JPS6340769A - 高密度窒化硼素常圧焼結体の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明はＢ２Ｏ３、アルカリ土類金４ｅ化物、アルカリ
土類金属フッ化物ご含有する六方晶系窒化硼素を不活性
雰囲気中で加熱して得られた高結晶性生成物（以上窒化
硼素と称する）でその振動法かさ密度が少なくとも０．
５ｐ／７である高充てん性粉体を成形し、得られた成形
体を不活性ふん囲気中で常圧成形することを特徴とする
高密度電化硼素常圧焼結体の製造方法に関する。

ここで得られた高密度窒化硼素常圧焼結体は耐熱性、耐
熱衝撃性、潤滑性又は耐蝕性等が要求される分野におい
てその性能が発揮される。

従来の技術 窒化硼素は熱的・化学的・電気的特性にすぐれ、かつ潤
滑性を有し機械Ｄ［ｌ工が容易にできるなど多くの丁ぐ
れた性質を備えたセラミックス材料である。即ち、熱的
には不活性雰囲気中では約３０００Ｃまで安定であり、
かつ熱伝導率がきわめて亮く熱衝撃抵抗が大きく、又、
溶融金屓にぬれ難く反応しないなど化学的な安定性にも
すぐれており耐熱、耐蝕材料としての用途が非常に広い
。

又、熱的安定性に加えて潤滑性にすぐれるので、高温潤
滑材として責重な材料でもある。

更に電気抵抗が極めて大きくこれは高温になっても変化
が小さいことから広い温度範囲で使える電気絶縁材料で
もある。

ところが窒化硼素は丁ぐれた熱的・化学的特性を有する
反面、難焼性であり、焼結体を＠造するには高温および
例械的高圧処理を必要としており例えば工業規模で窒化
硼素焼結体を製造する場合には通常、窒化硼素粉体にア
ルカリ土類金属硼酸埃、例えばＭ７０＠Ｂ２Ｏ５＋　Ｏ
α０−Ｂ２Ｏ３゜ＳｒＯ＠Ｂ２Ｏ３等をバインダーとし
て数％から１０数％混合し黒鉛ダイスに詰めて２００か
ら４００ｋｇ／ｄで加圧しながら高周波誘導加熱炉を用
いて２０００ｔｌｌ”付近の温度で加熱焼結させる方法
が取られている。

発明が解決しようとする間頃点 従来の焼結体の製造には前述の如く間濡機械的高圧処理
が必要であり、そのため生産性の向上は固唾であり、ま
た機械的高圧が必要であるので単純な形状の成形体しか
製造できず、単純な成形体から種々の形状をつくるには
、後加工に手間がか一つ、また材料のロスが大きくなる
。

高価な材料のロスは焼結体製造コストの大巾なアップに
つながる。

又、大型の焼結体？製造することは必然的に焼結炉並び
に黒鉛ダイスも大型化せざるを得す特に大型黒鉛ダイス
材の炸裂が技術的に容易でない。

又、焼結体はアルカリ土類金Ｂ（硼酸塩が添加されてい
るので次の様な問題点がある。例えば不活性雰囲気中で
約３０００ｔ：’付近まで安定な窒化硼素でもアルカリ
土類金属硼１！１！塩などのバインダー相を多く含有し
た焼結体では十数百度よりバインダー相が吹き出し接触
している別の材料と反応したりバインダー相の揮散によ
って付近を汚したり又、窒化硼ス（焼結体自体に亀裂が
生じるなどの現象を生じるので使用温度が大幅に限定さ
れているのが現状である。

したがって、常圧で焼成可能で、しかもアルカリ土類金
属ホウｊν塩が含有されていることに起因する上紀の欠
点のない窒化硼素常圧焼結体の開発が強く要求されてい
る。

問題を解決するための手段 本発明者は窒化硼素焼結体について従来のホットプレス
法に代る焼結方法について鋭意検討した結果Ｂ２Ｏ３と
アルカリ土類金属酸化物及び又はアルカリ土類金属フッ
化物を含む原料を不活性雰囲気中で加熱して得られた高
結晶性、高充てん性の窒化硼素粉体を用いれば常圧で容
易に高密度焼結体が得られることを見出し、本発明を完
成した。

即ち本発明は１〜１５重量％のＢ２Ｏ５と０．１〜７重
量％のアルカリ土類金属酸化物および又はアルカリ土類
金属フッ化物を含有する六方晶系窒化硼素を不活性雰囲
気中で加熱して得られた高結晶性生成物でその振動法か
ざ密度が少なくとも１５Ｐ／ｃＩＩｔである高充てん性
粉体ご成形し、得られた成形体を不活性ふん囲気中で常
圧焼成することを特徴とＴる高密度窒化硼素常圧焼結体
の製造方法に関する。

