球状窒化ホウ素とは？

球状 窒化ホウ素とは？ 六方晶窒化ホウ素とは？球状窒化ホウ素と六方晶窒化ホウ素の違いは？このような疑問に対する答えをお探しなら、この記事をお読みください。この記事では、球状窒化ホウ素と六方晶窒化ホウ素について詳しく見ていきます。

球状窒化ホウ素とは？

六方晶窒化ホウ素（H-BN）は、窒素原子とホウ素原子が共有結合した結晶で、グラファイト（黒鉛）のような層状構造を持ち、ゆるやかで潤滑性、吸湿性、軽量性に優れていることから「白いグラフェン」と呼ばれている。六方晶窒化ホウ素の市販品は、シート状窒化ホウ素、窒化ホウ素凝集体、窒化ホウ素ナノシート、窒化ホウ素、球状窒化ホウ素など、改質後に多くの形態を持つ。

中でも球状窒化ホウ素は、窒化ホウ素のミクロンクラスのシングルチップからなる多結晶球体です。シート状、チューブ状、層状の窒化ホウ素に比べて、球状窒化ホウ素はイオン性不純物が少なく、膨張係数が低く、絶縁耐力が高いなど、窒化ホウ素本来の優れた性能を維持するだけでなく、粒子の流動性や比表面積が高いという優れた品質を持っています。

球状窒化ホウ素材料の特性と主な応用分野は以下の通り：

1. 複合材料 "高熱伝導フィラー"

窒化ホウ素は熱伝導率が高く、ゴム樹脂複合材料の熱伝導フィラーとして注目されている。しかし、現在使用されている窒化ホウ素フィラーは、ほとんどが薄片状。その不規則な形状のため、結晶面が垂直な方向の熱伝導率が結晶面が平行な方向の熱伝導率よりはるかに小さく、その結果、窒化ホウ素をポリマーに高充填すると、チップの配向の一部が理想的な熱伝導方向と直角になり、窒化ホウ素の熱伝導性を十分に生かすことができない。

球状窒化ホウ素はシート状材料に比べ、等方性、比表面積が大きいため、ポリマー中の窒化ホウ素の配向が熱伝導率に影響する、充填量が少ないなどの欠点を補い、高充填量、高熱伝導率の要求を満たすことができます。

2. 潤滑添加剤

現在、世界で使用されている潤滑油添加剤の潤滑寿命や負荷能力は短い。六方晶窒化ホウ素は良好な潤滑特性、特に高温潤滑特性を有する。窒化ホウ素は、ドイツの有名な潤滑油ブランドが製造した窒化ホウ素セラミックエンジン保護剤のように、商業用途に使用されている。球状の窒化ホウ素ナノ粒子は、窒化ホウ素の優れた特性を保持し、他の形態と比較して高い耐摩耗性を有する。潤滑油添加剤として、より優れた摩耗低減効果が期待できる。

3. 離型剤

窒化ホウ素は、グラファイトやカーボンブラックのような従来の離型剤に比べ、高温安定性に優れ、良好な潤滑性能を有する。商業用途では、シート状の窒化ホウ素が離型剤分野に応用されている。球状窒化ホウ素は固体質量と等方性の特徴があり、ダイカスト、冶金、ガラス金型剥離剤に応用することで、金型の効率を向上させ、金型の寿命を延ばすことができます。

4. 耐火物コーティング

窒化ホウ素は温度が900℃になると、酸化性雰囲気中で酸化し、真空中での最高安全使用温度は2000℃に達するので、耐火物の分野に応用することができる。窒化ホウ素コーティングは、20～50ミクロンの窒化ホウ素顆粒で調製され、耐火物に付着したり、耐火物の作業層に浸透することにより、その性能を向上させることができる。球状の窒化ホウ素は、その等方性により溶液中でより安定に分散する。

5. 吸着材料

高い比表面を持つ球状窒化ホウ素は、有機汚染物質の吸着にも潜在的な応用価値があります。球状窒化ホウ素は、テンプレートの制御下で水熱法により合成した。その後、前駆体中のテンプレートを焼成によって除去し、保護ガス下で高温で分解した。その後、浸漬により球状窒化ホウ素を作製した。この球状窒化ホウ素は、表面積が大きく、気孔率が高く、有機汚染物質の吸着能力が高く、再利用が可能である。水処理、浄化、エネルギー源の浄化など幅広い応用が期待できる。

6. キャリア材料

窒化ホウ素は高温に強く、化学的に不活性である。高温の酸化雰囲気下で安定した触媒担体材料の要件を満たし、触媒と反応しないため、より高い触媒効率を得ることができる。データを下図に示す。

7. その他の応用

生物医学の分野では、球状窒化ホウ素を薬剤の担体や徐放性薬剤の担体として使用することもできる。例えば、中空の球状窒化ホウ素は空洞容積が大きく、放出遺伝子や生体分子を貯蔵するのに利用できる。

窒化ホウ素の大きさが異なると特性も異なり、応用分野も異なるが、これは粒径、純度、不純物などの要因に影響される。例えば、粒径が10～20ミクロンの球状窒化ホウ素は通常、耐火物の表面コーティングに使用され、粒径が50～100ミクロンの球状窒化ホウ素は主に高温環境下で添加される潤滑材、脱型材、断熱材、熱伝導材に使用され、粒径が100ミクロンを超えるものは主にホットプレス窒化ホウ素原料に使用される。また、窒化ホウ素は、セラミックグレード、熱伝導グレード、潤滑グレードによって分類されます。

要約すると、球状窒化ホウ素は本来の窒化ホウ素と球状形態の二重の利点を持ち、ラメラ状窒化ホウ素の異方性と垂直面と水平面の熱伝導率の大きな差の欠点を克服しています。従来の窒化ホウ素に比べ、球状窒化ホウ素は適用領域が広く、製品性能も優れています。球状窒化ホウ素は、窒化ホウ素の形成メカニズムや調製技術に関する研究が進むにつれて、有機／無機複合材料においてますます重要な役割を果たすようになると考えられる。

おわりに

球状窒化ホウ素と六方晶窒化ホウ素についての理解を深めていただければ幸いです。窒化ホウ素についてさらに詳しくお知りになりたい方は、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ （SAM）を訪問されることをお勧めします。

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