JPH02269790A - 被覆高硬質砥粒，その製造方法及びその砥粒を含有する砥石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被覆高硬質砥粒、特に拡散法によって遷移金
属炭化物、窒化物でｍｓされたダイヤモンド砥粒、硬質
ＢＮ砥粒、その製法、その砥粒を含有する砥石に関する
。

［従来の技術］ 砥粒２例えばダイヤモンド砥粒、硬質ＢＮ砥粒は超硬質
砥粒と呼ばれ、砥石の原料としてまた研磨材として広く
使用されている。特に、天然または人造のダイヤモンド
の砥粒は１通常、金属や合成樹脂やガラス質無機物を結
合剤として用いて砥石となし、超硬工具の研削をはじめ
としセラミックス、フェライト、ガラスなどの硬質材の
研削や石材、コンクリートの切断など広い分野において
使用されている。特に、近年に至りセラミックス材料の
めざましい発達に伴い、その高精度研削。

切断加工を可能とするダイヤモンド砥石および硬質ＢＮ
砥石が多量に使用されている。

［解決すべき課題］ しかし、今日使用されている砥石には次のような欠点が
みられる。

例えば、ダイヤモンド砥粒を主成分とするレジンボンド
砥石あるいはメタルボンド砥石の場合。

結合剤である樹脂あるいはメタルとの結合力を高めるた
めに、砥粒表面にニッケル（Ｎｉ）などの金属を被覆す
ることが行われている。かかる金属被覆は、砥石使用中
に砥粒先端で発生した熱により樹脂が劣化するのを防止
する作用があるといわれている。しかし、そのような金
属被覆層が砥石の目詰りを引起こすという問題が生ずる
。

一方、同じくダイヤモンド砥粒を主成分とするビトリフ
ァイドボンド砥石は、セラミック質を結合剤とするもの
であり、高温焼成により製造されるため、固相反応によ
る砥粒と結合剤との結合力は強い。しかし、かかる高温
焼成工程においてダイヤモンド砥粒の熱腐蝕が生じ、製
造が困難であるという問題を有する。

最近に至り、砥石製造時の砥粒の酸化防止、波膜密着性
改善そして研削加工時の目詰り防止のために、ダイヤモ
ンド砥粒表面を化学蒸着法によりＴｉ　（Ｃ，Ｎ、Ｏ）
で被覆することが特開昭５５−１８２４９９号公報に開
示されている。しかし、この方法は、被膜の密着性とい
う点においては未だ十分でないといわれている。

このように、確かに、被覆砥粒及び該砥粒を含有してな
る砥石の有利性が認識されつつあり、その−層の改善を
図るべ〈従来よりいくつか提案されてきた。しかし、そ
れらはいずれもＣＶＤ法等気相蒸着法によるものであっ
てその性質上多量生産ができず、設備も大がかりとなり
高価な方法であった。

［課題の解決手段・作用］ 本発明の被覆高硬質砥粒はダイヤモンド砥粒の表面に炭
化バナジウム、炭化クロムの少なくとも１種を含有する
金属炭化物拡散層を設けて成るか、又は硬質立方晶窒化
ホウ素砥粒の表面に窒化チタン、窒化バナジウムの少な
くとも１種を含有する金属窒化物拡散層を設けて成るこ
とを特徴とする。又２本発明の砥石は該被覆砥粒を用い
たことを特徴とする。

又１本発明の該砥粒の製法は気相、液相、固相拡散法に
より、ダイヤモンド砥粒の表面にバナジウム、クロムの
少なくとも１種を拡散させて金属炭化物拡散層を設ける
か、又は硬質立方晶窒化ホウ素砥粒の表面にチタン、バ
ナジウムの少なくとも１種を拡散させて金属窒化物拡散
層を設けることを特徴とする。

ここに、上記「拡散法」とは、拡散目的の金属元素を母
材の表面から内部へ拡散させ、その目的拡散元素と母材
中の炭素元素との反応又は母材中の金属元素と目的拡散
元素との置換により金属炭化物または金属窒化物を形成
させる方法であり。

気相、液相、固相におけるものを包含する。又。

母材が外部へも拡散する相互拡散を含む。従って拡散を
生じないＣＶＤ法、ＰＶＤ法などとは異なる。

又、拡散層が存在する限り、更にその外側に拡散してい
ない被覆層が存在していても差支えない。

本発明の好適態様にあって、上記ダイヤモンド砥粒また
は硬ｉＢＮ砥粒の形態などは特に限定されない。

ダイヤモンド砥粒の場合、その構成要素である炭素と拡
散金属（バナジウム、クロム）とが反応して炭化物被膜
が形成される。また、硬質ＢＮ砥粒の場合、その構成元
素であるＢと拡散金属との置換が起こり、窒化物被膜が
形成される。

