JPH0328388B2 - - Google Patents

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JPH0328388B2
JPH0328388B2 JP57104565A JP10456582A JPH0328388B2 JP H0328388 B2 JPH0328388 B2 JP H0328388B2 JP 57104565 A JP57104565 A JP 57104565A JP 10456582 A JP10456582 A JP 10456582A JP H0328388 B2 JPH0328388 B2 JP H0328388B2
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JP
Japan
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mixture
hardness
eutectic
boron
particles
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JP57104565A
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JPS58223661A (ja
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Kyoshi Inoe
Yoshio Takahashi
Takane Myazaki
Shigeaki Kasuya
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Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は高硬度材およびその製造方法に関する
ものであり、詳しくは、砥粒や耐摩材等に使用さ
れる高硬度材およびその製造方法に関するもので
ある。 従来より、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、
炭化ホウ素、アルミナ等の高硬度材は、例えば、
研削研摩用の砥粒等に使用されている。 ところで、上記の高硬度材のうち、ダイヤモン
ドや立方晶窒化ホウ素は特に優れた高硬度材であ
るが高価なために一般使用には適さない欠点があ
る。これに対し、アルミナは比較的安価ではある
が、性能的に今一つ十分とは言えない。 本発明者等は、上記実情に鑑み、安価にしてア
ルミナ以上の或はダイヤモンドと遜色のない性能
の高硬度材、就中、研削研摩用に好適な高硬度材
を提供すべく鋭意検討した結果、次の知見を得
た。 すなわち、高硬度材の研削速度は、基本的には
硬度の大小によつて異なるのであるが、結晶構造
によつても影響を受け、多結晶構造よりなる粒子
は、ダイヤモンド程の超高硬度でなくても結晶粒
子の微破砕によつて、いわゆる自性発刃性が発揮
され、これが切れ刃の摩耗による研削速度の低下
を十分補つて高い研削能力を発揮し得る。しかし
ながら、多結晶体粒子が単一成分より構成されて
いる場合には、当該成分は高い硬度の反面に脆い
が故に特に起高硬度材料を研削するような場合に
大破砕を惹起し易く、その結果、前記した自性発
刃性が十分に発揮し得ないことがある。 そこで、単一成分からなる多結晶体粒子ではな
く、高硬度の化合物と該化合物よりも靱性の大き
い化合物からなる複合多結晶粒子としたところ、
単一成分からなる場合よりも上記大破砕を防止し
て自性発刃性を良好に発揮させ得ることが認めら
れた。そこで、上述の自性発刃性を発揮し得る、
十分な硬度と相対密度を有する複合多結晶体を得
るべく更に鋭意検討を進めたところ、高硬度の化
合物としては炭化ホウ素を用い、炭化ホウ素より
も靱性の大きい化合物としては炭化ケイ素を選択
し、これらの共晶体を生成させることにより、上
述の特徴を有し、高研削性能を発揮する複合多結
晶粒子が容易に得られることがわかつた。 すなわち本発明の要旨は、実質的に炭化ホウ素
と炭化ケイ素の共晶体の粒子から成ることを特徴
とする高硬度材にある。 炭化ホウ素(B4C)と炭化ケイ素(SiC)の系
では、B4Cの量が70重量%付近の組成において共
