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Die Erfindung betrifft ein Schleifmittel auf der Basis von kubischem Bornitrid und ein Verfahren zu seiner
Herstellung.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid bekannt. Sie bestehen darin, dass man hexagonales Bornitrid einer Temperatur von über 10000C und einem Druck von über 40 kbar in
Gegenwart eines Katalysators aussetzt. Man verwendet in der Regel als Katalysator Alkali- und/oder
Erdalkalimetalle und deren Nitride. Das unter Verwendung eines solchen Katalysators erhaltene kubische
Bornitrid weist nicht immer hohe Festigkeit, besonders beim Betrieb und der Lagerung, infolge der Bildung bedeutender Mengen von Nebenprodukten auf, die sich in den Körnern des kubischen Bornitrids ablagern, wobei insbesondere bei der Einwirkung von Feuchtigkeit die sich im Syntheseprozess bildenden Metallnitride, die
Katalysatoren, ausgefüllt werden.
Es ist ausserdem zu beachten, dass es bei der Herstellung von Schleifwerkzeugen aus dem nach den bekannten Verfahren hergestellten kubischen Bornitrid zu einer teilweisen Zerstörung der
Körner des kubischen Bornitrids und des Schleiferzeugnisses selber infolge der Neigung der als Katalysator dienenden Metallnitride zur Oxydation kommt.
In der gegenwärtig angenommenen Terminologie werden die Stoffe, die die Bildung des kubischen
Bornitrids begünstigen, als Katalysatoren bezeichnet, jedoch sind im Endprodukt, im kubischen Bornitrid, die
Katalysatorstoffe nicht mehr in der ursprünglichen Form anwesend, weshalb bei der weiteren Beschreibung dieser
Stoffe, die die Bildung des kubischen Bornitrids begünstigen, der Ausdruck "Initiatoren" verwendet wird.
Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines solchen Verfahrens zur Synthese von kubischem Bornitrid, welches es möglich macht, ein Schleifmittel auf seiner Grundlage zu erhalten, welches eine hohe mechanische
Festigkeit und Beständigkeit in feuchten Medien aufweist.
Um dieses Ziel zu erreichen, wurde die Aufgabe gestellt, einen solchen Initiator zu wählen, welcher bei der
Reaktion die Bildung von Produkten begünstigt, die in feuchten Medien und bei erhöhten Temperaturen beständig sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung des Schleifmittels besteht darin, dass ein
Reaktionsgemisch, bestehend aus hexagonalem Bornitrid und einem die Bildung des kubischen Bornitrids begünstigenden Initiator, einer Temperatur von über 10000C und einem Druck von über 40 kbar ausgesetzt wird und ist dadurch gekennzeichnet, dass als Initiator einzeln oder in Kombination miteinander Boride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle eingesetzt werden, wobei die eingesetzte Menge an Boriden so bemessen wird, dass das in ihnen enthaltene Bor den Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches um mindestens 10% gegenüber jener
Menge an Bor erhöht, die im hexagonalen Bornitrid enthalten ist, und dass gegebenenfalls das Gemisch, welches hexagonales Bornitrid und Boride von Alkali und/oder -Erdalkalimetallen enthält,
vor der bei erhöhtem Druck erfolgenden Umsetzung bis zu einer Temperatur von 10000C erwärmt wird, um eine Schmelze zu erhalten, die nach ihrer Erstarrung als Reaktionsgemisch dient.
Die Verwendung der genannten Boride führt zur Bildung von nichthydrolysierbaren Nebenprodukten, wodurch die mechanische Festigkeit und Beständigkeit in feuchten Medien der polykristallinen Aggregate des
Schleifmittels auf der Grundlage der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten kubischen Bornitride erhöht wird.
Man verwendet zweckmässig als Initiatoren Magnesium- und Berylliumborid in einer Menge, die so bemessen ist, dass das in ihnen enthaltene Bor den Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches um 20 bis 55% gegenüber der Menge an Bor erhöht, die im hexagonalen Bornitrid enthalten ist.
Durch die Vorerhitzung wird es möglich, die Dauer der Synthese des kubischen Bornitrids ungefähr um 20 bis 50% zu senken.
Bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann ein Schleifmittel auf der Grundlage des kubischen Bornitrids erhalten werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus 90 bis 98 Grew.-% kubischem Bornitrid, höchstens 1 Gew. % hexagonalem Bornitrid, höchstens 9 Gew.-% nicht hydrolysierbaren Boriden, 0, 5 bis 1 Gew.-% Nitriden sowie 1 bis 3 Gew.-% elementarem Bor besteht und ein mindestens zu 80 Gew.-% polykristallines Aggregat mit einer körnigen Struktur ist.
