DE2116020A1

DE2116020A1 - Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid und Schleifmittel auf dessen Grundlage

Info

Publication number: DE2116020A1
Application number: DE19712116020
Authority: DE
Original assignee: VNII
Current assignee: VNII
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1972-04-13
Also published as: FR2098009A5; DD98271A1; CH559146A5; SE372495B; CS184855B1; PL76371B1; HU163062B; ZA712251B; SU324820A1; GB1335909A; DE2116020C3; DD99527A1; DE2116020B2; BG17855A1

Description

DA-7308

zu der

Patentanmeldung
des

Wseso^usnyj nautschno-issledowatelskij

Institut abrasiwow i schlifowanija,

SSSR, Leningrad, Beloostrowskaja uliza, 17

betreffend

VERi¹AHEEN ZUR HERSTELLUNG VON KUBISCHEM BORNITRID

UMD SCHLEIFMITTEL AUF DESSEN. GRUNDLAGE Priorität vom 12. Oktober 1970 UdSSR Nr. 1476053

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, auf dessen Grundlage ein Schleifmittel erhalten werden kann, das eine hohe Härte aufweist.

Es sind bereits bekannt verschiedene Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid. Sie bestehen darin, daß man hexagonales Bornitrid einer Temperatur von über 100O⁰C und einem Druck von über 40 kbar in Gegenwart eines Katalysators aussetzt. Lan verwendet in der Regel

oder
als Katalysator Alkali- uiidVLrdalkalimetalle und deren Nit-

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ride. Das unter Verwendung eines solchen Katalysators ernaleine

tene kubische Bornitrid weist nicht immer hohe Festigkeit besonders beim Betrieb und der Lagerung in feuchten I edien infolge der Bildung bedeutender Mengen von Nebenprodukten auf, die in den Körnern des kubischen Bornioride liegen, wobei insbesondere der Einwirkung der Feuchtigkeit die sich im Syntheseprozeß bildende Metallnitride, die Katalysatoren, ausgesetzt werden. Es ist außerdem zu beachten, daß es bei der Herstellung von Schleifwerkzeugen aus den. nach den bekannten Verfahren hergestellten kubischem 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 den gegenwärtig angenommenen Terminologie werden die Stoffe, die die Bildung des kubischen Bornitride begünstigen, als Katalysatoren bezeichnet. Jedoch sind im Endprodukt, im kubischen Bornitrid, die Katalysator stoffe in reiner Form nicht anwesend^ deshalb wollen wir bei der weiteren Beschreibung die Stoffe, die die Bildung des kubischen Bor-: nitride begünstigen, als Initiatoren bezeichnen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines solchen Verfahrens zur Synthese von kubischem Bornitrid, welches es möglich macht, ein Schleifmittel auf dessen

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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 Zwischenprodukten begünstigt, die in feuchten Ledien und bei erhöhten Temperaturen beständig sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man zur Herstellung von kubischem Bornitrid als Initiator erfindungsgeihäß einzeln oder in Kombination miteinander Boride der Alkali- oder Erdalkalimetalle verwendet, deren Borgehalt so bemessen ist, das er, umgerechnet auf elementares Bor, den Gesaiatborgehalt des Reaktionsgemisches um mindestens 10% gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid erhöht.

Die Verwendung der genannten Boride führt zur Bildung von nichthydrolysierbaren Nebenprodukten, wodurch die mechanische Festigkeit und Beständigkeit in feuchten kedien der polykristallinen Aggregate des Schleifmittels auf der Grundlage des nach deiu erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten kubischen ßornibride erhöht wird.

i. an verwendet zweckmäßig als Initiatoren Lagnesium- und Berilliumboride, die in einer Lenge genommen werden, daß der ßorgehalt des .Reaktionsgeiiiisches gegenüber seinem stöchio-

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metrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um 20-55% erhöht wird.

Das Gemisch, welches hexagonales. Bornitrid und den Initiator enthält, ist zur Erzielung einer Legierung aus diesen vorher auf eine Temperatur von nicht unterhalb 1000 G zu erhitzen und nach der Abkühlung diese Legierung als Eeaktionsgeiaisch zu verwenden. Durch die Vorerhitzung wird es möglich, die Dauer der Synthese des kubischen Bornitrid^ ungefähr um 20-50% zu senken.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Schleifmittel auf der Grundlage des kubischen Bornitrids erhalten v/erden, welches erfindungsgemäß 9O-9ö% kubisches Bornitrid, etwas, aber nicht mehr als 9% nichthydrolysieivbare Boride, Nitride sowie freies Bor, etwas, aber nicht mehr als 1% hexogonales Bornitrid enthält und im wesentlichen, aber nicht weniger als zu öO% polykristalline Aggregate körnigen Aufbaus darstellt.

Das erfindungsgeinäße 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 Hauptingredienz in der Schleifpasten verwendet werden.

Kachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen

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für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, aus deren Betrachtung das Wesen des erfindungsgemäßen Verfalirens klar ist.

Beispiel 1.

luan vermischt 75% hexagonales Bornitrid und 25% Magnesiumborid zur Bildung* eines.Reaktionsgemische. Die genannte Menge des fcagnesiumborids erhöht den Gesamtgehalt des Reak- * tionsgemisches an Bor gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um §4%.

