JPS60246208A - 窒化ホウ素の製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 未発１ｊは窒化ホウ素（以下、ＢＮという）の製造方法
に関し、更に詳しくは、立方晶窒化ホウ素（以下、ｃ−
ＢＮという）への転換率の高いＢＮの製造方法に関する
。

［発明の技術的背景とその問題点］ 窒化ホウ素の焼結体は、ファインセラミックスの１つと
して最近とみに注目を集めている。とくにｃ−ＢＮの焼
結体は高硬度、耐摩耗性に優れた素材として脚光を浴び
工具用材料の用途分野への淡望が開けている。また、一
方では極めて高い熱伝導性と電気抵抗を兼ね備えている
ため、高密度集積回路におけるヒートシンク材料として
大きな期待がもたれている。

このｃ−ＢＮ焼結体は大別して次の２つの方法で製造さ
れている。その第１の方法は、ｃ−ＢＮの粉末を超高圧
・高温ド（例えば、５ＧＰａ以ｌ−１１２００°０以−
ｈ）　で焼結したり、又は、ｃ−ＢＨの粉末と　ＴｉＮ
若しくはｌ、、０３を主体とする結合材とを混合し、こ
の混合粉末を超高圧・高温下で焼結したりする、いわゆ
るｃ−ＢＮを原料とする方法である。第２の方法は、ｃ
−ＢＮ以外のＢＮ（後述）を出発原料とし、これを上記
したような結合材と混合したのち、超高圧−高温下−で
処理して、ＢＮをｃ−ＢＮに転換すると同時に全体を焼
結するという方法である。

これら２つの方法のうち、後者の方法の場合には、ＢＮ
からｃ−ＢＮへの転換率が　１００％ではなく、未転換
のＢＮが残留し、得られた焼結体の特性を著しく低下せ
しめるという問題が避けられない。

そのため、実際には前者の方法で主としてＣ−ＢＮ焼結
体は製造されている。

この前者の方法にあっては、出発原料はＣ−ＢＮである
。したがって、前提闇題としてＣ−ＢＮの合成が重要な
ファクターとなる。

ところで、ＢＮには、ｃ−ＢＮの外に、六方晶窒化ホウ
素（以下、ｈ−ＢＮという）、ウルツ型窒化ホウ素（以
下、ｗ−ＢＮという）及び非晶質窒化ホウ素（ａ−ＢＮ
という）がある。そして、ｃ−ＢＮの合成に関しては、
主に、ｈ−ＢＮを超高圧・高温Ｆで処理してｃ−ＢＮに
転換するという方法が取られている。

しかしながら、その転換率は一般に低い。それは、ｈ−
ＢＮに物理的・化学的に吸着している酸素又は化学的に
結合している酸素成分の影響に起因するためであること
が明らかとなっている。

ｈ−ＢＮからｃ−ＢＮの転換率を高めるために、種々の
研究が重ねられているが、本発明者らは、ｈ−ＢＮから
ｃ−ＢＮを合成する際に合成触媒としての窒化アルミニ
ウムを介在せしめるとその転換率が向上するとの事実を
見出しこれを既に発表した（粉体粉末冶金協会、昭和５
７年度秋季人会講演概要集、　１００〜１０１頁参照）
。

更に研究を進め、ｈ−ＢＮの結晶性と転換率との関係に
つき研究を重ねた結果、ｈ−ＢＮの結晶化度が小さいも
のはどｃ−ＢＮへの転換率が高くなることを確認し、そ
れを既に発表した（粉体粉末冶金協会、昭和５８年度春
季大会講演［？集、８６〜８７頁参照）。

このようなことから、出発原料としてａ−ＢＮを用いれ
ば、高い転換率でｃ−ＢＮを合成できることが明らかと
なった。

［発明の目的］ 本発明は、ｃ−ＢＮの合成に当り、Ｃ−ＢＮへの転換率
が高＜ｃ−ＢＮへの出発原料として好適なａ−ＢＮの新
規な製造方Ｖ、の提供をｌｌ的とする。

［発明の概要］ 本発明者らは、ａ−ＢＮの原料になり得る種々の化合物
に関して検討を加えた結果、後述する化合物を所定の温
度、圧力下で熱分解すると、ａ−ＢＮの白色固体を得る
ことができ、しかもこのａ−ＢＮのｃ−ＢＮ転換反応に
おける活性化エネルギーは極めて低い値となり、ｃ−Ｂ
Ｎへの転換重大であるとの事実を見出し本発明方法を開
発するに到った。

