DE2116020C3

DE2116020C3 - Schleifmittel auf der Grundlage von kubischem Bornitrid und Verfahren zu seiner Herstellung '

Info

Publication number: DE2116020C3
Application number: DE2116020A
Authority: DE
Inventors: Walerij Michajlowitsch Dawidenko; Wiktor Wasiljewitsch Digonskij; Michail Grigorjewitsch Efros; Leon Israilewitsch Feldgun; Nina Jewgenewna Filonenko-Boroditsch; Grigorij Osipowitsch Gomon; Wladimir Iljitsch Iwanow; Wiktor Grigorjewitsch Kondakow; Jurij Matwejewitsch Moskau Kowaltschuk; Walerij Borisowitsch Loschtschinin; Wladislaw Sergejewitsch Lysanow; Witalij Sergejewitsch Pawlow; Walentin Alexejewitsch Ponomarenko; Wladimir Alexejewitsch Rybakow; Mirra Iljinitschna Sochor; Michail Andrejewitsch Warsanow
Original assignee: WSESOJUSNY NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ INSTITUT ABRASIWOW I SCHLIFOWANIJA LENING
Current assignee: WSESOJUSNY NAUTSCHNO-ISSLEDOWATELSKIJ INSTITUT ABRASIWOW I SCHLIFOWANIJA LENING
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1979-02-01
Also published as: PL76371B1; DE2116020B2; DD99527A1; CH559146A5; BG17855A1; DE2116020A1; CS184855B1; ZA712251B; DD98271A1; GB1335909A; SU324820A1; SE372495B; FR2098009A5; HU163062B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schleifmittel, das eine hohe Härte aufweist.

Bekannt sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid. 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 eine hohe Festigkeil, besonders beim Betrieb und der Lagerung in feuchten Medien infolge der Bildung bedeutender Mengen von Nebenprodukten, auf, die in den Körnern des kubischen Bornitrids liegen, wobei insbesondere der Einwirkung der Feuchtigkeit die sich bei der Synthese bildenden Metallnitride, die Katalysatoren, ausgesetzt 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.

Aus der DE-OS 19 23 562, S. 1, Abs. 1, ist bekannt, daß

'5 ein Schleifmittel aus Bornitridkristallen mit kubischem Kristallgitter bestehen kann. Allerdings muß nochmals darauf hingewiesen werden, daß die bisher bei dem bekannten Schleifmittel eingesetzten Borniiridkristalle zwar solche von kubischem Bornitrid waren, jedoch nicht beschrieben wurde, daß man ein kubisches Bornitrid einsetzen solle, das ein polykristallines Aggregat mit körnigem Aufbau darstellt. Wie gesagt, kubisches Bornitrid ist schon seit 1957 bekannt und wurde z.B. in J.Chem. Phys. 1957. 26, Nr.4, S.956.

beschrieben.

Zum Stand der Technik gehört auch die US-PS 29 47 617, die der DE-PS 11 59 400 entspricht Dort wird die Verwendung von Alkali- bzw. Erdalkalimetallen oder deren Nitride als Katalysatoren bei der Herstellung von kubischem Bornitrid beschrieben. Es ist bekannt, daß Nitride und Boride vollständig verschiedene Verbindungen sind, die in divergierenden Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Der Ersatz bekannter Metallnitride durch die vorgeschlagenen Boride gibt einen vollständig unerwarteten Effekt, den man nichi vorhersehen konnte, auf Grund logischer Schlüsse bei der Berücksichtigung des Standes der Technik.

Die Anwendung von Boriden stellt tatsächlich einen

über das Maß der üblichen Routinearbeiten hinausgehenden Schritt dar und ist nicht das Resultat einer kontinuierlichen Entwicklung und Verbesserung durch Auswahl naheliegender praktischer Lösungen.

Im folgenden sollen die bisher als Katalysatoren

bezeichneten Stoffe als Initiatoren bezeichnet werden.

da sie im Endprodukt nicht mehr in reiner Form anwesend sind, was ein Kriterium für Katalysatoren darstellt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung

eines solchen Verfahrens zur Synthese von kubischem Bornitrid, welches es möglich macht, ein Schleifmittel zu erhalten, das eine hohe mechanische Festigkeit unc Beständigkeit in feuchtem Medium aufweist.

