JPS62202868A - 導電性セラミツク及びその製造法 - 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〕 本発明は窒化ホウ素、ニホウ化チタン及び窒化チタンを
含んでなるホットプレス焼結体であって異方性の少ない
導電性セラミックに関する。

〔従来の技術〕

近年、高温で使用する抵抗発熱体として導電性セラミッ
クが広く使われるようになシ、特に抵抗加熱式真空蒸着
用蒸発器として、窒化ホウ素、ニホウ化チタン、窒化ア
ルミニウムを主成分とする導電性セラミックがタングス
テンやモリブデン等の高融点金属蒸発器に代って使われ
るようになった。これは導電性セラミックの優れた耐食
性及び長寿命によるものである。

窒化ホウ素、ニホウ化チタン及び窒化アルミニウムを主
成分とする導電性セラミックはホットプレス焼結法によ
シ製造されるが、これまでの焼結体は異方性が著しくホ
ットプレスの加圧軸方向と加圧軸と垂直の方向とでは機
械的強度や熱衝撃強度において倍以上の違いがあった。

従ってホットプレス焼結した導電性セラミックより蒸発
容器等を製造する場合、特公昭５５−８５８６１公報に
記載されているように特定１回にのみ蒸発容器を加工製
造する方法が取られて来た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、必要とする蒸発容器の形状と大きさによっては
、ホットプレス焼結体から特定方向に加工することが困
難であり、耐熱衝撃性の劣った製品しか得られないとか
、加工する方向が決まっているため歩留シが悪いとか、
さらには作業効率が悪くなるといった問題点があり、異
方性の少ない安価な導電性セラミックが要望されていた
。

本発明の目的は、ホットプレス焼結によシ異方性の少な
い窒化ホウ素、ニホウ化チタン及び窒化アルミニウムを
含んでなる導電性セラミック金提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、以上の目的を達成するために鋭意研究し
た結果、ホットプレス焼結における原料窒化ホウ素の結
晶性の違いがホットプレス焼結体の異方性に大きく影響
することを見出し本発明を完成するに至った。

すなわち第１の発明は、窒化ホウ素、ニホウ化チタン及
び窒化アルミニウムを含んでなるホットプレス焼結体で
あって異方性が少ないことを特徴とする導電性セラミッ
クである。さらに第２の発明は、結晶乱層構造を有する
窒化ホウ素２０〜５０重量％、アルミニウム及び／又は
窒化アルミニウム１〜１５重量係、残部がニホウ化チタ
ンよシなる混合粉体を非酸化性雰囲気下、温度１９００
〜２１５０℃、圧力５０〜３５０ｋｇ／ｃｍ２の条件で
ホットプレス焼結することを特徴とする異方性の少ない
導電性セラミックの製造法である。

まず第１の発明について説明すると、本発明の導電性セ
ラミックは、窒化ホウ素、ニホウ化チタン及び窒化アル
ミニウムを含んでおち、各成分の好ましい割合は窒化ホ
ウ素２０〜５０重量％、ニホウ化チタン３５〜７９重量
％、窒化アルミニウムが１〜１５重量％である。窒化ホ
ウ素は耐熱衝撃性を向上させる役割を果す成分であシ、
２０重量％未満ではその効果が十分に発揮されず、−万
５０重量％を超えてしまうと導電性が低くな９過ぎたシ
機械的強度が低くなるといった問題音生ずる。ニホウ化
チタンは導電性を司どる重要な成分であシ、その含有量
によシ比抵抗が左右される。

窒化アルミニウムは機械的強度をになう成分であり、１
重量％未済では強度が弱く、また１５重量％を超えると
高強度になシ過ぎ機械加工性が悪くなってしまう。

本発明の導電性セラミックは、ホットプレス焼結によシ
製造されるものであるがその好ましい条件は後述する。

本発明の特徴は異方性の少ないホットプレス焼結体にあ
るが、その“異方性”とは、物理的特性例えば曲げ強度
とか導電率が導電性セラミックの方向によって異なると
いう性質であシ、その９少ない”とは、従来のホットプ
レス焼結した導電性セラミックより少ないことを意味し
、例えばホットプレス加圧方向と加圧軸に垂直の方向に
おける比抵抗の比の場合、従来の２＝１程度より少ない
ことをいう。