金属成分の種類は砥石の性能を考慮した場合。

Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉが好ましい。

本発明において適用される拡散法としては１例えば次の
通りである。即ち、気相拡散法としては遷移金属元素の
ハロゲン化物又はカルボニル化合物を加熱（９００〜１
１００℃程度）して、その蒸気。

またはその分解産物の蒸気を発生せしめ、これを還元性
または不活性搬送気体とともに、遷移金属元素成分を拡
散させる方法がある。

液相拡散法としては、遷移金属元素のハロゲン化物を含
む溶融液体中へ、母材を挿入することにより、遷移金属
元素成分を拡散させる方法がある。金属ハロゲン化物単
独よりも、金属酸化物を併用することが好ましい。反応
性の制御が容易であり、溶融液体としての安全性も高い
。酸化物は複合酸化物でもよい。溶融液体の温度は例え
ば９００〜１１００℃程度が適当である。

同相拡散法としては、遷移金属元素の合金もしくは単体
金属の固体相と接触させ、加熱により遷移金属元素成分
を拡散させたり、１１！移金属成分を含有する化合物の
スラリを母材表面ヘコートし。

その後加熱（９００〜１ｉｏｏ℃程度）により遷移金属
元素成分を拡散させる方法がある。又、ＣＶＤ法によっ
て、ＣｒＣ，ＶＣＣ被膜固体金形成後、同様に加熱処理
する方法でもよい。

又１本発明において使用する超硬質砥粒は、好ましくは
、ダイヤモンド砥粒または硬ｉＢＮ砥粒あるいはこれら
の混合物である。かかるダイヤモンド砥粒の種類は特に
制限されるものではなく。

天然１人工いずれのものであってもよい。適宜結合剤を
使用して砥石として使用するダイヤモンド砥粒または硬
質ＢＮ砥粒の粒径は、特に制限はないが、一般には４０
０メツシユより粗粒であることが好ましい。

なお、拡散処理に先立ってダイヤモンド砥粒および硬質
ＢＮ砥粒には特に予備処理を施す必要はないが、好まし
くは、脱脂等の処理を行うことにより、被膜密着性など
を一層高めることができる。一方、拡散処理後は、必要
があれば、被覆砥粒を、水で清浄、サンドブラスト、酸
洗い等する。拡散せずに単に付着している金属成分を除
去して、極力、金属炭化物、金属窒化換金のみを存在さ
せることにより、耐熱性等の被覆砥粒の特性を高めるこ
とができる。

又１本発明にかかる拡散法による被膜形成は。

これまで説明してきた本発明による金属化合物被覆砥粒
に対して行ってもよい。又、こうした被覆砥粒を用いて
なる本発明の砥石において、被膜組成としてはダイヤモ
ンド砥粒の場合炭化バナジウム、炭化クロムの少なくと
も１種、又ＣＢＮ砥粒の場合、窒化チタン、窒化バナジ
ウムの少なくとも１種を倉荷するものとする。被膜組成
として炭化バナジウム、炭化クロムの含有量には、特ｉ
こ限定はないが、好ましくは、炭化バナジウム、炭化ク
ロムの少なくとも１種の含有量が１０ｖｔ％以上がよい
。残りの金属炭化物として、任意の遷移金属炭化物が選
ばれる。１０ｗｔ％より少ないとダイヤモンド砥粒と被
膜との接合力が弱くなる。これらの被覆組成によれば、
砥粒表面が多数微小凹凸面となりアンカー作用を効率良
く発揮でき、被膜層との付着力が向上し、脱離を十分に
防止できる。

従って、砥粒の脱落が防止できるので、切れ味の劣化な
く、研削比を向上させることができる。なお、一般に、
被覆砥粒と結合剤との接合強度は十分に強く、被覆砥粒
の脱落は、被膜層と砥粒表面とから生じると考えられる
。又、砥粒表面状態（アンカー効果観察）は、被膜砥粒
を１昼夜、王水とフッ酸との混合酸中で処理することに
より。

被膜組成物冬除去して観察する。

本発明の砥石は研削用、切断用として好ましく利用でき
る。又、被削材としては硬脆材料例えば、フェライトガ
ラス、結晶化ガラス、セラミックス例えばＳｉ　　Ｎ　
　、ＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３や超硬材料例えばＷＣ，Ｃ−Ｂ
Ｎなど広範囲の材料に亘り、優れた研削、切断性能を発
揮する。

