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JPS5927726B2 - Manufacturing method of cubic boron nitride - Google Patents
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JPS5927726B2 - Manufacturing method of cubic boron nitride - Google Patents

Manufacturing method of cubic boron nitride

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Publication number
JPS5927726B2
JPS5927726B2 JP12032376A JP12032376A JPS5927726B2 JP S5927726 B2 JPS5927726 B2 JP S5927726B2 JP 12032376 A JP12032376 A JP 12032376A JP 12032376 A JP12032376 A JP 12032376A JP S5927726 B2 JPS5927726 B2 JP S5927726B2
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JP
Japan
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boron nitride
cubic boron
ammonium
cubic
catalyst
Prior art date
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JP12032376A
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Japanese (ja)
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JPS5345700A (en
Inventor
俊雄 小林
憲三 須佐
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は立方晶窒化硼素の製造方法に関するものである
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing cubic boron nitride.

立方晶窒化硼素は極めて高い硬度を有するとともに、熱
伝導性も良好であるので、切削材、研摩材、耐摩耗性材
料、ヒートシンク材料として注目されている。
Cubic boron nitride has extremely high hardness and good thermal conductivity, so it is attracting attention as a cutting material, abrasive material, wear-resistant material, and heat sink material.

従来、立方晶窒化硼素の製造方法には金属触媒を用いる
触媒法き触媒を用いない直接法とがあった。
Conventionally, methods for producing cubic boron nitride include a catalytic method using a metal catalyst and a direct method that does not use a catalyst.

触媒法ではJa、l[a、17a族の元素およびSb
、Sn 、Pbなどの金属元素またはこれらの窒化物を
触媒とし、それを六方晶窒化硼素に混合したものを原料
とし、立方晶窒化硼素の熱力学的な安定領域で合成して
いた。
In the catalytic method, Ja, l[a, elements of group 17a and Sb
Synthesis was performed in the thermodynamically stable region of cubic boron nitride using metal elements such as , Sn, Pb, or nitrides thereof as a catalyst, mixed with hexagonal boron nitride as a raw material.

しかし、この方法で合成された立方晶窒化硼素粉末は粒
径がlOμから500μと大きく、立方晶窒化硼素焼結
体を作製するための原刺粉禾としては使用することが困
難である。
However, the cubic boron nitride powder synthesized by this method has a large particle size of 10μ to 500μ, making it difficult to use it as raw powder for producing a cubic boron nitride sintered body.

又、立方晶窒化硼素中には触媒に用いた金属元素が不純
物として混入することがさけられなかった。
Furthermore, the metal elements used in the catalyst inevitably mix into the cubic boron nitride as impurities.

一方、触媒を用いない直接合成法では115 kbar
という非常に高い圧力、ならびに1900℃以上という
高温を必要とし、〔例えば、Bundy et at
、 J、 Chem、 Phys、 38(5) 、
1144(1963)を参照〕、工業化の観点から大き
な欠点があった。
On the other hand, in the direct synthesis method without using a catalyst, 115 kbar
It requires a very high pressure of 1900°C or higher, and
, J. Chem, Phys., 38(5),
1144 (1963)], which had major drawbacks from the point of view of industrialization.

さらに、最近、直接合成法として60 kbar +1
200℃以上の高圧高温下で合成する方法が考案された
が、(Wakatsuki et at+Mat、Re
s。
Furthermore, recently, as a direct synthesis method, 60 kbar +1
A method of synthesis under high pressure and high temperature of 200°C or higher was devised, but (Wakatsuki et at + Mat, Re
s.

Butt、7,999(1972))、この場合原料と
して1μ以下という微粉末で、かつ結晶性の悪い六方晶
窒化硼素を選択して使用する必要があり、又合成条件も
60 kbar以上と厳しいものであった。
Butt, 7,999 (1972)), in this case it is necessary to select and use hexagonal boron nitride, which is a fine powder of 1 μm or less and has poor crystallinity, as a raw material, and the synthesis conditions are also severe, at 60 kbar or more. Met.

一方、公開特許公報〔特開昭50−21000若槻はカ
リによると、六方晶窒化硼素原料に触媒作用を有しない
液状物質を添加して、結晶性の低い微細な粒径なもつ立
方晶窒化硼素の製造方法が報告された。
On the other hand, according to Unexamined Patent Application Publication No. 50-21000, Wakatsuki et al. added a liquid substance with no catalytic action to hexagonal boron nitride raw material to produce cubic boron nitride with low crystallinity and fine particle size. A manufacturing method was reported.

特に水、アルコールを添加した場合は立方晶窒化硼素の
変換容易化効果が認められるとされている。
Particularly when water or alcohol is added, the effect of facilitating the conversion of cubic boron nitride is said to be observed.

