JPH0372570B2 - - Google Patents
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- JPH0372570B2 JPH0372570B2 JP58154411A JP15441183A JPH0372570B2 JP H0372570 B2 JPH0372570 B2 JP H0372570B2 JP 58154411 A JP58154411 A JP 58154411A JP 15441183 A JP15441183 A JP 15441183A JP H0372570 B2 JPH0372570 B2 JP H0372570B2
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭化硼素粉末の製造法に関する。
従来から炭化硼素を製造する方法としてはいろ
いろ提案されている。例えば硼酸（H3BO3）は
二酸化硼素（B2O3）などの硼素源をマグネシウ
ム等の還元性金属及び黒鉛やコークスなどの炭素
類を用いて還元および炭化反応させる方法があ
る。 しかし、この方法は下記反応式(1)で示される反
応により炭化硼素を製造するものであるが、この
反応は約280Kcal／B4C−molという多量の発熱
を伴うため、一旦反応が開始されると急速に反応
が進行するので、例えば硼酸、マグネシウム、お
よび炭素等を混合する前又は混合した後、還元及
び炭化反応が開始される温度よりも低い温度
（300〜600℃）で熱処理して水分等の揮発分を除
去していても還元及び炭化反応が開始されると原
料が飛散したり、ガスの急膨張などの現象を惹き
起し、収率の低下や安全性の面で問題があつた。 2B2O3＋6Mg＋Ｃ→B4C＋6MgO ……(1) これらの難点を克服するために特公昭41−
15166号および15167号では反応温度を低下させる
目的で原料に金属硫酸塩を、さらに反応抑制剤と
して酸化マグネシウムなどを混合添加する方法が
提案されている。 これらの方法では生成する炭化硼素粉中に遊離
炭素が残存し化学量論組成（Ｂ／Ｃ＝4.0モル比）
のものが、得がたいことや生産規模が小さく、し
かも収率が90〜92％と低くく、品質生産規模、収
率等の面で満足できるものではなかつた。 本発明はこれらの欠点を解決することを目的と
するものであつて、3MgO・B2O3及び／又は
2MgO・B2O3を主成分とする硼酸マグネシウム
を原料とし、これをマグネシウム及び炭素により
還元及び炭化させることにより遊離炭素の含有量
の少ない炭化硼素を収率よく取得できる炭化硼素
粉末の製造法を提供しようとするものである。 すなわち、本発明は硼酸、酸化硼素などの硼素
源と酸化マグネシウムとの配合比率が硼酸換算で
硼酸１重量部に対し酸化マグネシウムを0.7〜3.0
重量部とした混合物を温度650〜1200℃に加熱し
て得られた3MgO・B2O3及び／又は2MgO・
B2O3を主成分とする硼酸マグネシウムをマグネ
シウムおよび炭素により温度1400℃以上で還元お
よび炭化することを特徴とする炭化硼素粉末の製
造法である。 以下さらに本発明を詳しく説明する。 本発明に用いる原料は3MgO・B2O3及び／又
は2MgO・B2O3を主成分とする硼酸マグネシウ
ムであり、酸化硼素および／または硼酸と酸化マ
グネシウムの混合物やその他の硼酸マグネシウム
は本発明の原料としては3MgO・B2O3、2MgO・
B2O3なる物質を原料とする場合においてのみ本
発明の目的を達成することができるためである。
さらにその理由を説明すると3MgO・B2O3、
2MgO・B2O3は高沸点物質（m.p.3MgO・B2O3
＝1360℃、2MgO・B2O3＝1340℃）で液相の形
成が行われにくいこと、多量のMgOの存在が熱
的希釈剤として働くと同時に、反応にあづかる硼
素の結合形態が安定化されているために発生熱量
が小さいこと等があげられる。また、酸化硼素お
よび／または硼酸と酸化マグネシウムの混合物を
用いる時は、還元反応の開始する温度よりも若干
低い温度（約650℃）で、3MgO・B2O3等の硼酸
マグネシウムの形成がみられるが、このときの熱
発生に原因して、充分に硼酸マグネシウムの形成
が行われる前に還元反応が開始されるために安定
して本発明の目的を達することが困難である。 本発明に用いる原料3MgO・B2O3及び／又は
2MgO・B2O3を主成分として含有する硼酸マグ
ネシウムの製法としては硼酸、酸化硼素などの硼
素源と酸化マグネシウムとを用いて高温で反応さ
せればよい。 これらの品質はいずれも工業用のものが使用さ
