JP4202521B2

JP4202521B2 - Method for producing cubic boron nitride

Info

Publication number: JP4202521B2
Application number: JP10130899A
Authority: JP
Inventors: 恒介塩井; 知之増田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2000290005A

Description

【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、Ｃａ₃Ｂ₂Ｎ₄、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、Ｃａ（ＮＨ₂）₂、Ｂａ（ＮＨ₂）₂、ＭｇＮＨ、ＣａＮＨ、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、Ｍｇ₂Ｃ₃、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、Ｍｇ、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、０．５〜４０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、０．５〜４０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５〜９０、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．Ｗｅｎｔｏｒｆ，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、９５０℃、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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a method for synthesizing cubic boron nitride having excellent sharpness and having a well-developed self-shaped surface and a sharp edge from hexagonal boron nitride.
[0002]
[Prior art]
Cubic boron nitride has hardness next to diamond and chemical stability that surpasses that, and demand for grinding, polishing, and cutting materials is increasing. Various methods for producing cubic boron nitride have been devised, but the most well known and industrially utilized method is that hexagonal boron nitride is added in an amount of about 4.5 to 4 in the presence of a solvent (catalyst). This is a method of converting to cubic boron nitride while maintaining high-temperature and high-pressure conditions of about 6.0 GPa and 1400 to 1600 ° C. As the solvent (catalyst), alkali metal nitrides, alkaline earth metal nitrides, alkali metal boronitrides, alkaline earth metal boronitrides are well known (for example, US Pat. No. 3,772,428). reference).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, cubic boron nitride obtained using the above-mentioned solvent (catalyst) exhibits an irregular shape with poor self-shaped surface development or a shape close to a spherical shape, and still has a difficulty in sharpness as a grinding abrasive grain. . Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a method for converting hexagonal boron nitride into cubic boron nitride having excellent sharpness and having a well-developed self-shaped surface and a sharp edge.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides, and alkali metal amides, imides, carbides or alkaline earth metal amides, imides, and carbides. Cubic boron nitride, characterized in that hexagonal boron nitride is maintained under temperature and pressure conditions in the stable region of cubic boron nitride and converted to cubic boron nitride in the presence of one or more compounds It consists of the manufacturing method.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Commercially available hexagonal boron nitride powder can be used as the starting material hexagonal boron nitride. Since oxygen impurities mixed in the form of boron oxide or the like may delay the conversion from hexagonal boron nitride to cubic boron nitride, a raw material with a small amount of oxygen is desirable. The particle size is not particularly limited but is preferably 150 mesh or less. This is because if the particle size is too large, the reactivity with the solvent (catalyst) may decrease.
Alkali metal boronitrides, amides, imides, carbides, and alkaline earth metal boronitrides, amides, imides, and carbides are also preferably low in oxygen like the starting hexagonal boron nitride. The particle size is not particularly limited, but generally 1 mm or less is suitable. This is because if the particle size is too large, the reactivity with hexagonal boron nitride decreases.
Examples of the alkali metal boronitride and alkaline earth metal boronitride used in the present invention include Li ₃ BN ₂ , Mg ₃ BN ₂ , Mg ₃ B ₂ N ₄ , Ca ₃ B ₂ N ₄ , and LiCaBN _2. Alkali metal amides, imides and alkaline earth metal amides, imides are LiNH ₂ , Li ₂ NH, Mg (NH ₂ ) ₂ , Ca (NH ₂ ) ₂ , Ba (NH ₂ ) ₂ , MgNH, CaNH, a BaNH like, carbides of carbide and alkaline earth metals alkali _{_{_{metals, Li 2 C 2, MgC 2}}} , Mg 2 C 3, CaC 2, BaC 2 etc. but the basic, solid solutions thereof, the composite The same effect can be obtained by using a compound or a compound having a non-stoichiometric composition.
[0006]
Li, Mg, and Ca are preferred as alkali metal and alkaline earth metal boronitrides, amides, imides, and carbides. When boronitrides, amides, imides, and carbides made of alkali metals and alkaline earth metals other than Li, Mg, and Ca are used, Li, Mg, and Ca are used to obtain a desired cubic boron nitride compound. Higher temperature and pressure conditions are required than when boronitrides, amides, imides, and carbides are used, and the grinding ratio and power value of the obtained cubic boronitrides are also boronitrides composed of Li, Mg, and Ca. This is because the product, amide, imide, and carbide are slightly inferior.
[0007]
The present invention relates to conversion of hexagonal boron nitride to cubic boron nitride, at least one compound selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides, and alkali metal amides, imides, and carbides. Alternatively, it is produced in the presence of one or more compounds selected from amides, imides and carbides of alkaline earth metals. According to the method of the present invention, due to the solvent (catalytic) effect of the above compound, the hexagonal boron nitride is converted into cubic boron nitride having excellent sharpness and having a well-shaped surface and a sharp edge. I can do it.
