JPS6086077A - 立方晶窒化ほう素焼結体製造用複合体及びその製造法 - Google Patents

立方晶窒化ほう素焼結体製造用複合体及びその製造法

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JPS6086077A
JPS6086077A JP59162477A JP16247784A JPS6086077A JP S6086077 A JPS6086077 A JP S6086077A JP 59162477 A JP59162477 A JP 59162477A JP 16247784 A JP16247784 A JP 16247784A JP S6086077 A JPS6086077 A JP S6086077A
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佐藤 忠夫
忠 遠藤
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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】 本発明は窒化はう未焼結複合体及びその製造法に関する
本発明において言う窒化はう未焼結複合体とは、リチウ
ム又はアルカリ土類金属をほう窒化物として、窒化はう
素に拡散担持させたものを言う。
触媒が関与する化学反応を行わしめるに際し、触媒活物
質の有効表面積を拡げ、反応を均一化し、触媒の流出を
防ぎ、また回収率を上げるために、触媒活物質を固体担
体に固定・担持させて用いることが広く行われ、数多く
のものが知られている。
窒化はう素は黒鉛に似た層状構造を持つ化学的に安定な
固体であるが、これを担体として、リチウム又はアルカ
リ土類金属を担持させたものは従従知られていない。
従来(1)立方晶窒化はう素(以下cBNと記載する)
の合成法として、大方晶窒化はう素(以下hBNと記載
する)Kアルカリ金属又はアルカリ土類金属の窒化物あ
るいはほう窒化物を混合し、これを高圧高温下で処理し
て製造する方法が知られている。
まだ(2) cBN焼結体の製法として、hBNにマグ
ネシウムのほう窒化物を混合して高圧高温下で焼結する
方法が本出願人によシ開発された(特願昭57−575
49号)。
これらの方法におけるアルカリ金属又はアルカリ土類金
属のほう窒化物への混合は、従来機械的4手段によって
行われている。機械的混合では、嬬 、フルカリ金属又はアルカリ土類金属のほう窒化物( 粂分散度が高く、また均一分散させることは非常に困難
であり、その上、均一に混合するため、長時間混合する
と、アルカリ金属、アルカリ土類金属のほう窒化物(、
ただし、窒化t1う素マグネシウムを除く)は湿気との
反応性が強く活性を失い易いので得られる物の品質低下
を来す欠点があった。
そのため、高品位のcBNが得られなく、また、CBN
焼結体は透光性のものが得られるが、製品に雲状、点状
のくもシや、黄色の着色が見られる等、良質なものが得
られない欠点があった。
本発明の目的は、機械的の混合によらず、窒化はう素に
リチウム又はアルカリ土類金属のほう窒化物あるいはこ
れらの混合物を均一に分散させたもの及びその製造法を
提供するにある。
本発明者らは、前記目的を達成すべく研究の結果、窒化
はう未焼結体と、リチウム又はアルカリ土類金属、それ
らの窒化物もしくはほう窒化物あるいはこれらの混合物
を接触下又は非接触下で加1[1 1けると、窒化#1う素焼結体中に拡散し、均一に、l
; 外敵されると共に、リチウム又はアルカリ土類金暑 5−桝の115窒化物あるいはこれらの混合物を形成担
持されゐことを知見し得た。この知見に基いて本発明を
完成した。
本発明は窒化tよう未焼結体にリチウム又はアルカリ土
類金属あるいはこれらの混合物をほう窒化物として拡散
担持させたものからなる新しい焼結複合体及びその製造
法にある。
その製造法は窒化はう未焼結体と、リチウム又はアルカ
リ土類金属、それらの窒化物もしくはほう窒化物あるい
はこれらの混合物を接触させて、非酸化雰囲気中で加熱
して、窒化はう未焼結体にリチウム又はアルカリ土類金
属あるいはこれらの混合物を拡散させてそのほう窒化物
として担持させる方法。また、窒化はう未焼結体をるつ
ほに入れ、リチウム又はアルカリ土類金属、それらの窒
化物もしくはほう窒化物あるいはこれらの混合物を非酸
化雰囲気下の加熱によシるつは外からるつは内に拡散さ