れ、またその粒度は加熱時に容易に溶融するよう
な粒状体または粉状体であればよいが、微粉末の
ものであることが好ましい。 上記、硼酸、酸化硼素等の硼素源と酸化マグネ
シウム配合比率は、硼酸換算で、硼酸１重量部に
対して酸化マグネシウム0.7〜3.0重量部であるこ
とが好ましい。酸化マグネシウム量が0.7重量部
未満では生成硼酸マグネシウムが3MgO・B2O3
及び／又は2MgO・B2O3を主成分とするものを
得ることが難しい。3.0重量部を超えると生成硼
酸マグネシウム中に未反応の酸化マグネシウムが
残存する。このために還元炭素反応を行うに要す
る空間容積、さらに酸による炭化硼素の分離回収
での容積が膨大となり、生産コスト上得策でな
い。 次に、これらの原料をＶ型ミキサー、リボンミ
キサー、あるいはミルなどの混合機粉砕機で充分
に混合する。混合原料を加熱処理する温度は、
650〜1200℃であることが好ましい。650℃未満で
は3MgO・B2O3、2MgO・B2O3等の物質を得る
ことはできないし、1200℃を超えると、これらの
物質の融点に近づくために、ルツボへの付着など
の原因による収率低下を招くことになるので好ま
しくない。加熱時の雰囲気については特別の雰囲
気とする必要はない。 還元炭化反応についてさらに詳しく説明する。 前記反応式(1)は、実質的にはいくつかの反応に
基づくものであり、第一の段階は反応式(2)で示す
硼素含有酸化物のマグネシウムによる還元反応で
あり、約800℃からおこる。また、発生熱量の大
部分はこの反応に起因するものである。この反応
で得られる硼素は、主として非品質で、従来モア
サンの硼素と呼ばれる非常に活性に富むものであ
る。 B2O3＋3Mg→2B＋3MgO ……(2) 次に、第二の段階はこの硼素と第一の段階で反
応あづからなかつた未反応の炭素が反応して炭化
硼素となる炭化反応で、反応式(3)で表わすことが
できる。この反応は約1450℃以上で急速となる。 4B＋Ｃ→B4C ……(3) しかしながら、炭化硼素はこのようにして形成
される一方、約1600℃以上では酸化マグネシウム
と反応式(4)に示すようにカス相を形成する。 B4C＋5MgO→４(BO)＋5Mg＋CO ……(4) 原料反応物は約800℃に達すると反応式(2)に従
つて還元反応が開始され、一旦反応が起ると大き
な発生熱を伴ない反応は瞬時に終了する。この
時、反応の生じた場所およびその近傍は局部的に
過熱状態となる。この温度が1450℃を超えると
き、反応式(3)により炭化硼素が形成する。しか
し、原料反応物の量を多くするとき、この温度が
容易に1600℃を超え反応式(4)の反応が急速に進行
し、急激に多量のガス相を生成し、試料の飛散、
従つて収率の低下、さらに安全上の問題が生じて
くる。 また、反応式(2)の酸化硼素、マグネシウムは反
応の直前・直後において、いづれも蒸気圧の高い
液相を形成するために、硼素成分がガス相に揮散
したり、またマグネシウムの揮散に原因して酸化
硼素が未反応のまま残留しやすい。未反応の酸化
硼素は、周囲に多量存在する酸化マグネシウムと
反応し、3MgO・B2O3等の硼酸マグネシウムの
形態で残留するが、これらの硼酸マグネシウムは
次の酸による炭化硼素の分離・回収工程において
溶解され、結果的には硼素成分がガス相として揮
酸した場合と同様に、硼素成分の不足した炭化硼
素（即ち、遊離炭素を多量に含む炭化硼素）しか
得ることができない。 本発明を実施するには原料となる前記硼酸マグ
ネシウムとマグネシウムおよび炭素を前記した反
応が十分に行われ未反応炭素が残存しないような
配合が好ましい。 硼酸マグネシウム中の3MgO・B2O3と2MgO・
B2O3の含有量及びその操業条件等によつてその
配合比を特定することは困難であるがその理論量
又は理論量に対し±10％程度の範囲が許容され
る。 これら原料配合物を高温反応させればよいが、
従来法と同様に温度300〜600℃で一定時間（１時
間以上）保持し揮発分を除去した後反応温度であ
る1400℃以上に加熱すればよい。 以上説明したように本発明は3MgO・B2O3及
び／又は2MgO・B2O3を主成分とする硼酸マグ
ネシウムにマグネシウム及び炭素を添加して1400
℃以上の温度で還元及び炭化させて炭化硼素粉末
を製造する方法であつて本発明によれば高純度の
炭化硼素が収率よく得られるという効果がある。 次に本発明を実施例にて説明する。 実施例および比較例 (A) 硼酸マグネシウムの製造 硼酸（USボラツクス社製工業用硼酸）500ｇ
と軟質酸化マグネシウム（神島化学製商品名
