JP2000290005A

JP2000290005A - 立方晶窒化ホウ素の製造方法

Info

Publication number: JP2000290005A
Application number: JP11101308A
Authority: JP
Inventors: Tsunesuke Shioi; 恒介塩井; Tomoyuki Masuda; 知之増田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-17
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP4202521B2

Abstract

(57)【要約】【課題】六方晶窒化ホウ素を、自形面が良く発達しシ
ャープなエッジを有する、切れ味の優れた立方晶窒化ホ
ウ素に変換する方法を提供する。【解決手段】立方晶窒化ホウ素の安定領域内の温度及
び圧力条件下において、アルカリ金属のホウ窒化物もし
くはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以
上の化合物、及びアルカリ金属のアミド、イミド、炭化
物もしくはアルカリ土類金属のアミド、イミド、炭化物
から選ばれる１種以上の化合物の存在で、六方晶窒化ホ
ウ素を立方晶窒化ホウ素に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、六方晶窒化ホウ素
から、自形面が良く発達しシャープなエッジを有する、
切れ味の優れた立方晶窒化ホウ素を合成する方法の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに次
ぐ硬さと、それを凌ぐ化学的安定性を有し、研削・研磨
・切削材としての需要が増大している。立方晶窒化ホウ
素の製造方法は種々考案されているが、最も良く知ら
れ、工業的にも利用されているのは、溶媒（触媒）の共
存下で、六方晶窒化ホウ素を約４．５〜６．０ＧＰａ、
１４００〜１６００℃程度の高温高圧条件に保持して、
立方晶窒化ホウ素に変換する方法である。溶媒（触媒）
としては、アルカリ金属の窒化物、アルカリ土類金属の
窒化物、アルカリ金属のホウ窒化物、アルカリ土類金属
のホウ窒化物がよく知られている（例えば、米国特許第
３７７２４２８号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
溶媒（触媒）を用いて得られる立方晶窒化ホウ素は、自
形面の発達が乏しい不規則な形状や球状に近い形状を呈
し、研削砥粒としての切れ味には未だ難点がある。そこ
で、本発明は、上記の事情に鑑み、六方晶窒化ホウ素
を、自形面が良く発達しシャープなエッジを有する、切
れ味の優れる立方晶窒化ホウ素に変換する方法を提供す
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ金属
のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物か
ら選ばれる１種以上の化合物、及びアルカリ金属のアミ
ド、イミド、炭化物もしくはアルカリ土類金属のアミ
ド、イミド、炭化物から選ばれる１種以上の化合物の存
在下で、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素の安定領
域内の温度及び圧力条件下に保持し、立方晶窒化ホウ素
に変換することを特徴とする立方晶窒化ホウ素の製造方
法からなる。

【０００５】

【発明の実施の形態】出発原料である六方晶窒化ホウ素
としては市販の六方晶窒化ホウ素粉末を使用できる。酸
化ホウ素などの形で混入する酸素不純物は、六方晶窒化
ホウ素から立方晶窒化ホウ素への変換を遅らせることが
あるため、酸素量の少ない原料が望ましい。粒度は特に
限定されないが、１５０メッシュ以下が好適である。粒
度が大きすぎると溶媒（触媒）との反応性が低下するこ
とがあるからである。アルカリ金属のホウ窒化物、アミ
ド、イミド、炭化物及びアルカリ土類金属のホウ窒化
物、アミド、イミド、炭化物も、出発原料の六方晶窒化
ホウ素と同様に酸素の少ないものが好ましい。粒度は特
に限定されないが、一般的には１ｍｍ以下が好適であ
る。粒度が大きすぎると六方晶窒化ホウ素との反応性が
低下するからである。本発明で用いられるアルカリ金属
のホウ窒化物及びアルカリ土類金属のホウ窒化物は、例
えばＬｉ₃ＢＮ₂、Ｍｇ₃ＢＮ₂、Ｍｇ₃Ｂ₂Ｎ₄、Ｃ
ａ₃Ｂ₂Ｎ₄、ＬｉＣａＢＮ₂等であり、アルカリ金属
のアミド、イミド及びアルカリ土類金属のアミド、イミ
ドは、ＬｉＮＨ₂、Ｌｉ₂ＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ₂）₂、Ｃ
ａ（ＮＨ₂）₂、Ｂａ（ＮＨ₂）₂、ＭｇＮＨ、ＣａＮ
Ｈ、ＢａＮＨ等であり、アルカリ金属の炭化物及びアル
カリ土類金属の炭化物は、Ｌｉ₂Ｃ₂、ＭｇＣ₂、Ｍｇ
₂Ｃ₃、ＣａＣ₂、ＢａＣ₂等を基本とするが、これら
の固溶体、複合化合物あるいは不定比組成の化合物等を
用いても同様の効果が得られる。

