JPS60131811A - 窒化硼素の合成方法 - Google Patents
窒化硼素の合成方法Info
- Publication number
- JPS60131811A JPS60131811A JP23833383A JP23833383A JPS60131811A JP S60131811 A JPS60131811 A JP S60131811A JP 23833383 A JP23833383 A JP 23833383A JP 23833383 A JP23833383 A JP 23833383A JP S60131811 A JPS60131811 A JP S60131811A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seed crystal
- cbn
- boron nitride
- crystal
- flux
- Prior art date
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Catalysts (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）技術分野
立方晶型窒化硼素（以下Ｃｌ５Ｎと記す）はダイヤモン
ドに次ぐ硬度を有し、鉄系材料の研削加工用砥粒として
人工合成されたものが広く用いられている。最近合成技
術が進歩し２ｏ／ｇｏ ＵＳメツシュサイズの単結晶粉
末が合成されるようになった。
ドに次ぐ硬度を有し、鉄系材料の研削加工用砥粒として
人工合成されたものが広く用いられている。最近合成技
術が進歩し２ｏ／ｇｏ ＵＳメツシュサイズの単結晶粉
末が合成されるようになった。
ＣＢＮのダイヤに対する有利な点は、鉄属金属との反応
性が少ない点である。ダイヤモンドは既に１カラツトを
越える直径６醋以・上の単結晶が超高圧下での合成に成
功している。近年超精密加工技術への要求が強まり、ダ
イヤモンドの単結晶を用いたバイトが広く用いられてい
るが、前述した如く鉄系材料との反応性の為にこれ等の
超精密加工を行なうことが出来ず、ダイヤモンドに替る
工具材の開発が望まれていた。
性が少ない点である。ダイヤモンドは既に１カラツトを
越える直径６醋以・上の単結晶が超高圧下での合成に成
功している。近年超精密加工技術への要求が強まり、ダ
イヤモンドの単結晶を用いたバイトが広く用いられてい
るが、前述した如く鉄系材料との反応性の為にこれ等の
超精密加工を行なうことが出来ず、ダイヤモンドに替る
工具材の開発が望まれていた。
本発明はこのような用途にも使用できる大型のＣＢＮ単
結晶を再現性良く合成する方法に関するものである。
結晶を再現性良く合成する方法に関するものである。
（ロ）従来技術とその問題点
ＣＢＮＯ合成は通常六方晶型窒化硼素（以下ｈＢＮと記
す）を原料とし、アルヵり金属、アルカリ土類金属、ま
たはこれ等の窒化物を触媒とし超高圧、高温１下で行な
われる。良く、用いられる触媒としてはＬｉ 、 Ｍｇ
、ｃａ 、 Ｌｉ３Ｎ 、 Ｍｇ４Ｎ２ 、 Ｃａ３
Ｎ２等である。合゛成に当ってｈＢＮとこれ等の触媒
物質との混合物を容器に充填し、これを超高圧装置に入
れ、第１−図に示したＣＢＮの安定領域に加圧、加熱す
る。このような方法ではＣＩＩＩＮの自然核生成が生じ
多数の微粒ＣＢＮ単結晶が得られる。このような粉末状
ＣＢ、Ｎとしでは２０／８０ＵＳメツシユサイズ、即ち
約０．７ｍｍまでの単結晶が工業的に製造されている。
す）を原料とし、アルヵり金属、アルカリ土類金属、ま
たはこれ等の窒化物を触媒とし超高圧、高温１下で行な
われる。良く、用いられる触媒としてはＬｉ 、 Ｍｇ
、ｃａ 、 Ｌｉ３Ｎ 、 Ｍｇ４Ｎ２ 、 Ｃａ３
Ｎ２等である。合゛成に当ってｈＢＮとこれ等の触媒
物質との混合物を容器に充填し、これを超高圧装置に入
れ、第１−図に示したＣＢＮの安定領域に加圧、加熱す
る。このような方法ではＣＩＩＩＮの自然核生成が生じ
多数の微粒ＣＢＮ単結晶が得られる。このような粉末状
ＣＢ、Ｎとしでは２０／８０ＵＳメツシユサイズ、即ち
約０．７ｍｍまでの単結晶が工業的に製造されている。
史に大型の単結晶を育成する試みもなされｔいる。例え
ば特開昭５７−１５６８９９号には溶媒とし”’Ｃ−Ｓ
’ｒ３１１２Ｎ４ ＋Ｂ ａ Ｂ Ｂ ２ Ｎ４を用い
、ＣＢＮを種結晶とじで１１１１度差法によるＣＢＮＯ
単結晶育成の例が示されでいる。
ば特開昭５７−１５６８９９号には溶媒とし”’Ｃ−Ｓ
’ｒ３１１２Ｎ４ ＋Ｂ ａ Ｂ Ｂ ２ Ｎ４を用い
、ＣＢＮを種結晶とじで１１１１度差法によるＣＢＮＯ
単結晶育成の例が示されでいる。
超高圧下の温度差法による単結晶育成の例はダイヤモン
ドについて既に広く知られでいる。（例えばＵＳＰ３，
２９７，４０７） ＣＢＮの場合も窒化硼素を原料とし
、これを適度に溶解する溶媒があれば温度差による溶解
度の変化を利用して大型単結晶の育成■硼窒化物を溶媒
