JPS61256905A - 高純度六方晶窒化硼素微粉末の製造方法 - Google Patents

高純度六方晶窒化硼素微粉末の製造方法

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JPS61256905A
JPS61256905A JP9811385A JP9811385A JPS61256905A JP S61256905 A JPS61256905 A JP S61256905A JP 9811385 A JP9811385 A JP 9811385A JP 9811385 A JP9811385 A JP 9811385A JP S61256905 A JPS61256905 A JP S61256905A
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高純度で均一かつ微細な粒子径を有する六方
晶窒化硼素微粉末およびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
大方晶窒化硼素(以下、h−BNと記す)は耐熱性、潤
滑性、電気絶縁性、および熱伝導性などに優れた特性を
持つ高温材料である。それ故にh−BNはこれらの緒特
性を生かし、−粉末では固体潤滑材、離型剤などに用い
られ、焼結体では溶解用るつぼ、電気絶縁材料、電子材
料など、多岐の用途に供されている。
ところでh−BN粉末を工業的に製造する方法としては
、公知なものとして硼酸、硼砂などの硼素化合物とメラ
ミン、尿素、ジシアンジアミド等の窒素を含む無機ある
いは有機化合物との混合物を、アンモニアガス気流中で
800℃以上に加熱して還元窒化する方法が挙げられる
。(特公昭38−1610、同45−36213または
特開昭47−27200) このようにして得られたh−BN粉末は純度が70〜9
0重量%程度のいわゆる粗製の状態であり、また粉末X
線回折法により求めた結晶子の大きさくLc)が100
λ以下の乱層結晶構造を有する低結晶性のものである。
さらにこの粉末の粒子径は通常、(L14m以下の非常
に微細なものである。しかしながらこのような粗製h−
BN粉末はそのままでは本来の特性が得られないことか
ら、その粗製粉末を高純度化するための処理を行なう必
要がある。
上述のように粗製h−BN粉末から純度98重量%以上
の高純度h−BN粉末を得るための従来の方法としては
、その粗製h−BN粉末を窒素。
アルゴンガス等の非酸化性ガス気流中において1700
〜2100℃で加熱処理することによって、粗製h−B
N中に含有されていると考えられる酸化硼素を主体とす
る不純物を揮発除去させる方法が一般に採用されている
。この際h−BN粉末の結晶化も上記加熱処理によって
同時に進行し、結晶成長、すなわち結晶子の大きさくL
 c)の増大を招き、また粒子径も最大で3〜5gm程
度に発達し、粒度分布の巾も大きくなる。
第3図には、従来の方法によって加熱処理した場合のh
−BN粉末の純度と粒子径との関係を示す、第3図から
明らかなように純度と粒子径の間には、相関性が認めら
れ、純度の向上に対応して粒子径が増大し、さらに第3
図中に破線で示したように、粒度分布の巾も拡大する。
したがって加熱処理によって高純度化を図ることは必然
的に粒成長につながることになる。このことは従来の方
法では、h−BHの高純度化と結晶化、さらに粒IIt
長が同時に並行して進むことを意味している。
そこで発明者らは先に特願昭59−117375号にお
いて、粗製h−BN粉末に炭素質粉末を添加し、不活性
ガス気流中にて加熱処理することにより、BN結晶子の
発達を抑えることができ、高純度で低結晶性のh−BN
粉末を製造する方法を提案した。
この方法は結晶発達の抑制に効果があったが、粒子径を
抑制することはできず、特にh−BN焼結体原料粉末と
して用いられる場合などに必要な条件である均一かつ微