以後発明の詳細について説明する。

窒化硼素粉体は一般に硼酸、無水陣化硼素又は硼砂をア
ンモニアガス中で加熱するか或いはアンモニアガスを発
生する含窒素有機化合物と混合して加熱し、得られた窒
化硼素？再度窒素雰囲気中で高温で加熱して結晶性を高
め製品としている。このようにして得られた市販の窒化
硼素粉体は通常結晶サイズが１μＢ越える程度で結晶の
成長は充分でなく振動法かざ密度で０．１〜０．３ｐ／
ｍである。

なお振動法かさ密度とは４００？の試料ごメスシリンダ
ーに入れ、築山科学器械製、振動式ＳＳ式ＤＢ−２型で
、１８０秒間振動充てん後、体積を計り算出することに
よりえられる充てんかざ密度である。

このような窒化硼素粉体を用いるとまず成形段階での生
の成形密度があがらず、高圧？かけて無理に密度？あげ
ようとすると成形又は焼成の段階で成形体中に亀裂が入
り満足できる焼結体は得られない。また焼成も高圧下で
行なう必要がある。焼結体の密！？上げるには先づ生の
成形体の密度ご上げることが必要と考え、種々検討した
結果、市販の窒化硼素粉体に特定の物質を混合し加熱し
て結晶を成長させた窒化硼素を、更に粒度調整して製造
した高充填性の窒化硼素粉体を原料に用いれば容易に生
密度の高い成形体が得られ、このものは常圧下の焼成で
密度の高い焼結体が得られることを見出し本発明を完成
した。

本発明方法における成形原料である振動法かさ密度が少
なくとも０．５ｐ／ｃｒＩ以上、好ましくは０．８ｙ−
／ｃ１１を以上である窒化硼素を主成分とする高充てん
性粉体製造法の１例を示ア。市販の窒化硼素は通常Ｂ２
Ｏ３が含まれているものが多い。

したがって粉体中のＢ２Ｏ３の含育゛量が１〜１５重量
％になるよう必要により無水間Ｍ／ご添加して調整する
。又アルカリ土類金属酸化物及び又はアルカリ土類金属
フッ化物の含有量が０．１〜７１１量％になるようにこ
れら化合物を添刀Ｕしてブリケットとなし９巽ふん囲気
中で１７００Ｃ以上に加熱下れば結晶サイズは最大で数
１０μとなる。

ついでこれをロールミル、ボールミル等の粉砕機で粉砕
し、例えば１００μ〜敗μの粒度範囲で平均粒径な２０
〜３０μとすることにより振動法のかざ密度が少なくと
も０．５５４／ｄ　、又２００μ〜数μの粒度範囲で平
均粒度を３０〜４０μとＴれば振動法のかざ密度ｆｏ、
ｌ／ｄ以上とすることができる。

さらに粉体中の３２０３　　が１本漬％に達しないとき
は、結晶の成長が充分でなく、振動法かさ密度をａ、５
ｙ７ａＡ以上にあげることができず、１５重菫％をこえ
るときは、窒化硼素の本来の特性例えば耐熱性、耐蝕性
を発揮させることができない。

なおり２０３が２〜１０重量％アルカリ土類金属酸化物
、アルカリ土類フッ化物が０．５〜５重量％のときは結
晶性がよくなり、充てん性があげやすく、かつ窒化硼素
の特性を余り損うことがないのでとくに好ましい。

本発明におけるＥ２０．５　　とアルカリ土類金属酸化
物及び又はアルカリ土類金属フッ化物を前述の範囲で含
む充てん性の高い窒化硼素粉体は、例えば市販の窒化硼
素ホットプレス成形体の加工屑を粒度調整を丁れば得ら
れる。この場合はとくに何らの処理をすることなくその
ま＼用いることができる。

次に焼結体製造方法について代表的な例ごあげて述べる
。

先に述べた高充填性窒化硼素粉体に有機バインダー水溶
液ご添加混合した後乾燥により顆粒状となし、次いで金
型成形又はラバープレス或いはこれらの組み合わせによ
り、所定形状に成形する。成形密度を上げる為には１０
００ｋｙ／７以上好ましくは２０００に５ｔ／７程度で
加圧成形する。

勿論、生密度が充分にあげられるならば加圧成形方法に
限定されることはなくスリップキャスト法、押出法等い
ずれの方法？採っても構わない。

得られた生成形体は有機バインダーご除失した後窒素又
は窒素ご含有する非酸化性雰囲気或いは不活性雰凹気中
で１００〜３００　Ｃ／”　の昇温速度で１４００〜１
６０Ｄ　Ｃまで昇温し２〜１０時間焼成する焼成温度を
１４００〜１６００Ｃにする理由は焼成温度が１４００
　Ｃ以下であると強度があがらず、一方、１６００Ｃを
越えると焼結体がわずかに膨張して密度を低下させるか
らである。なおこの場合焼成は常圧下で行なうことがで
きる。