In particular, one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and one or more compounds selected from alkali metal amides, imides or alkaline earth metal amides, and imides. One or more compounds selected from the group consisting of an alkali metal boronitride or an alkaline earth metal boronitride, an alkali metal amide, an imide or an alkaline earth metal amide, and an imide. In the presence of one or more compounds selected from these compounds and alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides, hexagonal boron nitride is developed with a well-developed self-shaped surface under relatively low temperature and pressure conditions. Cubic boron nitride having a sharp edge and excellent sharpness can be produced.
[0008]
In the present invention, one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and one or more compounds selected from alkali metal amides, imides or alkaline earth metal amides, and imides. When compounds are added simultaneously, the total number of atoms of the metal elements constituting the additive is preferably 0.2 to 50 parts, and 0.5 to 40 parts, relative to 100 parts as the number of molecules of hexagonal boron nitride. Is more preferable. If the addition amount is less than 0.2 parts, these addition effects are not sufficiently exhibited, and the amount of cubic boron nitride produced decreases. Even if it exceeds 50 parts, the conversion rate does not become larger than a certain value, which is uneconomical. Ratio of one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides to one or more compounds selected from alkali metal amides, imides or alkaline earth metal amides, and imides Can be arbitrarily selected, but the atomic ratio of the metal elements constituting the compound is preferably between 95: 5 and 5:95.
[0009]
When the ratio of alkali metal boronitride or alkaline earth metal boronitride is greater than 95: 5, one or more compounds selected from alkali metal boronitride or alkaline earth metal boronitride The cubic boron nitride obtained because the solvent (catalyst) effect is too large becomes a sphere close to a sphere with poor self-shaped surface development, and when it becomes smaller than 5:95, an alkali metal amide, imide or alkaline earth metal Since the catalyst (solvent) effect of one or more compounds selected from amides and imides is too great, the resulting cubic boron nitride has an irregular shape, which also leads to a decrease in abrasive performance. Absent.
[0010]
In the present invention, one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and one or more compounds selected from alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides are simultaneously added. In this case, the total number of atoms of the metal elements constituting the additive is preferably 0.2 to 50 parts, more preferably 0.5 to 40 parts, with respect to 100 parts as the number of molecules of hexagonal boron nitride. . The ratio of one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and one or more compounds selected from alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides is arbitrarily selected. However, the atomic ratio of the metal elements constituting the compound is preferably between 95: 5 and 30:70.
[0011]
The addition amount of one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and one or more compounds selected from alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides is 0. When the amount is less than 2 parts, the effect of addition is not sufficiently exhibited, and the amount of cubic boron nitride produced decreases. Even if it exceeds 50 parts, the conversion rate does not become larger than a certain value, which is uneconomical.
In the ratio of one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides to one or more compounds selected from alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides, an alkali metal When the ratio of one or more compounds selected from boronitrides or alkaline earth metal boronitrides is greater than 95: 5, 1 selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides Since the solvent (catalyst) effect of the compound of the seed or more is too great, the resulting cubic boron nitride has a shape close to a sphere with poor self-shaped surface development, resulting in a decrease in the abrasive effect. If the ratio is smaller than 30:70, black inclusions are generated in the resulting cubic boron nitride, which causes a decrease in abrasive performance, and therefore, neither is preferable.
[0012]
In the present invention, one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and one or more compounds selected from alkali metal amides, imides or alkaline earth metal amides, and imides. In the case of simultaneously adding one or more compounds selected from a compound and an alkali metal carbide or an alkaline earth metal carbide, the atoms of the metal elements constituting the additive with respect to 100 parts as the number of molecules of hexagonal boron nitride. The total number is preferably 0.2 to 50 parts, more preferably 0.5 to 40 parts. If the addition amount is less than 0.2 parts, these addition effects are not sufficiently exhibited, the amount of cubic boron nitride produced decreases, and even if it exceeds 50 parts, the conversion rate is less than a certain value. It is uneconomical because it does not grow. One or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides and alkali metal amides, imides or alkaline earth metal amides, one or more compounds selected from imides and alkali metals The ratio of the one or more compounds selected from the carbides of the above or the carbide of the alkaline earth metal can be arbitrarily selected. However, when the total atomic ratio of the metal elements constituting the compound is 100, the metal of the boronitride The atomic ratio of the elements is preferably 5 to 90, the atomic ratio of the amide / imide compound is 5 to 90, and the atomic ratio of the metal element of the carbide is preferably 5 to 70.
[0013]