細な粒子を得るこ、とはできなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上のように従来の方法により得られるh−BN粉末は
高純度でしかも粒子径の大きい粉末か、または低純度で
粒子径の小さい粉末のいずれかであり、h−BN純度と
粒子径を独立に制御することが困難であった。
本発明はBNの緒特性を活かすことのできる高純度で、
h−BN焼結体原料として特に有効であり均一かつ微細
なh−BN微粉末を提供することを目的とする。また1
本発明は、硼酸または硼砂などの硼素化合物を原料とし
て通常の製法により得られた粗製h−BN粉末について
上記高純度の均一でかつ微細なh−BN微粉末を製造す
る方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、純度が98重量%以上でかつ粒子径が0.5
gm以下であることを特徴とする高純度六方晶窒化硼素
微粉末である。
本発明者らの研究によれば、高純度h−BN粉末を得る
ために粗製h−BN粉末を従来の方法によって加熱処理
すると、純度が98重量%以上の高純度h−BN粉末が
得られるが、粒子径は0.8〜5μm程度に数球長し、
高純度で粒子径が0.5μm以下のh−BN粉末の製造
は事実上不可俺であった。また、先に発明者らが特願昭
59−117375号において開示した方法においても
、h−BN粉末の結晶子の成長は抑制できても、粒子の
成長までは抑制することはできなかった。そこで本発明
者らは実験を重ね、結晶子成長を抑えつつ、かつ窒化反
応を促進し、高純度微粒子化させるために、アンモニア
ガスを含んだ雰囲気中で加熱する方法を見出した。つま
り粗製h−BN粉末に少量の炭素質粉末を添加混合して
アンモニアガス気流中もしくはアンモニアガスと窒素、
アルゴンガスなどの非酸化性ガスとの混合ガス気流中に
て加熱処理することによって高純度で均一かつ粒子径が
0.5Bm以下のh−BN粉末を得ることができる。
〔作用〕 以下にこの発明についてさらに具体的に説明する。
第2図は本発明の高純度で、かつ、粒子径が0.5Bm
以下のh−BNの透過型電子m微鏡写真である。この微
粉末は純度9gji量%以上で粒子径が0.54m以下
の比較的均一な粒子を形成し。
h−BN焼結体原料に適している。
従来法により得られた高純度で、しかも粒子径が0.8
〜5μm程度に粒成長したh−BN粉末を用いて焼結体
を製造する場合、h−BN粉末が熱的、化学的に安定で
難焼結性であることから1通常は焼結温度1800〜2
100℃という高温で成形圧力50〜300kg/ct
n’の範囲でホットプレスする手法を採用している。し
かしながら上述のような高純度で粒子径が大きいh−B
N粉末を用いて焼結体を製造すると、h−BN焼結体中
の組織において粒子相互間の接触が少ないために焼結性
に乏しく、高密度の焼結体が得難いと同時に十分な強度
を付与することができない、ざらにh−BN焼結体中の
組織において粒子が板状に配列することから焼結体自体
に配向性が形成され、ホットプレス時の加圧方向とそれ
に対する直角方向の間に異方性が生じ、焼結体の熱伝導
性、耐食性、熱膨張および強度などの諸性状が加圧方向
とそれに対する直角方向で著しく異なってしまい。
その結果、焼結母材からの製品切り出しおよび使用上の
制約を受ける。
本発明の高純度で、均一かつ微細なh−BN粉末を用い
て焼結体を製造すると、熱伝導性、耐食性および強度な
どの諸性状に優れ、かつ等方性組織を有する高密度焼結
体を得ることができる。
第1図に本発明の粉末と従来の粉末との特性を比較して
示した。
第1図は純度の異なる粗@h−BN粉末にそれぞれ炭素
質粉末を添加してアンモニアガス気流中で1600℃、
60分間保持の条件で加熱処理した場合の加熱処理前の
粗製h−BN粉末に対する炭素質粉末の添加量と加熱処