せて、窒化はう未焼結体にほう窒化”g + O’L 
+ Ba r Sr等のアルカリ土類金属、それ二I らの窒化物もしくは#1う窒化物あるいはこれらの混合
物を入れ、この中にBN焼結体を埋め込み加熱する。
市販のBNはB2O3等として酸素を数%含有し、これ
がリチウム又はアルカリ土類金属の触媒活性を低下させ
るのでcBN焼結体を得るには十分酸化物を除去して使
用することが好ましい。
BN焼結体も同様に酸素、炭素の不純物を除去して使用
する。例えばBN焼結体を黒鉛発熱体を用いて2100
℃に加熱した後、モリブデン炉で更に同様に加熱するこ
とによって除去し得られる。
また、BN焼結体としては多孔質(例えば気孔率約14
%)の焼結体であること、及びその大きさが余り大きい
とリチウム又祉アルカリ土類金属(以下、代表例として
マグネシウムとして記載する)を内部まで均一に拡散分
散させるのに長時間を要するので、必要最小限の大きさ
であることが望ま:゛6ム(以下その代表としてマグネ
シウムと記載する。)粉末の粒径は、重要な要素ではな
い。しかし大き過ぎると、マグネシウム粒間の隙間が大
きく力るため、BN焼結体中へ浸入する気相成分かるつ
は外への散逸が多くなるので好ましくない。
また微粒すぎると高純度品が得に<<、マグネシウムの
酸化物が悪影響を与えるので、粒径は約1晒程度が望ま
しい。
加熱炉の部材は、マグネシウム、その窒化物もしくはほ
う窒化物と反応を起さないものであればよく、例えμモ
リブデンを発熱体及び断熱材として用いられる。
加熱雰囲気は非酸化性雰囲気であることが必要である。
そうでないと本発明の窒化#1う素焼結複合体は得られ
ない。マグネシウムが金属単体である場合には、窒素又
はアンモニアの雰囲気であることが必要である。
らに1150°Cで5時間保持するとBN複合体が得ら
れる。急激な昇温はマグネシウムの急激な溶融(融点6
50°C)、蒸発(沸点1150℃)をまねき、さらに
は焼結体の表面に緻密な#1う窒化マグネシウム膜を形
成し、内部へのマグネシウムの均一な拡散が阻害される
ので、BN焼結体中にマグネシウムが浸入拡散するに十
分な温度までマグネシウムを安定に存在させておくこと
が望ましい。前記の640°c 、 soo℃での保持
線マグネシウムを窒化物として安定化するためである。
との意味でマグネシウム金属よシも窒化マグネシウム、
#1う窒化マグネシウムとして使用することが好ましい
最終的な加熱温度はBN複合体の使用目的に応じたマグ
ネシウムのほう窒化物の含有量及び濃度分散の均一性を
考慮して選べばよい。通常1000〜1300℃である
。cBN透明焼結体用では、1150°Cで5時間加熱
することによって十分な性能を持つム粉末とを接触させ
て加熱すると、残存する窒化マグネシウム粉末とBN複
合体製品との分離が困難である。このような場合には、
粉末の代シに塊状マグネシウムを用いるかあるいはBN
焼結体をるつほに入れ、これをマグネシウムを入れたる
つは中に入れて前記のように加熱すると、BN複合体の
分離が容易である。BN焼結体を入れるるつばは、マグ
ネシウム等のアルカリ土類金属又はリチウムやBNと反
応しfcシ、あるいは加熱により分解して障害とならな
いものであることが必要である。そのるつは壁は多孔質
でマグネシウム等が拡散し易いものが望ましく、例えは
BN焼結体るつぼ、モリブデン等の金属るつほが使用さ
れる。
BN焼結体るつぼは窒化マグネシウムと反応して一部は
う窒化マグネシウムとなるが、るつほの形態を失わない
ので、その機能を損われることはなこの方法では直接接
触させる方法に較べて、マグネシウム等の濃度分布の均
一なものが得られ、特に低濃度に分布させる場合に有利
である。
マグネシウム以外のアルカリ土類金属及びリチウムを使
用する場合もほぼ同様にしてBN複合体が得られるが、
各元素の融点、沸点、反応性などを考慮することがよい
。例えばリチウムは融点が179℃と低く、反応性が強
く取扱いが困難であるため、窒化リチウム又は會1う窒
化リチウムとじて使用することが好ましい。Oa 、 
Ba 、 Srににおいても同様である。
BN複合体中におけるリチウム又はアルカリ土類金属の
担持形態は、主にMg5BJ + Mg3B2N4 +
0eL5B2N4 + Ba、B2N415r3B2N
41 Li3BN2等の#なう窒化物として担持される
本発明のBN複合体は、CB1合成原料、 cBN焼結
体の原料とするときは、優れたものが得られ、ける光の