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 1600°C während 3 Minuten. Das erhaltene Schleifmittel enthält 93,0% kubisches Bornitrid, 1,0% hexagonales Bornitrid und 6,0% Riagnesiumhexaborid und Bor, die in feuchtem Medium beständig sind. "

Beispiel 2.

Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methodik mit einer Ausnahme aber, daß man das kagnesiumborid gegen tagnesiumtetraborid ersetzt, wodurch der Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches, umgerechnet auf elementares Bor, gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagona-

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len Bornitrid um 49% erhöht wird. Das erhaltene Schleifmittel enthält 90,0% kubisches Bornitrid, 1,0 hexagonales Bornitrid und 9,0% Itagnesiumhexaborid und Boü.

Beispiel 3«

Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methodik mit einer Ausnahme aber, daß man das toagnesiumborid durch Berylliumborid der Zusammensetzung Be₂B ersetzt, wodurch der Gesamtgehalt des Reaktionsgemisches, umgerechnet auf elementares Bor, gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um etwa 29% erhöht wird.

Beispiel 4.

Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methodik mit einer Ausnahme aber, daß man das Kagnesiumborid durch Berylliumborid der Zusammensetzung BeB₂ ersetzt, wodurch der Gesamtgehalt des Eeaktionsgemisches, umgerechnet auf elementares Bor, gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um etwa 54% erhöht wird.

Beispiel 5.

Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methodik mit einer Ausnahme aber, daß das Magnesiumborid durch Lithiumbor id der Zusammensetzung LiB ersetzt wird.

Beispiel 6.

Man wiederholt die in Beispiel 5 beschriebene Methodik

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mit einer Ausnahme aber, daß die Lithiumbor id durch Kalziumborid der .Zusammensetzung CaB ersetzt wird.

Beispiel 7«

Ein Gemisch, welches aus 70% hexagonalem Bornitrid und 30% Lagnesiumborid besteht, erhitzt man in einem Ofen beliebiger Konstruktion auf eine Temperatur von 100O⁰C während 3 Minuten. Die erhaltene Legierung kühlt man ab und

sie
verwendet als Reaktionsgemische indem man es einem Druck von 50 kbar und einer Temperatur von 1500⁰C während 1,5 Minuten aussetzt. Das erhaltene Schleifmittel enthält 94,8% kubisches Bornitrid, 0,7% hexagonales Bornitrid und 4,5% Lagnesiumhexaborid und Bor, die nichthydrolysier>"bar sind·

Beispiel ü.

Das nach den Beispielen 1-7 erhaltene Schleifmittel enthält mindestens öO% polykristalline Aggregate körnigen Aufbaus. Ein Schleifmaterial mit einer Körnung von -195*100 m, das eine mechanische Druckfestigkeit von 420 g aufweist, wurde in einer feuchten Luft während 30 Tage gehalten. Die mechanische Festigkeit nach dem Halten in feuchter Luft betrug 395 g.

Unter Verwendung des obenbeschriebenen Schleifmittels können verschiedene Schleifwerkzeuge, wie Schleifscheiben,

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Schleifsteine, Schleifleinen, Schleifpapiere und -gewebe auf verschiedenen Unterlagen und Bindemitteln erhalten werden. Außerdem können auch Pasten mit einer Konzentration des obenbeschriebenen Schleifmittels als HauptIngredienz von mindestens 50% erhalten werden.

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Claims

PAfEJfANSPRtICHB :

Ί.JVerfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, das darin besteht, daß man-ein Reaktionsgemisch, das hexagonales Bornitrid und einen die Bildung des kubischen Bornitrids begünstigenden Initiator enthält, einer Temperatur von über 1000°G und einem Druck von über 40 kbar aussetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Initiator einzeln oder in Kombination miteinander Boride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle verwendet, deren Borge-' halt so bemessen ist, daß er, umgerechnet auf elementares Bor, den Gesamtborgehalt des Eeaktionsgemisches um mindestens 10% gegenüber seinem stöchiometrisehen Gehalt im hexagonalen Bornitrid erhöht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Initiator R.agnesiumborid verwendet, das in einer Menge genommen wird, so daß der Borgehalt des Reaktionsgemisches gegenüber seinem stöchiomebrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um 20-53% erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Initiator Berylliumborid verwendet, das in einer Menge genommen wird, daß der

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Borgehalt des iieaktionsgemisches gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um 20-55% erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch, welches hexago— nales Bornitrid und Boride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle enthält, vorher auf eine Temperatur von nicht unterhalb 1000⁰G zur Erzielung einer Legierung erhitzt und dann die-abgekühlte Legierung als Reaktionsgeir;isoh verwendet.
5. Schleifmittel auf der Grundlage von kubischem Bornitrid, hergestellt nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß es 9O-9ö% kubisches Bornitrid, etwas, aber nicht mehr als 9% nichthydrolysieE^bare Boride, Nitride sowie freies Bor enthält und im wesentlichen, aber nicht weniger als zu öO% polykristalline Aggregate körnigen Aufbaus darstellt.
6. Schleifwerkzeug, welches einen Kern enthält, mit dem Schleifmittel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel nach Anspruch 5 ausgeführt ist.
7. Schleifpaste, dadurch gekennzeichnet, daß deren Hauptingredienz das Schleifmittel nach Anspruch 5 ist.

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