理後のh−BN粉末の純度との関係を示したものである
。第1図から明らかなように炭素質粉末を添加した場合
には。
炭素質粉末を添加しない場合に比べて高純度化し、さら
に各粗製h−BN粉末中の全不純物量の10重量%程度
の炭素質粉末添加量の時、もっとも高純度化されること
が分かる。なお、炭素質粉末を粗製h−BN粉末中の全
不純物量の10重量%以下の範囲で添加した場合の加熱
処理後h−BN粉末の残留炭素量は、いずれも0.01
重量%以下となり、10重量%を越えると、幾分、増加
し、0.03重量%程度になるが、この程度の残留炭素
量はh−BN粉末の性状に対して何んら影響を与えるも
のではない0次に炭素質粉末を添加し、アンモニアガス
気流中で加熱処理して得られたh−BN粉末の粒子径は
、いずれも0.5μm以下となり1粒成長を抑制する効
果は極めて大きいといえる0粒成長を抑制するのは、ア
ンモニアガスまたはアンモニアガスと非酸化性ガスとの
混合などの接触により1粒子が成長する時に。
h−BN粉末中の不純物である酸化硼素等が窒化される
ことにより、高純度微粒子が生成するためである。した
がって粗[h−BN粉末に炭素質粉末を添加混合してか
ら純化のための加熱処理を行なうことによって特に悪影
響を招くことなく1粒成長を抑制しつつ高純度のh−B
N粉末を得ることが可能である。
ここで、粗製h−BN粉末自体の製造方法およびその出
発原料は特に限定されず1例えば前述のように硼酸、硼
砂などの硼素を含む化合物と窒素を含む無機または有機
化合物との混合物をアンモニアガス気流中で800℃以
上で還元窒化させる方法などを適用することができる0
本発明に使用する粗1h−BN粉末の純度は50〜90
重量%の範囲が適している。すなわち純度が50重量%
未満であっても本発明の方法によると、高純度かつ微細
な粒子径を有するh−BN粉末の製造は十分に可能であ
るが、純化のための加熱処理に高温を要したり、あるい
は著しい長時間を要することになり、その結果、加熱処
理コストの上昇あるいは処理収率の低下を招くなど、好
ましくない、一方、粗製h−BN粉末の純度が90重量
%を越える場合、製造条件によっては、粗製h−BN粉
末の段階ですでに粒子径が0.5gm以上になることも
あり、そのため炭素質粉末の添加および雰囲気調整によ
る粒成長抑制効果が発揮されないことになる。
さらに粗製h−BN粉末に添加混合する炭素質粉末とし
ては、非晶質から黒鉛化が進んだ粉末に至るいずれのも
のも使用可能であるが、h−BN粉末の粒成長を抑制す
るためには非晶質のものがより効果的である。また炭素
質粉末の添加量は。
粗製h−BN粉末中に含有される全不純物量に対して5
〜15重量%の範囲内が適当である。15重量%を越え
ると、加熱処理条件によっては。
粉末中に炭素分として残留して純度を低下させるおそれ
があり、一方5重量%未満では、粗製h−BN粉末の高
純度化の促進と粒成長の抑制効果が十分ではなくなり、
いずれの場合もこの発明の目的を十分に達成できなくな
る。
上述のようにして粗製h−BN粉末に炭素質粉末を添加
混合して加熱処理する際の処理条件について雰囲気はア
ンモニアガスあるいはアンモニアガスと窒素、アルゴン
などの非酸化性ガスとの混合ガス気流中が好ましく、こ
れは、加熱処理を行なう際に粗製h−BN中に含有され
る酸化硼素を主体とする不純物の窒化反応、すなわち比
較的低温での高純度化に寄与し、特に混合ガスの場合。
アンモニアガスの混合比率は、窒化反応に支障をきたさ
ない量として30容量%以上であれば良い、したがって
従来の方法では、少なくとも1700℃以上の加熱処理
においてのみ高純度化が達成されていたものが本発明の
製造方法によると、1500℃以上の処理温度において
高純度で、均一かつ微細なh−BN粉末、具体的には純
度が98重量%でしかも05Bm以下の粒子径を有する
h−BN粉末を得ることができる。なお、1500℃未
