HUT63593A - Process for producing cubic boron nitride, as well as preparations comprising cubic boron nitride - Google Patents
Process for producing cubic boron nitride, as well as preparations comprising cubic boron nitride Download PDFInfo
- Publication number
- HUT63593A HUT63593A HU9202443A HU9202443A HUT63593A HU T63593 A HUT63593 A HU T63593A HU 9202443 A HU9202443 A HU 9202443A HU 9202443 A HU9202443 A HU 9202443A HU T63593 A HUT63593 A HU T63593A
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- boron nitride
- hbn
- cbn
- particle size
- cubic boron
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B35/00—Boron; Compounds thereof
- C01B35/08—Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, selenium or tellurium
- C01B35/14—Compounds containing boron and nitrogen, phosphorus, sulfur, selenium or tellurium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
- C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Description
A találmány köbös kristályformáju bór-nitridre és ennek hexagonális, kristályformáju bór-nitridből való előállítási eljárására, illetve átalakítására vonatkozik. Közelebbről, a találmány tárgya ideális struktúrájú, nagy HBN részecskék felhasználása köbös bór-nitrid előállításánál. A találmány szerinti eljárásnál a hexagonális kristályformáju bór-nitrid részecskéket nagy nyomásnak és hőmérsékletnek tesszük ki katalizátor jelenlétében, illetve anélkül.
Három bór-nitrid kristályforma ismert: 1) hexagonális bór-nitrid (HBN), amely egy lágy, grafitos forma és szerkezetileg hasonló a grafit-karbonhoz; 2) wurtzites bór-nitrid (WBN), amely hexagonális kristályforma és hasonló a hexagonális gyémánthoz; 3) köbös bór-nitrid (CBN), amely kemény cinkszulfid kristályforma és hasonló a köbös gyémánthoz. A három -bór-nitrid kristályszerkezet atomok egymásra helyezett rétegeivel, illetve lapjaival szemléltethető, a 4 188 194 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás la-lc ábrái mutatják be ezt a három kristályformát részletesebben. A HBN kristályokban a kötésben lévő bór és nitrid atomok ugyanabban a síkban helyezkednek el, mint az egymásra halmozott rétegek. A sűrűbb CBN kristályszerkezetben az egymásra halmozott rétegek atomjai kitüremkednek a síkból. Továbbá, a HBN kristályokban a rétegek a [001] irányban halmozódnak, ellentétben a CBN kristályokkal, ahol a rétegek [111] irányban halmozódnak. Továbbá, az atomok közötti kötések egy HBN kristály rétegein belül túlnyomóan erős kovalens kötés típusúak és csak van derWaals kötések vannak a rétegek között. A CBN kristályokban viszont erős, túlnyomóan kovalens tetraéderes kötés van minden
-3atom és négy szomszédja között.
A bór-nitrid köbös formáját alkalmazzák mint csiszolóanyagot, általában ömlesztett vagy kombinált keverékek formájában ü
vagy különböző tipusu csiszoló- vagy köszörükorongokban. Az ömlesztett keverékek a csiszoló kristályok egy olyan halmaza, amelyben a kristályok egymással kötésben vannak a következő módok valamelyikén: a) saját kötéssel, b) kötőanyag segítségével, vagy c) az előző két módozat kombinációjában. A 3 136 615 és 3 233 988 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás részletesen ismertet bizonyos tipusu ömlesztett keverékeket és előállítási eljárásokat.
A kombinált keverék egy ömlesztett keverék egy hordozóanyaghoz, mint például cementezett wolfram-karbidhoz kötve. Az anyaghoz való kötés kialakítható akár az ömlesztett keverék előállítása közben, akár azután. A 3 743 489 és 3 867 371 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás részletesen ismertet bizonyos tipusu kombinált keverékeket és előállítási eljárásukat.
Az ömlesztett keverékek és a kombinált CBN keverékek kemény, koherens, nagy szilárdságú halmazai egymással kémiai kötésben lévő CBN kristályok. Felhasználási területük a gépi megmunkálás és fúrás. Köbös bór-nitrid részecskéket szintén használunk aggregátum (halmaz) formában is, amelyekben a szemcsék egymással egy fém matrix-szal, mint például nikkellel fizikailag vannak egymáshoz kötve. Például a köszörükorong egy ilyen aggregátum.
A HBN, CBN, egykristályos és polikristályos részecskékké való átalakítására szolgáló eljárások jól ismertek. A 2 947 617
-4számu amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint köbös bór-nitrid előállítását hexagonális bór-nitridből végzik nagy nyomáson és hőmérsékleten, speciális adalékanyag jelenlétében. A hőmérséklet- és nyomásértékek a bór-nitrid fázisdiagrammja által meghatározott köbös bór-nitrid stabil tartományán belül vannak. A köbös bór-nitridet a nagy nyomású és nagy hőmérsékletű állapot megszüntetése után nyerjük. Az adalékanyagok vagy katalizátorok például a következők lehetnek: alkálifémek, alkáliföldfémek, ón, ólom, antimon, illetve ezen fémek nitridjei. A köbös bór-nitrid stabil tartománya a
947 617 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás 1. ábráján látható, a fázisdiagramm egyensúlyi vonala felett.