この方法では、立方晶窒化硼素を合成する圧力の下限が
多くの場合60 kbarと高く、また水、アルコール
を用いた場合でも55kbarの高圧力を必要とした。
In this method, the lower limit of the pressure for synthesizing cubic boron nitride is often as high as 60 kbar, and even when water or alcohol is used, a high pressure of 55 kbar is required.

以上の背景のもとに、本発明者らは従来技術の欠点をな
くし、微粉末の立方晶窒化硼素を低い圧力、温度条件で
合成する方法として触媒作用のあるフッ化アンモニウム
、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモ
ニウムおよびそれらの混合物を添加した六方晶窒化硼素
を原料に使用する方法を見い出した。
Based on the above background, the present inventors have developed a method for synthesizing fine powder cubic boron nitride under low pressure and temperature conditions, eliminating the shortcomings of the prior art. We have discovered a method using hexagonal boron nitride as a raw material to which ammonium oxide, ammonium iodide, and mixtures thereof are added.

本発明は六方晶窒化硼素を原料にした合成法において、
上述の触媒物質を混合した原料を少なくとも30 kb
ar以上の圧力、および約600℃以上の温度で、かつ
、立方晶窒化硼素の熱力学的安定領域の圧力、温度条件
下にさらし、反応させることを特徴としている。
The present invention is a synthesis method using hexagonal boron nitride as a raw material,
At least 30 kb of raw material mixed with the above catalyst material
It is characterized in that it is exposed to and reacted at a pressure of ar or more and a temperature of about 600° C. or more, which is in the thermodynamically stable region of cubic boron nitride.

本発明の第1の効果は本発明の触媒物質な六方晶窒化硼
素に添加することにより、立方晶窒化硼素の合成に必要
な圧力、温度を従来より大幅に低下させることにある。
The first effect of the present invention is that by adding hexagonal boron nitride, which is the catalytic material of the present invention, the pressure and temperature required for synthesizing cubic boron nitride can be significantly lowered than in the past.

この効果は本発明の触媒物質により六方晶窒化硼素から
立方晶窒化硼素への変換速度が著しく高められることに
起因している。
This effect is due to the fact that the catalyst material of the present invention significantly increases the conversion rate of hexagonal boron nitride to cubic boron nitride.

本発明の第2の効果は本発明の方法により製造される立
方晶窒化硼素の粒径が約0.1〜5μと非常に小さいこ
とである。
A second advantage of the present invention is that the cubic boron nitride produced by the method of the present invention has a very small grain size of about 0.1 to 5 microns.

この粒径は従来の金属触媒法では全く得ることができな
い程小さいものであり、本発明の触媒物質の特性である
This particle size is so small that it cannot be obtained at all using conventional metal catalyst methods, and is a characteristic of the catalyst material of the present invention.

粒径が小さいと焼結は容易になるから本発明の方法で製
造した立方晶窒化硼素は焼結用の原料として最適である
Since sintering becomes easier when the particle size is small, the cubic boron nitride produced by the method of the present invention is optimal as a raw material for sintering.

本発明の第3の効果は原料の状態(結晶性や粒径)にか
かわらず、本発明の触媒を添加することにより、立方晶
窒化硼素を合成することができへ又、六方晶窒化硼素原
料はグラファイト型窒化硼素に限らずウルツアイト型窒
化硼素でも良い。
The third effect of the present invention is that by adding the catalyst of the present invention, cubic boron nitride can be synthesized regardless of the state of the raw material (crystallinity and particle size). is not limited to graphite-type boron nitride, but may also be wurtzite-type boron nitride.

したがって、従来のように特別に調整した微粒の窒化硼
素を原料に使用する必要はなく、いかなる原料をも使用
することができる。
Therefore, there is no need to use specially prepared fine particles of boron nitride as a raw material as in the past, and any raw material can be used.

本発明の第4の効果は本発明に使用したフッ化アンモニ
ウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化ア
ンモニウムは窒化什素の構成元素である窒素とハロゲン
および水素とから構成されているため、従来の金属触媒
を用いて合成する方法のように、金属触媒が不純物とし
て混入することがなく、立方晶窒化硼素結晶の純度が原
料の純度と同等またはそれ以上の高純度である点にある
The fourth effect of the present invention is that the ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium bromide, and ammonium iodide used in the present invention are composed of nitrogen, which is a constituent element of nitrogen nitride, halogen, and hydrogen; Unlike the synthesis method using a metal catalyst, there is no metal catalyst mixed in as an impurity, and the purity of the cubic boron nitride crystal is as high as or higher than the purity of the raw material.

