FI58902C - Foerfarande foer framstaellning av kubiskt bornitrid laemplig som slipmaterial - Google Patents

Description

|»ιΑ*»·| γβι (11) KUULUTUSJULKAISU cöono JST(S [BJ (11) UTLÄCGNINGSSKRIFT 5 890 2 JSvB c (45) Patentti Dyännotty il 05 1931

Patent oeddelat (51) Kv^Va.3 C 01 B 21/064, C 04 B 31/16 SUOMI—FINLAND (21) 252/72 (22) Hikumtoptlv·—Ana6kninf*rf*t 01.02.72 (23) AlkuptM—>Giltlgli«tadag 01.02.72 (41) Tullut JulklMkal — Bltvlt offwttllg 02.08.73 PM«0- |> rakteMritallltl·· (4A NIlKtvfliulpaM. |. ky.L|ulkalNn pm.—

Ntant· och r«gict«r*tyr*<Mn ' Anrtksn utla|d oeh utl.»krlft*n publlnrad 30.01. Oi (32)(33)(31) hT^utty utuoMcuu·—Buglrd prlorltut (71) Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Institut Abrazivov i Shlifovania, Beloostrovskaya ulitsa, 17, Leningrad, USSR(SU) (72) Mikhail Andreevich Varzanov, Leningrad, Vladimir Alexeevich Rybakov, Leningrad, Nina Evgenievna Filonenko-Borodich, Leningrad, Viktor Grigorievich Kondakov, Leningrad, Leon Izrailevich Feldgun, Leningrad, Valentin Alexeevich Ponomarenko, Leningrad, Viktor Vasilievich Digonsky, Leningrad, Valery Mikhailovich Davidenko, Leningrad, Mirra Ilinichna Sokhor, Leningrad, Vitaly Sergeevich Pavlov, Leningrad,

Jury Matveevich Kovalchuk, Moskva, Vladislav Sergeevich Lysanov,

Leningrad, Mikhail Grigorievich Efros, Leningrad, Grigory Osipovich Gomon, Leningrad, Valery Borisovich Loschinin, Leningrad, Vladimir Ilich Ivanov, Magadanskaya Oblast, USSR(SU) (7M Oy Kolster Ab (5^) Menetelmä hioma-aineeksi sopivan kuutioilleen boorinitridin valmistamiseksi - Förfarande för framställning av kubiskt bomitrid lämplig som slipmaterial

Keksinnön kohteena on menetelmä hioma-aineeksi sopivan kuutiollisen boorinitridin valmistamiseksi kuumentamalla reaktioseosta, joka sisältää heksagonaa-lista boorinitridiä ja metalliboridia kuutiollisen boorinitridin muodostumista edistävänä initiaattorina vähintään 1 500°C:n lämpötilassa ja vähintään 50 kbaarin paineessa.

Keksinnölle on tunnusomaista, että initiaattori koostuu alkalimetalli-borideista ja/tai maa-alkalimetalliborideista, joko yksittäin tai yhdistettyinä, ja että niitä on läsnä 25-30 paino-^.

Ko. alalla tunnetaan varsin hyvin erilaisia menetelmiä kuutiollisen boorinitridin valmistamiseksi, joissa heksagonaalista boorinitridiä puristetaan 1+0 kbaaria ylittävässä paineessa ja 1 000°C ylittävässä lämpötilassa katalysaattorin läsnäollessa. Katalysaattorit koostuvat yleensä alkali- ja/tai maa-alkali-metalleista tai näiden metallien nitrideistä. Tällaisen katalysaattorin avulla 2 58902 saadun kuutiollisen boorinitridin lujuus ei aina ole kovin suuri, erityisesti varastoitaessa ja käytettäessä kosteissa olosuhteissa, sillä sivutuotteina muodostuneet katalysaattorimetallinitridit ovat alttiita kosteuden vaikutukselle.

On myös huomattava, että valmistettaessa saadusta kuutiollisesta boorinitridistä hiomavälineitä tunnetuin menetelmin kuutiollisen boorinitridin jyväset ja itse hiomaväline tuhoutuvat osittain, koska katalysaattorimetallinitrideillä on taipumusta hapettumiseen.