としで、ＣＢＮの０．７ ｍｍ径のものを種結晶として
低温部におき、棟々実験したが満足な結果は得られなか
った。最も大きな問題は殆んどの場合種結晶が先に溶媒
中に溶解してしまったため、自然核発生によるＣＢＮが
多数生成してしまい、大型の良質単結晶が得られなかっ
たことである。
ドについて既に広く知られでいる。（例えばＵＳＰ３，
２９７，４０７） ＣＢＮの場合も窒化硼素を原料とし
、これを適度に溶解する溶媒があれば温度差による溶解
度の変化を利用して大型単結晶の育成■硼窒化物を溶媒
としで、ＣＢＮの０．７ ｍｍ径のものを種結晶として
低温部におき、棟々実験したが満足な結果は得られなか
った。最も大きな問題は殆んどの場合種結晶が先に溶媒
中に溶解してしまったため、自然核発生によるＣＢＮが
多数生成してしまい、大型の良質単結晶が得られなかっ
たことである。
（／→発明の構成
ＣＢＮ単結晶の育成においてはとの種結晶の溶解防止が
大きな問題であることが分ったので、この対策を種々倹
約した。例えば特開昭５７−１５６３９９号では種結晶
の溶解防止のためにＦｅ−，１０％ｈｌｊ合金薄板をＳ
ｒ Ｂ Ｂ ２ Ｎ ４濱媒とＣＢＮ種結晶の間に挿
入する方法をとっている。しかしこの方法でも種結晶の
溶解は完全に防止できなかった。これはＦｅ−Ｊ合金が
ＣＢＮに対する溶解度を有しでいるためと思われる。
大きな問題であることが分ったので、この対策を種々倹
約した。例えば特開昭５７−１５６３９９号では種結晶
の溶解防止のためにＦｅ−，１０％ｈｌｊ合金薄板をＳ
ｒ Ｂ Ｂ ２ Ｎ ４濱媒とＣＢＮ種結晶の間に挿
入する方法をとっている。しかしこの方法でも種結晶の
溶解は完全に防止できなかった。これはＦｅ−Ｊ合金が
ＣＢＮに対する溶解度を有しでいるためと思われる。
種結晶の溶解は超高圧下で系が加゛熱され、種結晶上に
ＣＢＮの成長が始る前に溶媒が飽和濃度の窒化硼素を溶
解することによるものと考えられる。本発明の原理はこ
の点から予め溶媒中に種結晶とは別に予め合成温度、圧
力条件下での予見される飽和濃度以下の窒化硼素を加え
ておくことによって種結晶ＣＢＮの溶解を防止するもの
である。この方法によって適切な量の窒化硼素を予め含
有せしめた溶媒を用いると種結晶の溶解は殆んど防止す
ることが可能となシ、種結晶のみから大型のＣＩＩＮ単
結晶を成長させることが可能となった。
ＣＢＮの成長が始る前に溶媒が飽和濃度の窒化硼素を溶
解することによるものと考えられる。本発明の原理はこ
の点から予め溶媒中に種結晶とは別に予め合成温度、圧
力条件下での予見される飽和濃度以下の窒化硼素を加え
ておくことによって種結晶ＣＢＮの溶解を防止するもの
である。この方法によって適切な量の窒化硼素を予め含
有せしめた溶媒を用いると種結晶の溶解は殆んど防止す
ることが可能となシ、種結晶のみから大型のＣＩＩＮ単
結晶を成長させることが可能となった。
この方法は非常に単純で、且つ再現性の高い結果が得ら
れ１いる。本発明で用いる窒化＃ｌｌＩ素原料はｈＢＮ
、ＣＢＮ、ＷＢＮ （ウルツ鉱型窒化硼素？、又はアモ
ルファス状窒化硼素等特に結晶形は問わない。
れ１いる。本発明で用いる窒化＃ｌｌＩ素原料はｈＢＮ
、ＣＢＮ、ＷＢＮ （ウルツ鉱型窒化硼素？、又はアモ
ルファス状窒化硼素等特に結晶形は問わない。
但し出来る限り高純度のものを選択する。実験ではＣＢ
Ｎ又はＣＢＮとＩ＋ＲＮの混合物を用いた場合が好結果
が得られた。
Ｎ又はＣＢＮとＩ＋ＲＮの混合物を用いた場合が好結果
が得られた。
溶媒物質としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属の
硼窒化物で各々Ｍ−３８Ｎ、又ｒｉＭＬ１１２Ｎ４の形
で表わされるものが使用できる。特にＬｉ３ＢＮ２ 、
Ｃａ３Ｂ２Ｎ４ 。
硼窒化物で各々Ｍ−３８Ｎ、又ｒｉＭＬ１１２Ｎ４の形
で表わされるものが使用できる。特にＬｉ３ＢＮ２ 、
Ｃａ３Ｂ２Ｎ４ 。
る各溶媒の窒化硼素との共晶組成以下とすべきである。
それ以上ではＣＢＮが溶媒中に析出しでしまう。また殆
んどの場合添加量が０．５モルチ以下では種結晶の明ら
かな溶解が認められた。
んどの場合添加量が０．５モルチ以下では種結晶の明ら
かな溶解が認められた。
以下実施例により更に具体的に説明する。
丙施例１
平均粒度約５０μのＣＢＮ粉末とＩ＋ＢＮ粉末を重量で
ｌ：ｌの比に混合して型押成型した。Ｌ ＋ ３ ＢＮ
２の粉末ｆｃｈＢＮ粉末を０＊０．５＊Ｉ、Ｂ＊６ｔ
８ モ）ｖ％添加した混合粉末を調整した。第２図の４
１４成の試料室を用い径約０．７ｔｔｕｎのＣＢＮ種結
晶と溶媒及び原料ＣＩＩＩＮとｈＢＮＯ型押体を配置し
た。これをベルシト型袢装圧装置に入れ５３ Ｋｂで原
料部の温度を１６５０℃に加圧、加熱し、２４時間その
条件を持続した后取出してみた。ｂＢＮ添加量が０、又
は８モルチの溶媒を用いたものはいずれも多数の径１ｇ
以下のＣＢＮが生成しておシ、ｈＢＮ添加量０のものは
種結晶が溶解してしまっていた。他のものは種結晶から
