JPH0342934B2

JPH0342934B2 -

Info

Publication number: JPH0342934B2
Application number: JP58073359A
Authority: JP
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1983-04-26
Publication date: 1991-06-28
Also published as: JPS59199514A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は六方晶窒化ほう素から立方晶窒化ほう
素を合成する方法に関し、特に粒子が球に近い多
角形の自形粒で、かつその角が鋭い切刃となつて
いるタフな立方晶窒化ほう素の製造方法に関す
る。立方晶窒化ほう素（以下CBNという）は、ダ
イヤモンドに近い固さを有し、しかも化学的安定
性がダイヤモンドより優れているため、研削材、
砥粒としての需要が増大しつつある。従来、上記CBNの工業的な製造方法としては、
六方晶窒化ほう素（以下HBNという）の粉末
と、触媒粉末とを混合し、これを1300〜1600℃の
高温下で、40〜60Kbarの高圧を加え、HBNを
CBNに変換する方法が行なわれている。この方
法に使用される触媒としては、アルカリ金属或い
はアルカリ土類金属の窒化物、Li₃BN₂、
CaB₂N₄等が知られている。このろうな方法は
HBNを触媒融液に溶け込ませ、合成条件下での
共晶体への溶解度がHBNよりCBNの方が小さい
ことを利用してCBNを析出させるものである。
ところで、研削材としてのCBN粒子は緻密で透
明性がよく、自形粒で、鋭い切刃を有し圧壊強度
の高い良晶なものであることが要求される。しか
し、従来のCBN製造方法においては、必ずしも
充分な機械的強度、良好な形状を有する良質な
CBNを得ることができるとは限らないのが実情
であつた。本発明者らは先にHBNに混合する触媒とし
て、LiCaBN₂、LiBaBN₂を用いて良質なCBNを
得る方法を発明した（特願昭56−181391特公昭59
−39362写、57−122973特開昭59−18105写参照）。
これら特願昭には、それぞれLiCaBN₂、
LiBaBN₂の合成法が記載されている。これら
LiCaBN₂又はLiBaBN₂を用いる上記方法によつ
て製造されたCBN粒子は、良質ではあるが、研
削性機能とタフ（靭性）さの点で不満足な面があ
つた。本発明は上記の事情に鑑み、良質でしかもタフ
で鋭い切刃を持つたCBN粒子を製造する方法を
提供することを目的とするもので、その要旨は、
六方晶窒化ほう素より立方晶窒化ほう素を合成す
る方法において、触媒としてLiCaN₂、又は
LiBaBN₂を用い、さらに添加物としてシリコン
又はシリコンが10wt％以上のシリコン合金、
Si₃N₄又はB₄Siのうちの１種類を六方晶窒化ほう
素に対し、シリコンとして0.01〜1.0重量％用い
ることを特徴とする立方晶窒化ほう素の合成法に
ある。以下本発明の方法を説明する。本発明は、HBNに触媒してLiCaBN₂、又は
LiBaBN₂および添加物としてシリコン、シリコ
ンが10wt％以上のシリコン合金、Si₃N₄又はB₄Si
のうち１種を所定量加え、CBNの安定域である
1300〜1600℃、40〜60Kbarの条件に保持して
HBNをCBNに変換する方法である。上記LiCaBN₂およびLiBaBN₂は合成する原料
も入手し易く、それらの製造も容易である。上記LiCaBN₂、LiBaBN₂の製法は、上記特願
昭に記載されているが、改めてLiCaBN₂を代表
例として説明する。先ず原料としては、Li₃N、
Ca₃N₂、HBNの粉末を用いる。これら粉末をモ
ル比でLi₃N：Ca₃N₂：HBN＝１〜1.4：１〜
1.4：３の割合に混合し、約1000℃に40分程度保
持した後冷却して、凝固したLiCaBN₂が得られ
る。これを不活性ガス雰囲気中で150メツシユ以
下に粉砕し、CBNの合成触媒として使用する。
またLiBaBN₂も同様して製造することができる。上記LiCaBN₂、又はLiBaBN₂（以下触媒とい
う）の使用量は、原料HBNに対し（触媒／
HBN）５〜50重量％、望ましくは、10〜30重量
％である。５％以下では収率が低下し、50％以上
では良質のCBNが得られない。また、添加物は、それがシリコンの場合には、