本発明の実施には高圧高温発生装置を必要とするが、本
発明は高圧、高温の発生方法または装置により制限を受
けるものではなく、合成に必要な高圧、高温を同時に発
生し得る方法および装置であれば、いかなる方法および
装置も使用し得る。
Although a high-pressure and high-temperature generating device is required to carry out the present invention, the present invention is not limited by the method or device for generating high pressure and high temperature, but is capable of simultaneously generating the high pressure and high temperature necessary for synthesis. Any method and apparatus may be used.

なお、添加する触媒物質の量は少量でもそれなりの効果
は認められるが、実用的には5重量パーセント以上であ
る。
It should be noted that although a certain effect can be recognized even if the amount of the catalyst substance added is small, it is practically 5% by weight or more.

また、添加量の上限は特に制限されないが、触媒物質の
割合が多くなるに従つて、試料中の窒化硼素の占める割
合が少なくなり、立方晶窒化硼素の合成量が減ってしま
う。
Further, although there is no particular upper limit to the amount added, as the proportion of the catalyst substance increases, the proportion occupied by boron nitride in the sample decreases, and the amount of cubic boron nitride synthesized decreases.

したがって、触媒の割合は実用的には5〜70重量パー
セントが好ましい。
Therefore, the proportion of the catalyst is practically preferably 5 to 70 weight percent.

以下実施例によってさらに詳細に説明を加える。A more detailed explanation will be given below with reference to Examples.

実施例 1 窒化硼素の原料として平均粒径が0.05μのグラファ
イト型の六方晶窒化硼素にフッ化アンモニウムを40w
t%混合したものを使用した。
Example 1 As a raw material for boron nitride, 40w of ammonium fluoride was added to graphite-type hexagonal boron nitride with an average particle size of 0.05μ.
A mixture of t% was used.

圧力が40〜60kbar、温度が800〜1800℃
、反応時間30分の条件で立方晶窒化硼素の合成実験を
行ない、得られた立方晶BNの粒径を測定した。
Pressure is 40~60kbar, temperature is 800~1800℃
A synthesis experiment of cubic boron nitride was conducted under conditions of a reaction time of 30 minutes, and the particle size of the obtained cubic BN was measured.

その結果を第1表に示した。なお、圧力の媒体にはパイ
ロフィライトを使用した。
The results are shown in Table 1. Note that pyrophyllite was used as the pressure medium.

また、合成された立方晶BNはX線で確認し、その粒径
は電子顕微鏡写真から測定した。
Furthermore, the synthesized cubic BN was confirmed by X-rays, and its particle size was measured from an electron micrograph.

以上の実施例から明らかなように、立方晶窒化硼素は従
来技術より大幅に低い圧力温度条件で合成され、合成さ
れた立方晶BNの粒径は合成条件の圧力および温度が大
幅に変化しても0.1〜5μと非常に小さく、望ましい
微粉末であった。
As is clear from the above examples, cubic boron nitride was synthesized under significantly lower pressure and temperature conditions than in the prior art, and the particle size of the synthesized cubic BN was determined by changes in the pressure and temperature of the synthesis conditions. The particle diameter was very small at 0.1 to 5μ, making it a desirable fine powder.

実施例 2 実施例1において、フッ化アンモニウムを塩化アンモニ
ウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウムおよびフ
ッ化アンモニウムと塩化アンモニウムの混合物にかえて
、実施例1と同様の合成実験を行なった。
Example 2 A synthetic experiment similar to that in Example 1 was conducted except that ammonium fluoride was replaced with ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide, and a mixture of ammonium fluoride and ammonium chloride.

合成された立方晶窒化硼素の平均粒径を第2表に示した
The average particle size of the synthesized cubic boron nitride is shown in Table 2.

以上の結果から、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム
、ヨウ化アンモニウムおよびフッ化アンモニウムと塩化
アンモニウムの混合物を添加して合成した立方晶窒化硼
素は粒径が0.1〜5μと非常に小さい微粉末であるこ
とが明らかである。
From the above results, cubic boron nitride synthesized by adding a mixture of ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide, ammonium fluoride, and ammonium chloride is a very small fine powder with a particle size of 0.1 to 5μ. One thing is clear.

実施例 3 実施例2において、原料の六方晶BNを平均粒径が約5
μの結晶性の良いグラファイト型窒化硼素およびウルツ
アイト型窒化硼素に変えて、実施例2と同様の合成実験
を行なった。
Example 3 In Example 2, the raw material hexagonal BN had an average particle size of about 5
A synthesis experiment similar to that in Example 2 was conducted except that graphite-type boron nitride and wurtzite-type boron nitride, which have good crystallinity of μ, were used.

この結果を第3表に示した。The results are shown in Table 3.