When the addition amount of one or more compounds selected from alkali metal boronitride or alkaline earth metal boronitride is less than 5 parts, the resulting cubic boron nitride becomes irregularly shaped and abrasive grains Necessary for obtaining cubic boron nitride when the amount of addition of one or more compounds selected from alkali metal amides, imides or alkaline earth metal amides, and imides is less than 5 parts. The effect of reducing temperature and pressure conditions is not fully exhibited. When the addition amount of one or more compounds selected from alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides is less than 5 parts, the resulting cubic boron nitride has a nearly spherical shape with poor self-shaped surface development. If the added amount is more than 70 parts, a black inclusion is generated in the resulting cubic boron nitride and the abrasive performance is lowered, which is not preferable.
[0014]
As an aspect in which the above additive and hexagonal boron nitride coexist, these powders are preferably mixed. Moreover, you may arrange | position so that a hexagonal boron nitride layer and an additive layer may be laminated | stacked alternately in reaction container.
Actually, it is preferable that after mixing the hexagonal boron nitride and the additive, or separately, after forming 1 to ² t / cm ² at a pressure of about a degree, the reaction vessel is filled. This is because the handleability of the raw material powder is improved and the amount of shrinkage in the reaction vessel is reduced, thereby improving the productivity.
In addition, there is a method in which fine particles of cubic boron nitride are put in advance as seeds in the compact or laminate, and the crystal growth of cubic boron nitride is promoted using this as a nucleus. In this case, the seed surface may be coated with the additive.
[0015]
The above-mentioned molded body and the like are filled in a reaction vessel, loaded into a well-known high-temperature and high-pressure generator, and maintained under temperature and pressure conditions within a stable region of cubic boron nitride. This stable region is shown in FIG. P. Bundy, R.M. H. Wentorf, J .; Chem. Phys. 38 (5), 1144-1149, (1963). The holding time is not particularly limited, and is until the desired conversion rate is achieved, but generally it may be about 1 second to 6 hours.
By maintaining in the stable region, hexagonal boron nitride is converted to cubic boron nitride, and generally a synthetic mass composed of hexagonal boron nitride, cubic boron nitride and a solvent (catalyst) is obtained. This synthetic mass is crushed and cubic boron nitride is isolated and purified. As the isolation and purification method, the method described in JP-A-49-27757 can be used. For example, after crushing the synthetic mass to 5 mm or less, sodium hydroxide and a small amount of water are added and heated to about 300 ° C., so that hexagonal boron nitride is selectively dissolved. Cubic boron nitride is obtained by washing and filtering.
[0016]
【Example】
Various compounds and simple metals were added to and mixed with hexagonal boron nitride containing 0.8 wt% oxygen and 0.2 wt% metal impurities as impurities in the ratios shown in the following table. In addition, the addition ratio in a table | surface is the number of atoms of the metal element which comprises a compound and a single-piece | unit metal with respect to 100 parts as a molecular number of hexagonal boron nitride. These were formed into a molded body of 26 mmφ × 32 mmh at a pressure of 1.5 ton / cm ² and stored in the reaction vessel shown in FIG.
In the reaction vessel shown in FIG. 1, the outer wall 1 of the vessel is formed into a cylindrical shape by pyrophyllite as a pressure transmission body, and a heater 2 made of a graphite cylinder and a pyrophyllite 8 as a partition material are arranged inside thereof. It is installed. In addition, a current-carrying steel ring 3 and a current-carrying steel plate 4 are disposed at the upper and lower ends of the container, respectively, and a sintered alumina plate 5 and a pyrophyllite 6 as a pressure transmission body are disposed inside the container, and A space surrounded by the pyrophyllite 6 and the pyrophyllite 8 as a partition material is a storage chamber for storing the reaction raw material.
[0017]
In this reaction vessel, the molded body was treated for 10 minutes under the conditions shown in the table.
Cubic boron nitride was isolated from a portion of the resulting synthetic mass by the method described in Japanese Patent Publication No. 49-27757.
The composition and dimensions of the vitrified bond grindstone using the cubic boron nitride obtained here are as follows.
Granularity: 120/140
Concentration: 100 (grinding wheel rate 25 vol%)
Porosity: 30 vol%
Bond rate: 25 vol%
Filler: White Alundum (WA # 220), 20%
Grinding wheel dimensions: 205mmφ, 5mmU76.2H
Cubic boron nitride was mixed with borosilicate glass and a filler, formed into about 5 mm × 3 mm × 30 mm, and then fired at 950 ° C. in the air for 10 hours. This sintered body was attached to an aluminum wheel to produce a grindstone.
The grinding method was wet plane traverse grinding, grinding wheel peripheral speed 1800 m / min, table speed 15 m / min, cross feed 2 mm / pass, cutting 30 μm. As the work material, SKD-11 (HRC 62 to 64) was used.
[0018]
Under the above conditions, a cubic boron nitride grinding test was performed using a surface grinder, and a grinding ratio (amount of grinding / abrasion amount of the grinding wheel) and power consumption (W) at that time were measured. Moreover, a part of the obtained synthetic lump was pulverized with a mortar, and the intensity ratio of the diffraction lines of cubic boron nitride (111) and hexagonal boron nitride (002) with respect to CuKα rays was measured using an X-ray powder diffractometer. The conversion rate to cubic boron nitride was determined.
[0019]
[Table 1]