融点をもつことが知られており、従つて、B4Cと
SiCの70:30(重量比)の混合物を共融点以上に
加熱して冷却すれば、共晶合金に類似した共晶組
織からなる複合多結晶体を得ることができる。ま
た、B4CとSiCの量比を変えて共晶組成よりも
SiCに富む組成にすれば、加熱後の冷却過程で析
出したSiCの粒子間を共晶組織で結合した複合多
結晶体を得ることができる。同様に、B4Cに富む
組成にすれば、析出したB4Cの粒子間を共晶組織
で結合した複合多結晶体を得ることができる。 このように、炭化ホウ素と炭化ケイ素の含有率
は70:30(重量比)だけでなく広い範囲で適用可
能であり、炭化ホウ素の含有率を1〜99重量%と
することができるが、実用的には5〜95重量%と
するのが好ましい。共晶組成に近い程相対密度、
ビツカース硬度を上げることができる為望ましい
が、高硬度材のビツカース硬度が2000Kg/mm2
上、かつ相対密度が80%以上となる範囲のもので
あれば、本発明の目的を十分にはたし得る高硬度
材を得ることができる。 又、炭化ホウ素と炭化ケイ素の混合物を焼結
し、該焼結体を粉砕して複合多結晶体粒子を得る
ことも可能であるが、多結晶構造の微破砕による
自性発刃性を利用して高い研削能力を発揮させる
には、多結晶構造を構成する結晶粒子(グレイ
ン)が小さい程好ましく、この点、焼結による場
合は、充分に小さい結晶粒子からなる多結晶構造
を得ることが難しい。又、焼結体の場合には、真
密度に対する嵩密度の百分率として表示される相
対密度を100%にすることがなかなか難しく、結
晶粒子間に空間(Void)が存在することから上
記大破砕が発生し易く、この点からも、充分な自
性発刃性を期待することができない。 一方、共晶組織からなる複合多結晶体は、極め
て微細な結晶粒子を有し、共晶によれば5μm以
下の微細な結晶粒子からなる複合多結晶体を焼結
による場合に比して容易に得ることができる。
又、共晶体は、相対密度が100%となり、内部に
空間が存在しないから、該空間の存在により上記
大破砕を惹起する虞もない。従つて、焼結体から
なる複合多結晶体粒子よりも共晶体からなる複合
多結晶体粒子の方が、多結晶構造の微破砕による
自性発刃性を充分に発揮させることができる。 このように、本発明の高硬度材によれば、自性
発刃性が充分に発揮されることと、後述する実施
例から明らかなように炭化ホウ素と炭化ケイ素の
混合物の複合多結晶体粒子が高い硬度を有するこ
とと相俟つて優れた研削能力を得ることができ
る。 以上説明した複合多結晶体粒子よりなる本発明
の高硬度材は、用途に従い適当な大きさの粒状体
として使用されるが、例えば、砥石の場合は50μ
mから3mm程度、ラツピング用の場合は50μm以
下の大きさとされる。 次に、本発明の高硬度材の製造方法について説
明する。原料混合物としては、(a)ホウ素原料、ケ
イ素原料および炭素原料の混合物、あるいは、(b)
炭化ホウ素および炭化ケイ素の混合物であるが、
具体的には、次の(1)〜(3)の3通り、及びそれらを
組合せたものが用いられる。 (1) 炭化ホウ素と炭化ケイ素の各粉末の混合物 (2) ホウ素(B)とケイ素(Si)と炭素の各粉末の混
合物。この場合、炭素としては、通常カーボン
とかグラフアイト等と呼称されているものであ
れば格別種類を問わず、例えばカーボンブラツ
クのようなものでも良い。 (3) 酸化ホウ素(B2O3)と酸化ケイ素(SiO2
と上記(2)と同様な炭素、そして必要に応じて分
解・反応を促進する窒化ホウ素(BN)などの
添加物の混合物。 原料物質は、細かい微粉状のものが良く、各原
料物質の使用割合は、複合多結晶体中の炭化ホウ
素と炭化ケイ素の含有率が上述した含有率となる
範囲内で必要に応じて適宜選択される。 原料混合物の加熱処理は、例えば特公昭41−
12885号公報に記載されるような黒鉛製の筒状塑
型を用いて行うことができ、2000℃以上、好まし
くは2000〜3000℃で数分から数時間加熱して原料
混合物を溶融させることによつて行われる。 加熱処理後は、冷却すれば、その冷却過程にお
いてB4C−SiCの複合共晶体が析出する。 叙上の共晶法で得られた本発明の高硬度材は、
粒子の大破砕を惹起することなく、多結晶構造の
微破砕による自性発刃性を最大限に発揮し、例え
ば、高速の研削加工等に極めて有利に使用でき