すなわち、本発明のＢＮの製造方法は、ボラジン又はボ
ラジンの誘導体の群から選ばれる少なくとも１種の化合
物を、温度１５０〜７００℃、圧力１０ＭＰａ以トの条
以下で加圧下前熱分解することを特徴とする。

本発明における原料は、次式： で示される■ボラジン、■ボラジンの誘導体のいずれか
１種又はこれらを適宜に混合して成る混合物である。

■のボラジンの誘導体としては、例えば、次式： で示されるポラシナフタリン、次式： で示されるボラゾビフェニル、次式： で示される２、４−ジアミノボラジンをあげることがで
きる。これらのうち、とくにボラジンは好適なものであ
る。

これらの原ネ１は、酸素、炭素を含有していないことが
重要である。酸素は前述したようにＣ−ＢＮへの転換率
を低ドせしめる因子として作用するからであり、また、
炭素は後述の条伯下で熱分解処理を施したときにａ−Ｂ
Ｎ内に残留するからである。このような炭素を含有する
ａ−ＢＮを原料として高圧・高温下でｃ−ＢＮを合成し
た場合、この炭素が黒鉛に転換してｃ−ＢＮ内に残留し
、モしてＣ−ＢＮ焼結体の特性低下をもたらすからであ
る。

本発明方法にあっては、ト記した原ネ４を密閉式の圧力
容器の中に入れ、熱分解処理を施す。

温度は　１５０〜７００℃、圧力は　１０ＭＰａ以トの
範曲内に設定される。熱分解温度が高くなるにつれて得
られたａ−ＢＮの水素含有量は減少していくが、同時に
、ｃ−ＢＮへの転換率が低くなるので、熱分解温度は７
００℃以下に設定されることが望ましい。しかし、熱分
解温度が　１５０℃未満の場合には、得られたａ−ＢＮ
の活性が高すぎるためにＮ２又は不活性ガス雰囲気中で
取扱う必要があるなどの問題を生ずるようになるので　
１５０℃以１とすることが望ましい。

また、圧力は、ボラジン又はボラジン誘導体の熱分解処
理量によって異なるもので、ポラジンヌはボラジン誘導
体が熱分解処理中に放出する水素を押え込めるだけの圧
力であればよく、具体的には、　１０ＭＰａ以１−であ
ればよい。

このときの処理時間は格別限定されるものではないが、
通常、１０分以ｌ二である。

本発明における好適な条件は、温度２００〜３００℃、
圧力５０〜１５０ＭＰａ、熱分解時間３０〜１２０分で
ある。

このようにして得られたａ−ＢＮを常法によってｃ−Ｂ
Ｎに転換して使用したり又はそのＣ−ＢＮを出発原ネ１
としてｃ−ＢＮ焼結体とすればよい。

［発明の実施例］ 実施例１ （１）ａ−ＢＮの調製 β−トリクロロボラジンを還元してボラジンを製造した
。このボラジン（液体）を金カプセルの中に封入し、カ
プセルをコーン密閉式圧力容器内にセットした。容器内
圧力をｌｏＯＭＰａに維持して各種の温度でそれぞれ１
時間処理した。いずれの場合も白色固体が得られた。

これらの固体につき粉末Ｘ線回折法により結晶構造を観
察したところ、いずれも非晶質であることが確認された
。また、これら白色固体につき赤外吸収（ＩＲ）スペク
トル分析を行なったところ、３４００　ｃ　ｍ−’の位
置にＮ−Ｈ伸縮による吸収、２５２０ｃｍ−’の位置に
Ｂ−Ｈ伸縮による吸収、１４００ｃ〔１の位置にＢ−Ｎ
伸縮による吸収が認められた。