以上の結果から、平均粒径が約5μの結晶性の良いグラ
ファイト型窒化硼素を用いても、ウルツアイト型窒化硼
素を用いてもフッ化アンモニウム、塩化アンモニウム、
臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウムを混合すれば粒
径が0.1〜5μの微粉末の立方晶窒化硼素が合成され
ることが明らかである。
From the above results, even if graphite-type boron nitride with good crystallinity with an average particle size of about 5 μm is used, ammonium fluoride, ammonium chloride,
It is clear that by mixing ammonium bromide and ammonium iodide, cubic boron nitride in the form of fine powder with a particle size of 0.1 to 5 μm can be synthesized.

実施例 4 一実施例2において、フッ化アンモニウム、塩化アンモ
ニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウムの割合
を変えて同様の合成実験を行なった。
Example 4 A similar synthesis experiment was conducted in Example 2 by changing the proportions of ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium bromide, and ammonium iodide.

このとき得られた立方晶窒化硼素の合成収率を第4表に
示した。
Table 4 shows the synthesis yield of cubic boron nitride obtained at this time.

実施例 5 圧力を30 kbar以上、温度600℃以上とするこ
と以外は、実施例1と同様にして立方晶窒化硼素の合成
実験を行なった。
Example 5 A cubic boron nitride synthesis experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that the pressure was 30 kbar or higher and the temperature was 600° C. or higher.

その結果を第5表に示す。The results are shown in Table 5.

本実施例から明らかなように、立方晶窒化硼素は30〜
40 kbarのような低い圧力、あるいは600℃〜
800℃のような低い温度でも合成され、得られた立方
晶BNは微粉末であった。
As is clear from this example, cubic boron nitride is
Low pressures such as 40 kbar or from 600°C
The cubic BN was synthesized even at a low temperature of 800°C, and the obtained cubic BN was a fine powder.

表から明らかなように、本発明の添加物が添加されない
場合は圧力が60 kbarの高圧でも立方晶窒化硼素
を合成することができないが、5wt%以上添加物を添
加した場合は45 kbarの圧力で立方晶窒化硼素が
合成できる。
As is clear from the table, when the additives of the present invention are not added, cubic boron nitride cannot be synthesized even at a high pressure of 60 kbar, but when 5 wt% or more of additives are added, the pressure is 45 kbar. Cubic boron nitride can be synthesized using

すなわち、本発明の触媒を添加することにより立方晶窒
化硼素の合成における反応速度が著しく高くなることが
明らかである。
That is, it is clear that the addition of the catalyst of the present invention significantly increases the reaction rate in the synthesis of cubic boron nitride.

以上の実施例から明らかなように、原料の窒化硼素の粒
径や結晶性や結晶構造などの状態にかかわらず、原料に
触媒作用を有するフッ化アンモニウム、塩化アンモニウ
ム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウムあるいはそ
れらの混合物を添加することにより、従来より大幅に低
い圧力、温度条件で立方晶窒化硼素を合成することがで
き、合成された立方晶BNの粒径は0.1〜5μである
As is clear from the above examples, regardless of the grain size, crystallinity, crystal structure, etc. of the raw material boron nitride, ammonium fluoride, ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide, etc. Alternatively, by adding a mixture thereof, cubic boron nitride can be synthesized under significantly lower pressure and temperature conditions than conventional ones, and the particle size of the synthesized cubic BN is 0.1 to 5 μm.

さらに、製造装置としては600℃以上、3゜kbar
以上の高圧高温を同時に発生し、反応に必要な時間中そ
の圧力、温度に保持し得る装置であれば、いかなるもの
をも使用し得る。
Furthermore, as a manufacturing equipment, the temperature is 600℃ or higher and 3゜kbar.
Any device can be used as long as it can simultaneously generate the above high pressure and high temperature and maintain the pressure and temperature for the time required for the reaction.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 大方晶窒化硼素に触媒を添加して立方晶窒化硼素を
高圧合成する際、触媒物質としてフッ化アンモニウム、
塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニ
ウムのうち一種以上を用いることを特徴とする立方晶窒
化硼素の製造方法。
1. When high-pressure synthesis of cubic boron nitride is performed by adding a catalyst to macrogonal boron nitride, ammonium fluoride,
A method for producing cubic boron nitride, the method comprising using at least one of ammonium chloride, ammonium bromide, and ammonium iodide.
JP12032376A 1976-10-08 1976-10-08 Manufacturing method of cubic boron nitride Expired JPS5927726B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12032376A JPS5927726B2 (en) 1976-10-08 1976-10-08 Manufacturing method of cubic boron nitride

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Publication Number Publication Date
JPS5345700A JPS5345700A (en) 1978-04-24
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS54148199A (en) * 1978-05-12 1979-11-20 Hitachi Ltd Production of cubic boron nitride fine powder
JPH0581648U (en) * 1992-04-01 1993-11-05 グラフテック株式会社 Recording device

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