る。 以下、本発明を実施例により更に詳細に説明す
る。 実施例 1 粒径2μm以下のホウ素粉末100重量部、粒径
10μm以下のケイ素粉末39重量部および粒径50μ
m以下の黒鉛粉末44重量部を磁製乳鉢中で十分混
合した。この混合物中のホウ素とケイ素の量比は
B4CとSiCの量比に換算すると、B4Cが70重量%
でSiCが30重量%になる。 上記の原料混合物を、黒鉛製筒状塑型と押圧体
兼通電々極より主として構成された上記公報記載
の装置を用いて電極による押圧を行うことなく、
2200℃2分間加熱したのち、冷却して固化物を得
た。 次いで、この固化物を粉砕し、分級して平均粒
径20〜44μmの粒状体よりなる本発明の高硬度材
を得た。 なお、上記固化物は、相対密度が100%、常温
におけるビツカース硬度が3800Kg/mm2であり、組
織は粒径2〜3μmのB4CとSiCの結晶粒子からな
る微細な共晶組織であつた。 上記の高硬度材0.25cm3をオリーブ油0.5cm3でよ
く練つてペーストとし、市販の研摩機を用い、次
の方法に従つてラツピングテストを行つて研削能
力を測定したところ、223mgであつた。なお、こ
のときの加工面粗度は約0.8μmRmax.であつた。 〔ラツピング方法〕 ラツプ板回転数180r.p.m.押しつけ圧力1Kg/
cm2の条件で5分間、超硬合金(95%WC−5%
Co)のラツピングを行い、加工量を研削能力と
する。 実施例 2及び3 実施例1において、B4Cの量が下表のようにな
るように混合した他は、実施例1同様にして、高
硬度材を製造し、加工面粗度約0.8μmRmax.のラ
ツピングが行なわれる粒度の研削能力を測定し結
果を下表に示した。
【表】 実施例 4 原料混合物として、粒径10μm以下のB4C粉末
50重量部および粒径2μm以下のSiC粉末50重量部
の混合物を用いた他は、実施例1と同様にして高
硬度材を製造し、加工面粗度約0.8μmRmaxのラ
ツピングが行われる粒度の研削能力を測定したと
ころ、228mgであつた。 なお、本高硬度材は、相対密度が100%、常温
におけるビツカース硬度が3800Kg/mm2であつた。
また、組織は粒径2〜3μmのB4CとSiCの結晶粒
子からなる微細な共晶組織であり、一部に10μm
の線状に成長したSiC結晶粒子が存在していた。 実施例 5 実施例4において、原料混合物中のB4Cの量が
35重量%となるようにした他は、実施例4と同様
にして高硬度材を製造し、加工面粗度約0.8μm
Rmaxのラツピングが行われる粒度の研削能力を
測定したところ、191mgであつた。 比較例 1 市販のアルミナ粒子について、実施例1と同様
にして加工面粗度約0.8μmRmaxのラツピングが
行われる粒度の研削能力を測定したところ、15mg
であつた。 比較例 2 粒径44μm以下のアルミニウム粉末100重量部
と粒径2μm以下のホウ素粉末480重量部および粒
径50μm以下の黒鉛粉末89重量部よりなる原料混
合物を実施例1の装置を使用して200Kg/cm2に加
圧しながら2200℃で10分間加熱したのち冷却して
AlB12C2よりなる焼結体を得た。 次いで、この焼結体を粉砕、分級した後、実施
例1と同様にして加工面粗度約0.8μmRmaxのラ
ツピングが行われる粒度の研削能力を測定したと
ころ、159mgであつた。 なお、本高硬度材は、相対密度が100%、常温
におけるビツカース硬度が3500Kg/mm2であり、約
10μmの結晶粒子よりなる多結晶体であつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 実質的に炭化ホウ素と炭化ケイ素の共晶体の
    粒子からなることを特徴とする高硬度材。 2 ホウ素原料、ケイ素原料及び炭素原料の混合
    物又は炭化ホウ素と炭化ケイ素の混合物を溶融さ
    せた後、冷却して炭化ホウ素と炭化ケイ素の共晶
    体を生成せしめ、該共晶体を粉砕することを特徴
    とする高硬度材の製造方法。
JP57104565A 1982-06-17 1982-06-17 高硬度材およびその製造方法 Granted JPS58223661A (ja)

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