A 3 212 852 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban eljárást ismertetnek HBN átalakítására CBN-né katalizátor nélkül, nagy nyomáson és hőmérsékleten (lásd még: Wakatsui és mtársai, Synthesis of Polycrystalline Cubic BN (VI), és Ichinose és mtársai, Synthesis of Polycrystalline Cubic BN (V), mindkettő: Proceedings of the Fourth International Conference of High Pressure, Kyoto, Japán (1974), 436-445; 4 016 244 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, Sho 49-27518, Sho 49-30357, Sho 49-22925 számú japán szabadimi leírások, 3 852 078 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás; Wakatsuki és mtársai, Synthesis of Polycrystalline Cubic Boron Nitride, Mát. Rés. Bull. 7, 999-1004 (1972); és 1 317 716 számú nagy-britanniai szabadalmi leírás). Az ilyen eljárásokat direkt átalakító eljárásoknak nevezik. A HBN direkt eljárással átalakítható CBN ···» · « «
-5 — kristállyá katalizátor nélkül a 4 188 194 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint. A 3 918 219 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint HBN-t CBN-né alakítanak katalitikus eljárással karbiddal érintkeztetve, amikoris CBN keverék-készítményt nyernek.
A fenti összes eljárásban hexagonális bór-nitridet alkalmazunk kiindulási anyagként. A hexagonális bór-nitrid két formája ismert, a turbósztratikus szerkezet és az ideális szerkezet. A turbósztratikus szerkezet a pirrolitikus bór-nitridra (PBN) jellemző, amelynek folytonos, kétdimenziós rétegeit szabálytalan távolságú és véletlen orientációjú hexagonális gyűrűk építik fel. Az ideális szerkezet a grafitos bór-nitridre jellemző, ahol a bór és nitrid atomok szabályos és folyamatos rendben váltakoznak a hattagú gyűrű alkotta egymásra halmozott síkokban.
A PBN a HBN kisnyomású formája, amelyet tipikusan kémiai páralecsapással állítanak elő, BCI3+NH3 gőzökkel grafithordozóra. Kicsapás után a tisztaság 99,99+%, a sűrűség kb. 2-2,18 g/cm3 és a rétegek legkedvezőbb orientációja 50/ és 100/ között van a [001] irányban. Az ideális szerkezetű HBN (GBN) sűrűsége nagyobb ennél, 2,28 g/cm3. A közbenső rétegek távolsága pirolitikus anyagokban szintén nagyobb, mint az ideális struktúrájú HBN-nél (tipikusan 3,42 a PBN esetében, ellentétben a GBN-nel, ahol ez 3,33).
Mind a PBN, mind az ideális szerkezetű HBN por formájában használható CBN-né történő átalakításra. Bár a PBN előfordul lapok formájában is, ezt porrá őrlik, amely általában lemezes részecskékből áll, amelyek bizonyos szemcseméretüre szitál-6-
hatók. Nagy méretű CBN részecskék használatánál azt találták, hogy csökken a töltési sűrűség a CBN-nél alakitó nagynyomású berendezés cellájában, amely előnytelen lehet.
Az ideális szerkezetű hexagonális bór-nitrid porként fordul elő, ahol az átlagos szemcseméret kisebb mint 10 μτα, általában 5-μπι, feltehetően az előállítási eljárásnak köszönhetően. Az iedális struktúrájú HBN makrorészecskék formájában áll rendelkezésre, igy a nagynyomásu/nagy hőmérsékletű berendezés cellája nem tölthető ki tökéletesen az anyaggal a részecskék közötti hézagok miatt, ellentétben a PBN-nel. Az ideális struktúrájú HBN makrorészecskékből nyert sajtolt tabletták sűrűsége messze az elméleti maximum 28 g/cm3 érték alatt marad, általában 1,85 g/cm3.
A köbös bór-nitrid ideális struktúrájú hexagonális bór-nitridből való előállítása során kívánatos a reakcióedényben a kiindulási HBN anyag sűrűségének maximalizálása, hogy a nagynyomású, nagy hőmérsékletű sajtolási műveleteknél a lehető legnagyobb kihozatalt érjük el és hogy csökkentsük a sajtolási löketet az alkalmazott berendezésben.
Azt tapasztaltuk, hogy a nagy részecskeméretü, ideális struktúrájú HBN porok, amelyek átlagos szemcsemérete kb. 10 Mm vagy nagyobb, jobb töltési sűrűséget biztosítanak. Ezen felismerés alapján találmányunk célja javított hatásfokú átalakító eljárás biztosítása nagy nyomáson és nagy hőmérsékleten CBN előállítására HBN-ből. Ez magában foglalja mind a katalitikus, mind a katalizátor nélküli eljárásokat. Ezek a nagy szemcséjű HBN porok alkalmasak CBN makroszemcsék, ömlesztett keverékek és/vagy kombinált keverékek előállítására.
·♦*· ···» * * * ♦ ···
-ΊΑ találmány további célja az igy nyert HBN porokból, ömlesztett keverékekből nagy sűrűségű, sajtolt tabletták előállítása.
A fentiek alapján a találmány tárgya eljárás köbös bórnitrid előállítására oly módon, hogy egy 10 μιη átlagos szemcseméretű és kb. 2,28 g/cm3 átlagos részecskesürüségü, ideális szerkezetű hexagonális bór-nitrid reakciókeveréket egyidejűleg nyomás alatt és emelt hőmérsékleten kezelünk a hexagonális szerkezet köbös szerkezetté való alakulásáig, majd a reakciókeveréket szobahőmérsékletre hütjük és a kapott köbös bór-nitridet kinyerjük.
A szükséges nyomás és hőmérséklet értékeket a bór-nitrid. fázisdiagrammjának egyensúlyi vonala alapján határozzuk meg.
A találmány vonatkozik továbbá az ideális struktúrájú HBN részecskékből álló sajtolt tablettákra, és az ezekből nyert CBN ömlesztett keverékekre.