「スターマブＵ」）500ｇをＶ型ミキサーで充分
混合した後、アルミナ製ルツボに入れこれをマ
ツフル炉により温度1000℃で４時間焼成した。
その焼成生成物をＸ線回折装置で分析した結
果、第１図に示すように3MgO・B2O3と少量
の2MgO・B2O3を含む硼酸マグネシウムであ
ることが分つた。 (B) 炭化硼素粉末製造 前記(A)において得た焼成物696ｇ、マグネシ
ウム粉末（山石金属製粒度100メツシユ篩下品）
280ｇ、および人造黒鉛粉末（ロンザ社商品名
「KS−15」）23ｇをＶ型ミキサーにより10分間
混合した。これを外径220mmφ、内径200mmψ、
高さ120mmの黒鉛制ルツボに充填し、アルゴン
雰囲気下マツフル炉により温度1600℃で２時間
熱処理した。これをボールミルで粉砕後、15％
塩酸水溶液に浸漬して温度90℃で４時間処理し
副生した酸化マグネシウムを溶解後、ガラスフ
イルターによりケーキと水溶液とを濾別した。
得られたケーキを温度160℃で真空乾燥後、ア
ルミナ乳鉢で解砕し、炭化硼素粉末102ｇを得
た。これを化学分析およびＸ線回析を行つた。
Ｘ線回析によれば炭化硼素以外のピークはな
く、B4Oの化学量論組成のものであつた。 また、比較のために(A)硼酸マグネシウム製造
において、硼酸と酸化マグネシウムの配合比率
を表に示すように変えた以外は前記実施例と同
様に行つた。その条件および結果を表に示し
た。 表中実験No.１〜５は実施例、実験No.６〜９は
比較例である。 【表】
いろ提案されている。例えば硼酸（H3BO3）は
二酸化硼素（B2O3）などの硼素源をマグネシウ
ム等の還元性金属及び黒鉛やコークスなどの炭素
類を用いて還元および炭化反応させる方法があ
る。 しかし、この方法は下記反応式(1)で示される反
応により炭化硼素を製造するものであるが、この
反応は約280Kcal／B4C−molという多量の発熱
を伴うため、一旦反応が開始されると急速に反応
が進行するので、例えば硼酸、マグネシウム、お
よび炭素等を混合する前又は混合した後、還元及
び炭化反応が開始される温度よりも低い温度
（300〜600℃）で熱処理して水分等の揮発分を除
去していても還元及び炭化反応が開始されると原
料が飛散したり、ガスの急膨張などの現象を惹き
起し、収率の低下や安全性の面で問題があつた。 2B2O3＋6Mg＋Ｃ→B4C＋6MgO ……(1) これらの難点を克服するために特公昭41−
15166号および15167号では反応温度を低下させる
目的で原料に金属硫酸塩を、さらに反応抑制剤と
して酸化マグネシウムなどを混合添加する方法が
提案されている。 これらの方法では生成する炭化硼素粉中に遊離
炭素が残存し化学量論組成（Ｂ／Ｃ＝4.0モル比）
のものが、得がたいことや生産規模が小さく、し
かも収率が90〜92％と低くく、品質生産規模、収
率等の面で満足できるものではなかつた。 本発明はこれらの欠点を解決することを目的と
するものであつて、3MgO・B2O3及び／又は
2MgO・B2O3を主成分とする硼酸マグネシウム
を原料とし、これをマグネシウム及び炭素により
還元及び炭化させることにより遊離炭素の含有量
の少ない炭化硼素を収率よく取得できる炭化硼素
粉末の製造法を提供しようとするものである。 すなわち、本発明は硼酸、酸化硼素などの硼素
源と酸化マグネシウムとの配合比率が硼酸換算で
硼酸１重量部に対し酸化マグネシウムを0.7〜3.0
重量部とした混合物を温度650〜1200℃に加熱し
て得られた3MgO・B2O3及び／又は2MgO・
B2O3を主成分とする硼酸マグネシウムをマグネ
シウムおよび炭素により温度1400℃以上で還元お
よび炭化することを特徴とする炭化硼素粉末の製
造法である。 以下さらに本発明を詳しく説明する。 本発明に用いる原料は3MgO・B2O3及び／又
は2MgO・B2O3を主成分とする硼酸マグネシウ
ムであり、酸化硼素および／または硼酸と酸化マ
グネシウムの混合物やその他の硼酸マグネシウム
は本発明の原料としては3MgO・B2O3、2MgO・
B2O3なる物質を原料とする場合においてのみ本
発明の目的を達成することができるためである。
さらにその理由を説明すると3MgO・B2O3、
2MgO・B2O3は高沸点物質（m.p.3MgO・B2O3
＝1360℃、2MgO・B2O3＝1340℃）で液相の形
成が行われにくいこと、多量のMgOの存在が熱
的希釈剤として働くと同時に、反応にあづかる硼
素の結合形態が安定化されているために発生熱量
が小さいこと等があげられる。また、酸化硼素お
よび／または硼酸と酸化マグネシウムの混合物を