【０００６】アルカリ金属及びアルカリ土類金属のホウ
窒化物、アミド、イミド、炭化物としては、Ｌｉ、Ｍ
ｇ、Ｃａが好ましい。Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ以外のアルカリ
金属及びアルカリ土類金属からなるホウ窒化物、アミ
ド、イミド、炭化物を用いた場合は、所望の立方晶窒化
ホウ素化合物を得るのに、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａからなるホ
ウ窒化物、アミド、イミド、炭化物を用いた場合よりも
高い温度圧力条件を要し、また、得られた立方晶ホウ窒
化物の研削比と動力値も、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａからなるホ
ウ窒化物、アミド、イミド、炭化物を用いた場合よりも
若干劣るからである。

【０００７】本発明は、六方晶窒化ホウ素から立方晶窒
化ホウ素への変換を、アルカリ金属のホウ窒化物もしく
はアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上
の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミド、炭化物も
しくはアルカリ土類金属のアミド、イミド、炭化物から
選ばれる１種以上の化合物の存在下で製造することを特
徴とする。本発明で示した方法によれば、上記化合物の
溶媒（触媒）効果により、六方晶窒化ホウ素を、自形面
が良く発達しシヤープなエッジを有する、切れ味の優れ
る立方晶窒化ホウ素に変換することが出来る。特に、ア
ルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホ
ウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金
属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミ
ド、イミドから選ばれる１種以上の化合物の存在下、或
いは、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類
金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物、アル
カリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属の
アミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物及びアル
カリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物か
ら選ばれる１種以上の化合物の存在下では、比較的低い
温度圧力条件下で、六方晶窒化ホウ素を、自形面が良く
発達しシャープなエッジを有し、切れ味の優れる立方晶
窒化ホウ素を製造することができる。

【０００８】本発明において、アルカリ金属のホウ窒化
物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる
１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミドも
しくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる
１種以上の化合物を同時に添加する場合は、六方晶窒化
ホウ素の分子数として１００部に対して、添加物を構成
する金属元素の原子数の総計として０．２〜５０部が好
ましく、０．５〜４０部の割合がより好ましい。添加量
が０．２部より少ないと、これらの添加効果が充分に発
揮されず、立方晶窒化ホウ素の生成量が減少する。ま
た、５０部を越えても、変換率は一定の値より大きくな
らないため不経済である。アルカリ金属のホウ窒化物も
しくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種
以上の化合物と、アルカリ金属のアミド、イミドもしく
はアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種
以上の化合物の比率は任意に選択することができるが、
化合物を構成する金属元素の原子比として９５：５から
５：９５の間であることが好ましい。

【０００９】アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカ
リ土類金属のホウ窒化物の割合が、９５：５より大きく
なると、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土
類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物の溶
媒（触媒）効果が大きすぎるため得られる立方晶窒化ホ
ウ素は、自形面の発達が乏しい球体に近い球状となり、
また、５：９５より小さくなると、アルカリ金属のアミ
ド、イミドまたはアルカリ土類金属のアミド、イミドか
ら選ばれる１種以上の化合物の触媒（溶媒）効果が大き
すぎるため、得られる立方晶窒化ホウ素は不規則な形状
となり、これも砥粒性能の低下をもたらすため, 何れも
好ましくない。

【００１０】本発明において、アルカリ金属のホウ窒化
物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる
１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはア
ルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物
を同時に添加する場合も、六方晶窒化ホウ素の分子数と
して１００部に対し、添加物を構成する金属元素の原子
数の総計として０．２〜５０部が好ましく、０．５〜４
０部の割合が更に好ましい。アルカリ金属のホウ窒化物
もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１
種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはアル
カリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の
比率は任意に選択することができるが、化合物を構成す
る金属元素の原子比として９５：５から３０：７０の間
であることが好ましい。

