DE69312240T2

DE69312240T2 - Herstellung polykristallinen kubischen Bornitrids

Info

Publication number: DE69312240T2
Application number: DE69312240T
Authority: DE
Inventors: Samuel Anthony; Francis Raymond Corrigan; John M Zarichansky
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Diamond Innovations Inc
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2013-12-11
Also published as: JP2763741B2; US5985228A; DE69312240D1; ES2106983T3; EP0604073A2; EP0604073B1; JPH06277492A; EP0604073A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die se Erfindung bezieht sich auf die kubische Form von Bornitrid und seine Herstellung oder Umwandlung aus der hexagonalen Form von Bornitrid. Mehr im besonderen bezieht sich diese Erfindung auf die Herstellung von polykristallinen CBN-Schleifteilchen einer kontrollierten Teilchengröße aus HBN-Pulvern.
Es sind drei kristalline Formen von Bornitrid bekannt: hexagonales Bornitrid (HBN), eine weiche graphitische Form, die in der Struktur Graphit-Kohlenstoff ähnlich ist; wurtzitisches Bornitrid (WBN), eine harte hexagonale Form ähnlich hexagonalem Diamant, und kubisches Bornitrid (CBN), eine harte Zinkblendeform ähnlich kubischem Diamant. Die drei Kristallstrukturen von Bornitrid kann man sich vorstellen als durch das Stapeln einer Reihe von Folien oder Schichten von Atomen gebildet. Die Figuren 1-a bis 1-c der US-PS 4,188,494 veranschaulichen diese Strukturen detaillierter. In HBN-Kristallen befinden sich die miteinander verbundenen Bor- und Stickstoff- Atome als gestapelte Schichten in der gleichen Ebene. In den dichteren CBN-Kristallstrukturen sind die Atome der gestapelten Schichten aus der Ebene herausgefaltet. Zusätzlich ist die Bindung zwischen den Atomen innerhalb der Schichten eines HBN-Kristalles vorwiegend von der starken kovalenten Art, wobei nur schwache van der Wallsche Bindungen zwischen den Schichten wirken. In CBN-Kristallen sind starke, vorwiegend kovalente tetraedrische Bindungen zwischen jedem Atom und seinen vier Nachbarn ausgebildet.
Verfahren zum Umwandeln von HBN in monokristalline und polykristalline CBN-Teilchen sind bekannt. Die US-PS 2,947,617 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen kubischen Bornitrids durch Aussetzen einer hexagonalen Form von Bornitrid in Gegenwart spezifischer Zusatzmaterialien oder Katalysatoren gegenüber sehr hohen Drucken und Temperaturen innerhalb der für kubisches Bornitrid stabilen Region, wie durch das Phasendiagramm von Bornitrid in Figur 1 gezeigt. Verfahren zum Umwandeln von HBN in CBN ohne Katalysator unter Anwendung höherer Drucke und Temperaturen sind in der US-PS 3,212,852 beschrieben. Siehe auch Wakatsuki et al., "Synthesis of Polycristalline Cubic Boron Nitride (VI)", und Ichimose et al., "Synthesis of Polycristalline Cubic Boron Nitride (V)", beide in "Proceedings of the Fourth International Conference of High Pressure", Kyoto, Japan, 1974, Seiten 636-645; US-PS 4,016,244; JP SHO 49-27518 (Wakatsuki et al.); JP SHO 49-30357 (Wakatsuki et al.); JP SHO 49-22925 (Wakatsuki et al.); US- PS 3,852,078 (Wakatsuki et al.); Wakatsuki et al., "Synthesis of Polycristalline Cubic Boron Nitride (V)", Mat. Resp. Bul. 7, 999-1004 (1972) und GB 1 317 716 (Serota).
Es ist die kubische Form des Bornitrids, die Einsatz als ein Schleifmaterial, typischerweise in Form eines Büschel-Preßlings, eines Verbundpreßlings oder als agglomerierte Teilchen zur Bildung eines Schleifwerkzeuges, wie einer Schleifscheibe, findet. In Büschel-Preßlingen und Verbundpreßlingen sind die Schleifkristalle chemisch miteinander verbunden, typischerweise in einer selbstgebundenen Beziehung. Im Gegensatz dazu sind die Teilchen eines Schleifwerkzeuges physikalisch mit Hilfe einer Matrix gebunden. Die US-PSN 3,136,615 und 3,233,988 bieten eine detaillierte Beschreibung gewisser Arten von Büschel-Preßlingen und Verfahren zu deren Herstellung. Die US-PSN 3,743,489 und 3,767,371 bieten eine Beschreibung von Verbundpreßlingen und deren Herstellung.