Das erfindungsgemässe Schleifmittel besitzt gegenüber den bekannten Schleifmitteln erhöhte Härte, erhöhte mechanische Festigkeit und Beständigkeit in feuchten Medien.
Das erfindungsgemässe Schleifmittel kann in verschiedenen Schleifwerkzeugen oder als Hauptbestandteil in Schleifpasten verwendet werden.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel l : Man vermischt 75 Gew.-% hexagonales Bornitrid und 25 Gew.-% Magnesiumborid MgB2 zur Bildung des Reaktionsgemisches. Die genannte Menge des Magnesiumborids erhöht den Gesamtgehalt des Reaktionsgemisches an Bor gegenüber der Menge, die im hexagonalen Bornitrid enthalten ist, um 24%.
Das Reaktionsgemisch bringt man in die Kammer einer Anlage beliebiger Konstruktion ein, die die Erzeugung eines hohen Druckes und einer hohen Temperatur ermöglicht und unterwirft es der Einwirkung eines Druckes von 65 kbar und einer Erhitzung auf eine Temperatur von 16000C während 3 min. Das erhaltene Schleifmittel enthält 93, 0% kubisches Bornitrid, 1, 0 Gew.-% hexagonales Bornitrid und 6, 0 Gew.-% Magnesiumhexaborid und Bor, die in feuchtem Medium beständig sind.
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Beispiel 2 : Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methode mit der Ausnahme, dass man das Magnesiumborid durch Magnesiumtetraborid ersetzt, wodurch der Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches gegenüber der Menge Bor, die im hexagonalen Bornitrid enthalten ist um 49 Gew.-% erhöht wird. Das erhaltene Schleifmittel enthält 90, 0 Gew.-% kubisches Bornitrid, 1, 0 Gew.-% hexagonales Bornitrid und 9, 0 Gew.-% Magnesiumhexaborid und Bor.
Beispiel 3 : Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methode mit der Ausnahme, dass man das Magnesiumborid durch Berylliumborid der Zusammensetzung Be2B ersetzt, wodurch der Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches gegenüber jener Menge an Bor, die im hexagonalen Bornitrid enthalten ist um etwa 29 Gew.-% erhöht wird.
Beispiel 4 : Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methode mit der Ausnahme, dass man das Magnesiumborid durch Berylliumborid der Zusammensetzung BeB2 ersetzt, wodurch der Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches gegenüber jener Menge an Bor, die im hexagonalen Bornitrid enthalten ist, um etwa 54 Grew.-% erhöht wird.
Beispiel 5 : Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methode, mit der Ausnahme, dass das Magnesiumborid durch Lithiumborid der Zusammensetzung LiB ersetzt wird.
Beispiel 6 : Man wiederholt die in Beispiel 5 beschriebene Methode, mit der Ausnahme, dass die Lithiumborid durch Kalziumborid der Zusammensetzung CaB6 ersetzt wird.
Beispiel 7 : Ein Gemisch, welches aus 70 Gew.-% hexagonalem Bornitrid und 30% Magnesiumborid MgB2 besteht, erhitzt man in einem Ofen beliebiger Konstruktion auf eine Temperatur von 10000C während 3 min. Die erhaltene Schmelze kühlt man ab und verwendet diese abgekühlte Schmelze als Reaktionsgemisch, indem man sie einem Druck von 50 kbar und einer Temperatur von 15000C während 1, 5 min aussetzt. Das erhaltene Schleifmittel enthält 94, 8 Gew.-% kubisches Bornitrid, 0, 7 Gew.-% hexagonales Bornitrid und 4, 5 Gew.-% Magnesiumhexaborid und Bor, die nicht hydrolysierbar sind.
Das nach den Beispielen 1 bis 7 erhaltene Schleifmittel enthält mindestens 80 Gew.-% polykristalline Aggregate körnigen Aufbaus. Ein Schleifmaterial mit einer Körnung von-125+100 mm, das eine mechanische Druckfestigkeit von 420 g aufweist, wurde 30 Tage in einer feuchten Luft gehalten. Die mechanische Druckfestigkeit nach dem Halten in feuchter Luft betrug 395 g.
Unter Verwendung des oben beschriebenen Schleifmittels können verschiedene Schleifwerkzeuge, wie Schleifscheiben, Schleifsteine, Schleifleinen, Schleifpapiere und Schleifgewebe auf verschiedenen Unterlagen und Bindemitteln erhalten werden. Ausserdem können auch Pasten mit einer Konzentration des oben beschriebenen Schleifmittels als Hauptbestandteil von mindestens 50 Gew.-% erhalten werden.
PATENTANSPRÜCHE :
EMI2.1