このときの、各熱分解温度における、Ｂ−Ｈ及びＢ−Ｎ
の各伸縮振動に基づく吸収強度の比を第１図に示した０
図から明らかなように、熱分解温度が上昇するにつれて
ａ−ＢＮ中の水素含有量は減少していく。

（２）ｃ−ＢＮへの転換率の測定 各熱分解温度で得られたａ−ＢＮに窒化アルミニウム２
０モル％添加して混合し、この混合粉末を、圧力８．５
ＧＰａ、温度１２００℃の条件ドで１０分間処理して焼
結した。

得られた各焼結体につき、Ｘ線回折法でそのｃ−ＢＮの
存在割合を測定し、各ａ−ＢＮの転換率を算出した。

その結果を、熱分解温度との関係として第２図に示した
。図から明らかなように、　２５０℃の熱分解温度で得
られたａ−ＢＮの転換率は８０モル％と非常に高い伯で
あった。

（３）活性化エネルギーの測定 ボラジンを　２５０℃で熱分解したａ−ＢＮにつき、圧
力８．５ＧＰａドにおいて、１２００℃、１４００”０
．１８００℃の各温度（Ｔ）で処理しａ−ＢＮからｃ−
ＢＮへの転換率が８０モル％になるまでの反応時間（τ
）をめ、第３図のような文ｎτ−１０４／Ｔの関係直線
を得た。この直線の傾きからａ−ＢＮからｃ−ＢＮへの
直接転換反応における活性化エネルギーを算出したとこ
ろ、約１１ｋｃａｌ／ｍｏｌｔ＝あった。

なお、ｈ−ＢＮからｃ−ＢＮへの直接転換反応における
活性化エネルギーは　１５０〜２５０ｋｃａｌ／ｍｏ１
．ｈ　−Ｂ　Ｎに空化アルミニウムを配合した場合の活
性化エネルギーは約４０ｋｃａｌ／■０１である。

このように、本発明にかかるａ−ＢＮのＣ−ＢＮへの活
性化エネルギーは非常に低い値であることがわかる。

実施例２ ボラジンに代えてボラゾビフェニルを用いた外は、実施
例１と同様にして白色固体を得た。これらはいずれもａ
−ＢＮであった。

これら各ａ−ＢＮの粉末を温度１５００℃、圧力θＧＰ
ａ、時間２０分の条件で焼結した。

得られた焼結体につき、Ｘ線回折法でｃ−ＢＮ量を分析
し、転換率を算出した。その結果は第２図とほとんど同
じであった。

［発明の効果］ 以１−の説明で明らかなように、本発明方法によｉ れば、ｃ−ＢＮへの転換反応における活性化エネルギー
が非常に小さく、したがってｃ−ＢＮへの転換率が高い
ａ−ＢＮを製造することができる。

したがって、近時、工具材や電子回路のヒートシンクと
して脚光を浴びているｃ−ＢＮ焼結体用の原料であるｃ
−ＢＮそれ自体を供給するために有用であり、そのＴ業
的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で得られたａ−ＢＮのＩＲ分析におけ
るＢ−Ｎ及びＢ−Ｈ吸収強度比と熱分解温度との関係図
であり、第２図はｃ　−ＢＮへのモル転換率と熱分解温
度との関係図であり、５４３図は活性化エネルギー算出
のための見ｎτ−１０４／Ｔ関係直線図である。 ２ ｒＳＡ− □千くｑ鴬＾癲Ｓで（去「　７ Ｑ　−＋ 第３６１ １０’／Ｔ　（Ｋ−’　ｌ　□ 手続補正ｄ４ 昭和６０年　３月１３１１ 特許庁長官　志賀　７殿 １、事件の表示 昭和５９年特約願第１００６８２号 ２、発明の名称 窒化ホウ素の製造力Ｕ。 ３、補ｉ１：をする者 ４、代理人 ５、補止命令の１１付　自発

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ボラジン又はボラジンの誘導体の群から選ばれる少なく
   とも１種の化合物を、温度１５０〜７００℃、圧力　１
   ＯＮＰａ以上の条件下で加圧子熱分解することを特徴と
   する窒化ホウ素の製造方法。