【００１１】アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカ
リ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物
と、アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の
炭化物から選ばれる１種以上の化合物の添加量が０．２
部より少ないと、添加効果が充分に発揮されず、立方晶
窒化ホウ素の生成量が減少する。また、５０部を越えて
も、変換率は一定の値より大きくならないため不経済で
ある。アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類
金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物と、ア
ルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物
から選ばれる１種以上の化合物の比率において、アルカ
リ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒
化物から選ばれる１種以上の化合物の割合が９５：５よ
り大きくなると、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはア
ルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化
合物の溶媒（触媒）効果が大きすぎるため、得られる立
方晶窒化ホウ素は自形面の発達が乏しい球状に近い形状
になって砥粒効果の低下をもたらす。その比率が３０：
７０より小さくなると、得られる立方晶窒化ホウ素中に
黒色の包有物が生成し、砥粒性能の低下をもたらすた
め、何れも好ましくない。

【００１２】本発明において、アルカリ金属のホウ窒化
物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる
１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミドも
しくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる
１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはア
ルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物
を同時に添加する場合も、六方晶窒化ホウ素の分子数と
して１００部に対し、添加物を構成する金属元素の原子
数の総計として０．２〜５０部が好ましく、０．５〜４
０部の割合が更に好ましい。その添加量が０．２部より
少ないと、これらの添加効果が充分に発揮されず、立方
晶窒化ホウ素の生成量が減少し、また、５０部を越えて
も、変換率は一定の値より大きくならないため、不経済
である。アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土
類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及び
アルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金
属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物及び
アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化
物から選ばれる１種以上の化合物の比率は任意に選択す
ることができるが、化合物を構成する金属元素の原子比
の総計を１００とすると、ホウ窒化物の金属元素の原子
比は５〜９０、アミド・イミド化合物の原子比は５〜９
０、炭化物の金属元素の原子比は５〜７０の間であるこ
とが好ましい。

【００１３】アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカ
リ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物
の添加量が５部より少ないと、得られる立方晶窒化ホウ
素は不規則な形状となって、砥粒性能の低下をもたら
し、また、アルカリ金属のアミド、イミドもしくはアル
カリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の
化合物の添加量が５部より少ないと、立方晶窒化ホウ素
を得るために必要な温度・圧力条件の低減効果が充分に
発揮されない。アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ
土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の添加
量が５部より少ないと、得られる立方晶窒化ホウ素は自
形面の発達が乏しい球状に近い形状となり砥粒性能の低
下をもたらし、その添加量が７０部より多いと、得られ
る立方晶窒化ホウ素中に黒色の包有物が生成して砥粒性
能を低下させるため、何れも好ましくない。

【００１４】上記の添加物と六方晶窒化ホウ素を共存さ
せる態様としては、好ましくはこれらの粉末を混合すれ
ば良い。また、反応容器中に六方晶窒化ホウ素層と添加
物層を交互に積層するように配置しても良い。実際に
は、六方晶窒化ホウ素と添加物を混合した後、またはそ
れぞれ別々に、１〜２ｔ／ｃｍ²を程度の圧力で成形し
てから反応容器内に充填することが好ましい。原料粉末
の取り扱い性が向上すると共に、反応容器内での収縮量
が減少し、生産性が向上する効果があるからである。
尚、上記成形体または積層体に前もって立方晶窒化ホウ
素の微粒をシードとして入れ、これを核として立方晶窒
化ホウ素の結晶成長を促進させる方法もある。この場
合、シード表面に上記添加物を被覆しても良い。

【００１５】上記の成形体等は、反応容器中に充填し、
周知の高温高圧発生装置に装填され、立方晶窒化ホウ素
の安定領域内の温度圧力条件下に保持される。この安定
領域は、Ｆ．Ｐ．Ｂｕｎｄｙ，Ｒ．Ｈ．Ｗｅｎｔｏｒ
ｆ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．３８（５），１１４４−
１１４９，（１９６３）に示されている。保持時間は特
に限定されず、所望の変換率が達成されるまでとする
が、一般的には１秒〜６時間程度で良い。上記安定領域
に保持する事により、六方晶窒化ホウ素は立方晶窒化ホ
ウ素に変換され、一般には六方晶窒化ホウ素、立方晶窒
化ホウ素及び溶媒（触媒）からなる合成塊が得られる。
この合成塊を解砕し、立方晶窒化ホウ素を単離精製す
る。単離精製方法は特開昭４９−２７７５７号公報に記
載されている方法を用いる事ができる。例えば、合成塊
を５ｍｍ以下に解砕した後、水酸化ナトリウムと少量の
水を加え、３００℃程度に加熱する事により六方晶窒化
ホウ素が選択的に溶解するので、これを冷却後、酸で洗
浄ろ過することにより立方晶窒化ホウ素が得られる。