A találmány szerinti eljárásnál kiinduló anyagként alkalmazott ideális struktúrájú hexagonális bór-nitridet grafitos bór-nitridnek (GBN) is nevezik, ennek átlagos részecskemérete 10 μιη vagy nagyobb, előnyösen 15-50 μιη közötti érték. Ezen anyagok részecskemérete nagyobb, mint a hagyományos, kereskedelemben beszerezhető poroké, tisztasága 99,8+% és a fehér, csúszós, tömött anyag sűrűsége kb. 2,28 g/cm3.
Ezen HBN részecskéket hagyományos berendezéssel a szokásos nagy nyomáson és nagy hőmérsékleten alakítjuk át CBN-né. Az átalakítás kifejezést általánosan használjuk annak a változásnak, illetve változásoknak jelölésére, amelyek következtében a hexagonális szerkezetű bór-nitrid köbös szerkezetű bór-nitriddé alakul. Ezek magukban foglalják mindazon, katalizátor «··♦ * ·
-8jelenlétében vagy anélkül végzett reakciókat, amelyek során a hexagonális kristályszerkezetü bór-nitrid közvetlenül köbös szerkezetű bór-nitriddé alakul. Előnyösek a katalizátor jelenlétében végzett reakciók.
A találmány szerinti eljárást végezhetjük bármilyen nagynyomásu/nagy hőmérsékletű berendezéssel, az átalakításhoz megkívánt szokásos nyomás és hőmérséklet alkalmazásával, igy például a 2 941 248 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett sajtoló berendezéssel. Az ott leirt nagynyomású/nagy hőmérsékletű szerkezet egy pár cementált wolfram-karbid nyomófejből és egy ugyanilyen anyagból készült közbenső hevederből vagy szerszám részből áll. A szerszámrészben található résben van a reakcióedény elhelyezve. A pirofillitből álló hő- és elektromos szigetelést biztositó tömitőszerkezetek a nyomófejek és a szerszámrész között helyezkednek el.
A reakcióedény egyik előnyös alakja egy kerámia kompozit anyagú üreges falu henger, amely a) nem válik keményebbé és merevebbé nagynyomású és nagy hőmérsékletű igénybevétel során és b) lényegében nem változik a térfogata a nagy nyomás és hőmérséklet hatására. Más anyagok is ismertek, amelyek kielégítik ezeket a feltételeket. A reakcióedény körül koncentrikusan egy grafitos, elektromos fütőszál helyezkedik el, amelyet kívülről egy hengeres szigetelő réteg vesz körül.
A berendezés több más részegységet is tartalmaz, amelyek a szigetelést és az elektromos vezetést biztosítják és ezek kialakítása jelentősen különbözhet egymástól a különböző konfigurácókban. Más berendezések és kialakítások is alkalmasak •·ί:
* »
-9az átalakításhoz szükséges nyomás és hőmérséklet előállítására, így például a carbaloy cementált karbid, 55A osztályú egy másik alkalmas anyaga a szerszámrésznek, amely képes kb. 100200 kilobar nyomásnak is ellenállni.
A találmány szerinti eljárásnál alkalmazott reakciókeverék állhat lényegében ideális struktúrájú GBN-ből vagy tartalmazhat továbbá még adalékanyagot vagy katalizátort is. Az adalékanyagok közé tartoznak még például a CBN kristályok, amelyekét a HBN átalakítása előtt adagolunk. Ha adalékanyagként CBN kristályt alkalmazunk, a mennyiség általában 1-50 tömeg%, a sajtolt tabletta és/vagy a reakciókeverék ossz tömegére számolva. Ha katalizátort alkalmazunk, a katalizátor és a hexagonális bór-nitrid aránya igén széles határok között változhat, értéke előnyösen 0,05-40 tömeg%. Azonban a hatásos reakció érdekében a jelenlévő bór-nitrid mennyiségének elegendőnek kell lenni a szükséges nitrogén biztosítására, amely a fémkatalizátor katalizátor-nitriddé történő tökéletes átalakításához szükséges.
Feltehető, hogy a katalizátor először nitriddé alakul, majd a maradék bór-nitrid a katalizátor nitridjében oldódik, majd ezt követően köbös bór-nitridként csapódik ki. Ha katalizátorként nitridet alkalmazunk, akkor a bór-nitrid és a katalizátor-nitrid relatív mennyiségének nincs korláta. Katalizátorként az irodalomból ismert valamely következő anyagot alkalmazhatjuk: alkálifémek, alkáliföldfémek, ón, ólom, antimon, és ezen férnék karbidjai, oxidjai, boridjai és nitridjei.
A köbös bór-nitriddé való átlakitásra szolgáló alkalmas eljárásokat ismertetnek például a 2 947 617 számú amerikai • «4 · β···· • · * t *·· < ♦ · * « « • · ···» · 4· *·· · 4 4*··* egyesült államokbeli szabadalmi leírásban. Egy tipikus felépítés: az ideális struktúrájú hexagonális bór-nitridet és katalizátort tartalmazó pirofilit anyagú reakcióedény a nagynyomású és nagy hőmérsékletű berendezés reakciókamrájában van elhelyezve, ahol a nyomást a megkívánt értékre az egymással szemben elhelyezett, koncentrikus csonkakup alakú nyomófejek növelik a kívánt értékre. A kívánt hőmérséklet előállítható: 1) indukciós fűtéssel, 2) a kiindulási anyagon átvezetett elektromos árammal vagy 3) a reakcióedény körül tekercselt fütőszállal. A nyomás és hőmérséklet értékek úgy vannak beállítva, hogy a bór-nitrid fázisdiagramjának hexagonális bór-nitrid-köbös bór-nitrid egyensúlyi vonala feletti reakciókörülményeket boztositsák. A köbös bór-nitridet a reakcióedény környezeti körülményekre való visszaállítása után nyerjük ki. Az ideális szerkezetű HBN-t a 20000-100000 atmoszféra nyomással sajtolt, a két nyomófej által meghatározott hengeres formájú résbe tömöritjük.