Um dieses Z>el zu erreichen, wurde die Aufgabe gestellt, einen solchen Initiator zu wählen, der bei der SS Reaktion die Bildung von Zwischenprodukten begünstigt, die in feuchten Medien und bei erhöhten Temperaturen beständig sind.

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

Gegenstand der Erfindung ist also ein Schleifmittel auf der Grundlage von kubische Nitride enthaltendem

Bornitrid polykristallinen Aufbaus, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus 90 bis 98% kubischem Bornitrid, nicht mehr als 1% hexagonalem Bornitrid, nicht mehr als 9% nicht hydrolysierbaren Bonden, Nitriden sowie freiem Bor und im wesentlichen aber nicht weniger als zu 80% polykristallinen Aggregaten körnigen Aufbaus besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ferner das oben zitierte Verfahren und die Verwendung des obengenannten Schleifmittels zur Herstellung von Schleifwerkzeugen bzw. Schleifpasten.

Erfindungsgemäß wird also zum ersten Mal vorgeschlagen, in einem Schleifmittel Schleifkörner auf der Basis von kubischem Bornitrid im polykristallinen Aggregatzustand mit körnigem Aufbau zu verwenden. >5 Nach der erfindungsgemäßen Lehre soll in dem Schleifmittel kein absolut reines kubisches Bornitrid vorliegen, sondern eines mit bestimmten Verunreinigungen.

Es war überraschend, daß gerade ein derartiges Material gegenüber dem reinen die gewünschten Vorteile bietet, und* zwar insbesondere gegenüber den aus der oben zitierten DE-PS bekannten Produkten.

Die Verwendung der genannten Boride führt nämlich, zur Bildung von nichthydrolysierbaren Nebenprodukten, wodurch die mechanische Festigkeit und Beständigkeit in feuchten Medien der polykristallinen Aggregate des Schleifmittels erhöht wird.

Man verwendet zweckmäßig als initiatoren Magnesium- oder Berilliumboride, die in einer Menge genom- men werden, daß der Borgehalt des Reaktionsgemisches gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um 20 bis 55% erhöht wird.

Das hexagonales Bornitrid und deii Initiator enthaltende Gemisch kann zur Erzielung einer Legierung aus vorher auf eine Temperatur von nicht l aerhalb 1000^cC erhitzt werden. Nach der Abkühlung wird diese Legierung als Reaktionsgemisch verwendet. Durch die Vorerhitzung wird es möglich, die Dauer der Synthese des kubischen Bornitrids um ungefähr 20 bis 50% zu senken.

Das erfindungsgemäße Schleifmittel besitzt gegenüber den bekannten Schleifmitteln erhöhte Härte, erhöhte mechanische Festigkeit und Beständigkeit in leuchten Medien.

Das erfindungsgemäße Schleifmittel kann in verschiedenen Schleifwerkzeugen oder als Hauptingredienz in der Schleifpaste verwendet werden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Beispiel I

Man vermischt 75% hexagonales Bornitrid und 25% Magnesiumborid zur Bildung eines Reaktionsgemisches. Die genannte Menge des Magnesiumborids erhöht den Gesatntgehalt des Reaktionsgemisches an Bor gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid 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 1600°C während 3 Minuten. Das erhaltene Schleifmittel enthält 93,0% kubisches Bornitrid, 1,0% hexagonales Bornitrid und 6,0% Magnesium- hexaborid und Bor, die in feuchtem Medium beständig sind.

Beispiel 2

Man wiederholt die in Beispiel I beschriebene Methodik mit der Ausnahme, daß man das Magnesiumborid gegen Magnesiumtetraborid ersetzt, wodurch der Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches, umgerechnet auf elementares Bor, gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um 49% erhöht wird. Das erhaltene Schleifmittel enthält 90,0% kubisches Bornitrid, 1,0 hexagonales Bornitrid und 9,0% Magnesiumhexaborid und Bor.

