(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃波によって低圧相窒化ゲルマニウム（α−Ｇｅ３  Ｎ４  ，β−Ｇｅ３  Ｎ４  ，またはアモルファスＧｅ３  Ｎ４  ）を加圧し高圧相のスピネル型窒化ゲルマニウムを合成する方法において、低圧相粉末と金属粉との混合物の加圧成形体を金属容器に入れて圧力２０ＧＰａ以上、加圧時間５マイクロ秒以下の衝撃波による瞬間的加圧を行うことを特徴とするスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法。
【請求項２】
上記記載の低圧相粉末と混合する金属粉末が銅粉末であることを特徴とする請求項１に記載のスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法。
【請求項３】
上記記載の低圧相粉末と銅粉との混合比として銅が９９重量％から５０重量％であることを特徴とする請求項２に記載のスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法。
【請求項４】
上記記載の低圧相粉末と銅粉との混合物の加圧成形体の密度が８．９ｇ／ｃｍ３  から４．５ｇ／ｃｍ３  であることを特徴とする請求項２または３に記載のスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来全く知られていなかった高圧相スピネル型窒化ゲルマニウム粉末の多量製造法に関し、詳しくは従来知られている種々の衝撃圧縮法を用いて低圧相窒化ゲルマニウムを立方晶スピネル型窒化ゲルマニウムに変換させる所謂衝撃加圧法によるスピネル型窒化ゲルマニウムの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピネル型窒化ゲルマニウムを製造する方法として、低圧相窒化ゲルマニウムをダイヤモンドアンビルセルやプレスによる固体圧縮法による圧力１２ＧＰａ以上、温度１０００〜１２００℃の高温高圧状態で、またはＧｅと窒素流体を１４ＧＰａ以上、１７００℃以上で反応させる合成法は公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スピネル型窒化ゲルマニウムの従来の製造法では、実験規模で１回せいぜい１００ミリグラム以下の試料量しか製造できなかった。また、微粉末を得るには、粉砕等の工程が必要であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、低圧相窒化ゲルマニウム粉末に適量の金属粉を混合し、適当な密度に加圧成形し、その成形体に適当な圧力、温度の衝撃圧縮をある程度以上の短時間加えるようにすれば、初期窒化ゲルマニウム粉末の組成を変えることなく、高圧相スピネル型窒化ゲルマニウム微粉末に高収率で変換させかつ多量に製造させ得ることを見出した。
【０００５】
すなわち、本発明は、衝撃波によって低圧相窒化ゲルマニウム（α−Ｇｅ３  Ｎ４  ，β−Ｇｅ３  Ｎ４，またはアモルファスＧｅ３  Ｎ４  ）を加圧し高圧相のスピネル型窒化ゲルマニウムを合成する方法において、低圧相粉末と金属粉との混合物の加圧成形体を金属容器に入れて圧力２０ＧＰａ以上、加圧時間５マイクロ秒以下の衝撃波による瞬間的加圧を行うことを特徴とするスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法である。
【０００６】
また、本発明は、上記記載の低圧相粉末と混合する金属粉末が銅粉末であることを特徴とするスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法である。
また、本発明は、上記記載の低圧相粉末と銅粉との混合比として銅が９９重量％から５０重量％であることを特徴とするスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法である。
また、本発明は、上記記載の低圧相粉末と銅粉との混合物の加圧成形体の密度が８．９ｇ／ｃｍ３  から４．５ｇ／ｃｍ３  であることを特徴とするスピネル型窒化ゲルマニウム粉末の製造法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、瞬間的な衝撃圧縮で発生する高温高圧状態を利用してスピネル型窒化ゲルマニウムの合成を行う際の試料初期状態と衝撃環境の条件を規定するものである。試料初期状態とは出発原料の選択、銅粉などの金属との混合物の有無、加圧成形体の見かけ密度、その加圧成形体中での空隙の分布などが重要である。空隙の量は、加圧成形体の密度により規定されるが、その分布は金属粉の粒径や形状により規定される。
【０００８】