用いる時は、還元反応の開始する温度よりも若干
低い温度（約650℃）で、3MgO・B2O3等の硼酸
マグネシウムの形成がみられるが、このときの熱
発生に原因して、充分に硼酸マグネシウムの形成
が行われる前に還元反応が開始されるために安定
して本発明の目的を達することが困難である。 本発明に用いる原料3MgO・B2O3及び／又は
2MgO・B2O3を主成分として含有する硼酸マグ
ネシウムの製法としては硼酸、酸化硼素などの硼
素源と酸化マグネシウムとを用いて高温で反応さ
せればよい。 これらの品質はいずれも工業用のものが使用さ
れ、またその粒度は加熱時に容易に溶融するよう
な粒状体または粉状体であればよいが、微粉末の
ものであることが好ましい。 上記、硼酸、酸化硼素等の硼素源と酸化マグネ
シウム配合比率は、硼酸換算で、硼酸１重量部に
対して酸化マグネシウム0.7〜3.0重量部であるこ
とが好ましい。酸化マグネシウム量が0.7重量部
未満では生成硼酸マグネシウムが3MgO・B2O3
及び／又は2MgO・B2O3を主成分とするものを
得ることが難しい。3.0重量部を超えると生成硼
酸マグネシウム中に未反応の酸化マグネシウムが
残存する。このために還元炭素反応を行うに要す
る空間容積、さらに酸による炭化硼素の分離回収
での容積が膨大となり、生産コスト上得策でな
い。 次に、これらの原料をＶ型ミキサー、リボンミ
キサー、あるいはミルなどの混合機粉砕機で充分
に混合する。混合原料を加熱処理する温度は、
650〜1200℃であることが好ましい。650℃未満で
は3MgO・B2O3、2MgO・B2O3等の物質を得る
ことはできないし、1200℃を超えると、これらの
物質の融点に近づくために、ルツボへの付着など
の原因による収率低下を招くことになるので好ま
しくない。加熱時の雰囲気については特別の雰囲
気とする必要はない。 還元炭化反応についてさらに詳しく説明する。 前記反応式(1)は、実質的にはいくつかの反応に
基づくものであり、第一の段階は反応式(2)で示す
硼素含有酸化物のマグネシウムによる還元反応で
あり、約800℃からおこる。また、発生熱量の大
部分はこの反応に起因するものである。この反応
で得られる硼素は、主として非品質で、従来モア
サンの硼素と呼ばれる非常に活性に富むものであ
る。 B2O3＋3Mg→2B＋3MgO ……(2) 次に、第二の段階はこの硼素と第一の段階で反
応あづからなかつた未反応の炭素が反応して炭化
硼素となる炭化反応で、反応式(3)で表わすことが
できる。この反応は約1450℃以上で急速となる。 4B＋Ｃ→B4C ……(3) しかしながら、炭化硼素はこのようにして形成
される一方、約1600℃以上では酸化マグネシウム
と反応式(4)に示すようにカス相を形成する。 B4C＋5MgO→４(BO)＋5Mg＋CO ……(4) 原料反応物は約800℃に達すると反応式(2)に従
つて還元反応が開始され、一旦反応が起ると大き
な発生熱を伴ない反応は瞬時に終了する。この
時、反応の生じた場所およびその近傍は局部的に
過熱状態となる。この温度が1450℃を超えると
き、反応式(3)により炭化硼素が形成する。しか
し、原料反応物の量を多くするとき、この温度が
容易に1600℃を超え反応式(4)の反応が急速に進行
し、急激に多量のガス相を生成し、試料の飛散、
従つて収率の低下、さらに安全上の問題が生じて
くる。 また、反応式(2)の酸化硼素、マグネシウムは反
応の直前・直後において、いづれも蒸気圧の高い
液相を形成するために、硼素成分がガス相に揮散
したり、またマグネシウムの揮散に原因して酸化
硼素が未反応のまま残留しやすい。未反応の酸化
硼素は、周囲に多量存在する酸化マグネシウムと
反応し、3MgO・B2O3等の硼酸マグネシウムの
形態で残留するが、これらの硼酸マグネシウムは
次の酸による炭化硼素の分離・回収工程において
溶解され、結果的には硼素成分がガス相として揮
酸した場合と同様に、硼素成分の不足した炭化硼
素（即ち、遊離炭素を多量に含む炭化硼素）しか
得ることができない。 本発明を実施するには原料となる前記硼酸マグ
ネシウムとマグネシウムおよび炭素を前記した反
応が十分に行われ未反応炭素が残存しないような
配合が好ましい。 硼酸マグネシウム中の3MgO・B2O3と2MgO・
B2O3の含有量及びその操業条件等によつてその
配合比を特定することは困難であるがその理論量
又は理論量に対し±10％程度の範囲が許容され
る。 これら原料配合物を高温反応させればよいが、
従来法と同様に温度300〜600℃で一定時間（１時
間以上）保持し揮発分を除去した後反応温度であ