Beispiel 3

Man wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene Methodik mit der Ausnahme, daß man das Magnesiumborid durch Berylliumborid der Zusammensetzung Be2B ersetzt, wodurch der Gesamtgehalt von BGr im Reaktionsgemisch, 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 der Ausnahme, daß man das Magnesiumborid durch Berylliumborid der Zusammensetzung BeB2 ersetzt, wodurch der Gesamtgehalt von Bor im Reaktionsgemisch, 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 Lithiumborid der Zusammensetzung LiB ersetzt wird.

Beispiel 6

Man wiederholt die in Beispiel ^c< beschriebene Methodik mit der Ausnahme, daß Lithiumborid durch Kalziumborid der Zusammensetzung CaBe ersetzt wird.

Beispiel 7

Ein Gemisch, welches aus 70% hexagonalcm Bornitrid und 30% Magnesiumborid besteht, erhitzt man in einem Ofen beliebiger Konstruktion auf eine Temperatur von 1000⁰C während 3 Minuten. Die erhaltene Legierung kühlt man ab und verwendet sie als Reaktionsgemisch, das man 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% Magnesiumhexaborid und Bor, die nichlhydrolysierbarsind.

Beispiel 8

Das nach den Beispielen 1 bis 7 erhaltene Schleifmittel enthält mindestens 80% polykristalline Aggregate körnigen Aufbaus. Ein Schleifmaterial mit einer Körnung von — 125 + 100 mkm, das eine mechanische Druckfestigkeit von 420 g aufweist, wurde in einer feuchten Luft während 30 Tagen gehalten. Die mechanische Festigkeit nach dem Halten in feuchter Luft betrug 395 g.

Unter Verwendung des oben beschriebenen Schleifmittels können verschiedene Schleifwerkzeuge, wie Schleifscheiben, Schleifsteine, Schleifleinen, Schleifpa-

piere und -gewube auf verschiedenen Unterlagen und Bindemitteln erhalten werden. Außerdem können auch Pasten mit einer Konzentration des oben beschriebenen Schleifmittels als Hauptingredienz von mindestens 50% erhalten werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schleifmittel auf der Grundlage von kubisches Nitrid enthaltendem Bornitrid polykristallinen Aufbaus, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 90 bis 98% kubischem Bornitrid, nicht mehr als 1% hexagonalem Bornitrid, nicht mehr als 9% nicht hydrolisierbaren Bonden, Nitriden sowie freiem Bor und im wesentlichen aber nicht weniger als zu 80% polykristallinen Aggregaten körnigen Aufbaus besteht, wobei das kubische Bornitrid aus hexagonalem Bornitrid und einem die Bildung des kubischen Bornitrids begünstigenden Borid als Initiator bei einer Temperatur von über 1000⁰C und einem Druck von über 40kbar unter Verwendung von Boriden der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle als Initiator einzeln und in Kombinationen hergestellt worden ist, deren Borgehalt so bemessen ist, daß er umgerechnet auf elementares Bor den Gesamtborgehalt des Reaktionsgemisches um mindestens 10% gegenüber seinem siöehiometrisehen Gehalt im hexagonalen Bornitrid erhöht

2. Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid aus hexagonalem Bornitrid und einem die Bildung des kubischen Bornitrids begünstigenden Borid als Initiator bei einer Temperatur von über 1000° C und einem Druck von über 40 kbar, dadurch gekennzeichnet, daß als Initiator einzeln oder in Kombination miteinander Boride der Alkali- und/ oder Erdalkalimetalle eingesetzt werden, deren Borgehalt so bemessen ist, daß er, umgerechnet auf elementares Bor, den Gesamtborgehalt des Reak- !■jonsgemisches um mindestens 10% gegenüber seinem stöchiometrischen Gehall im hexagonalen Bornitrid erhöht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Initiator Magnesium- oder Berylliumborid verwendet wird, das in einer Menge genommen wird, so daß der Borgehalt des Reaktionsgemisches gegenüber seinem stöchiometrischen Gehalt im hexagonalen Bornitrid um 20 bis 55% erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch, welches hexagonalcs Bornitrid und Boride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle enthält, vorher auf eine Temperatur von nicht unterhalb 1000⁰C zur Erzielung einer Legierung erhitzt wird und die abgekühlte Legierung als Reaktionsgemisch eingesetzt wird

5. Verwendung des Schleifmittels nach Anspruch 1 zur Herstellung von Schleifwerkzeugen bzw. Schleifpasten.