A találmány szerinti eljárásnál az ideális struktúrájú hexagonális bór-nitrid köbös bórnitirrdé való átalakítása során a reagensekre ható nyomás és hőmérséklet közvetlenül nehezen mérhető az alkalmazott extrém nyomások miatt. Ezért mindegyik paramétert közvetett utón mérjük. A nyomásméréshez az a tény használható ki, hogy adott nyomáson bizonyos fémek elektromos ellenállása határozott változáson megy át. így például a bizmut esetében 24800 atmoszférán, a talliumnál 43500 atmoszférán, a céziumnál 53500 atmoszférán, a báriumnál 77400 atmoszférán következik be fázisátalakulás. A hidraulikus terhelés meghatározásához például a bizmut fázisátalakulásához szükséges a
-11• · · ·· • · · · w ···« » · · • ·* ··· nyomás-terhelés görbén meghatároznunk egy pontot. Más fémek, igy például tallium, cézium és bárium esetén, amelyek fázisátalakulási pontja ismert, a nyomás-terhelés görbén pontok sorozatát kapjuk.
A germánium olvadáspontja a nyomással közvetlenül változik nagyon széles nyomástartományban. A germánium olvadáspontja a nyomással egyenes arányban változik, ha a nyomást a fent leirt nyomás-nyomóterhelés görbe alapján határozzuk meg. Ezért más nyomóterhelést alkalmazva a germániummal töltött reakcióedényen és meghatározva a germánium olvadáspontját, a kamrában lévő aktuális nyomás az adott nyomóterhelés mellett meghatározható.
A reakcióedényben lévő hőmérséklet hagyományos módszerekkel meghatározható, mint például termoelem elhelyezésével a reakcióedényben és az érintkezési pontok hőmérsékletének szokásos módon való mérésével. Előre meghatározott mennyiségű elektromos energiát táplálunk be a berendezésbe és mérjük az ezzel előállított hőmérsékletet termoelemekkel. Ezen eljárás többszöri ismétlésével különböző bemeneti teljesítmények mellett a bemeneti teljesitmény-hőmérséklet kalibrációs görbe meghatározható a reakcióedényben. Az igy elvégzett kalibráció után a reakcióedény tartalmának hőmérséklete a bemeneti teljesítmény alapján meghatározható a berendezés kalibrációs görbéje alapján. A 2 941 248 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerinti berendezésben például egy kb. 1800°C értékű hőmérséklet előállítására kb. 2-3 V-os váltófeszültség mellett kb. 200-600 amperes áramot használnak, hogy a szükséges 600-700 W-os teljesítményt átvezessék a grafit fütőcsöveken.
-12• · ~ 9 •»·* · · · » ·4 ···
Különböző kötő- és elektromos vezetőanyagok, mint például a fémek, elkeverhetők a bór-nitriddel a kiindulási anyag elektromos vezetési tulajdonságainak biztosítására. Az ilyen reakciókeverékeknél a kondenzátor kisüléses fűtési módszert alkalmazva magasabb hőmérséklet és magasabb nyomás biztosítható, mielőtt a lényeges olvadás és bomlás bekövetkezne. így a berendezés fémfalai nincsenek olyan magas és káros hőmérsékletnek kitéve.
A bór-nitrid fázisdiagrammjának nyomás-hőmérséklet görbéje változó maximumu hőmérséklethatárokat mutat, amelyen belül a köbös bór-nitrid átalakulási reakciója lejátszódhat. Annak ellenére, hogy a gyakorlati szempontok és a gazdaságosság azt diktálná, hogy a nyomás- és hőmérsékletértékek ne haladják meg túlságosan a mutatott maximumokat, a görbéből nyilvánvaló, hogy van egy elég széles nyomás- és hőmérsékleti tartomány, amelyen belül a találmány szerinti eljárás legkedvezőbben kivitelezhető.
A találmány értlemében felhasználható részecskék alávethetők hagyományos előkezelésnek, mint például amilyeneket a 4 289 503 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismretetnek, amikoris a port vákuumban melegítik és hevítik az illó szennyeződések, különösen a felületi oxidációs szennyeződések (bór-oxid) eltávolítására. Ezt a vákuumos hevítést a termikus bomlási hőmérsékleten, illetve hőmérsékleti tartományban végezzük, ahol a felületi oxid-szennyeződések eltávolítása mellett még egy vékony, szabad bór-bevonat is kialakul a bomlás révén az oxidmentes porrészecskék felületén.
A találmány szerint nyert köbös bór-nitrid széles körben
-13alkalmazható ipari célokra, hasonló módon mint például a természetes gyémánt, igy például alkalmazható csiszoló- illetve vágóanyagként. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy fokozott töltési sűrűséget biztosit a HBN kiindulási anyag számára a nagynyomású, nagy hőmérsékletű berendezés cellájában, ami növeli a kihozatalt. Az eljárás lehetővé teszi továbbá a sajtolási löket csökkentését az átalakítási folyamat során.
