JP4903566B2 - ホウ素被覆された研磨剤 - Google Patents

Description

本発明は、ホウ素被覆された研磨剤、その製造方法、及び、鋸刃セグメント、研削ホイール、その他の研磨剤含有工具で使用するためのホウ素被覆された研磨剤に関する。

ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素などの研磨微粒子は、切削、研削、穴あけ、切断及び研磨の用途に通常用いられている。これらの用途においては、接合された切削エレメントの形成のために研磨微粒子を金属粉末混合物と混合し、次いで高温で焼結させる。標準的な接合マトリクスは鉄、コバルト、銅、ニッケル及び/又はそれらの合金を含む。

応用における一般的な問題は粒子の接合マトリクスへの保持性、および焼結工程やその後の応用における酸化攻撃に対する抵抗性である。

これらの問題は、通常研磨微粒子を、その粒子と化学結合し接合マトリクスを合金化する金属や合金で被覆することにより解決が図られている。標準的には化学蒸着（ＣＶＤ）または物理蒸着（ＰＶＤ スパッタコーティング）技法が用いられている。ＣＶＤ技法の欠点はときに高毒性の化学物質の使用を必要とすることである。ＰＶＤ技法の欠点は、低温での技法であるが、金属被覆がグリット粒子と化学結合を形成しないことである。

US6524357は、不活性雰囲気下、超砥粒と被覆形成粉末を加熱することにより超砥粒を金属で被覆する方法を開示している。この方法においては、被覆粉末に、超砥粒によってその金属が熱的に還元可能である金属化合物が含まれていることが必要とされる。

切削や穴あけの用途に使用するためのダイヤモンド焼結成形体の強度を改善するために、高圧、高温下において、酸化ホウ素及び/又はホウ酸をダイヤモンド粉末に加えて成形体を製造することは、JP9142932に開示されている。同様にEP0352811は、超砥粒切削エレメント及び成形体の高圧、高温製造のために、金属被覆超砥粒を使用することを記載している。

US4902652は、被覆されたダイヤモンド粒子を用いることによりダイヤモンド成形体を高圧、高温（すなわち、ダイヤモンドが安定な範囲内において）で製造する方法を開示している。ホウ素は被覆の一つとして言及されているが、イオンスパッタリングやイオンプレーティングの従来技法が開示されているのみである。

ホウ素被覆された研磨剤を製造する方法は、約800℃〜約1200℃の被覆温度において、不活性雰囲気下、研磨剤の少なくとも一部を被覆するのに充分な時間、被覆されるべき研磨剤をホウ素源と接触させる工程を含む。

この研磨剤は、例えばグリットや細粒などの研磨粒子、例えば研磨剤のシートやフィルムなどの大きな研磨体、更には例えば切削、研削、研磨工具などの研磨用工具自体を含むあらゆる適当な形態であり得る。

本発明の好ましい実態態様において、研磨微粒子とホウ素源を混合し、この混合物を不活性雰囲気下、研磨微粒子の少なくとも一部を被覆するのに充分な時間、被覆温度で加熱することにより、研磨微粒子はホウ素で被覆される。

ホウ素源は好ましくはホウ素粉末を、特にホウ酸と組み合わせて含む。ホウ素粉末とホウ酸の割合は、研磨微粒子を被覆するのに利用可能なホウ素を最適化するようなものであり、重量比で標準的には1:0〜1:1、好ましくは約1:0.7である。

最終的なホウ素被覆はホウ素、炭化ホウ素、酸化ホウ素又はこれらの任意の組み合わせであり得る。

当該方法は、約800℃〜約1150℃の温度、特に約1100℃〜約1150℃の温度で行われるのが好ましい。

当該方法は、好ましくは予備加熱工程を含み、該工程は、ホウ素源を軟化させて溶融するために、研磨剤及びホウ素源（これらは、研磨微粒子の場合、典型的には研磨微粒子とホウ素源との混合物である）を、約250℃〜約500℃、好ましくは約300℃の温度まで徐々に加熱すること、およびそれらをその温度で約15〜約45分間、特に約30分間維持することを含む。

研磨剤とホウ素源は、標準的には約5℃/分〜約15℃/分、特に約10℃/分で、少なくとも800℃、好ましくは1150℃の被覆温度まで徐々に加熱するのが好ましい。

研磨剤とホウ素源は被覆温度で少なくとも30分間、特に3時間、最適には少なくとも6時間加熱するのが好ましい。

研磨剤とホウ素源の割合は、特に研磨微粒子に関して、重量比で、好ましくは約1:0.2〜約1:20であり、特に好ましくは約1:2である。

研磨剤はダイヤモンドか立方晶窒化ホウ素が好ましい。

本発明は、好ましくは本発明の方法によって製造されたホウ素被覆された研磨剤、特にホウ素被覆された研磨微粒子に及ぶ。

本発明はまた、工具、特に切削、研削、又は研磨工具に及び、それらはホウ素被覆されているか、又は、適切な接合マトリクス中に焼結したホウ素被覆された研磨微粒子を含んだものである。

本発明は、鋸刃セグメントや、研削ホイールその他のグリット含有工具に用いられ得るホウ素被覆された研磨剤、特にホウ素被覆された研磨微粒子の形成に関する。本発明の好ましい実施態様において、研磨剤は研磨微粒子の形態で提供される。しかしながら、本発明の被覆方法は、研削、切削又は研磨工具において使用するための任意の研磨剤、又はそのような工具自体に応用可能であると理解されるべきである。