Konventionelle Verfahren zum Herstellen von CBN-Teilchen für Schleifwerkzeuge schließen die Umwandlung feinteiliger HBN-Pulver in eine CBN-Masse unter Anwendung von oben beschriebenen Verfahren mit hohem Druck und hoher Temperatur ein. Nach der Bildung wird die große CBN-Masse ausgiebig gemahlen, um Teilchen varuerender Größe zu erhalten. Die Teilchen werden dann gesiebt, um Teilchen einer bestimmten Maschengröße zu erhalten. Die Anwendung dieses Verfahrens führt zur Erzeugung einer bedeutsamen Menge von Teilchen, die zum Einsatz zu klein sind und als unbewertete, feinteilige Materialien bezeichnet werden. Ein ausgiebiges Mahlen der CBN-Masse erfordert eine bedeutsame Energie und führt auch zum Abrunden der Teilchenkanten, was ihre Leistungsfähigkeit in Schleifanwendungen verringert.
Es ist erwünscht, ein wirksameres, kosteneffektiveres Verfahren zum Herstellen von CBN- Teilchen unter verringertem Mahlen zu schaffen. Die US-PS 5,015,265 (Corrigan und Slutz) beschreibt das Überziehen von HBN-Teilchen mit nicht sinterbaren Überzügen vor der Umwandlung der HBN-Teilchen in CBN. Dies ergibt überzogene CBN-Teilchen einer erwünschten Größe bei verringertem Mahlen. Es ist auch erwünscht, das zum Schaffen nicht überzogener CBN-Teilchen einer kontrollierten Größe erforderliche Mahlen zu vermindern.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zum Regeln der Teilchengrößen-Verteilung multikristalliner CBN-Schleifteilchen zu schaffen, die durch die Umwandlung von HBN-Pulvern hergestellt werden.
Ein andere Aufgabe besteht darin, die zum Mahlen einer CBN-Masse zur Herstellung von Schleifteilchen aus multikristallinem CBN von Maschengrößen erforderliche Energie zu verringern.
Eine weitere Aufgabe ist es, die Ausbeute an großen multikristallinen CBN-Schleifteilchen von Maschengröße, die durch Mahlen der multikristallinen CBN-Schleifmasse erhalten werden, zu erhöhen.
Eine weitere Aufgabe ist es, das zum Bilden multikristalliner CBN-Schleifteilchen von Maschengröße erforderliche Mahlen zu vermindern.
Dem Fachmann werden beim weiteren Studium der Beschreibung und der Ansprüche weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung deutlich.
Diese und andere Aufgaben werden gelöst durch Vorvermischen des weichen HBN-Ausgangspulvers mit einer die Umwandlung nicht beeinträchtigenden zweiten Phase vor der Umwandlung bei hohem Druck/hoher Temperatur in einer genügenden Menge, um das Verschmelzen von Teilchen an Teilchen während des Umwandlungsverfahrens zu vermindern. Graphit bietet eine geeignete zweite Phase. Diese Mischung wird dann gleichzeitig Druck- und Temperatur-Bedingungen für eine genügende Zeit ausgesetzt, um das HBN in CBN umzuwandeln. Nach dem Zurückkehren zu Umgebungsbedingungen wird die zweite Phase entfernt, was leicht gemahlene oder multikristalline CBN-Teilchen von Maschengröße ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das HBN-Ausgangspulver zu einer agglomerierten Masse oder zu agglomerierten Teilchen einer erwünschten Größe verdichtet oder vorgepreßt. Diese agglomerierten Teilchen werden dann zu Graphit hinzugegeben und in CBN umgewandelt. Das Entfernen des Graphits ergibt direkt CBN-Teilchen. In anderen Ausführungsformen wird die Teilchengrößen-Verteilung der CBN-Teilchen durch Einstellen der Teilchengrößen-Verteilung des agglomerierten HBN-Ausgangspulvers geregelt.