Lisäämällä kuutiollisen boorinitridin valmistuksen lähtöaineseokseen booria yli heksagonaalisen boorinitridin sisältämän stökiometrisen määrän saadaan keksinnön mukaisessa menetelmässä väliaine, jossa kuutiollisen boorinitridin kiteet kasvavat heksagonaalisen boorinitridin kiteistä ja joka eroaa täysin SE-patentis-ta 2'\k 371 tunnetun kuutiollisen boorinitridin valmistuksen lähtöaineseoksesta. Tätä lähtöaineseosta käyttämällä saadaan kuutiollista boorinitridiä, joka eroaa tunnetuilla menetelmillä valmistetusta vastaavasta tuotteesta faasikoostumuksen, struktuurin ja ominaisuuksien suhteen seuraavasti: tunnetuilla menetelmillä valmistettu kuutiollinen boorinitridi sisältää tavallisesti sivutuotteena mag-nesiumnitridiä (Mg^N^), joka hajoaa helposti ilmassa, mistä syystä myöskään päätuote ei voi olla riittävän stabiili kosteissa olosuhteissa. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu kuutiollinen boorinitridi sitävastoin sisältää ainoastaan kosteissa olosuhteissa hajoamattomia, stabiileja sivutuotteita, so. metalliboridia ja -nitridiä sekä vapaata booria, jotka pintakarkaisevat kuutiollisen boorinitridin kiteet. Vapaa boori muodostunee boridiyhdisteiden pyrolyy-sissä. Tunnetuilla menetelmillä valmistettu kuutiollinen boorinitridi on mono-kiteistä, kun taas keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu tuote on struktuuriltaan polykiteistä (vähintään 80-$risesti). Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetulla kuutiollisella boorinitridillä on tunnetuilla menetelmillä valmistettuun tuotteeseen verrattuna suurempi mekaaninen lujuus, suurempi han-kauskestävyys ja suurempi stabiliteetti kosteissa olosuhteissa.

Nykyään hyväksytyn nimistön mukaan kutsutaan kuutiollisen boorinitridin muodostusta edistäviä yhdisteitä katalysaattoreiksi. Katalysaattoriyhdisteitä ei kuitenkaan ole sellaisenaan läsnä lopullisessa tuotteessa, so. kuutiollisessa boorinitridissä. Siksi kutsutaan seuraavassa kuutiollisen boorinitridin muodostumista edistäviä yhdisteitä initiaattoreiksi.

Keksinnön eräänä kohteena on saada aikaan kuutiollisen boorinitridin synteesimenetelmä siihen perustuvan hioma-aineksen valmistamiseksi, jonka mekaaninen lujuus on suuri ja joka kestää kostean ympäristön vaikutusta.

3 58902

Keksinnön erityiskohteena on saada aikaan initiaattori, joka reaktion aikana osallistuu sivutuotteiden muodostumiseen, jotka kestävät hyvin kostean ympäristön vaikutusta korkeissa lämpötiloissa.

Tämä kohde on toteutettavissa siten, että keksinnön mukaisen kuutiollisen boorinitridin valmistuksessa käytetty initiaattori koostuu alkali- tai maa-alka-limetalliborideista, joko erikseen tai yhdessä.

Yllä mainittujen boridien käyttö johtaa hydrolysoitumattomien sivutuotteiden muodostumiseen, ja tämä lisää keksinnön mukaisen menetelmän avulla saatuun kuutioniseen boorinitridiin perustuvan hioma-aineksen monikiteisten aggregaattien mekaanista lujuutta ja kosteuden kestokykyä.

On erittäin tarkoituksenmukaista käyttää magnesium- ja berylliumborideista muodostuneita initiaattoreita.

Heksagonaalisen boorinitridin ja initiaattorin seosta voidaan esikuumen-taa lämpötilaan vähintään 1 000°C yllä mainittujen komponenttien sulattamiseksi. Jäähtynyttä sulaa käytetään reaktioseoksena.

Seoksen esikuumennus lyhentää kuutiollisen boorinitridin synteesiaikaa noin 20-50 %:lla.

Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää on mahdollista saada kuutiol-liseen boorinitridiin perustuvaa hioma-ainetta, joka keksinnön mukaisesti sisältää 90-98 % kuutionista boorinitridiä, hieman, (enintään 9 %) hydrolysoitumat-tomia borideja, -nitridejä ja vapaata booria ja myös hieman (enintään 1 %) heksa-gonaalista boorinitridiä, muodostaen yhdisteen, joka sisältää vähintään 80 % raemuotoisia monikiteisiä aggregaatteja.