A találmány szerinti eljárással továbbá nagy részecskeméretű, ideális struktúrájú HBN-ből álló sajtolt tabletták is előállíthatok. Mivel kevés katalizátort, vagy egyáltalán nem használunk katalizátort, a sajtolt tabletták sűrűsége nagyobb, mint 2 g/cm3, amely nagyobb, mint a hagyományos HBN porokból nyerhető sajtolt tablettáké. A sajtolt tabletták előállításánál a HBL részecskéket alacsony hőmérsékleten, előnyösen környezeti hőmérsékleten sajtoljuk. Ezeket a sajtolt tablettákat használjuk nagynyomásu/nagy hőmérsékletű berendezésben CBN-né történő átalakításra.
A sajtolt tabletta tartalmazhatja az átalakításhoz megkívánt katalizátort, és/vagy a por elkeverhető a sajtolt tabletta teljes tömegére számított 1-50 tömeg% mennyiségben CBN kristályokkal. A sajtolt tabletta sűrűsége ezen adalékok mennyiségétől és sűrűségétől függően fog változni.
Az előzőekben ismertetettek a szakember számára elegendő információt adnak a találmány megvalósításához. A következő példák csupán a találmány illusztrálására szolgálnak, a korlátozás szándéka nélkül.
Az előzőekben a következő pélákban minden hőmérsékletet
-14°C-ban adunk meg és hacsak másképp nem jelöljük, akkor minden rész és százalék tömegrészt és tömegszázalékot jelent.
Példák
Töltési sűrűségre vonatkozó vizsgálatot végzünk a következőkre vonatkozóan: a) nagy részecskeméretü (30 μιη-es átlagos szemcseméret), ideális struktúrájú HBN por és b) kis részecskeméretü (kisebb mint 10 μιη, kb. 5-6 μιη-es átlagos szemcseméret) , ideális struktúrájú, a jelenlegi eljárásoknál felhasznált HBN por. Az összehasonlításokat a következők között végezzük: 1) a közvetlenül nyert por, 2) a termikus bomlási tartományban történt vákuumos hevítés utáni por, és 3) vákuumban hevített por 20 tömeg% CBN kristállyal elkeverve.
A sűrűség meghatározásokat úgy végeztük, hogy a poranyagot edzett acélformába és bélyegbe helyeztük, majd egy Carver prés segítségével táblettákká sajtoltuk. 8 g tömegű port mértünk be a formába, majd megsajtoltuk (kb. 9450 kg-435xl06 Pa, 1,65 cm bélyeg átmérő). A nyomás felengedése után az összesajtolt port a formából egy hüvelyes fütőszerkezetbe nyomtuk (átmérő 1,65 cm) és mértük a sajtolt tabletták magasságát, majd számoltuk a sűrűséget. A kapott eredményeket a következő táblázatokban foglaljuk össze.
| Nem hőkezelt ideális | struktúrájú HBN | por |
| Sűrűség gramm/cm3 | %Elméleti | |
| Nagy részecskeméretü HBN | 2,07 | 90,8 |
| Kis részecskeméretü HBN | 1,89 | 82,9 |
| Elméleti | 2,28 | — |
Hőkezelt ideális struktúrájú HBN por
| Sűrűség gramm/cm3 | %Elméleti | |
| Hőkezelt nagy részecskeméretü HBN | 2,07 | 90,8 |
| Hőkezelt kis részecskeméretü HBN | 1,84 | 80,7 |
| Elméleti | 2,28 | — |
HBN/CBN porkeverék
Sűrűség gramm/cm3 %Elméleti
| 80% hőkezelt nagy részecskeméretü | 2,19 | 86,9 | |
| 20% | HBN/ CBN adalék | ||
| 80% | hőkezelt kis részecskeméretü | 1,98 | 78,6 |
| HBN/ | |||
| 20% | CBN adalék | ||
| Elméleti | 2,52 | — |
Az eredményekből látható, hogy a nagy részecskeméretü HBN-16ből nyert tabletták sűrűsége egyértelműen javult. A nagy részecskeméretü tömörített, vákuumban hőkezelt pormintákat nagy hőmérsékletű és nagynyomású feltételek között sajtoltuk a CBN-né történő átalakítása érdekében. így jól színtereit, kristályos CBN pogácsákat nyertünk.
Az előző példa hasonló sikerrel megismételhető, ha a találmányi leírásban általánosan vagy specifikusan említett reagenseket és/vagy működési feltételeket alkalmazzuk a példában leírtak helyett.
Az előzőek alapján szakember könnyen megállapíthatja a találmány alapvető jellegzetességeit és annak alap koncepcióján, oltalmi körén belül különböző változásokat és módosításokat is végrehajthat a különböző felhasználásokhoz való adaptálás érdekében.
Claims (15)
1. Eljárás köbös bór-nitrid előállítására, azzal jellemezve, hogy egy 10 μια vagy e feletti átlagos szemcseméretü, ideális szerkezetű hexagonális bór-nitrid reakciókeveréket egyidejűleg nyomás alatt és emelt hőmérsékleten annyi ideig kezelünk, hogy a hexagonális szerkezet köbös szerkezetté alakuljon, majd a reakciókeveréket szobahőmérsékletre hütjük és a kapott köbös bór-nitridet kinyerjük.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bór-nitrid fázisdiagrammjának egyensúlyi görbéje feletti értéknek megfelelő nyomást és hőmérsékletet alkalmazunk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett reakciókeverékben még 0,05-40 tömeg% katalizátort is alkalmazunk.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az említett reakciókeverékben még 1-50 tömeg% köbös bór-nitridet is alkalmazunk.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kiindulási anyagként alkalmazott ideális szerkezetű HBN-t az átalakítás előtt vákuumos hevítésnek vetjük alá és 15-50 μιη részecskeméretü szemcséket alkalmazunk.