Detaillierte Beschreibung

Ein Ausgangsmaterial für die Ausführung der vorliegenden Erfindung ist hexagonales Bornitrid von vorzugsweise idealer Struktur, das auch als graphitisches Bornitrid (GBN) bezeichnet wird. Das HBN-Pulver hat vorzugsweise eine Größe, um die Teilchengrößen-Verteilung des resultierenden CBN-Teilchenproduktes zu regeln. Derzeit erhältliche HBN-Pulver, die eine mittlere Teilchengröße von etwa 5-6 µm aufweisen, sind zum Einsatz in dieser Erfindung geeignet, wie dies auch kleinere Pulver (0,5 µm) und größere HBN-Teilchen bis zu 600 µm, vorzugsweise 10-50 µm, sind, die in der EP-A-0 524 789 beschrieben sind, die ein Dokument im Sinne von Artikel 54(3) EPC ist, und die den Titel "Cubic Boron Nitride Abrasive and Process for Preparing the Same" hat. Die HBN-Pulver können zu Barren- bzw. Knüppel-Form komprimiert und granuliert werden, um Teilchen einer größeren Größe zu ergeben, als sie kommerziell erhältlich ist (5 bis etwa 50 µm). Beim Herstellen dieser Knüppel können die HBN-Pulver mit Katalysatoren, Umwandlungs-Förderern oder anderen Zusätzen vermischt werden, die bei dem Umwandlungsverfahren benutzt werden. Das Bilden dieser größeren agglomerierten HBN-Teilchen sorgt für eine großere Kontrolle der resultierenden CBN-Teilchengröße. Agglomerierte Teilchen im Bereich von 10-5.000 pm werden leicht erhalten. Das HBN-Ausgangsmaterial wird gesiebt, um vor der Umwandlung die erwünschte Teilchengröße zu erhalten. Während es einen großen Vorteil bei der Vorauswahl der Teilchengröße des HBN-Ausgangsmaterials gibt, sollte klar sein, daß HBN-Teilchen irgendeiner Größe oder Größenverteilung in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Die in dieser Erfindung benutzten HBN-Teilchen können konventionellen Vorbehandlungsstufen ausgesetzt werden, wie sie in der US-PS 4,289,503 beschrieben sind, wonach das Pulver vakuum-erhitzt und geglüht wird, um flüchtige Verunreinigungen, insbesondere Oxid-Verunreinigungen (Boroxid), zu entfernen. Dieses Vakuumglühen wird bei der thermischen Zersetzungstemperatur oder in einem Bereich von Temperaturen ausgeführt bei dem, zusätzlich zum Abgasen der Oberflächenoxid-Verunreinigungen, ein dünner Überzug freien Bors aufgrund der Zersetzung oxidfreier Pulverteilchen an der Oberfläche erzeugt wird.
Nachdem die HBN-Teilchen einer erwünschten Teilchengröße erhalten worden sind, werden sie mit einem Material vermischt, das für die Umwandlung von HBN in CBN inert ist und diese nicht beeinträchtigt, um eine zweite Phase zu schaffen. Ein Beispiel eines geeigneten Materials ist Graphit. Diese Mischung aus HBN und inertem Material wird dann mit konventionellen Einrichtungen zur Umwandlung des HBN in polykristalline CBN-Teilchen verarbeitet. Das inerte Material liegt vorzugsweise in Pulverform vor. Die Menge und Größe der Pulver hängt von der erwünschten Größe und Trennung der herzustellenden polykristallinen CBN-Massen ab. Die eingesetzte Menge des inerten Pulvers kann in weitem Bereich von weniger als 0,1 Gew.-% bis mehr als 99 Gew.-% der Mischung variieren. Während dieser weite Bereich der Aufgabe der Verdünnung des HBN-Pulvers zur Trennung der gebildeten CBN-Kristalle dient, liegt eine wirksamere Menge im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 15%, und Mengen von etwa 0,5 bis etwa 10% sind noch wirksamer. Der wirksame Einsatz dieser inerten Pulver erfolgt typischerweise in Mengen, die die erwünschte Trennung der CBN-Teilchen ergeben, ohne merkliche Mengen des zur Bildung der CBN-Teilchen eingesetzten HBN-Ausgangsmaterials zu verschieben.