Verrattuna tunnettuihin hioma-aineksiin on ehdotetun hioma-aineksen erikoisetuina suuri kovuus, suuri mekaaninen lujuus ja kostean ympäristön hyvä kestokyky.

Keksinnön mukaista hioma-ainetta voidaan käyttää hiomatyökaluissa tai hiomatahnan perusaineksena,

Keksintö käy ilmeiseksi seuraavien esimerkkien toteutusten avulla, joissa selvennetään ehdotetun menetelmän oleellisia puolia.

Esimerkki 1

Reaktioseos muodostetaan sekoittamalla 75 % heksagonaalista boorinitridiä ja 25 % magnesiumboridia.

Reaktioseos pannaan korkeata painetta ja korkeata lämpötilaa kestävään kammioon, jossa paine nostetaan 65 kbaariin ja lämpötila korkeintaan 1 600°C:een ,, 58902 kolmen minuutin ajaksi. Rikastetun tuotteen saanto on 20 %. Saatu hioma-aines sisältää 93,0 % kuutiollista boorinitridiä, 1,0 % heksagonaalista boorinitridiä ja yhteensä 6,0 % raagnesiumheksaboridia ja booria, jotka ovat kestäviä kosteassa väliaineessa.

Esimerkki 2

Toistetaan esimerkissä 1 kuvattu menetelmä, paitsi että magnesiumboridi korvataan magnesiumtetraboridilla. Rikastetun tuotteen saanto on 30 %. Saatu hioma-aines sisältää 90,0 % kuutiollista boorinitridiä, 1,0 % heksagonaalista boorinitridiä ja 9,0 % magnesiumheksaboridia ja booria.

Esimerkki 3

Toistetaan esimerkissä 1 kuvattu menetelmä, paitsi että magnesiumboridi korvataan rakenteeltaan BegB olevalla berylliumboridilla. Rikastetun tuotteen saanto on 22 %.

Esimerkki U

Toistetaan esimerkissä 1 kuvattu menetelmä, paitsi että magnesiumboridi korvataan rakenteeltaan BeB^ olevalla berylliumboridilla. Rikastetun tuotteen saanto on 27 %·

Esimerkki 5

Toistetaan esimerkissä 1 kuvattu menetelmä, paitsi että magnesiumboridi korvataan litiumboridilla, LiB. Rikastetun tuotteen saanto on 32 %.

Esimerkki 6

Toistetaan esimerkissä 5 kuvattu menetelmä, paitsi että litiumboridi korvataan rakenteeltaan CaBg olevalla kalsiumboridilla. Rikastetun tuotteen saanto on 21 %.

Esimerkki 7

Seosta, jossa on 70 % heksagonaalista boorinitridiä ja 30 % magnesiumbo-ridia, kuumennetaan uunissa lämpötilassa 1 000°C kolmen minuutin ajan. Saatua sulaa jäähdytetään ja sitä käytetään reaktioseoksena, johon puolentoista minuutin ajan kohdistetaan paine 50 kbaaria ja lämpötila 1 500°C. Rikastetun tuotteen saanto on 35 %· Valmistettu hioma-aines sisältää 9^,8 % kuutiollista boorinitridiä, 0,7 % heksagonaalista boorinitridiä ja U,5 % hydrolysoitumatonta magnesiumheksaboridia ja booria.

Esimerkkien 1-7 mukaan saatu hioma-aines sisältää vähintään 80 % rakeisia polykiteisiä aggregaatteja. Hioma-ainesta, jonka raesuuruus oli 125-100 mikronia ja murskauslujuus 1+20 g, pidettiin kosteassa ilmassa 30 vuorokautta. Kostean ilman vaikutuksen jälkeen oli murskauslujuus 395 g· 5 58902

Yllä kuvattua hioma-ainesta voidaan käyttää erilaisten alusta-aineiden ja sideaineiden yhteydessä erilaisten hiomatyökalujen, esim. hiomalaikkojen, jauha-tustankojen ja hiekkapaperin valmistukseen. Lisäksi sitä voidaan käyttää valmistettaessa tahnoja, joissa hioma-aineksen perusainepitoisuus on vähintään 50 %.