JPH0236293A

JPH0236293A - 立方晶窒化ほう素研削砥粒、その製法および砥石

Info

Publication number: JPH0236293A
Application number: JP63185464A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Otsubo; 裕彦大坪; Eiichi Iizuka; 栄一飯塚; Masakazu Maki; 牧　昌和
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-06
Also published as: JPH0551640B2

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、立方晶窒化ほう素研削砥粒、その製法および
立方高量［ヒほう素研削砥石に関するものである。

（従来の技術）ＣＢＮ　（立方晶窒化ほう素を言う。以下同じ）は、Ｈ
ＢＮ　（六方晶窒化ほう素を言う。以下同じ）をＣＢＮ
の熱力学的安定条件である高温高圧で処理することによ
り製造される。

ＣＢＮはダイアモンドに次ぐ硬さを有し、しかも化学的
安定性、特に鉄系被剛材に対する安定性がダイアモンド
より優れているなめ研削砥粒としての使用量が増大して
いる。

特開昭５９−５７９０５号、特開昭５９−７３．４１０
号、特開昭５９−７３４１１号等によつＣＢＮ粒子を製
造する方法に関し種々の提案がある。かかる−数的製法
により得られるＣＢＮ粒子は、通常の電着砥石あるいは
メタルボンド砥石に使用するには問題がないが、切れ味
が特に要求される用途には適していない。

かかる切れ味が要求される研削砥粒に使用されるＣ　Ｂ
　Ｎ粒子は緻密、透明であり、鋭い切り刃を有し、圧壊
強度が高いことが望まれる。

本出願人は特開昭６１−３１３０６号公報において、触
媒として、ＬｉＭｂＮ２（但し１Ｍはアルカリ金属）お
よびｃａ、；５ｉｚＮ６を用いる方法を提案した。この
方法によれば、触媒がら微量のＳｉがＣＢＮ中に取り込
まれ、結晶の＋１１１＋面が発達し、ＣＢＮ粒子の角が
説くなり、研削砥粒として優れたＣＢＮ粒子が得られる
ようになる。同様に、本出扉人の特開昭６１−１７４０
５号においてら触媒として、Ｌ　ｉ　ＭｂＮｚ（但し、
Ｍはアルカリ金属）およびＬ　ｉ　６Ｓ　ｉ　Ｎａを用
いてＳｉをＣＢＮ粒子中に取り込み、角が鋭いＣＢＮ粒
子を得る方法を提案した。

（発明が解決しようとする課題）本発明者等は、前掲特開昭６１　３１３０６号および特
開昭６１−１７４０５号により製造されたＣＢＮ粒子の
外形の構成面を調査し、次のような知見を得た。即ち、
外形構成面は８個の（１１１）面を基本としているが、
ＣＢＳ粒子構成面の殆どでは（１１１）面が互いに直接
交叉していす、（１００）面と（１１１）面が交叉して
おつ、この結果：１１１）面子面体が有する鋭い尖端が
なくなっている。

上記従来技術の問題点を解消すべく、本発明は、ｂテ来
のＣＢ　Ｎ粒子より鋭い角を有し、砥粒としての性能が
さらに優れたＣＢＮ研削砥粒を提供することを目ｎ勺と
する。

さらに、本発明はかかるＣＢＮ研削砥粒を製造する方法
を提供することを目的とする。

また、本発明は研削性能がすぐれたＣＢＮ砥石を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決しようとする手段）本発明者等は、従来のＳｉ含有ＣＢＮ粒子の組成および
外形構成面を鋭言研究した結果、Ｓｉを０．０１重量％
（以下、％は特記しない限り重量％である）以上含有さ
せ特定の製法とすることにより、ＣＢＮの晶出面が（１
１１）に富むようになることを見出した。

ｂＹ未来法て提案されているように、Ｓｉ含有触媒を用
いることにより触媒からＳｉ分取り込む方法ではＳｉに
よる（１１１）面をより多くする効果によって鋭い稜線
、角を十分に形成することができなかった。これは、ｆ
ｌｌｌ）面は通常のＣＢＮでもまたＳｉを添加し、たＣ
ＢＮでち一般的に現われる面であるが、その池の面が出
現し、ｆｉｌｌｉ面どうしが直接交叉することはないか
らである。