本発明の導電性セラミックの曲げ強度は９００ｋｇ／（
１）２以上であることが好ましい、一般にセラミックの
耐熱衝撃性は同一成分で構成されている場合、曲げ強度
と相関々係にあることが知られてお９．９００　ｋｇ／
ａｎ”未満では耐熱衝撃性が低く導電性セラミックとし
て不十分である。

次に第２の発明について説明する。

本発明の特徴は、窒化ホウ素粉体として結晶乱層構造を
有する窒化ホウ素を使用することにある。

ホットプレス焼結は、通常−軸加工式ホットプレス装置
を用いて行なう。六方晶結晶構造が完全に形成され安定
化している一般の窒化ホウ素は、通常、結晶寸法Ｉ、ｃ
　５００　Ｘ以上に成長した鱗片状の粒子形状を有して
おり、ホットプレス時に加圧軸方向に対し垂直に配向し
配向面を形成する。そこで、一般的な六方晶構造が完成
された窒化ホウ素を使用した窒化ホウ素、ニホウ化チタ
ン、窒化アルミニウムを主成分とするホットプレス焼結
導電性セラミックは、との配向のため異方性を生じる。

しかるに本発明では、結晶乱層構造を有する窒化ホウ素
を使用することによシ成形焼結時における加圧方向への
配向かないので異方性の少ない導電性セラミックを得る
ことができる。

結晶乱層構造を有する窒化ホウ素は、無水ホウ酸とジシ
アンジアミドを窒素雰囲気下で１３００℃以下の低温で
反応させ、反応生成物を洗浄して窒化ホウ素以外の生成
物を除去する方法、硼砂と尿素をアンモニア気流中、８
００°Ｃ程度の低温で加熱処理し洗浄精製する方法等、
従来より知られる窒化ホウ素合成反応を六方晶層状結晶
格子が形成される温度（約１４００〜１８００°Ｃ）よ
シも低温で反応させることによシ得ることができる。

この結晶乱層構造を有する窒化ホウ素は、ホットプレス
焼結原料中２０〜５０重量係となるように添加する。２
０重量％未満では耐熱衝撃性が低下し、また焼結後の機
械加工性が悪くなる。一方５０重量％を越えると得られ
る成型体の比抵抗が高くなシ成型体に直接電流を通して
加熱することが不可能となる。

アルミニウム、窒化アルミニラは緻密化促進剤として作
用するもので特にアルミニウムはホットプレス時の高温
下で窒化ホウ素と反応して窒化アルミニウムとホウ素を
生成する。

ＡＪ　　＋　ＢＮ→ＡｊＮ　＋　Ｂ さらにこのホウ素は原料中のＡｊと反応して第４成分と
してＡＩ　−Ｂ系の合金あるいはホウ化アルミニウムと
なり、窒化アルミニウム、窒化ホウ素及びホウ化チタン
を強固に結合するため、成型体の強度が向上し耐熱衝撃
性が改善される。アルミニウム及び／又は窒化アルミニ
ウムが１重量％未満ではホットプレス焼結しても十分な
緻密化が図れず、強度、耐熱衝撃性が不十分となる。ま
た、１５重量％を超えると硬度が高くなり加工性が低下
する。またアルミニウムを用いた場合、第４成分が過大
となり高温使用時軟化変形を起しやすくなる。とくに好
ましいアルミニウムの添加量は３〜８重量％であり、窒
化アルミニウムのそれは５〜１２重量％である。また窒
化アルミニウムとアルミニウムを併用する場合はアルミ
ニウム換算で３〜８重量％とするのが好ましい。

ホウ化チタンはセラミックの導電性をになう成分であり
、上記成分の残部で構成されるが、中でも常温の成型体
の比抵抗が６００〜４２００μΩ傭、好ましくは４００
〜２０００μΩ傭程度になるよう配合するのが良い。

ホットプレス焼結温度が１９００℃未満であると窒化ホ
ウ素及びアルミニウムの反応、安定化が不十分となり、
高温使用時ガスが発生したし、キレンが発生するなどの
問題を生じる。又緻密化が不十分で強度が低くなる。一
方２１５０℃を越えると窒化ホウ素の熱分解が起こり、
成型物と黒鉛型の反応が著しくなるので好ましくかい。

成型圧力が５０　ｋｇ／　ｃｒｎ２以下であると気孔率
が大きく、成型体強度が弱い。また３　５０　ｋｇ／ａ
ｎ２を越えると、黒鉛製の破損が起こりやすくなる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。

