JP2015524357A - 立方晶窒化ホウ素の機能化及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2012年7月31日出願の米国仮特許出願第61/678,063号に関する優先権を主張する。
主にアルカリ及びアルカリ土類金属窒化物を有する触媒系と、水素化物と、六方晶窒化ホウ素とを含有する混合物を使用して立方晶窒化ホウ素(cBN)結晶粒を生成させた。使用した触媒は、Li3N、LiOH、及びLiHを含むものを使用した。平均粒径2μmを有する約2重量%のTiNを、Turbulaミキサーを使用してhBN原料と混合した。混合時間は、全部で2時間であった。次いで、その混合物を窒素リッチの雰囲気中で触媒と十分に混合し、等方圧成形によって成形してセルにした。このセルは、高圧高温装置の反応カプセルに合うように作製された。
実施例1の方法を使用して作製した実験用cBNをTB8と命名し、篩分けにより仕分けた。それは、60+、60/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、及び400−として分級された。靱性指数(TI)及び高温靱性指数(TTI)試験を、TB8 60/80から325/400に対して行った。TB8実験用cBN結晶粒に対して、アルゴン不活性気体の雰囲気下で1000℃において30分間の熱処理を行った。図5はTI/TTIデータを示し、170/200より小さいサイズを有するTB8は似たTI及びTTI値を有し、一方、140/170より大きいサイズを有するTB8は、TI値に比べてTTIの顕著な降下を示している。TI/TTI間のこの差は、140/170における10ポイントから60/80メッシュにおける30ポイントまで異なった。これは、TB8中の粗大及び中間サイズの介在物が、熱処理後に靱性強度を和らげることができることを示した。
10gのTB8のcBN 120/140を、10mmの直径を有する小型の金型に詰めた。cBNを詰める前に金型にボトムピストンを取り付けた。cBNを詰めた後、金型にトップピストンを挿入した。この装置全体を、そのピストン及び金型に圧力を加えてcBN結晶を破砕することができる油圧プレス中に移した。この実験では10トンの圧力をゆっくりと連続して加え、その圧力を10トンに約1分間保ってから圧力を解放し、プレスから装置を取り出した。トップピストンを取り除き、そのcBNメッシュ粉末を、下部にパンを備えた90μm篩上に注いだ。この圧締によって生じた細かい破片を篩にかけて取り除き、篩上のものをSEMによる調査のために保存した。比較の目的で同じ手順を、市販のcBN 120/140メッシュについて繰り返した。
Claims (24)
- 超砥粒結晶、及び
前記超砥粒結晶内に含まれる複数個の粒子
を有し、前記複数個の粒子が非触媒材料を有する、超砥粒材料。 - 前記超砥粒結晶が、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、及びダイヤモンド複合材の群から選択される、請求項1に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が非バインダー材料である、請求項1又は2に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が、金属、合金、金属間化合物、及びセラミックのうちの少なくとも1種類を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が、炭化物、窒化物、及び酸化物のうちの少なくとも1種類を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が、炭化タングステン、シリカ炭化物、炭化ホウ素、及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも1種類を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が、約10nm〜約10μmの範囲の大きさを有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が、約1μm〜約50μmの範囲で互いに離れる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個の粒子が、前記超砥粒結晶の内部で均一に分散する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記超砥粒結晶が、実質的にファセット面を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の超砥粒材料。
- 前記超砥粒結晶のファセット面上に複数個のピットをさらに含む、請求項10に記載の超砥粒材料。
- 前記複数個のピットが、約10nm〜約30μmの範囲の深さを有する、請求項11に記載の超砥粒材料。
- 複数個の六方晶窒化ホウ素(hBN)結晶粒を準備するステップ、
触媒と、非バインダー材料としての複数個の粒子とを準備するステップ、及び
前記複数個のhBN結晶粒と、前記触媒と、非バインダー材料とを、単結晶構造を形成させるのに十分な時間、高圧及び高温に曝すステップ
を含む方法。 - 水、酸性溶液、及び苛性薬品のうちの少なくとも1種類を使用することによって生成物を清浄するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
- 前記単結晶構造が、立方晶窒化ホウ素(cBN)である、請求項13又は14に記載の方法。
- 前記非バインダー材料が、金属、合金、金属間化合物、及びセラミックのうちの少なくとも1種類を含む、請求項13〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記非バインダー材料が、炭化物、窒化物、及び酸化物のうちの少なくとも1種類を含む、請求項13〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記非バインダー材料が、炭化タングステン、シリカ炭化物、炭化ホウ素、及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも1種類を含む、請求項13〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記非バインダー材料が、約10nm〜約10μmの範囲の大きさを有する粒子を含む、請求項13〜18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記粒子が、約1μm〜約50μmの範囲で互いに離れる、請求項19に記載の方法。
- 前記粒子が、前記単結晶構造の内部で均一に分散する、請求項19に記載の方法。
- 前記高温及び高圧が、それぞれ約1200〜2000℃及び約50〜90kbarの範囲である、請求項13〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記複数個の粒子が、単結晶構造の結晶破壊経路を改良するように構成される、請求項20〜21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記非バインダー材料が非触媒材料を含む、請求項20〜21のいずれか1項に記載の方法。
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