【００１６】

【実施例】不純物として酸素０．８重量％、金属不純物
０．２重量％を含有する六方晶窒化ホウ素に、下記表に
示す割合で種々の化合物や単体金属を添加し、混合し
た。尚、表中の添加割合は、六方晶窒化ホウ素の分子数
として１００部に対する化合物、単体金属を構成する金
属元素の原子数である。これらを１．５ｔｏｎ／ｃｍ²
の圧力で２６ｍｍφ×３２ｍｍｈの成形体とし、図１に
示す反応容器内に収納した。図１に示す反応容器に於い
て、容器外壁１は伝圧体としてのパイロフィライトによ
って円筒状に作られ、その内側には黒鉛円筒体からなる
ヒーター２及び隔壁材としてパイロフィライト８が配設
されている。また、容器の上下端にはそれぞれ通電用鋼
製リング３及び通電用鋼板４が配設され、その内側には
焼結アルミナ板５および伝圧体としてのパイロフィライ
ト６が配設され、そしてそのパイロフィライト６及び隔
壁材としてのパイロフィライト８によって取り囲まれる
空間が反応原料を収容する収容室になっている。

【００１７】この反応容器で、上記成形体を表中に示す
条件で１０分間処理した。得られた合成塊の一部につい
て、特公昭４９−２７７５７号公報に記載されている方
法により、立方晶窒化ホウ素を単離した。ここで得られ
た立方晶窒化ホウ素を用いて、ビトリファイドボンド砥
石の組成及び寸法は次の通りである。粒度：１２０／１４０集中度：１００（砥石率２５ｖｏｌ％）気孔率：３０ｖｏｌ％ボンド率：２５ｖｏｌ％フィラー：ホワイトアランダム（ＷＡ＃２２０）、２０
％砥石の寸法：２０５ｍｍφ、５ｍｍＵ７６．２Ｈ立方晶窒化ホウ素を、ホウ珪酸ガラス及びフィラーと混
合し、約５ｍｍ×３ｍｍ×３０ｍｍに成形した後、９５
０℃、大気中で１０時間焼成した。この焼結体をアルミ
ホイールに貼り付けて砥石を作製した。研削方法は、湿
式平面トラバース研削、砥石周速１８００ｍ／分、テー
ブル速度１５ｍ／分、クロス送り２ｍｍ／パス、切り込
み３０μｍとした。被削材はＳＫＤ−１１（ＨＲＣ６２
〜６４）を用いた。

【００１８】上記の条件下に於いて、平面研削盤を用い
て立方晶窒化ホウ素の研削試験を行い、研削比（研削量
／砥石の磨耗量）及びその時の使用電力（Ｗ）を測定し
た。また、得られた合成塊の一部を乳鉢で粉砕し、Ｘ線
粉末回折装置により、ＣｕＫα線に対する立方晶窒化ホ
ウ素（１１１）及び六方晶窒化ホウ素（００２）の回折
線の強度比を用いて立方晶窒化ホウ素への変換率を求め
た。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、六方晶窒化ホウ素を切
れ味の優れる立方晶窒化ホウ素に変換することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に於いて、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒
化ホウに変換するために用いる、反応容器の断面図を示
す。

【符号の説明】

１容器外壁２ヒーター６パイロフィライト７収納室８パイロフィライト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアル
カリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合
物、及びアルカリ金属のアミド、イミド、炭化物もしく
はアルカリ土類金属のアミド、イミド、炭化物から選ば
れる１種以上の化合物の存在下で、六方晶窒化ホウ素を
立方晶窒化ホウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に
保持し、立方晶窒化ホウ素に変換することを特徴とする
立方晶窒化ホウ素の製造方法。