実施例１．比較例１゜ 無水ホウ酸とジシアンジアミドを、窒素雰囲気下、１２
００℃にて反応させ、反応生成物を希硝酸にて洗浄し結
晶乱層構造を有する窒化ホウ素を得た。

得られた結晶乱層構造を有する窒化ホウ素粉末（以下Ｂ
Ｎと略す）３０重量％、アルミニウム粉末（福田金属箔
粉社製ＡＪ（Ａｔ）　−２５０ｍｅｓｈ　）　８重量％
、ホウ化チタン粉末（ヘルマンシュタル社製Ｖａｃｕｕ
ｍ　Ｇｒａｄｅ　：以下ＴｉＢ２と略す）６２重量−の
割合でで計量し振動ボールミル（アルミナ製のアルミナ
ボール使用）で２０分間充分に混合した。

この混合物を円筒状黒鉛型に充填し、黒鉛型の上下に加
圧のための黒鉛製の押棒を入れ２０００°Ｃの温度、２
００　ｋｇ　／　ｃｍ”の圧力でアルビン雰囲気下でホ
ットプレス焼結した。

比較例１として結晶乱層構造を有するＢＨ３代りに市販
の六方晶結晶構造を有するＢＮ（電気化学工業株式会社
製商品名「デンカボロンナイトライドＧＰＪ）ｔ−用い
た以外は同様にしてホットプで長さ１２０ｕである。

これらのホットプレス焼結体（１）から、図面に示すよ
うに、まず加圧軸の方向に平行に巾７酊に切り出して板
状の部材（２及び２′）とし、更に加圧軸に対し９０度
の方向（切り出し方向”土”と略す）及び平行な方向（
切り出し方向”Ｉ”と略す）各々に巾５ｕに切り出し、
巾７ｔｍ−、厚み５ｎの棒状の部材（それぞれ３及び４
）の２種を得、それから導電性セラミック蒸発容器を形
成した。

寵、巾４關で深さが２關のキャビティーを設けたもので
ある。

この導電性セラミック蒸発容器を用い、抵抗加熱式真空
蒸着機に取り付はアルミニウムの蒸発を行なった。１回
の蒸発時間は３０秒とし導電性セラミック蒸発容器にキ
レンが発生するまで繰り返した真空蒸着の回数を調べた
。

その結果及び用いた導電セラミックの物性を第１表に示
した。

実施例２〜１０比較例２〜５ 実施例１と同じ結晶乱層構造を有するＢＮ。

Ａｊ　及ヒＴｉＢ２．！：窒化アルミニウム（ヘルマン
シュタルク社製’ｌ　Ｑ　（１ｍｅｓｈ全通品：以下Ａ
ＪＮと略す）を第２表に示す配合条件にした以外は実施
例１と同様にしてホツゾレス焼結した。

得られた導電性セラミックを実施例１と同様に蒸発容器
に加工し、真空蒸発装置にてアルミ蒸発におけるボート
寿命を測定した。

その結果及び用いた導電性セラミックの物性を第２表に
示した。

以下余白 実施例１１〜１３　比較例６〜８ 実施例１と同じ原料配合、混合条件にて、第３表に示す
温度、圧力条件にてホットプレス焼結し、実施例１と同
一形状の導電性セラミック蒸発容器を形成し、同様に蒸
着容器としての寿命を評価した。その結果を導電性セラ
ミックの物性と共に第３表に示した。なお第３表には実
施例１の結果も併記した。

以下令白 〔発明の効果〕 本発明によれば、熱間等圧プレス（ＨＩＰ）々どの焼結
法によらなくても、単にホットプレス焼結するだけで異
方性の少ない導電性セラミックを得ることができる。そ
の結果加工方向を自由に選択しても抵抗発熱体として優
れた特性を有するものとなる。