ＣＢＮはＢ原子とＮ原子の極性結晶であり、ＣＢＮ結晶
にはＢ原子の（１１１）面とＮ原子の＋１１１１面があ
る。ＣＢＮ結晶の構成面においてＢ原子の＋ＩＩＮ面と
Ｎ原子のＮＩＬ！面の数が等しいと、正八面体のＣＢＮ
結晶が生成する。

Ｂ原子もしくはＮ原子の何れかのｆｌｌｌｉ面が消滅す
ると、！１１１）面画面体ＣＢ　Ｎ結晶が第’３ＪＺＪ
に示すように、四面体の四つの頂点をｔｉｌｌ）面で切
断した八面体（第４図）となる。この八面体が本発明の
ＣＢＮ結晶の基本形となる。

第５図に示すように、八面体の！１１１）面の間に１１
００１面が出現してエッヂを縁取ると、従来のＣＢＮ結
晶の形状となる。

これに対して、本発明によれば、結晶成長中にＣＢＮに
取り込まれるＳｉ原子が＋１１１＋面の或ルを発達させ
るとともに＋１００１面の成長を抑制し、＋１１１１面
のみより構成される結晶および双晶粒子の数が５０％（
個数の％）以トの研削砥粒が得られる。

第１図には、後述の実施例１の１パンチで製造されたＣ
ＢＮ粒子の幾つかを７５倍の倍率で示す。この写真より
分かるように、本発明のＣＢＮ粒子は＋１１１１面の特
徴である三角状の面と角錐状の先端が多数観察される。

第２図には、Ｓｉを特開昭６１−３１３０６号の方法に
よりＣＢＨに取り込んだ従来のＣＢＮ粒子の形状を示す
。このＣＢＮ粒子は、鋭い角も見られるが、全体として
は丸みを帯びている点で外形構成面の形状が本発明のも
のとは基本的に相違する。

上記したＣＢＮ研削舐粒は、一つの方法としてＨＢＮと
ともに、Ｃ源、Ｓｉ源、水素化アルカリまたは水素化ア
ルカリ土類、およびＣＢＮ合成触媒（但し、前記水素化
アルカリまたは水素化アルカリ土類を除く）を混合して
高温高圧処理することにより製造される。これらの物質
を使用することにより（１１１１面の成長が優先して起
こり所望の鋭い切刃をもつＣＢＮ研削砥粒を製造する二
とができる。その理由および使用物質の作用は次の通り
である。

従来法において得られたＣＢＮ研削砥粒が鋭いエツジを
失っている理由は、Ｂ２０．などの異物が合成系に存在
し、これが結晶成長過程を妨害して＋１１１１面の水平
方向の成長を相対的に妨げ、（１１１１の垂直方向（特
に、（１００１方向）の成員を相対的に促進しているこ
とに起因すると推察される。従って鋭い切刃をもつＣＢ
Ｎ研削砥粒を合成するためには、ＣＢＮが結晶成長中に
合成系全体から特に酸化物の影響をなくしてやる必要が
あると考えた。そこで原料にＣ源を添加し、ＣＢＮ合成
時の高温高圧状態でＢ　２０３等の酸化異物を還元分解
し、成長に対するその影響をなくすかあるいは低下せし
めることを試みた。その結果、第１図に掲げるようなｔ
ｉｌｌ）面に富み、鋭い稜線、角を有するＣＢＮ結晶を
得ることに成功した。なお、本出願人は特開昭５８−１
２０５０５号にて、黒鉛などの炭素源をＨＢＮに混合し
た原料を高温高圧処理することにより炭素を含むＣＢＮ
粒子を製造する方法を提案したが、本発明ではＣ源とＳ
ｉ源を組合わせることで、＋１１１１面がよく発達し＋
１１１１面同志が直接稜線を接するＣＢＮ結晶を得るこ
とができた。