研磨微粒子の場合は、これら粒子は適切な比率でホウ素及びホウ酸粉末と混合され、不活性雰囲気下、微粒子を被覆するのに充分な時間、800℃〜約1200℃の温度で炉で加熱される。冷却後、被覆された研磨微粒子は、スクリーニングや浮遊法、溶出法などの任意の簡便な方法で粉末から分離される。被覆された微粒子は全ての付着した粉末微粒子を除去するために洗浄される。

不活性雰囲気下とは、当該方法を妨げ得る汚染物質のない雰囲気を意味する。不活性雰囲気は反応容器に不活性ガスを通ずること、又は反応容器を真空にすることで達成され得る。

ホウ素（非金属）は研磨剤の被覆剤として優位な利点を提供する。ホウ素は、ダイヤモンド格子の炭素と置き換わることによって、鋸刃セグメントの製造過程における、ダイヤモンドの酸化や化学的攻撃に対する抵抗力を増加させる。ホウ素はまた、コバルトと合金を形成し鉄接合材中に拡散し、接合材料の例えばクリープ強度などの機械的特性を改善する。

本明細書中に記載されている方法：グリットを、ホウ素及びホウ酸粉末と混合し、不活性雰囲気下、800℃〜1200℃の範囲の温度で一定時間加熱する、は単純であるが極めて効果的である。毒性化学物質は使用されない。そして、本発明の方法を実施するための最適な温度であると考えられる1150℃に被覆温度を調節した場合に得られる被覆においては、驚くべき改善が観察される。

研磨剤が、ホウ素源と混合物を形成するには大き過ぎる形態である場合には、研磨剤をホウ素源に接触させる任意の他の適切な方法を適用してもよい。

例えば、研磨工具の場合、これは接触を供給するためにホウ素源中に浸漬されてもよい。あるいは、ホウ素源を別個のホルダー又は容器に供給してもよく、一旦適切な被覆温度に到達すれば、ホウ素源は気化し、被覆するのに適切な方法で研磨剤と接触することが可能である。

本発明を、下記の限定されない実施例により説明する。

32ｇのホウ酸（H_３BO_３）を46gのホウ素粉末に加え、Turbulaミキサー中で1.5時間混合した。この混合物2gを、密閉プラスチック容器中の1gのダイヤモンドグリット（Element Six,SDB1100,35/45 US メッシュから）に加え、3分間手で振って混合した。この混合物を、管状炉中のアルミナボートに置いた。温度は１時間かけて300℃まで（5℃/分）上げ、0.5時間300℃に維持し、その後1時間20分かけて1100℃まで（10℃/分）温度を上げ、3時間1100℃に維持し、その後自然冷却した。粉末はスクリーニングや水での洗浄によって、ホウ素被覆されたダイヤモンド微粒子から分離した。いくつかの微粒子は光沢のない灰色の被覆剤によって完全に被覆され、いくつかの（111）面は全くコーティングされなかった。

1100℃での滞留時間が2倍の6時間であったこと以外は実施例１と同様の手順に従った。被覆率に関して見ると被覆はわずかに改善されたように思われたが、それでも未だにいくつかの被覆されない（111）面、及びいくつかの全く被覆されない微粒子が存在していた。

滞留温度を50℃上げて1150℃としたこと以外は実施例２と同様の手順に従った。得られた被覆は、ホウ素、酸化ホウ素、炭化ホウ素を含んだとても粗い組織を有し、結晶性の星形構造から成っていた。この微粒子は、微粒子の端面および角部においても優れた被覆率を有し完全に被覆されているものであった。被覆の厚さは1〜2μmの範囲であった。

Claims (17)

1. ホウ素被覆された研磨剤を製造する方法であって、不活性雰囲気下、800℃〜1200℃の被覆温度において、研磨剤の少なくとも一部を被覆するために、被覆されるべき研磨剤を、ホウ酸と混合されたホウ素粉末を含むホウ素源と接触させる工程を有する方法。
2. 研磨剤が、研磨微粒子、より大きな研磨体、または研磨工具の形態である請求項１に記載の方法。
3. ホウ素粉末とホウ酸の割合が重量比で1:1を超えない請求項１に記載の方法。
4. ホウ素粉末とホウ酸の割合が重量比で1:0.7である請求項３に記載の方法。
5. 800℃〜1150℃の温度で行われる請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 1100℃〜1150℃の温度で行われる請求項５に記載の方法。
7. 1150℃の温度で行われる請求項６に記載の方法。
8. 予備加熱工程を有し、該工程が研磨剤とホウ素源を250℃〜500℃の温度まで徐々に加熱すること、およびこれらをその温度で15分間〜45分間維持することを含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 予備加熱工程が研磨剤とホウ素源を300℃の温度まで徐々に加熱すること、およびそれらをその温度で30分間維持することを含む請求項８に記載の方法。
10. 研磨剤とホウ素源を被覆温度まで5℃/分〜15℃/分で徐々に加熱する請求項８又は９に記載の方法。
11. 研磨剤とホウ素源を被覆温度まで10℃/分で徐々に加熱する請求項１０に記載の方法。
12. 研磨剤とホウ素源を被覆温度で少なくとも30分間加熱する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 研磨剤とホウ素源を被覆温度で少なくとも3時間加熱する請求項１２に記載の方法。
14. 研磨剤とホウ素源を被覆温度で少なくとも6時間加熱する請求項１３に記載の方法。
15. 研磨剤とホウ素源の割合が重量比で1:0.2〜1:20である請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 研磨剤とホウ素源の割合が重量比で1:2である請求項１５に記載の方法。
17. 研磨剤がダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素である請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。