Beim Verdichten oder Vorpressen des HBN-Ausgangsmaterials zur Schaffung eines Barrens oder einer agglomerierten Masse wird das HBN bei tiefen Temperaturen, vorzugsweise Umgebungstemperatur, komprimiert. Der Barren kann auch den für die Umwandlung erwünschten Katalysator in Mengen bis zu 40 Gew.-% und/oder andere Zusätze, wie CBN-Kristalle, in Mengen von etwa 1-50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt-Gew.-% des Barrens, enthalten. Der Barren wird leicht zu großteiligen Teilchen oder Granulat einer erwünschten Größe gemahlen, da sich starke Bindungen zwischen den Teilchen darin nicht ausgebildet haben.
Diese HBN-Teilchen werden unter konventionellen Bedingungen hohen Druckes und hoher Temperatur mit einer konventionellen Ausrüstung in polykristallines CBN umgewandelt. Der Begriff "Umwandlung" wird allgemein benutzt, um die Anderung oder Anderungen zu bezeichnen, die in der hexagonalen Form der Bornitride zur kubischen Form von Bornitrid auftreten. Umwandlungs-Reaktionen, die ein Katalysator-Material benutzen, und solche, die dies nicht tun, sind bei dieser Erfindung eingeschlossen.
Das Umwandlungs-Verfahren kann mit irgendeiner konventionellen Vorrichtung für hohen Druck/hohe Temperatur unter Anwendung konventioneller Drucke und Temperaturen ausgeführt werden. Eine Vorrichtung der in der US-PS 2,941,248 beschriebenen Art ist ein Beispiel einer befriedigenden Presse. Die Vorrichtung schließt typischerweise ein Paar von Stempeln aus Wolframcarbid-Hartmetall und ein Zwischenband oder Werkzeugteil aus dem gleichen Material ein, in dem ein Reaktionsgefäß angeordnet wird. Das Reaktionsgefäß ist typischerweise ein hohlwandiger Zylinder aus einem Material, das nicht zu einem festeren, steiferen Zustand unter den Betriebsbedingungen umgewandelt wird, und das im wesentlichen keine Volumen-Diskontinuitäten aufweist. Das Volumen des Reaktionsgefäßes ist gering. Das Verhältnis des Abstandes zwischen den Sternpelflächen zum Durchmesser d des Flächenteiles ist, z.B., geringer als etwa 2 und vorzugsweise liegt es unterhalb 1,75. Die Vorrichtung schließt auch eine Heizeinrichtung ein, typischerweise einen elektrischen Graphit-Widerstandserhitzer, um die erforderlichen hohen Temperaturen zu schaffen. Andere Vorrichtungen mit anderen Komponenten und Konfigurationen können die gleichen erforderlichen Drucke und Temperaturen für die Umwandlung liefern. Eine detailliertere Beschreibung einer geeigneten Ausrüstung findet sich in der US-PS 2,947,617.
Die Drucke und Temperaturen innerhalb der Vorrichtung werden eingestellt, um Reaktionsbedingungen oberhalb der Gleichgewichtslinie zwischen hexagonalem Bornitrid und kubischem Bornitrid auf dem Phasendiagramm von Bornitrid zu schaffen. Druck von 20.000-100.000 Bar (Atmosphären) sind typisch. Wegen der extremen angewendeten Drucke ist es schwierig, durch direkte Mittel den Druck und die Temperatur zu messen, denen die Reaktanten ausgesetzt sind. Zum Messen des Druckes ist es daher anerkannt, daß gewisse Metalle bei bestimmten Drucken bestimmten Änderungen des elektrischen Widerstandes unterliegen. Wismut unterliegt einer Phasenänderung bei 24.800 Bar (Atmosphären), Thallium unterliegt einer solchen Änderung bei 43.500 Bar (Atmosphären), Cäsium bei 53.500 Bar (Atmosphären) und Barium bei 77.400 Bar (Atmosphären). Durch Bestimmen der hydraulischen Druckbelastung, die zur Verursachung einer Phasenänderung in einem Metall, wie Wismut, erforderlich ist, wird ein Punkt auf der Druck-Pressenbelastungs-Kurve bestimmt. Durch Ausführen der gleichen Operation mit anderen Metallen, wie Thallium, Cäsium und Barium, für die diese Phasenänderungs-Punkte bekannt sind, wird eine Reihe von Punkten auf einer Druck- Pressenbelastungs-Kurve erhalten.