径約８ ａｍのＣＢＮ単結晶が成長していた。
ｌ：ｌの比に混合して型押成型した。Ｌ ＋ ３ ＢＮ
２の粉末ｆｃｈＢＮ粉末を０＊０．５＊Ｉ、Ｂ＊６ｔ
８ モ）ｖ％添加した混合粉末を調整した。第２図の４
１４成の試料室を用い径約０．７ｔｔｕｎのＣＢＮ種結
晶と溶媒及び原料ＣＩＩＩＮとｈＢＮＯ型押体を配置し
た。これをベルシト型袢装圧装置に入れ５３ Ｋｂで原
料部の温度を１６５０℃に加圧、加熱し、２４時間その
条件を持続した后取出してみた。ｂＢＮ添加量が０、又
は８モルチの溶媒を用いたものはいずれも多数の径１ｇ
以下のＣＢＮが生成しておシ、ｈＢＮ添加量０のものは
種結晶が溶解してしまっていた。他のものは種結晶から
径約８ ａｍのＣＢＮ単結晶が成長していた。
実施例２
溶媒としてＣａ３Ｂ２Ｎ４ 、 Ｍｇ３Ｂ２Ｎ４を用い
、実施例１と同様に１１ＢＮを添加したも○を調整した
。他は実施例１と同様にしてＣａＢＢ２Ｎ４系濱媒では
５３１（ｂ、原料部の温度１６００℃、Ｍｇ３Ｂ２Ｎ４
系濱媒の場合は５１Ｋｂで同じ（１６００℃に条件を設
定し２４１１６間保持して実験した。その結果１＋ＢＮ
を添加しなかった溶媒ではいずれも種結晶が消失し、多
艮○］ ＭＩＮ以下■ＣＢＮが溶媒下部に生成していた
。
、実施例１と同様に１１ＢＮを添加したも○を調整した
。他は実施例１と同様にしてＣａＢＢ２Ｎ４系濱媒では
５３１（ｂ、原料部の温度１６００℃、Ｍｇ３Ｂ２Ｎ４
系濱媒の場合は５１Ｋｂで同じ（１６００℃に条件を設
定し２４１１６間保持して実験した。その結果１＋ＢＮ
を添加しなかった溶媒ではいずれも種結晶が消失し、多
艮○］ ＭＩＮ以下■ＣＢＮが溶媒下部に生成していた
。
実施例３
Ｌｌ ３ＢＮ２ 、 Ｓ ｒ３Ｂ２Ｎ４ 、 ｈ ＢＮ
をセル比で６４５：３２．３：３．２の割合で混合し溶
媒を作成した。原料窒化硼素にはＣＢＮの粉末を用い、
また種結晶には径０．７ ｍｍのＣＢＮ単結晶を用いた
。圧力５２Ｋｂ、温度１５５０℃で２４時間保持したと
ころ、種結晶上にのみ径約３ｍｇの良好な形態を持つＣ
ＢＮ単結晶が成長していた。
をセル比で６４５：３２．３：３．２の割合で混合し溶
媒を作成した。原料窒化硼素にはＣＢＮの粉末を用い、
また種結晶には径０．７ ｍｍのＣＢＮ単結晶を用いた
。圧力５２Ｋｂ、温度１５５０℃で２４時間保持したと
ころ、種結晶上にのみ径約３ｍｇの良好な形態を持つＣ
ＢＮ単結晶が成長していた。
第１図は本発明のＣＢＮ単結晶合成条件を説明するため
の窒化硼素の温度、圧力相図である。第２硼素安定域を
示す。 ｌ：パイロフイライトヌリープ ２：黒鉛ヒーター ３：窒化？１ｌｊｌｌ素原料 ４：溶 媒 ５：ＣＢＮ種結晶 ６：白金製ンードベッド ７：ｈＢＮ焼結体 ８：Ｔａ製容器
の窒化硼素の温度、圧力相図である。第２硼素安定域を
示す。 ｌ：パイロフイライトヌリープ ２：黒鉛ヒーター ３：窒化？１ｌｊｌｌ素原料 ４：溶 媒 ５：ＣＢＮ種結晶 ６：白金製ンードベッド ７：ｈＢＮ焼結体 ８：Ｔａ製容器
Claims (1)
- （１）窒化硼素を原料とし、アルカリ金属のＭａＢＮ２
の形で表わされる硼窒化物、アルカリ土類金属の硼窒化
物の共晶組成の量以下で、０５モル嘱以上の窒化硼素を
混合もしくは固溶させたものを油媒とし、立方晶型窒化
硼素の単結晶を種結晶とし、立方晶型窒化硼素が安定な
圧力、温度条件下で且つ該溶媒物質の融点以上の温度に
系全体を保ち、原料窒化硼素の塊と溶媒物質の塊を接触
させ、その接触面から離れた位置に溶媒物質と接して種
結晶を配置し、この種結晶部の温度を原料と溶媒物質の
接触点の温度より相対的に低く保ちながら種結晶上に立
方晶型窒化硼素を成長させる窒化＃ｊｌ素の合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23833383A JPS60131811A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 窒化硼素の合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23833383A JPS60131811A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 窒化硼素の合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131811A true JPS60131811A (ja) | 1985-07-13 |
Family
ID=17028645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23833383A Pending JPS60131811A (ja) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | 窒化硼素の合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131811A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0220462A2 (en) * | 1985-09-24 | 1987-05-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of synthesizing cubic system boron nitride |
