   してＬｉ３Ｎ：Ｘ’：ＢＮをモル比で（１〜１．４）：
   （１〜１．４）λζ３で配合し、予じめ７００℃〜１，
   ２００℃の不活性雰囲気中で焼成したものを用いること
   を特徴とする立方晶窒化ホウ１素の製造法（上記でＸは
   Ｂｅ　ｓ　ＭＷ　ｓ　Ｏａ　％　８　ｒ　％Ｂａの夫々
   の窒化物から選ばれた２種以上の混合物）。