満では微細な粒子径を有するh−BN粉末は得られるが
、高純度化に要する時間が著しく畏<なり、効率化の面
で好ましくない。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を従来法による比較例とともに記す
実施例1 硼酸とメラミンとを1:1の重量比率で混合し、アンモ
ニアガス気流中にて900℃、2時間の条件で加熱処理
して純度83%、粒子径0.01〜0.04μm (L
c=48人)の粗製h−BN粉末を製造した。この粉末
に対して非晶質黒鉛粉末を1.5重量%添加し、アルミ
ナ製ボールミルを用いて乾式混合した。その混合物を黒
鉛製るつぼに自然充填し、アンモニアガス気流中で高周
波加熱炉により1600℃、2時間の条件で加熱処理し
た。加熱処理祷のh−BN粉末の純度は99.4%、粒
子径は0.1〜0.41Lm (Lc=213人)であ
った。
実施例2 硼砂と尿素とをl:1.5の重量比率で混合し、アンモ
ニアガス気流中にて900℃、2時間の条件で加熱処理
した後、水洗し、Na分を除去して純度89%1粒子径
0.02〜0.03gm(Lc=84人)の粗製h−B
N粉末を製造した。この粉末に対して非晶質黒鉛粉末を
1.0重量%添加し、乾式混合後、黒鉛製るつぼに自然
充填し、アンモニアガスと窒素ガスの混合ガス(容量比
1:1)気流中にて1800℃、1時間の条件で加熱処
理した。加熱処理後のh−BN粉末の純度は99.9%
1粒子径は0.2〜0.51Lm (L C=272人
)であった。
実施例3 実施例1と同様の原料を用いてアンモニアガス気流中に
て800℃、1時間の条件で加熱処理して純度71%、
粒子径0.01〜0.02終m(Lc=19人)の粗製
h−BN粉末を製造した。この粉末に対して非晶質黒鉛
粉末を2.6電縫%添加し、乾式混合後、10mmφX
IOmmHのタブレット状成形体を黒鉛製るつぼに入れ
てアンモニアガス気流中にて1700℃、2時間の条件
で加熱処理した。加熱処理後のh−BN粉末の純度は9
9.1%、粒子径0.1〜0.5終m(Lc=236人
)であった。
比較例1 実施例1で用いた粗製h−BN粉末を黒鉛製るつぼに自
然充填し、窒素ガス気流中にて1800℃、1時間の条
件で加熱処理後のh−BN粉末の純度99.7%、粒子
径0.8〜5棒m(Lc=786人)であった。
〔発明の効果〕 本発明の高純度六方晶窒化硼素粉末およびその製造方法
は以上のように構成されており、従来の方法では製造が
不可能であった高純度で均一かつ微細な粒子径を有する
六方晶窒化硼素微粉末を簡単な工程によって安定的に極
めて効率よく、製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法における炭素質粉末の添加量
と得られたh−BN粉末の純度との関係を示す相関図、
第2図は本発明によって得られたh−BN粉末の粒子構
造を示す透過型電子顕微鏡写真、第3図は、従来法によ
り得られたh−BN粉末の純度と粒子径との関係を示す
相関図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 純度が98重量%以上でかつ粒子径が0.5μm以
    下であることを特徴とする高純度六方晶窒化硼素微粉末
    。 2 粗製六方晶窒化硼素粉末に、その全不純物量に対し
    て5〜15重量%の炭素質粉末を添加混合し、アンモニ
    アガスもしくはアンモニアガスと非酸化性ガスとの混合
    ガス気流中にて1500℃以上の温度で加熱処理するこ
    とを特徴とする高純度六方晶窒化硼素微粉末の製造方法
JP9811385A 1985-05-10 1985-05-10 高純度六方晶窒化硼素微粉末の製造方法 Granted JPS61256905A (ja)

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