| EP0255327A2 (en) * | 1986-07-30 | 1988-02-03 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Cubic boron nitride manufacture |
| EP0257899A2 (en) * | 1986-08-11 | 1988-03-02 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Cubic boron nitride abrasive body |
| JPS63274447A (ja) * | 1987-05-01 | 1988-11-11 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 半導体立方晶窒化ほう素単結晶の育成法 |
| CN103316612A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-09-25 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种使用晶种合成立方氮化硼大单晶的连续生长方法 |
| JP2021519736A (ja) * | 2018-04-25 | 2021-08-12 | モントロス，チャーリー | 窒化炭素のための触媒溶媒 |
| CN113818072A (zh) * | 2021-10-22 | 2021-12-21 | 郑州中南杰特超硬材料有限公司 | 一种六方氮化硼单晶生长方法 |
-
1983
- 1983-12-16 JP JP23833383A patent/JPS60131811A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0220462A2 (en) * | 1985-09-24 | 1987-05-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of synthesizing cubic system boron nitride |
| US4699687A (en) * | 1985-09-24 | 1987-10-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of synthesizing cubic system boron nitride |
| EP0255327A2 (en) * | 1986-07-30 | 1988-02-03 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Cubic boron nitride manufacture |
| JPS6339617A (ja) * | 1986-07-30 | 1988-02-20 | デ ビアス インダストリアル ダイアモンド デイビジヨン （プロプライエタリイ） リミテツド | 反応容器およびｃｂｎ結晶の製造方法 |
| EP0257899A2 (en) * | 1986-08-11 | 1988-03-02 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Cubic boron nitride abrasive body |
| JPS63274447A (ja) * | 1987-05-01 | 1988-11-11 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 半導体立方晶窒化ほう素単結晶の育成法 |
| CN103316612A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-09-25 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种使用晶种合成立方氮化硼大单晶的连续生长方法 |
| JP2021519736A (ja) * | 2018-04-25 | 2021-08-12 | モントロス，チャーリー | 窒化炭素のための触媒溶媒 |
| CN113818072A (zh) * | 2021-10-22 | 2021-12-21 | 郑州中南杰特超硬材料有限公司 | 一种六方氮化硼单晶生长方法 |
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