Der Schmelzpunkt von Germanium variiert direkt mit dem Druck über einen außerordentlich weiten Druckbereich. Die Änderungen im Schmelzpunkt für Germanium mit dem Druck haben sich als auf einer geraden Linie liegend erwiesen, wenn der Druck durch die oben beschriebenen Druck-Preß-Kurven bestimmt wird. Durch Anwenden anderer Pressenbelastungen auf ein Reaktionsgefäß, das mit Germaniurn gefüllt ist, und Bestimmen des Schmelzpunktes von Germanium, kann der tatsächliche Druck in der Kammer bei irgendeiner gegebenen Pressenbelastung bestimmt werden.
Die Temperatur im Reaktionsgefäß kann durch konventionelle Mittel bestimmt werden, wie durch Anordnen eines Thermoelement-Überganges und Messen der Temperaturen des Überganges in der üblichen Weise. Es wird elektrische Energie in einer vorbestimmten Rate zu der Vorrichtung zugeführt, und die durch diese Energie erzeugte Temperatur wird durch das Thermoelement gemessen. Das gleiche Verfahren wird mehrmals mit anderen Energiezufuhren wiederholt, um eine Kalibrierungskurve der Energiezufuhr gegenüber der Temperatur im Reaktionsgefäß zu erzeugen. Nachdem eine Kalibrierung der Vorrichtung durch dieses Verfahren erhalten wurde, wird die Temperatur des Inhaltes des Reaktionsgefäßes durch die Energiezufuhr zur Vorrichtung in Verbindung mit der Kalibrierungskurve bstimmt. Um eine Temperatur von etwa 1800ºC in der Vorrichtung zu erzeugen, die in der US-PS 2,941,248 beschrieben ist, wird eine Wechselspannung von etwa 1-3 Volt bei einem Strom von etwa 200-600 A benutzt, um die erforderlichen 600-700 Watt durch das Graphit-Heizrohr zu leiten.
Die Druck/Temperatur-Kurve des Bornitrid-Phasendiagramms zeigt zu einem variierenden Grade maximale Temperaturgrenzen, innerhalb der die kubisches Bornitrid bildende Reaktion stattfinden kann. Während als eine praktische Sache die Wirtschaftlichkeit den Gebrauch von Temperaturen und Drucken nicht zu weit über den angegebenen Minima diktieren würde, wird aus der Kurve deutlich, daß es einen genügenden Druck- und Temperatur-Bereich gibt, innerhalb dessen die beste Art der Ausführung der Erfindung praktiziert werden kann.
Nachdem man die Mischung aus HBN und inertem Material genügend hohem Druck und hoher Temperatur ausgesetzt hat, um das HBN umzuwandeln, wird die Reaktionsmischung zu Umgebungsbedingungen zurückgeführt und das Umwandlungsprodukt aus der Zelle entfernt. Das Umwandlungsprodukt kann zur Entfernung der inerten zweiten Phase behandelt werden, um einzelne multikristalline CBN-Teilchen zu ergeben, oder wenn ungenügend inertes Material eingesetzt wurde, um die einzelnen Teilchen zu isolieren, dann kann das Umwandlungsprodukt leicht zu der erwünschten Größe gemahlen werden, bevor man die zweite Phase entfernt. Ist das inerte Material Graphitpulver, dann sind Mischungen aus Schwefel- und Salpetersäure geeignet zum Entfernen der Graphitphase. Wo kleine einzelne CBN-Teilchen von Maschengröße aus der Reaktionsmischung erhalten werden, mag es trotzdem erwünscht sein, solche Teilchen zu mahlen, um die Gestalt zu verbessern, um die Teilchengrößen-Verteilung zu verbessern. Es wird deutlich weniger Mahlen des CBN benötigt, verglichen mit dem Verarbeiten konventionell hergestellter multikristalliner CBN- Massen. Gewisse Mahlstufen, wie Backenbrechen und möglicherweise Hammerzerkleinern, können signifikant vermindert oder weggelassen werden.