出発原料の窒化ゲルマニウム粉末は結晶性の良い微粉末がよく粒径は１０ミクロン以下が望ましい。α型とβ型のどちらでも良い。また、少量の未反応Ｇｅを含んでいても差し支えない。アモルファス窒化ゲルマニウムの場合は、水素などを含まない粉末が良い。
【０００９】
銅粉などの金属との混合は、衝撃条件を均一にするために、また衝撃圧力を高めるために必要である。そのためには、金属粉の粒径は５０ミクロン以下が望ましい。この時、金属の種類は、窒化ゲルマニウムと反応しない金属である銅が最適である。銅粉などの粒子形は、加圧成形体の密度が上げられるので、球状のものが好ましい。容器として使用する金属の条件は、十分に衝撃波からの破壊から試料を保護すると同時に、試料と反応しないことが重要であり、銅が使われる。
【００１０】
加圧成形体の見かけ密度は、衝撃温度を制御するのに重要であり、十分に反応速度を高め、しかも、窒化ゲルマニウムが分解したり溶融しない温度以下でなければならないので、理論密度の６０％から９５％程度が適当である。この値は銅粉との混合比にも関係し、銅の量が多い時には低下させてもよく、銅の量が少ない時には大きくする必要が有る。密度としては、８．９ｇ／ｃｍ３  から４．５ｇ／ｃｍ３  である。好ましくは、１０から１５重量％の窒化ゲルマニウムと９０から８５重量％の銅粉との混合物で、密度７．５ｇ／ｃｍ３  から６．５ｇ／ｃｍ３  の成形体である。しかも、その圧成形体中での空隙の分布ができるだけ均一であることが望ましい。
【００１１】
衝撃環境の条件は、圧力とし２０ＧＰａ以上が必要である。６０ＧＰａ以上にあげると、圧力解放時に試料の回収が難しくなる。温度は１０００℃以上、２０００℃以下が望ましい。このような衝撃条件が実現される限りにおいて、衝撃処理の方法は問わない。すなわち、高速飛翔体の衝突で実現できる衝撃波を利用してもよく、また、市販の爆薬を利用して処理する方法、所謂円筒法などが使用できる。衝撃圧は飛翔体の衝突直前の速度を測定して、インピーダンスマッチ法で計算する。衝撃温度は多量の銅粉の衝撃温度と試料のそれが熱平衡になるとして算出する。
【００１２】
図１は、本発明の方法を実施するための衝撃波の発生および衝撃処理試料の関係を例示したものである。具体的には、試料（２）を衝撃波の破壊から保護するための回収容器（３）内に入れ、ネジ蓋（４）で試料背後から押さえた後、大型の円形収納体（１）に埋め込み、ターゲットとする。
一方、衝撃波を高速の飛翔体（８）の衝突で発生させるために、火薬銃で加速する。衝撃圧を高めるために、飛翔体はサーボ（６）の前面に金属製の飛翔板（７）が付いている。
【００１３】
【実施例】
実施例１
窒化ゲルマニウムと銅粉の混合物の圧成形体の試料のみかけの密度を成形圧の増減で調節した。１０重量％α−窒化ゲルマニウムと９０重量％β−窒化ゲルマニウム混合粉末１０重量％と銅粉９０重量％の混合物でみかけ密度７．５６ｇ／ｃｍ３  （空隙率１０％）の試料に銅製の試料容器と飛翔板を用い、秒速１．８７Ｋｍ／秒で銅板を衝突させ、約４４ＧＰａの衝撃処理を行った。
【００１４】
回収試料は試料容器から取り出し、銅粉は酸処理で除去し、得られた窒化ゲルマニウムをＸ線粉末回折で同定した。その得られた回折図を図２に示す。図２中の１は出発原料の低圧相窒化ゲルマニウム、記号ａは原料中のα型Ｇｅ３  Ｎ４  のピークで、Ｇｅは原料中の不純物Ｇｅで、無印ピークは全てβ型Ｇｅ３  Ｎ４  に対応する。２は約３６ＧＰａの衝撃処理後の生成物、３は約４４ＧＰａの衝撃処理後の生成物、記号ｃはスピネル型Ｇｅ３  Ｎ４  のピークで、（    ）中の数字は回折インデックスを示す。図２中の３で示されるように、ほぼ１００％の立方晶のスピネル型窒化ゲルマニウムであることが明らかになった。
【００１５】
実施例２
実施例１と同様に、同一の混合粉末を用いたみかけ密度６．０３ｇ／ｃｍ３  （空隙率２８％）の試料に秒速１．５９Ｋｍ／秒で銅板を衝突させ、約３６ＧＰａの衝撃処理を行った。回収試料は試料容器から取り出し、銅粉は酸処理で除去し、得られた窒化ゲルマニウムをＸ線粉末回折で同定した。その得られた回折図は図２中の２で示されるように、出発原料の低圧相窒化ゲルマニウムと立方晶スピネル型窒化ゲルマニウムの混合生成物であることが明らかになった。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、一回の衝撃処理で低圧相窒化ゲルマニウムから高転換率で高圧相のスピネル型窒化ゲルマニウムを大量に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のための装置の構成例を示した概略図である。
【図２】衝撃回収試料のＸ線粉末回折図形である。
【図１】
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【図２】
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