効果 本発明において振動法かざ密度が少なくとも０．５％／
ＣＩ／！であるＢ２Ｏ３及びアルカリ土類金属の酸化物
および又はフッ化物を含有し、大方晶窒化硼素と主成分
とてるｌてん性粉体を用いることにより、常圧焼成によ
り高密度で通常の使用に充分耐えうる強度をもつ窒化硼
素焼結体の製造が可能となった。

又市販の窒化硼素には通常Ｂ２Ｏ３が本発明方法？実施
に必要置台まれており、この場合はアルカリ土類金属酸
化物フ、化物の添加のみで高充てん性粉体が生成する。

以上の如く本発明により、常圧による高密度窒化硼素焼
結体の製造が極めて容易に、又複雑な形状の焼結体も後
加工等の処理を必要とせずに製造が可能に了り、実用上
の効果は極めて大である。

〔実施例〕

市販のＢ２Ｏ５含有量１．４重量％である高純度窒化硼
素粉体にＣα０換算で４重量％となるように炭酸カルシ
ウムと弗化カルシウムを加え更に１重量％の無水硼酸を
添加してＢ２Ｏ５含有量を６．４重量％とじ混合した。

これご１５００ｋｇ／ｃｄｔで加圧成形して黒鉛るつぼ
に入れ高周波加熱炉に挿入し、窒素ガスを流しなから２
０００Ｃで２時間焼成した。冷却後炉内より取り出した
成形物をアルミナ製ボールミルで粉砕し、４０メ。

シュの篩で篩分けた。得られた窒化硼素を主成分とする
高充てん性粉体の振動法かさ密度は０．９２Ｌ？／７、
○αはＣα０換算で３．９重世％、Ｂ２Ｏ５は３．２重
量％であった。このようにして得られた高充填性窒化硼
素粉体に有機バインダー水溶液を加えアルミナ製ボール
ミルで１時間混練したのち、乾燥して顆粒状とした。次
いでこれを金型により３００ｋｇ／ｃ！ｌｔで予備成形
したのち、ラバープレス２用いて２０００ｋｇ／ｃ１１
ｔ　で成形した。

成形体を電気加熱式密閉炉に挿入し常圧を保持しつ＼窒
素ガスを流しながら１時間に２００Ｃの速度で１５００
ｔ：：まで昇温させ、５時間保持したのち炉内で冷却し
取り出した。

得られた焼結体の密度はｔ９５？／７（相対密度８６％
］であった。又、焼結体より切り出した試験片（３Ｘ４
Ｘ３５龍）の３点曲げ強度は１５２ｋｙ／ｃｒ／ｌテア
ツタ。

〔比較例〕

振動法かざ密度が０．２５　Ｐ／ＣｎｔでありＢ２Ｏ３
の含有量がａ、Ｓ重量％である市販の高純度窒化硼素粉
体にＣα０換算で４重量％となるように炭酸カルシウム
と弗化カルシウムを加え、更に１重量％の無水硼酸を添
加してＢ２Ｏ３３，３重量％とじて混合した。

この混合粉体に有機バインダー水溶液を加えアルミナ製
ボールミルで１時間混練したのち乾燥して顆粒状とした
。次いでこれを金型により５００　ｋｌ／ａｔｌで予備
成形したのちラバープレスを用いて２０００ｋｊＥ／ｃ
Ｉｊ！で成形した。

成形体を電気加熱式密閉炉に挿入し、窒素ガスご流しな
がら実施例１と全く同様に処理した。

得られた焼結体には亀裂が発生し密度は１４８１／７　
（相対密度６５％）であった。

本発明方法により製造された焼結体は密度も大であり、
３点曲げ強さにおいても高純度を示したが、比較例に示
される焼結体は密度も小でしかも亀裂が発生している。

本発明方法がすぐれていることはあきらかである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）１〜１５重量％のＢ＿２Ｏ＿５と０．１〜７重量
   ％のアルカリ土類金属酸化物および又はアルカリ土類金
   属フッ化物を含有する六方晶系窒化硼素を不活性雰囲気
   中で加熱して得られた高結晶性生成物でその振動法かざ
   密度が少なくとも０．５ｇ／ｃｍ＾３である高充てん性
   粉体を成形し、得られた成形体を不活性ふん囲気中で常
   圧焼成することを特徴とする高密度窒化硼素常圧焼結体
   の製造方法。
2. （２）Ｂ＿２Ｏ＿３が２〜１０重量％である特許請求の
   範囲第１項の高密度窒化硼素常圧焼結体の製造方法。
3. （３）アルカリ土類金属酸化物および又はアルカリ土類
   金属フッ化物が０．５〜５重量％である特許請求の範囲
   第１項の高密度窒化硼素常圧焼結体の製造方法。