さらに、発明者らは水素化アルカリ（土）類を使用する
ことにより、欠陥の少ない透明感のあるきれいな結晶を
合成することができることを見出した。水素化アルカリ
（土）項はＣＢＮの合成触媒としても作用するが、本発
明の場合、ＣＢＮを高純度化することにより、内部欠陥
の少ない、強度の大きい結晶を得ることを狙ったもので
ある。

以下、さらに具体的に本発明の好ましい実施態様を説明
する。

本発明のＣＢＮに含有されたＳｉはＣＢＮの格子定数を
増大させ、その強度金高める効果も有する。強度の面か
らＳｉの好ましい含有量は０．０１％以上である。しか
しながら、Ｓｉの含有量が１．０％を超えると、Ｓｉが
マクロ的な欠陥としてＣＢＮ結晶中に内包され、結晶の
強度を低下させるため、Ｓｉの含有量は０．０１〜１．
０％が好ましい。

ＨＢＮとしては純度が９５％以上のものを使用すると、
所望の尖端を有するＣＢＮを安定して製造することがで
きた。

Ｃ源としては、ステアリン酸、パルミチン酸等の脂肪酸
、トコサン（ＣＢ、（Ｃ旧２゜Ｃｌ１３）、ターフェニ
ール等の炭化水素、メラミン、尿素等の窒素を含む有機
物、貼体もしくは無機化合物としての炭素、カーボンブ
ラック、８４Ｃなどを使用することができる。これらの
炭素源の中では黒鉛のように結晶化した安定な形態より
も、上記のように添加時には化合物の構成要素となって
いるが、ＣＢＮ成長成長化合物から分解して生じる活性
な状態であることが好ましい。炭素源の使用量は、ＨＢ
Ｎ中に異物として随伴するＢ２０３１モルに対して０．
１〜１００モルのＣ（原子）となるように定めることが
好ましい。通常純度のＨＢＮについてはＣ源の使用量は
全原料に対して０．０１〜１５％である。

Ｓｉ源としては、Ｓｉ粉末、Ｂ４Ｓ　ｉ、Ｂ１１Ｎ４な
どの化合物を使用することができる。

Ｓｉ源は原料混合物に混合してもよいが、ＣＢＮ、への
Ｓｉ含有量を多くするためにはＣＢＮ合成触媒に予め含
有させておくことが好ましい。この含有方法としては、
Ｓｉ源とＣＢＮ合成触媒を加熱溶融させる方法を採用す
る。Ｓｉ源の使用量は、１モルのＨＢＮに対してＳｉが
１０−５〜１０−２モルとなるようにすることが好まし
い。この使用量が１０−５未満であると、ＳｉのＣＢＮ
への含有が不充分になり、一方１０−２を超えると前述
のとおりＣＢＮ内でマクロ的欠陥を形成するので、Ｓｉ
源の使用量は上記範囲が好ましい。

水素化アルカリおよび水素化アルカリ土類としては、Ｌ
ｉＨ，ＮａＨ，ＣａＨｚ　、５ｒＨｚなどを使用するこ
とができる。これらの水素源の使用量は全原料に対して
０．１〜１０％であることが好ましい。

ＣＢＮ合成触媒としては、（イ）ＬｉＮａ、に等のアルカリ、これらの窒化物（Ｌ　ｉ　３Ｎ
、ＮａｘＮ等、複窒化物（Ｌｉ、ＢＮ２等）、（ロ）Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ等のアルカリ土類、これらの窒化
物＜Ｃａ５Ｎ２．５ｒ３Ｎ２．Ｍｇ：＋Ｎ２．Ｂａ、Ｎ
２等）、複窒化物、（ｃａｉｓＮｚなと）および（ハ）
アルカリとアルカリ土類の複合窒化物（ＬｉＣａＢＮ２
．ＬｉＢａＢＮ２等）を使用することができる。これら
のＣＢＮ合成触媒のなかでは、所望の尖端を有するＣＢ
Ｎ研削砥粒を安定して製造する観点から、〈ハ）が好ま
しい、ＣＢＮ合成触媒の使用量は）ＩＢＮ１００重量部
に対して５〜５０重量部が好ましい。