砥石の製造にあたり、被覆砥粒と共に０通常の如く結合
剤及び必要に応じて添加剤（例えば充填剤、湿潤剤、吸
水剤等）を配合する。結合剤としてはレジン結合剤、メ
タル結合剤、ビトリファイド結合剤のいずれを使用した
ものであってもよい。もっとも、メタル結合剤、ビトリ
ファイド結合剤の場合、製造時の熱劣化が激しいので、
特に本発明砥粒は有用である。具体的組成としては２レ
ジン結合剤としてフェノール、ポリイミド樹脂、メタル
結合剤としてスチール、ブロンズ金属、ビトリファイド
結合剤としてホウケイ酸ソーダガラスなどが挙げられる
。

又、製造条件についても特に限定はなく、メタル結合剤
の場合例えば成形圧１００〜５００ｋｇ　／　ｃｊ　。

酸化又は非酸化雰囲気中、焼成温度５００〜１２００℃
で行なうとよい。ビトリファイド結合剤の場合例えばコ
ールドプレスで成形圧５０〜１０００ｋｇ／ｃシ、酸化
又は非酸化雰囲気中、焼゛成温度７００〜１０００℃で
行なうとよい。又、砥石の集中度、気孔率についても特
に限定はないが９例えば重研削用砥石として用いる場合
、ビトリファイドの場合集中度２５〜２００、より好ま
しくはｉｏｏ〜２００．気孔率２５〜５５ｖｏ１％の範
囲に設定するとよい。

［実施例］ 実施例１　（気相拡散法） 直径４０ｍ、長さ７０ｃ＋ｎの石英管に水素（もしくは
アルゴンの如き不活性気体）を通じつつ、　１０００℃
以上に加熱できる様にした電気炉を設け１石英管の中央
より入口側に無水塩化第一クロムの結晶２５ｇをおき、
中央より出口に近い側に＃５０〜６０のダイヤモンド砥
粒１ｇをおいた。石英管全体を１０００℃に熱し、　　
（１，５，ｊ／ｍｆｒ＋でＨ２を通じつつ３時１３１保
った。次いで、このまま水素流にメタンガス（およそＩ
Ｏ容量％）を混ぜて、同じ＜　ｔｏｏｏ℃１　ｌ！ｉ間
に保った。かくすることによって砥材に炭化クロムの被
膜が６μＩコートされた。

このようにして得られた本発明の方法による被覆ダイヤ
モンド砥粒を原料砥粒として製造したメタルボンドのダ
イヤモンド砥石は被覆層を有しない従来のダイヤモンド
砥粒を用いて製造したメタルボンドダイヤモンド砥石と
比較して約２倍の使用寿命の延長を可能にすることが確
認された。

メタルボンド砥石と同様に、結合剤としてガラス質無機
物を用い実施例１の炭化クロム被覆ダイヤモンド砥粒を
原料砥粒としたビトリファイド砥石を製造した。このビ
トリファイド砥石は、被覆層を有しない従来のダイヤモ
ンド砥粒を用いて製造したビトリファイド砥石と比較し
て約１．６倍の使用寿命の延長を可能にすることが確認
された。

実施例２（気相拡散法） 直径４０１１．長さ７０ｃｍの石英管に水素（もしくは
アルゴンの如き不活性気体）を通じつつ、　１ｏｏｏ℃
以上に加熱できる様にした電気炉を設け９石英管の中央
より入口側に無水塩化バナジウムの結晶３０ｇをおき、
中央より出口に近い側に＃５０〜ＢＯのダイヤモンド砥
粒１ｇをおいた。石英管全体を１０００℃に熱し、　　
０．５１／ｇｉｎでＨ２を通じつつ３時間保つた。次い
で、このまま水素流にメタンガス（およそ１０容量％）
を混ぜて、同じ＜　１０００℃１時間に保った。かくす
ることによって砥材に炭化バナジウムの被膜が５Ｂコー
トされた。

このようにして得られた本発明の方法による被覆ダイヤ
モンド砥粒を原料砥粒として製造したメタルボンドのダ
イヤモンド砥石は被覆層をａしない従来のダイヤモンド
砥粒を用いて製造したメタルボンドダイヤモンド砥石と
比較して約２倍の使用寿命の延長を可能にすることが確
認された。

実施例３（液相拡散法） 磁性ル”７ボｌ、：Ｖ２Ｏ５ＢＤ、０モｈ、ＶＣｊ５３
２０．０モル加え、　１０５０℃にて溶融させる。その
溶融液体中へ、＃５０〜６０のダイヤモンド砥粒１ｇを
挿入し、６ｈｒ保持した。砥材にＶ−Ｃの被覆層が。

８、ロー生じた。

実施例４（固相拡散法） 直径４０１１．長さ７０ｃｍの石英管にアルゴンガスを
通じつつ、　１０００℃以上に加熱できる様にした電気
炉を設け２石英管の中央にＶＣＩ。５モル、フェロ・バ
ナジウム粉末９５モルの混合粉層をもうけ。