6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ideális szerkezetű HBN-t CBN ömlesztett keverékké vagy CPN kompozit keverékké alakítjuk.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ideális szerkezetű HBN-t az átalakításhoz szükséges nyomáson és hőmérsékleten való kezelés előtt sajtolt tablettákká alakítjuk.
’
8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, r hogy olyan ideális szerkezetű hexagonális bór-nitrid részecskéket alkalmazunk, amelyek átlagos részecskemérete 30 Mm vagy e feletti érték.
9. Sajtolt tabletta, amelynek sűrűsége nagyobb mint 2 g/cm3, azzal jellemezve, hogy lényegében ideális szerkezetű, sajtolt HBN részecskékből áll.
10. A 9. igénypont szerinti sajtolt tabletta, azzal jellemezve, hogy még 0,05-40 tömeg% katalizátort is tartalmaz.
11. A 9. igénypont szerinti sajtolt tabletta, azzal jellemezve, hogy még 4-50 tömeg% mennyiségben CBN kristályokat is tartalmaz és sűrűsége nagyobb mint 2,20 g/cm3.
12. A 9. igénypont szerinti sajtolt tabletta, azzal jellemezve, hogy ideális szerkezetű és 15-50 μπι átlagos részecskeméretü HBN szemcsékből van előállítva.
13. A 9. igénypont szerinti sajtolt tabletta, azzal jellemezve, hogy mérete és formája a nagynyomású/nagy hőmérsékletű berendezés reakcióedényében való alkalmazáshoz van adaptálva.
14. CBN ömlesztett készítmény, azzal jellemezve, hogy a
13. igénypont szerinti sajtolt tablettákból van előállítva.
15. CBN ömlesztett készítmény, azzal jellemezve, hogy HBN részecskékből van előállítva, amelyek átlagos részecskemérete
15-50 μιη és a részecskék sűrűsége 2,28 g/cm3.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/735,503 US5194071A (en) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | Cubic boron nitride abrasive and process for preparing same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT63593A true HUT63593A (en) | 1993-09-28 |
Family
ID=24956086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU9202443A HUT63593A (en) | 1991-07-25 | 1992-07-24 | Process for producing cubic boron nitride, as well as preparations comprising cubic boron nitride |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5194071A (hu) |
| EP (1) | EP0524789B1 (hu) |
| JP (1) | JPH05194938A (hu) |
| KR (1) | KR930002238A (hu) |
| AT (1) | ATE143915T1 (hu) |
| CA (1) | CA2070437A1 (hu) |
| CZ (1) | CZ230992A3 (hu) |
| DE (1) | DE69214373T2 (hu) |
| HU (1) | HUT63593A (hu) |
| MX (1) | MX9204377A (hu) |
| PL (1) | PL295386A1 (hu) |
| ZA (1) | ZA925186B (hu) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194071A (en) * | 1991-07-25 | 1993-03-16 | General Electric Company Inc. | Cubic boron nitride abrasive and process for preparing same |
| US5271749A (en) * | 1992-11-03 | 1993-12-21 | Smith International, Inc. | Synthesis of polycrystalline cubic boron nitride |
| US5691260A (en) * | 1994-12-30 | 1997-11-25 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Cubic system boron nitride sintered body for a cutting tool |
| JP3471167B2 (ja) * | 1996-05-21 | 2003-11-25 | 昭和電工株式会社 | 立方晶窒化ホウ素の製造方法 |
| US5718619A (en) * | 1996-10-09 | 1998-02-17 | Cmi International, Inc. | Abrasive machining assembly |
| US9868100B2 (en) | 1997-04-04 | 2018-01-16 | Chien-Min Sung | Brazed diamond tools and methods for making the same |
| US9463552B2 (en) | 1997-04-04 | 2016-10-11 | Chien-Min Sung | Superbrasvie tools containing uniformly leveled superabrasive particles and associated methods |
| US9199357B2 (en) | 1997-04-04 | 2015-12-01 | Chien-Min Sung | Brazed diamond tools and methods for making the same |
| US9221154B2 (en) | 1997-04-04 | 2015-12-29 | Chien-Min Sung | Diamond tools and methods for making the same |
| US9238207B2 (en) | 1997-04-04 | 2016-01-19 | Chien-Min Sung | Brazed diamond tools and methods for making the same |
| US9409280B2 (en) | 1997-04-04 | 2016-08-09 | Chien-Min Sung | Brazed diamond tools and methods for making the same |
| WO2001016249A1 (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-08 | De Beers Industrial Diamonds (Proprietary) Limited | Abrasive material comprising elongate abrasive bodies |
| US6660241B2 (en) * | 2000-05-01 | 2003-12-09 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Highly delaminated hexagonal boron nitride powders, process for making, and uses thereof |
| US6794435B2 (en) * | 2000-05-18 | 2004-09-21 | Saint Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Agglomerated hexagonal boron nitride powders, method of making, and uses thereof |
| US6645612B2 (en) | 2001-08-07 | 2003-11-11 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | High solids hBN slurry, hBN paste, spherical hBN powder, and methods of making and using them |
| US6616725B2 (en) | 2001-08-21 | 2003-09-09 | Hyun Sam Cho | Self-grown monopoly compact grit |
| US7494635B2 (en) | 2003-08-21 | 2009-02-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Boron nitride agglomerated powder |