Zusätzlich zum Vermindern des Mahlens des CBN-Produktes auf eine geringere Größe kann das Verfahren die Ausbeute großer Teilchen erhöhen, die aus dem Hochdruck-Hochtemperatur- Zyklus verkaufbar/brauchbar sind. Durch Kontrollieren der Teilchengrößen-Verteilung des HBN- Ausgangsrnaterials wird die Erzeugung von feinteiligern Material, das zum Einsatz als Schleifmittel zu klein ist, vermindert.
Es ist erwünscht, gemahlene CBN-Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 10-5.000 µm zu erhalten. Solche Teilchen werden typischerweise gesiebt, um Teilchen einer erwünschten Größe zur Schaffung von Werkzeugen mit kontrollierten Brucheigenschaften zu isolieren. Typischerweise werden diese Teilchen gesiebt, um Größen innerhalb des Bereiches von 75-3.500 µm und am bevorzugtesten von 100-2.000 µm zu erhalten. Solche Teilchen sind besonders geeignet zum Einsatz in Schleifwerkzeugen, die aus agglornerierten Teilchen zusammengesetzt sind, wie Schleifscheiben. In Abhängigkeit vorn Ausgangsmaterial können Ausbeuten von mehr als 90% großer Teilchen (größer als 75 µm) erhalten werden, die verkaufbar oder brauchbar sind. Ausbeuten von mehr als 80% dieser großen Teilchen sind üblich.
Die direkt bei der Umwandlung gebildeten CBN-Teilchen haben ein anderes Profil als solche CBN-Kristalle, die durch Mahlen erhalten werden. Die Teilchen sind nicht so abgerundet, und sie weisen die scharfen Oberflächen auf, die in Schleif- oder Schneid-Werkzeugen benötigt werden. Trotz dieser unterschiedlichen Merkmale haben die durch diese Erfindung hergestellten CBN- Schleifteilchen eine Brauchbarkeit, die mit konventionellen CBN-Teilchen übereinstimmen, und sie sind in weitem Rahmen anwendbar für industrielle Zwecke in der gleichen Weise wie konventionelle CBN-Teilchen. Die Teilchen können mit einem Schutzmetall oder einem überzogen werden, das das Binden innerhalb einer Matrix unterstützt. Konventionelle Überzugs-Materialien, wie Nickel, Wolfram usw., sind geeignet. Wenn sie in einer Matrix zur Bildung von Schleifwerkzeugen in einer Weise wie konventionelle CBN-Teilchen gebunden sind, dann ergeben die polykristallinen CBN- Schleifteilchen dieser Erfindung eine verbesserte Schleif-Leistungsfähigkeit gegenüber konventionellen Werkzeugen.
Ohne weitere Ausarbeitung wird davon ausgegangen, daß der Fachmann unter Anwendung der vorhergehenden Beschreibung die vorliegende Erfindung in ihrem vollsten Ausmaß nutzen kann. Die folgenden bevorzugten, spezifischen Ausführungsformen sind daher lediglich veranschaulichend und nicht beschränkend für den Rest der Offenbarung in irgendeiner Weise.
Im Vorhergehenden und in den folgenden Beispielen sind alle Temperaturen in ºC angegeben und, sofern nichts anderes gesagt, beziehen sich alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht.
Die gesamte Offenbarung aller Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, die hier zitiert sind, ist durch Bezugnahme aufgenommen.