金属シリコンを150メツシユ以下の粉末として用
いる。またシリコン合金としては、例えばSi−
Ca、Si−Mo、Si−Li、Si−Ti等があげられ、合
金中のSi含有量は10wt％以上であることが望ま
しい。Siが10wt％未満では、Si以外の金属の影
響が大きく現われ、Siの効果が小さくなつてしま
う。上記Si合金は、金属シリコンと同様粉末とし
て用いてもよいが、箔として用いてもよい。ま
た、シリコン化合物であるSi₃N₄、B₄Siも用いる
ことができる。また、金属シリコン、シリコン合金、Si₃N₄、
B₄Siの１種である添加物の添加量は、いずれも
Siの量として、原料HBNに対して（Si／HBN）
0.01〜１重量％が適当である。0.01％以下では
CBN粒子に鋭いエツジを形成させる効果が少な
く、１％以上では、CBNの収率が低下する。上記触媒添加物を原料HBNに添加するには次
のような方法がある。 HBNを150メツシユ以下の粉末として、こ
れに所定量の触媒および金属シリコン、シリコ
ン合金、Si₃N₄又はB₄Siの粉末を添加混合し、
この混合した粉末を圧粉成形する。 HBN粉末および触媒粉末を圧粉成形して薄
板とし、これとシリコン又はシリコン合金の箔
又は粉末、Si₃N₄、B₄Siの粉末を圧粉成形した
薄板を所定の比率となるように積層する。この
場合添加物の粉体又は箔は、前もつてHBN又
は触媒粉末と混合して圧粉成形した薄板を積層
してもよい。上記HBN、触媒および添加物が所定の割合に
混合された成形体或いは積層体は、ダイヤモンド
合成に使用する周知の高圧高温反応器に装墳さ
れ、所定の条件に保持されてCBNが合成される。なお、上記成形体又は積層体に前もつてCBN
の微粒をシードとして入れ、これを核として
CBNの結晶成長を促進させる方法もあるが、当
然のことながらこれも本発明に含まれる。この場
合、シード表面に上記添加物を被覆してもよい。本発明の方法は、成長するCBN粒子内に微量
のSiが取込まれ、それが特定面に現われるので結
晶の（111）面が発達してエツジが鋭くなり、ま
たSiとCBNとが固溶体となり、格子定数が大き
くなり（ふくらむ）、CBN粒子がタフ（靭性大）
となるもので、優れた砥粒を得ることが出来る方
法である。次に実施例および比較例を示して本発明の作用
効果を説明する。 150メツシユ以下のLi₃N粉末、Ca₃N₂粉末、
HBN粉末をモル比で１：１：３の割合で混合
し、850℃、N₂雰囲気中で１時間反応させた後冷
却、凝固し、この物をＸ線によつて解析し、
LiCaBN₂であることを確認した。実施例１ 352メツシユ以下のHBN、LiCaBN₂、金属Si
粉末を重量比で10：１：0.1の割合で混合し、成
形圧1.5t／cm²で26mmφ×32mmｈの円筒状の圧粉成
形体を成形した。この成形体の密度は1.70ｇ／cm³
であつた。これを前期高圧高温反応器に装墳し、
圧力：50Kbar、温度：1450℃の条件に10分間保
持してCBNを合成した。その結果、CBNの
HBNに対する変換率（収率）は、30％であつ
た。また生成したCBN粒子の顕微鏡写真を第１
図に示す。比較例１シリコン粉末を使用しない外は、実施例１と同
じにしてCBNを合成した。その結果、CBNの収
率は32％であつた。また生成したCBNの顕微鏡
写真を第２図に示す。第１図および第２図より明かな如く、本発明の
方法によつて合成したCBN粒子は、丸味を帯び、
その多面体の角が鋭くなつていることがわかる。上記実施例１、比較例１のCBN粒子をそれぞ
れJISB4130の方法で分級し、120/140のCBN粒
子を得た。次いでそれぞれの粒子によつて砥石を
作成して研削比および使用動力を比較した。砥石の作成方法は、先ずCBNの120/140粒度の
粒子をNi／Ni＋CBNが60％となるようにNiメツ
キを施し、このNiメツキしたCBN粒子：35部、
フエノール樹脂：25部、微粉炭化けい素：40部を
混合、成形し、熱硬化させ砥石とした。これらの砥石を用いて研削試験を行なつた。研
削試験に使用した鋼種は、特殊鋼SKH−57
（HRe64）を用い、砥石周速度1500ｍ／min、切
込み：20μｍ、テーブル送り：15ｍ／分、クロス
送り：２mm／パスで、湿式平面研削により研削比
＝研削量／砥石の摩耗量、を比較した。またその
場合の使用動力Ｗを併記した。その結果を下表に
示す。