| US20050249978A1 (en) | 2004-04-02 | 2005-11-10 | Xian Yao | Gradient polycrystalline cubic boron nitride materials and tools incorporating such materials |
| US20070060026A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Chien-Min Sung | Methods of bonding superabrasive particles in an organic matrix |
| US7384436B2 (en) * | 2004-08-24 | 2008-06-10 | Chien-Min Sung | Polycrystalline grits and associated methods |
| US8678878B2 (en) | 2009-09-29 | 2014-03-25 | Chien-Min Sung | System for evaluating and/or improving performance of a CMP pad dresser |
| US8622787B2 (en) * | 2006-11-16 | 2014-01-07 | Chien-Min Sung | CMP pad dressers with hybridized abrasive surface and related methods |
| US9724802B2 (en) | 2005-05-16 | 2017-08-08 | Chien-Min Sung | CMP pad dressers having leveled tips and associated methods |
| US8398466B2 (en) * | 2006-11-16 | 2013-03-19 | Chien-Min Sung | CMP pad conditioners with mosaic abrasive segments and associated methods |
| US9138862B2 (en) | 2011-05-23 | 2015-09-22 | Chien-Min Sung | CMP pad dresser having leveled tips and associated methods |
| US8393934B2 (en) | 2006-11-16 | 2013-03-12 | Chien-Min Sung | CMP pad dressers with hybridized abrasive surface and related methods |
| US8974270B2 (en) | 2011-05-23 | 2015-03-10 | Chien-Min Sung | CMP pad dresser having leveled tips and associated methods |
| US7553344B2 (en) * | 2005-06-07 | 2009-06-30 | Adico, Asia Polydiamond Company, Ltd. | Shaped thermally stable polycrystalline material and associated methods of manufacture |
| US20090120009A1 (en) * | 2007-11-08 | 2009-05-14 | Chien-Min Sung | Polycrystalline Grits and Associated Methods |
| US8393938B2 (en) * | 2007-11-13 | 2013-03-12 | Chien-Min Sung | CMP pad dressers |
| US9011563B2 (en) | 2007-12-06 | 2015-04-21 | Chien-Min Sung | Methods for orienting superabrasive particles on a surface and associated tools |
| CN101463196B (zh) * | 2007-12-17 | 2011-10-19 | 河南富耐克超硬材料有限公司 | 超硬磨料的提纯处理方法 |
| US8531026B2 (en) | 2010-09-21 | 2013-09-10 | Ritedia Corporation | Diamond particle mololayer heat spreaders and associated methods |
| CN103043632B (zh) * | 2012-12-14 | 2015-04-08 | 河南富耐克超硬材料股份有限公司 | 一种金刚石、立方氮化硼磨料或微粉的提纯方法 |
| EP3666462A1 (en) | 2016-04-11 | 2020-06-17 | 3M Innovative Properties Company | A green body, a grinding wheel and a method for manufacturing at least a green body |
Family Cites Families (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2137200A (en) * | 1937-06-28 | 1938-11-15 | Carborundum Co | Abrasive article and its manufacture |
| US2334048A (en) * | 1941-12-01 | 1943-11-09 | Norton Co | Peripheral diamond grinding wheel |
| US2947617A (en) * | 1958-01-06 | 1960-08-02 | Gen Electric | Abrasive material and preparation thereof |
| US3081161A (en) * | 1959-04-23 | 1963-03-12 | Carborundum Co | Abrasive articles and their manufacture |
| US3136615A (en) * | 1960-10-03 | 1964-06-09 | Gen Electric | Compact of abrasive crystalline material with boron carbide bonding medium |
| US3212852A (en) * | 1962-07-30 | 1965-10-19 | Gen Electric | Method for converting hexagonal boron nitride to a new structure |
| US3233988A (en) * | 1964-05-19 | 1966-02-08 | Gen Electric | Cubic boron nitride compact and method for its production |
| US3852078A (en) * | 1970-12-24 | 1974-12-03 | M Wakatsuki | Mass of polycrystalline cubic system boron nitride and composites of polycrystalline cubic system boron nitride and other hard materials, and processes for manufacturing the same |
| DE2111180C3 (de) * | 1971-03-09 | 1973-10-11 | Institut Fisiki Twojordowo Tela I Poluprowodnikow Akademii Nauk Belorusskoj Ssr, Minsk (Sowjetunion) | Verfahren zur Herstellung von kubi schem Bornitrid |
| US3767371A (en) * | 1971-07-01 | 1973-10-23 | Gen Electric | Cubic boron nitride/sintered carbide abrasive bodies |
| US3918219A (en) * | 1971-07-01 | 1975-11-11 | Gen Electric | Catalyst systems for synthesis of cubic boron nitride |
| US3743489A (en) * | 1971-07-01 | 1973-07-03 | Gen Electric | Abrasive bodies of finely-divided cubic boron nitride crystals |
| DE2248539A1 (de) * | 1972-06-30 | 1973-04-26 | Gen Electric | Aus kubischem bornitrid und einem weiteren hartstoff zusammengesetzte koerper und verfahren zu deren herstellung |
| DE2500515A1 (de) * | 1974-01-23 | 1975-07-24 | Hitachi Ltd | Verfahren zur herstellung von kubischem bornitrid |
| US4150098A (en) * | 1975-05-20 | 1979-04-17 | Sirota Nikolai N | Method of producing cubic boron nitride |
| US4188194A (en) * | 1976-10-29 | 1980-02-12 | General Electric Company | Direct conversion process for making cubic boron nitride from pyrolytic boron nitride |
| US4247304A (en) * | 1978-12-29 | 1981-01-27 | General Electric Company | Process for producing a composite of polycrystalline diamond and/or cubic boron nitride body and substrate phases |