BEISPIELE

Beispiel 1

Eine Menge feinteiligen HBN-Pulvers wurde im thermischen Zersetzungsbereich von Bornitrid vakuumgeglüht, wie in der US-PS 4,289,503 beschrieben, um ein Ausgangspulver (5,7% Gewichtsverlust) für die Umwandlung in polykristallines CBN zu erhalten. Das vakuumgeglühte HBN-Pulver wurde mit 20 Gew.-% CBN-Kristallen vermischt und zur Bildung eines zylindrischen Barrens isogepreßt. Der Barren wurde zerbrochen und zu Pulverform granuliert. Das Pulver wurde dann zu Fraktionen von Maschengröße gesiebt. Es wurden mehrere Mischungen der Fraktionen der Maschengröße 6/12, 12/20, 20/40 und 40/60 mit 0,5, 1, 2, 5, 10 und 30 Gew.-% Graphitpulver (Union Carbide Qualität SP-1, hochreines Graphitpulver) hergestellt. Proben dieser verschiedenen Mischungen wurden in Hochdruck-Zellen gefüllt und bei hohem Druck/hoher Temperatur gepreßt, um die agglomerierten HBN-Teilchen in polykristallines CBN gemäß den Verfahren umzuwandeln, die in den US-PSn 2,947,617 und 4,188,194 beschrieben sind. Die gewonnenen umgewandelten Proben wurden mit Mischungen aus Schwefel- und Salpetersäure behandelt, um den Graphit zu entfernen.
Graphit-Zugaben im Bereich von 0,5-2 Gew.-% verursachten ein Zerbrechen der typischen einheitlichen Stücke oder großen Stücke zu zahlreichen kleineren Stücken. Bei Graphitzugaben von 5 Gew.-% und mehr ergaben die HBN-Teilchen der 6/12 und 12/20 Maschengrößen einzelne polykristalline CBN-Teilchen, und die Teilchengrößen-Verteilung der polykristallinen CBN-Teilchen stand in Beziehung zur Pulvergröße des Ausgangs-HBN.

Beispiel 2

Etwa 150 g Ansatz des Ausgangsmaterials der Maschengröße 6/12 von Beispiel 1 wurde mit 10 Gew.-% Graphitpulver vermischt und bei hohem Druck/hoher Temperatur gemäß den in Beispiel 1 benutzten Verfahren gepreßt. Das gewonnene, umgewandelte polykristalline CBN-Material wurde säuregereinigt, um den Graphit zu entfernen, und ergab polykristalline CBN-Teilchen von Maschengröße. Der Ansatz wurde zerkleinert und ergab eine Teilchengrößen-Verteilung der folgenden Tabelle 1: Tabelle 1
* Verhältnis der mittleren µm-Größe/mittlere µm-Größe des Ausgangspulvers
Die Daten der Tabelle 1 zeigen, daß die CBN-Teilchen eine Teilchengrößen-Verteilung aufweisen, die eine Spitze bei einer Größe von etwa der Hälfte der des HBN-Ausgangspulvers hat.

Beisiel 3

Wie in Beispiel 2 wurden etwa 150 g des Ausgangspulvers der Maschengröße 12/20 von Beispiel 1 mit etwa 10 Gew.-% Graphit vermischt und unter Bedingungen hohen Druckes/hoher Temperatur gemäß in Beispiel 1 benutzten Verfahren gepreßt. Das gewonnene umgewandelte CBN- Material wurde sauregereinigt und ergab einzelne Teilchen von polykristallinem CBN von Maschengröße. Die Teilchengrößen-Verteilung der erhaltenen Teilchen ist in der folgenden Tabelle 2 angegeben: Tabelle 2
Die Daten der Tabelle 2 zeigen, daß die CBN-Teilchen eine Teilchengrößen-Verteilung aufweisen, die bei einer Größe von etwa der Hälfte der des HBN-Ausgangspulvers eine Spitze aufweist.