透過率は第1図の通9であった。
図において、1の曲線は本発明の複合体を使用して得ら
れたcBN焼結体の光透過率を示し、2の曲線は機械的
に混合したものを使用して得られたcBN焼結体の光透
過率を示す。すなわち、(1)が可視部で(2)の約4
倍もよくなっている。
実施例1゜ モリブデン製るつぼに、マグネシウム粒状粉末を入れ、
その中にBN焼結体片(5−φ、厚さ1覇)を数十個埋
込み、高周波加熱炉にセットした。
炉内を真空排気した後、窒素ガスを送入して窒素ガス雰
囲気とした。炉内温度を徐々に昇温して640℃で2時
間保持した後、800℃で2時間保持し、更に1150
℃に昇温して5時間保持した。
その後室温に冷却した後BN焼結体片を取シ出して周囲
に付着した窒化マグネシウム粉末を取シ除いた。得られ
た含マグネシウムBN複合体は厚ことがEPMA分析に
よって確認され、X線回折によりMgははう窒化マグネ
シウムとして検出された。
実施例2゜ マグネシウム粒状粉末の代シに窒化マグネシウム粒状粉
末を用いて実施例1と同様な試料構成にて加熱した。昇
温は徐々に行い、1150℃で5時間保持し、実施例1
と同様にしてBN複合体を製造した。得られたBN複合
体は実施例1のものとほぼ同様なものであった。
実施例3゜ BN粉末及びBN焼結体を入れ九BNるつほを、モリブ
デン製るつぼに入れた窒化マグネシウム粉中に埋込み、
1200℃で5時間窒素気流中で加熱した。得られ九B
N複合体中には約0.2重量%のマグネシウムが含まれ
ていた。この方法によるときは実施例1及び実施例2に
おけるよりなりN複マグネシウム粉末を入れたモリブデ
ン製るつは中に入れ、ふたをした後、実施例3と同様に
加熱することによりBN複合体を得た。
前記実施例1〜4によって得られ九BN複合体をモリブ
デン製容器に入れ、ベルト型高圧装置を使用して5.7
 GPa、1550℃の条件下で約30分間保持した後
、急冷して取出した。モリブデン製容器を熱王水による
処理によって除去し、緻密体を得た。これは無色透羽で
、その表面及び破断面について化学的分析を行った結果
、不純物を含まないCBN単−相であることが実証され
た。密度は理論値と一致し、微小押込み硬さは5700
 K9/mn’以上の高い値であった。この緻密体の可
視紫外領域(250〜800μm)の透過率はいずれも
第1図の1曲線に示す優れたものであった。
実施例5゜ 体が得られた。
とのBN焼結体を前記と同様なベルト型高圧装置を使用
して、5.2 GPa 、1510℃で1時間保持し、
前記と同様にして緻密体を得た。この緻密体は淡緑物ま
たは淡黄色に着色した透光性のcBN緻密体であった。
微少押込み硬さは約6400に97m2と極めて高い値
を示した。
【図面の簡単な説明】
第1図はhBN粉末と窒化マグネシウムとを機械的に混
合したものと本発明の方法で得られだほう窒化マグネシ
ウムを拡散担持したBN複合体を使用して得られたcB
N焼結体の光透過率を示すものである。 1の曲線は本発明の複合体の場合、 2の曲線はBN粉末とほう窒化マグネシウムとを機械的
に混合した場合を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t 窒化はう未焼結体にリチウム又はアルカリ土類金属
    をほう窒化物として拡散担持せしめたものからなる窒化
    はう未焼結複合体。 2、 窒化はう未焼結体と、リチウム又はアルカリ土類
    金属、それらの窒化物もしくはほう窒化物あるいはこれ
    らの混合物を接触下、非酸化雰囲気中で加熱して、窒化
    はう未焼結体にリチウム又はアルカリ土類金属あるいは
    これらの混合物をはう窒化物として拡散担持させること
    を特徴とする窒化#1う未焼結複合体の製造法。 3、 窒化t1う未焼結体をるつぼに入れ、リチウム又
    はアルカリ土類金属、それらの窒化物もしくはほう窒化
    物あるいはこれらの混合物を非酸化雰囲気下の加熱にょ
    シるっは外がらるつは内に拡散させて、窒化はう未焼結
    体にほう窒化物として担持させることを特徴とする窒化
    #1う未焼結複合体の製造法。
JP59162477A 1984-07-31 1984-07-31 立方晶窒化ほう素焼結体製造用複合体及びその製造法 Granted JPS6086077A (ja)

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