【表】実施例２ LiCaBN₂の代りにLiBaBN₂を用いた以外は、
実施例１と同じにして、CBNを合成した。この
際、圧粉成形体の成形密度は1.75ｇ／cm³であつ
た。またCBNのHBNに対する変換率は28％であ
つた。実施例３金属シリコンの代わりにシリコンの含有量が
26wt％のSi−Ca係合金であるCa₂Si合金を用い、
HBN、LiCaBN₂合金粉末中のSiの重量比が10：
１：0.1の割合で混合したもを用いた以外は実施
例１と同じにした。この際、圧粉成形体の密度は
1.68ｇ／mm³であり、CBNのHBNに対する変換率
は、30％であつた。実施例４ LiCaBN₂の代りにLiBaBN₂を使用する以外
は、実施例３と同一条件でCBNを合成した。こ
の際、圧粉成形体の密度は、1.70ｇ／cm³であり、
CBNのHBNに対する変換率は31％であつた。実施例５シリコン含有量が39wt％のB₄Siを用いた以外
は実施例３と同じにした。その結果、CBNの
HBNに対する変換率は27％であつた。実施例６金属Si粉末の代りにSi₃N₄をSi重量比で0.01に
なるように、すなわちHBN：LiCaBN₂：Si₃N₄
＝10：１：0.17の重量比で混合した以外は実施例
１と同一条件でCBNを生成させた。この際、圧
粉成形体の密度は1.70ｇ／cm³、CBNへの変換率
は28％であつた。比較例２シリコン粉末を使わなかつた以外は実施例２と
同じにした。その結果、CBNのHBNに対する変
換率は35％であつた。比較例３シリコン含有量が26wt％のCa₂Siの合金を用い
なかつた以外は実施例３と同じにした。その結果
CBNのHBNに対する変換率は34％であつた。上記実施例２〜６、比較例２，３のCBNを用
い、実施例１、比較例１の場合と同様にして砥石
をつくり研削比、使用動力を比較した。その結果
を下表に示す。

【表】

【表】これにより本発明の方法によつて合成した
CBN粒子によつて作成した砥石の研削性能が優
れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシリコン粉末を添加する実施
例１の方法で合成したCBN粒子の顕微鏡写真、
第２図はシリコン粉末を添加しない比較例１の方
法で合成したCBN粒子の顕微鏡写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

１六方晶窒化ほう素より立方晶窒化ほう素を合
成する方法において、触媒としてLiCaBN₂又は
LiBaBN₂を用い、さらに添加物として金属シリ
コン、シリコンが10％以上のシリコン合金、
Si₃N₄又はB₄Siのうち１種を立方晶窒化ほう素に
対し、シリコンとして0.01〜1.0重量％用いるこ
とを特徴とする立方晶窒化ほう素の合成法。