Beispiel 4

Etwa 835 g Ausgangspulver mit einer Maschengröße 12/60 wurde mit 5 Gew.-% Graphitpulver vermischt und unter Bedingungen hohen Druckes/hoher Temperatur gemäß den in Beispiel 1 benutzten Verfahren gepreßt. Das polykristalline CBN-Produkt wurde aus der Reaktionszelle in Form lose gesinterter Massen gewonnen, die leichter zu zerbrechen waren als konventionelle polykristalline CBN-Körper. Ein mildes Backenbrechen genügte, um das Produkt zu etwa 6 mm (1/4 inch) großen Stücken zu zerbrechen. Nach einem Durchgang durch die Hammermühle war das Material gleichförmig granular, wobei 70% des Materials in der ursprünglichen Maschengröße 16/20 verblieben. Nachfolgende Durchgänge durch die Hammermühle führte zu einem Zerbrechen kleiner Prozente, was zeigt, daß die Teilchen von Maschengröße die erwünschte Zähigkeit beibehielten. Visuell waren alle Größen konventionellem multikristallinern Produkt mit scharfen Kanten äquivalent.
Die Graphit-Behandlung verringerte auch signifikant das erforderliche Mahlen, verglichen mit unbehandeltem HBN-Ausgangspulver. Das graphit-behandelte HBN-Ausgangspulver ergab auch eine größere Kontrolle über die Teilchengrößen-Verteilung mit einer Ausbeute in der angestrebten Größe, die um 50% größer als die konventioneller unbehandelter Ansätze war.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen multikristalliner Teilchen aus kubischem Bornitrid, umfassend:

Aussetzen einer Mischung, zusammengesetzt aus Teilchen von hexagonalem Bornitrid und einem inerten Material in Pulverform in einer Menge von mehr als 0,5 Gew.-% der Mischung gegenüber gleichzeitigen Bedingungen der Temperatur und des Druckes in einer Reaktionskammer für eine genügende Zeit, um das hexagonale Bornitrid (HBN) in kubisches Bornitrid (CBN) umzuwandeln, wobei die Reaktionskammer von der Art ist, die Carbid-Stempel und eine elektrische Widerstandsheizung benutzt, wobei das inerte Material die Umwandlung von HBN zu CBN nicht beeinträchtigt;

Rückführen der Mischung auf Umgebungs-Bedingungen;

Entfernen des inerten Materials aus der Mischung und

Gewinnen von Massen kubischen Bornitrids in Form isolierter Teilchen aus der Mischung, wobei mindestens 80% der Massen eine Teilchengröße von mehr als 75 µm haben und scharfe Oberflächen umfassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die gewonnenen Teilchen aus kubischem Bornitrid eine geringere mittlere Teilchengröße als das hexagonale Bornitrid innerhalb der Mischung und eine Teilchengrößen-Verteilung haben, die an die Teilchengrößen-Verteilung des hexagonalen Bornitrids innerhalb der Mischung angepaßt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die aus der Reaktionsrnischung gewonnenen Massen kubischen Bornitrids große CBN-Agglornerate umfassen und das Verfahren die zusätzliche Stufe des Mahlens dieser großen CBN-Agglornerate zu CBN-Teilchen einer geringeren Größe umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Menge des inerten Pulvers von 0,5 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% der Mischung ausmacht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das inerte Pulver Graphit ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die in der Reaktionsmischung eingesetzten Teilchen hexagonalen Bornitrids vor der Umwandlung zu einer erwünschten Größe im Bereich von 10-5.000 µm gesiebt werden.

7, Verfahren nach Anspruch 6, worin die gesiebten Teilchen hexagonalen Bornitrids erhalten werden durch Vorpressen von Pulver hexagonalen Bornitrids zur Bildung eines Barrens und Mahlen des Barrens zur Schaffung der Teilchen hexagonalen Bornitrids.

8. Verfahren nach Anspruch 1, worin mehr als 80% der erhaltenen, isolierten CBN-Teilchen eine Größe im Bereich von 10-5.000 µm haben.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin mehr als 80% der erhaltenen, isolierten CBN-Teilchen eine Größe im Bereich von 75-3.500 µm haben.