その中に、＃５０〜６０のダイヤモンド砥粒１ｇを埋め
た。モして４ｈｒ保持した。母材にＶ−Ｃの被覆層が５
．２１ｔａ生じた。

実施例５（固相拡散法） ＃５０〜６０のダイヤモンド砥粒１ｇの表面に、スプレ
ーにて、塩化バナジウム（ＶＣ，ｅ３）含有溶液を塗布
しその後、乾燥させた。その砥粒を。

Ａｒガスを通じた不活性雰囲気中にて、　１０００℃。

３０ｍ１ｎ焼成した。かくすることによって砥材に炭化
バナジウムの被膜が２μｌコートされた。

実施例６（固相拡散法） ＣＶＤ反応装置において、水素雰囲気中において、メタ
ンガスの存在下において塩化クロムを導入して、Ｃｒ　
７Ｃａを蒸着被覆させる反応室中へ＃５０〜６０のダイ
ヤモンド砥粒１ｇを挿入し１０ｍ１ｎ保持した後取り出
した。Ｃｒ−Ｃの蒸着被覆層３趨をす、ダイヤモンド砥
粒が得られた。その砥粒をＡｒガスを通じた不活性雰囲
気中にて９００℃２３０＊ｉｎ焼成した。かくすること
によってダイヤモンド砥粒へ、Ｃｒ７Ｃ３組成物からの
Ｃｒ元素の拡散が生じ、拡散によるＣｒ−Ｃ相を存す、
Ｃｒ−Ｃ被覆ダイヤモンド砥材が得られた。

実施例７（気相拡散法） 直径４Ｃ１ｌ、長さ７０１の石英管に水素（もしくはア
ルゴンの如き不活性気体）を通じつつ、　１０００’ｃ
以上に加熱できる様にした電気炉を設け１石英管ノ中央
より入口側に四塩化チタンの結晶２５ｇをおき、中央よ
り出口に近い側に＃８ｏ〜１００のＣ−ＢＮ砥粒２ｇを
おいた。石英管全体を１０５０℃に熱し、　　０．７ｊ
！／ｓｉｎでＨ２を通じつつ３時間保った。かくするこ
とによって砥材に窒化チタンの被膜が６ｎコートされた
。

このようにして得られた本発明の方法による被覆Ｃ−Ｂ
Ｎ砥粒を、原料砥粒とし、ガラス質無機質物をボンドと
したビトリファイドＣ−ＢＮ砥粒は、被覆層を有しない
従来のＣ−ＢＮ砥粒を用いて製造したビトリファイドＣ
−ＢＮ砥石と比較して約１．３倍の使用寿命の延長を可
能にすることが確認された。

［発明の効果］ このように１本発明によれば、拡散法によって従来得ら
れなかったすぐれた密着性および耐酸化性を示す表面被
覆が得られる。そのためその砥粒はアンカー作用によっ
て被覆層との付着力が向上し、このため結合剤との付着
力が向上するので砥粒の脱離が十分に防止され、砥石の
研削比が高められるＯ従って・セラミックスや超硬材料
の研削用及び切断用として優れた機能を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンド砥粒の表面に炭化バナジウム，炭化
   クロムの少なくとも１種を含有する金属炭化物拡散層を
   設けて成ることを特徴とする被覆高硬質砥粒。
2. （２）硬質立方晶窒化ホウ素砥粒の表面に窒化チタン，
   窒化バナジウムの少なくとも１種を含有する金属窒化物
   拡散層を設けて成ることを特徴とする被覆高硬質砥粒。
3. （３）気相，液相，固相拡散法により，ダイヤモンド砥
   粒の表面にバナジウム，クロムの少なくとも１種を拡散
   させて金属炭化物拡散層を設けることを特徴とする被覆
   高硬質砥粒の製造方法。
4. （４）気相，液相，固相拡散法により，硬質立方晶窒化
   ホウ素砥粒の表面にチタン，バナジウムの少なくとも１
   種を拡散させて金属窒化物拡散層を設けることを特徴と
   する被覆高硬質砥粒の製造方法。
5. （５）ダイヤモンド砥粒の表面に炭化バナジウム，炭化
   クロムの少なくとも１種を含有する金属炭化物拡散層を
   設けて成る被覆高硬質砥粒と，結合剤と，添加剤とを含
   有することを特徴とする砥石。
6. （６）硬質立方晶窒化ホウ素砥粒の表面に窒化チタン，
   窒化バナジウムの少なくとも１種を含有する金属窒化物
   拡散層を設けて成る被覆高硬質砥粒と，結合剤と，添加
   剤とを含有することを特徴とする砥石。
7. （７）該結合剤が金属からなるものである請求項第５，
   ６項に記載の砥石。
8. （８）該結合剤がガラス質無機物からなるものである請
   求項第５，６項に記載の砥石。