| US4289503A (en) * | 1979-06-11 | 1981-09-15 | General Electric Company | Polycrystalline cubic boron nitride abrasive and process for preparing same in the absence of catalyst |
| IN155783B (hu) * | 1980-04-02 | 1985-03-09 | De Beers Ind Diamond | |
| US4401443A (en) * | 1981-10-26 | 1983-08-30 | General Electric Company | Polycrystalline silicon-bonded cubic boron nitride body and method |
| US4647546A (en) * | 1984-10-30 | 1987-03-03 | Megadiamond Industries, Inc. | Polycrystalline cubic boron nitride compact |
| DE3923671C2 (de) * | 1988-07-22 | 1998-02-19 | Showa Denko Kk | CBN-Schleifmittelkörner aus kubischem Bornitrid und ein Verfahren zu deren Herstellung |
| US4944772A (en) * | 1988-11-30 | 1990-07-31 | General Electric Company | Fabrication of supported polycrystalline abrasive compacts |
| US4923490A (en) * | 1988-12-16 | 1990-05-08 | General Electric Company | Novel grinding wheels utilizing polycrystalline diamond or cubic boron nitride grit |
| US5015265A (en) * | 1989-06-14 | 1991-05-14 | General Electric Company | Process for making cubic boron nitride from coated hexagonal boron nitride, and abrasive particles and articles made therefrom |
| US5173091A (en) * | 1991-06-04 | 1992-12-22 | General Electric Company | Chemically bonded adherent coating for abrasive compacts and method for making same |
| US5194071A (en) * | 1991-07-25 | 1993-03-16 | General Electric Company Inc. | Cubic boron nitride abrasive and process for preparing same |
-
1991
- 1991-07-25 US US07/735,503 patent/US5194071A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-04 CA CA002070437A patent/CA2070437A1/en not_active Abandoned
- 1992-07-10 ZA ZA925186A patent/ZA925186B/xx unknown
- 1992-07-20 EP EP92306621A patent/EP0524789B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-07-20 DE DE69214373T patent/DE69214373T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-07-20 AT AT92306621T patent/ATE143915T1/de not_active IP Right Cessation
- 1992-07-23 PL PL29538692A patent/PL295386A1/xx unknown
- 1992-07-23 CZ CS922309A patent/CZ230992A3/cs unknown
- 1992-07-24 JP JP4197936A patent/JPH05194938A/ja active Pending
- 1992-07-24 KR KR1019920013294A patent/KR930002238A/ko not_active Application Discontinuation
- 1992-07-24 MX MX9204377A patent/MX9204377A/es unknown
- 1992-07-24 HU HU9202443A patent/HUT63593A/hu unknown
- 1992-11-30 US US07/983,359 patent/US5466269A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MX9204377A (es) | 1993-01-01 |
| US5466269A (en) | 1995-11-14 |
| PL295386A1 (en) | 1993-04-05 |
| DE69214373T2 (de) | 1997-04-10 |
| EP0524789B1 (en) | 1996-10-09 |
| CZ230992A3 (en) | 1993-02-17 |
| EP0524789A1 (en) | 1993-01-27 |
| DE69214373D1 (de) | 1996-11-14 |
| CA2070437A1 (en) | 1993-01-26 |
| JPH05194938A (ja) | 1993-08-03 |
| KR930002238A (ko) | 1993-02-22 |
| ZA925186B (en) | 1993-04-30 |
| ATE143915T1 (de) | 1996-10-15 |
| US5194071A (en) | 1993-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HUT63593A (en) | Process for producing cubic boron nitride, as well as preparations comprising cubic boron nitride | |
| EP0604073B1 (en) | Production of multicrystalline cubic boron nitride | |
| KR970009987B1 (ko) | 다결정성 cbn 세라믹체의 제조 방법 및 그 제품 | |
| Corrigan et al. | Direct transitions among the allotropic forms of boron nitride at high pressures and temperatures | |
| CA1194041A (en) | Dense shaped articles consisting of polycrystalline hexagonal boron nitride and process for their manufacture by isostatic hot-pressing | |
| JP4106574B2 (ja) | 立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法 | |
| JPH07242466A (ja) | 多結晶立方晶窒化ホウ素の製造方法 | |
| JPS6012991B2 (ja) | 高硬度工具用焼結体の製造法 | |
| IE59164B1 (en) | Improved cubic boron nitride compact and method of making same | |
| US6071841A (en) | Cubic boron nitride sintered body and method of preparing the same | |
| JP3669818B2 (ja) | 六方晶窒化ほう素粉末 | |
| Lee et al. | A novel process for combustion synthesis of AlN powder | |
| EP0240913B1 (en) | Method of manufacturing sintered compact of cubic boron nitride | |
| EP0492161B1 (en) | Cubic boron nitride/cubic boron nitride composite masses and their preparation | |
| EP0407946B2 (en) | Cubic boron nitride sintered compact and method of preparing the same | |
| JP4106590B2 (ja) | 立方晶窒化硼素焼結体およびその製造方法 | |
| EP0402672A2 (en) | Process for preparing polycrystalline cubic boron nitride and resulting product | |
| JPH0478335B2 (hu) | ||
| CN114605155B (zh) | 一种氮化硅镁超长纳米线和纳米带的制备方法 | |
| IE913698A1 (en) | Unsupported sintered cbn/diamond conjoint compacts and their¹fabrication | |
| JPH0455144B2 (hu) | ||
| JPH0347132B2 (hu) | ||
| JPH01179763A (ja) | 窒化ホウ素と窒化ケイ素の複合焼結体の製造方法 | |
| JP2672681B2 (ja) | 立方晶窒化ほう素の製造方法 | |
| JPH0315487B2 (hu) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| DFD9 | Temporary protection cancelled due to non-payment of fee |