ＨＢＮ扮末中のＢ　２０３が多いために、Ｃ源の添加量
が多くなる場合には、下記反応式によりホウ素が生成す
る。

Ｂ２Ｏ３＋３Ｃ→　２Ｂ＋　　３ＣＯこの過剰のＢが所望の尖端を有するＣ　Ｂ　Ｎ研削砥粒
の合成上望ましくはないので、Ｎ源を添加してＢをＢＮ
として固定し無害化することが好ましい。このＮ源とし
てはメラミン、尿素等を使用することがてきる。使用量
は０．０１〜１０重量部が好ましい。

以下、さらに実施例により本発明をより詳しく説明する
。

（実施例）実施例ＩＨＢＮ　（昭和電工製ｔＪＨＰ−１．粒度−平均粒度６
〜８μ、純度−９８％、８２０３　０．５％）１００部
（重量部、以下同じ）にＣ源としてメラミン（Ｃ３ＨＧ
Ｎ６）２．６５部、水素化アルカリとしてＬｉ８２部、
ＣＢＮ合成触媒としてＬｉＣａ　Ｂ　Ｎ　２１５部を添
加混合し、成形した試料を４０〜６０ｋｂａｒ、１４０
Ｃ１−１６００°Ｃの条（１下で処理することにより、
黄色透明であり、＋１１１１面の３角形およびシャープ
なエツジを多数有し、また第１図にそれぞれ形状および
構成面の結晶方位を示すＣＢＮ粒子分得ることができた
。このＣＢＮ粒子の粒径は平均粒径１３０μであり、Ｓ
ｉの含有量は０．１０３％であった。

ＣＢＮの約８７０粒を７５倍の倍率にてＳ２Ｍ写真を１
０視野撮影したところ、（１１１）面以外の面を有する
粒の割合は約２．３％であった。｛１１１｝ｌｌ外面面
はほとんどが＋１００１面であった。

実施例２実施例１のメラミンをステア゛リン酸ＣＨ３（ＣＨ２）　１６ＣＯＯＨ１部に変えた他は同一
条件で処理を行なったところ、やや黒み分帯びた焦茶色
を呈し、同様に多数の＋１１１）面とシャープなエツジ
を持つＣＢＮ粒子を得ることができた。

実施例３実施例１で得られたＣ　Ｂ　Ｎ粒子ｅ１２０／１４０に
整粒した後電着により外径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ研
削砥石とした。砥粒の使用量等の仕様は、ＩＫ来のブロ
ック状ＣＢＮを使用した出願人の製品であり、比較に供
した５ＢＮ−Ｔと同一にした。これらの砥石を下記条件
で研削試験に供した。

砥石周速−２０００ｍ／分テーブル速度−１５ｍ／分切込み一４０μｍ被剛材−ＳＫＨ５１６０ｃｍ３被削材を削った時点で従来製品に、よる研削
に要した動力が３０３０Ｗであったのに対し、本発明の
砥石では２６４０Ｗであり、１３％動力が少なくなった
。

実施例４Ｓｉ源として、Ｂ４Ｓ　ｉをＨＢＮ１００部に対して０
１３部使用した他は実施例１と同様の高温高圧処理を行
なったところ実施例１と同様のＣＢＮ粒子が得られた。

そのＳｉ含有量は１０９１０９０ｐｐ、１０９％）てあ
った。

実施例５Ｓｉ源として、金属ＳｉをＨＢＮ１００部に対して０．
３部使用した他は実施例１と同様の高温高圧処理を行な
ったところ実施例１と同様のＣＢＮ粒子が得られた。そ
のＳｉ含有量は１２８０ｐｐｍ（０，１２８％）であっ
た。