【図面の簡単な説明】

図面は、ホットプレス焼結した導電性セラミックから導
電性セラミック蒸発容器に用いる部材を切り出す方法に
ついて説明した工程図である。 １・・・ホットプレス焼結した導電性セラミック、２．
２′・・・板状の部材、３・・・加圧軸に対し９０度の
方向に切り出した棒状の部材、４・・・加圧軸に対し平
行な７回に切り出した棒状の部材、Ａ−Ａ・・・加圧軸
方向、Ｂ−Ｂ・・・部材の切り出し方向特許出願人　電
気化学工業株式会社 図面の浄書（内容に変更なし） 第１′図 Δ １：・ヤ員グレスａｍ　Ｌ　Ｐ、’ｌト壜Ｌし抄ヒラミ
・ツク２．２’：訴シミつ＄Ｊ″Ａ ３　槽；１ｘＡｔλ、４＼９０．）しく牙旬【ピ咽り怠
（斥省弓丸慴墳＼４鳴）Ｅ、ｆｉミツ１１．〉へ゛（ゼ
なう５″マヘ１ζ〉ρ９Σに（１１，ノート鵠とミう剖
プ♂ス１手続補正書（方式） ％式％ ■、事件の表示 昭和６１年特許願第４０３１７号 ２、発明の名称 導電性セラミック及びその製造法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　■１００　東京都千代田区有楽町１丁目４番１号
昭和６１年４月２２日（発送日） ５、補正の対象 図面 ６、補正の内容　　　　　　　　　　　　　−□手続補
正書 昭和６２年１月３１日 特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第４０３１７号 ２発明の名称 導電性セラミック及びその製造法 ６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 〒１００　　東京都千代田区有楽町１丁目４番１号明細
書の特許請求の範囲の欄及び発明の詳細な説明の欄 ５、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙のとおり訂正する
。 （２）　　明細書第３頁第２０行の［プレス焼結体であ
つて」の次に、「、曲げ強度９００ｋｆ９／（１）２以
上、比抵抗３００〜２５００μΩａ未満であり、かつ、
」を挿入する。 （３）同第４頁第２行の「明は、」の次に、「第１の発
明の製造方法であって、」全挿入する。 （４）　　同第６頁第１行と第２行の間に矢の文章全加
入する。 「　また、本発明の４を注セラミックスの比抵抗ｔ３０
０〜２５００μΩ閑未満とした理由は、比抵抗が３００
μΩ口よりも小さくなると大電流が流れる結果、それを
ボートに使用した場合の寿命が著しく短かくなり、また
、２５００μΩａ以上になると通電加熱が困難となるか
らである。」 （５）同第８頁第１８〜２０行を久のように訂正する。 「も常温の成型体の比抵抗が３００〜２５００μΩα未
満になるよう配合するのが良い。」（６）同第１１頁第
１６行の仄に以下の文章ｔＨａ人する。 「　なお、比抵抗は、導電性セラミック蒸発容器１ケあ
たり、１圧軸に対し平行な方向（／／）と垂直な方向（
土）について、抵抗計を用い４端子方式により測定した
。導電性セラミック蒸発容器の採取方向にかかわらず刀
圧軸に対する土とｌ方向それぞれの比抵抗は変わらない
ので、土とｌ方向それぞれの比抵抗の測定結果は、各方
向で採取した導電性セラミック蒸発容器の通電方向（長
軸方向）の値上もって、表に示した。 また、曲げ強度はＪＩＳ　Ｒ１６０１の３点曲げ強さ測
定方法に準じて測定した。」 別紙 ２、特許請求の範囲 （υ　窒化ホウ素、ニホウ化チタン及び窒化アルミ・　
　ニウムを含んでなるホットプレス焼結体であって、い
ことを特徴とする導電性セラミック。 （２］　　結晶乱層構造を有する窒化ホウ素２０〜５゜
貞ｔ％、アルミニウム及び／又は態化アルミニウム１〜
１５重量係、残部がニホウ化チタンよりなる混合粉体を
非酸化注雰囲気下、温度１９００〜２１５０℃、圧力５
０〜３５０ゆ／ｃ１ｎ２の条件でホットプレス焼結する
ことを特徴とする曲げ強度９００　ｋｇ／ａｍ”以上、
比抵抗３００〜２５００μΩｃｍ未満であシ異方性の少
ない導電性セラミックの製造法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化ホウ素、二ホウ化チタン及び窒化アルミニウ
   ムを含んでなるホットプレス焼結体であつて異方性が少
   ないことを特徴とする導電性セラミック。
2. （２）結晶乱層構造を有する窒化ホウ素２０〜５０重量
   ％、アルミニウム及び／又は窒化アルミニウム１〜１５
   重量％、残部が二ホウ化チタンよりなる混合粉体を非酸
   化性雰囲気下、温度１９００〜２１５０℃、圧力５０〜
   ３５０ｋｇ／ｃｍ＾２の条件でホットプレス焼結するこ
   とを特徴とする異方性の少ない導電性セラミックの製造
   法。