窒化ホウ素 (BN) – 特性と情報

BN は合成物質で、19 世紀の初めに発見されたものの、商業材料として発展したのは 20 世紀の後半になりました。 ホウ素と窒素は周期表で炭素の隣同士であり、ホウ素と窒素は同じ数の外殻電子を持ち、ホウ素と窒素の原子半径は炭素のそれとほぼ同じである。

炭素が黒鉛やダイヤモンドとして存在するのと同じように、窒化ホウ素は六角形と立方体の形で合成できます。

六角形の窒化ホウ素粉末の合成は、高温での酸化ホウ素の窒化またはアンモニウム化により達成されます。

六方晶窒化ホウ素（h-BN）は、グラファイト（図1参照）と同等の構造です。 h-BNは焼結しにくく、通常ホットプレスで形成されます。

図1 h-BN粉末（写真提供：Ceram Research Ltd）

立方晶窒化ホウ素はダイヤモンドと同じ構造を持っており、その特性はダイヤモンドと同じものです。 実際、C-BNはダイヤモンドに次いで硬い物質です。

六方晶窒化ホウ素 (h-BN)

h-BNは優れた潤滑特性を持ちます

ホットプレス状態では、従来の金属切断技術を使用して容易に加工できるので、ホットプレス ビレットから複雑な形の部品を製造することが可能です。

表面の酸化を防ぐことができれば、h-BNはほとんどの溶融金属、ガラス、塩によって濡れないので、化学攻撃に対して高い耐性があります。

高い絶縁破壊強度

高い体積抵抗率

優れた化学的不活性

Cubic Boron Nitride (C-BN)

C-BN は、ダイヤモンドに劣らない、知られている 2 番目に硬い物質です

高い熱伝導性

優れた耐摩耗性

優れた化学的不活性

Table 1. 六方晶窒化ホウ素と立方晶窒化ホウ素の代表的な特性。

Electrical insulators

The combination of high dielectric breakdown strength and volume resistivity lead to h-BN being used as an electrical insulator however its’ tendency to oxidise at high temperatures often restrict its use to vacuum and inert atmosphere operation.

るつぼと反応容器

化学的に不活性であるため、熱電対保護シース、るつぼ、反応容器のライニングとして応用できますが、上記のように酸化を避ける必要があります。

鋳型と蒸発ボート

h-BN はバルク状、またはガラス成形やチタンの超塑性成形に用いられる耐火型へのコーティングとして使用されています（図 2 を参照）。

図2.チタンの超塑性加工に使われる耐火鋳型のバルク形状またはコーティングとして使用されます。 溶鋼用のるつぼとボート（写真提供：Ceram Research Ltd）

図3.鋼の水平連続鋳造用ブレーキング。 水平連続鋳造鋼用ブレーキングリング (写真提供 Ceram Research Ltd)

熱間静水圧プレス

溶融ガラスに濡れないという事実と組み合わせたその耐火性により、h-BN は熱間静水圧プレス (HIP’ed) 材料、特にセラミックの生産に使用されています。 この用途では、ガラス封入とHIP処理の前に、予備成形された部品がh-BNでコーティングされる。

機械切削工具および研磨剤

特に低炭素鉄金属に使用する切削工具および研磨剤が、C-BNを用いて開発されています。 この用途では、工具は多結晶ダイヤモンド工具と同様の挙動を示しますが、反応のリスクなしに鉄や低炭素合金に使用できます。

電子デバイス用基板

C-BNは、高密度および高出力電子部品実装用の基板に使用され、高い熱伝導性が得られるため効率的に熱放散が行われます。

耐摩耗性コーティング

その高い硬度と優れた耐摩耗性により、C-BNのコーティングが開発されています

引用