る1400℃以上に加熱すればよい。 以上説明したように本発明は3MgO・B2O3及
び／又は2MgO・B2O3を主成分とする硼酸マグ
ネシウムにマグネシウム及び炭素を添加して1400
℃以上の温度で還元及び炭化させて炭化硼素粉末
を製造する方法であつて本発明によれば高純度の
炭化硼素が収率よく得られるという効果がある。 次に本発明を実施例にて説明する。 実施例および比較例 (A) 硼酸マグネシウムの製造 硼酸（USボラツクス社製工業用硼酸）500ｇ
と軟質酸化マグネシウム（神島化学製商品名
「スターマブＵ」）500ｇをＶ型ミキサーで充分
混合した後、アルミナ製ルツボに入れこれをマ
ツフル炉により温度1000℃で４時間焼成した。
その焼成生成物をＸ線回折装置で分析した結
果、第１図に示すように3MgO・B2O3と少量
の2MgO・B2O3を含む硼酸マグネシウムであ
ることが分つた。 (B) 炭化硼素粉末製造 前記(A)において得た焼成物696ｇ、マグネシ
ウム粉末（山石金属製粒度100メツシユ篩下品）
280ｇ、および人造黒鉛粉末（ロンザ社商品名
「KS−15」）23ｇをＶ型ミキサーにより10分間
混合した。これを外径220mmφ、内径200mmψ、
高さ120mmの黒鉛制ルツボに充填し、アルゴン
雰囲気下マツフル炉により温度1600℃で２時間
熱処理した。これをボールミルで粉砕後、15％
塩酸水溶液に浸漬して温度90℃で４時間処理し
副生した酸化マグネシウムを溶解後、ガラスフ
イルターによりケーキと水溶液とを濾別した。
得られたケーキを温度160℃で真空乾燥後、ア
ルミナ乳鉢で解砕し、炭化硼素粉末102ｇを得
た。これを化学分析およびＸ線回析を行つた。
Ｘ線回析によれば炭化硼素以外のピークはな
く、B4Oの化学量論組成のものであつた。 また、比較のために(A)硼酸マグネシウム製造
において、硼酸と酸化マグネシウムの配合比率
を表に示すように変えた以外は前記実施例と同
様に行つた。その条件および結果を表に示し
た。 表中実験No.１〜５は実施例、実験No.６〜９は
比較例である。 【表】
第１図は実施例で得た硼酸マグネシウムのＸ線
回析図、第２図は実施例の炭化硼素のＸ線回析図
である。
回析図、第２図は実施例の炭化硼素のＸ線回析図
である。
Claims (1)
- １ 硼酸、酸化硼素などの硼素源と酸化マグネシ
ウムとの配合比率が硼酸換算で硼酸１重量部に対
し酸化マグネシウムを0.7〜3.0重量部とした混合
物を温度650〜1200℃に加熱して得られた
3MgO・B2O3及び／又は2MgO・B2O3を主成分
とする硼酸マグネシウムをマグネシウムおよび炭
素により温度1400℃以上で還元および炭化するこ
とを特徴とする炭化硼素粉末の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58154411A JPS6046910A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 炭化硼素粉末の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58154411A JPS6046910A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 炭化硼素粉末の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6046910A JPS6046910A (ja) | 1985-03-14 |
| JPH0372570B2 true JPH0372570B2 (ja) | 1991-11-19 |
Family
ID=15583562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58154411A Granted JPS6046910A (ja) | 1983-08-24 | 1983-08-24 | 炭化硼素粉末の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046910A (ja) |
-
1983
- 1983-08-24 JP JP58154411A patent/JPS6046910A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6046910A (ja) | 1985-03-14 |
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