[0020]
【The invention's effect】
According to the present invention, hexagonal boron nitride can be converted into cubic boron nitride having excellent sharpness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a reaction vessel used to convert hexagonal boron nitride into cubic boron nitride in the examples.
[Explanation of symbols]
1 Container outer wall 2 Heater 6 Pyrophyllite 7 Storage room 8 Pyrophyllite

Claims

A process for producing cubic boron nitride in which hexagonal boron nitride is maintained under temperature and pressure conditions in the stable region of cubic boron nitride in the presence of the additive and converted to cubic boron nitride, the additive comprising: At least one compound selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides , and LiNH ₂ , Li ₂ NH, Mg (NH ₂ ) ₂ , Ca (NH ₂ ) ₂ , Ba (NH ₂ ) ₂ A method for producing cubic boron nitride , which is one or more amide or imide compounds selected from MgNH, CaNH, and BaNH .

The additive is one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides , and LiNH ₂ , Li ₂ NH, Mg (NH ₂ ) ₂ , Ca (NH ₂ ) ₂ , Ba (NH ₂ ) ₂ , MgNH, CaNH, represents one or more amide or imide compound selected from Banh, the 95 as the atomic ratio of the metal elements ratio of both compounds constitute the respective compounds: 5 to 5: to claim 1 which is 95 The manufacturing method of cubic boron nitride of description.

A process for producing cubic boron nitride in which hexagonal boron nitride is maintained under temperature and pressure conditions in the stable region of cubic boron nitride in the presence of the additive and converted to cubic boron nitride, the additive comprising: Is one or more compounds selected from alkali metal boronitrides or alkaline earth metal boronitrides, LiNH ₂₂ , Li ₂₂ NH, Mg (NH ₂₂ ) ₂₂ , Ca (NH ₂₂ ) ₂₂ , Ba (NH ₂₂ ) ₂₂ Cubic boron nitride characterized by being one or more amide or imide compounds selected from MgNH, CaNH, BaNH, and one or more compounds selected from alkali metal carbides or alkaline earth metal carbides Method.

When the total ratio of the metal elements constituting each compound is 100, the atomic ratio of the metal elements of the boronitride is 5 to 90, and the atomic ratio of the amide or imide compound is 5 to 90. The method for producing cubic boron nitride according to claim 3, wherein the atomic ratio of the metal element of the carbide is 5 to 70.

The method for producing cubic boron nitride according to any one of claims 1 to 4 , wherein the additive has a particle size of 1 mm or less.

The addition amount of the additive is 0.2 to 50 parts as a total of the number of atoms of the metal elements constituting the additive with respect to 100 parts of the number of molecules of hexagonal boron nitride. A method for producing cubic boron nitride as described in 1. above.

Boric nitride of alkali metal or alkaline earth boride nitride of _{_{_{metal, Li 3 BN 2, Mg 3}}} BN 2, Mg 3 B 2 N 4, Ca 3 B 2 N 4 and claim 1-6 is LiCaBN ₂ The method for producing cubic boron nitride according to any one of the above.

Claims carbide carbide or alkaline earth metal of the alkali metal, which is located in _{_{_{Li 2 C 2, MgC 2,}}} Mg 2 C 3, CaC 2, BaC 2, and a solid solution thereof, complex compound or compounds of nonstoichiometric Item 8. A method for producing cubic boron nitride according to any one of Items 3 to 7 .

The method for producing cubic boron nitride according to any one of claims 1 to 8 , wherein the additive and hexagonal boron nitride are mixed, and the mixture is maintained under temperature and pressure conditions in a stable region of cubic boron nitride. .

The hexagonal boron nitride and additive are alternately stacked, cubic boron nitride according to any one of claims 1 to 9 for holding the laminate to a temperature and pressure conditions in the stable region of the cubic boron nitride Manufacturing method.

The method for producing cubic boron nitride according to claim 10 , wherein the mixture or laminate is a molded body.

The method for producing cubic boron nitride according to claim 10 or 11 , wherein the crystal growth of cubic boron nitride is promoted using the fine particles of cubic boron nitride as nuclei.

The method for producing cubic boron nitride according to claim 12 , wherein the surface of the nucleus is coated with an additive.

The method for producing cubic boron nitride according to any one of claims 1 to 13 , wherein the time for maintaining the temperature and pressure in the stable region of cubic boron nitride is 1 second to 6 hours.