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
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- 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 |
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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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