実施例６ＨＢ　Ｎ　１００部に対し、Ｃ源としてステアリン酸１
部、Ｎ源として尿素０．５部、１％のケイ素を含むＬ　
ｉ　Ｃａ　Ｂ　Ｎ　２１０部、ＣａＨｚＪ部を実施例１
と同様に高温高圧処理したところ黒味のないＣＢＮ粒子
が得られた。ＣＢＮ中のＳｉ含有量は９７０ｐｐｍであ
った。

実施例７実施例１で得られたＣＢＮ粒子と従来製品とをビトボン
ド砥石とした。砥石の組成は次のとおりであった。

粒度；＃１７０／２００集中度：　１００　（砥粒率２５ｖｏ　１％）気孔率：
　３０ｖｏρ％ボンド率：　２５ｖｏρ％フィラー；ホワイトアランダム（ＷＡ＃２２０）−２０
％砥石の寸法は、２０５ｍｍφ、５ｍｍＵ、７６．２８で
あった。

ＣＢ　Ｎ砥粒を、ほうけい酸ガラスおよびフィラーと混
合し、約５ｍｍｘ３ｍｍＸ３０ｍｍに成型した後、９５
０℃、大気中で１０時間焼成した。焼成体をアルミホイ
ールに貼りつい砥石とした。

研削方法は、湿式平面トラバース研削、砥石周速２００
０　ｍ　／’分、テーブル速度１５ｍ／分、クロス送り
２ｍｍ／パス、切込２０μであった。

被剛材は５ＨＫ−５１であった。

研削結果は次のとおりであった。

砒酊此　　　動功］」り一従来製品　　４８０　　　５２０本発明品　　７００　　　５３０（発明の効果）以上説明したように本発明を構成したために、本発明の
ＣＢＮ研削砥粒は従来品より鋭いエツジを有しており、
切れ味が要求される砥石用として極めて優れた性能を有
する。

また、本発明方法によれば、従来品より鋭いエツジを有
するＣＢＮを安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＣＢＮ研削砥粒の粒子の構造を示
す電子順微鏡写真である。第２図は従来のＣＢＮ研削砥粒の粒子の構造を示す電子
順微鏡写真である。第３図は四つの＋１１１＋面より構成されるＣＢＮ四面
体の図である。第４図は四面体の各頂点を＋１１１＋面で切断した＜１
１１）ＣＢＮ八面体の図である。第５図は八面体の一部が＋１１１＋面で切断されたＣＢ
Ｎ結晶の図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、Ｓｉを０．０１重量％以上含有し、｛１１１｝面をから構成された粒子を主体とする立方晶
窒化ほう素研削砥粒。２、粒子のＳｉの含有量が０．０１〜１．００重量％で
あることを特徴とする請求項１記載の立方晶窒化ほう素
研削砥粒。３、六方晶窒化ほう素から高温高圧で立方晶窒化を合成
する方法において、六方晶窒化ほう素とともに、Ｃ源、
Ｓｉ源、水素化アルカリまたは水素化アルカリ土類、お
よび立方晶窒化ほう素合成触媒（但し、前記水素化アル
カリまたは水素化アルカリ土類を除く）を組合わせた反
応系を高温高圧処理することを特徴とする立方晶窒化ほ
う素研削砥粒の製造方法。４、前記反応系にさらにＮ源が組合わされていることを
特徴とする請求項３記載の立方晶窒化ほう素研削砥粒の
製造方法。５、Ｓｉを０．０１重量％以上含有し、｛１１１｝面から構成された粒子を主体とする立方晶窒
化ほう素研削砥粒をメタルボンドまたは電着したことを
特徴とする立方晶窒化ほう素研削砥石。６、Ｓｉを０．０１重量％以上含有し、｛１１１｝面から構成された粒子を主体とする立方晶窒
化ほう素研削砥粒をガラスまたはセラミックスで結合し
たことを特徴とする立方晶窒化ほう素研削砥石。７、Ｓｉを０．０１重量％以上含有し｛１１１｝面から構成された粒子を主体とする立方晶窒
化ほう素研削砥粒をＮｉコーティングした粒子を使用し
たレジン砥石。