JPH0551640B2

JPH0551640B2 -

Info

Publication number: JPH0551640B2
Application number: JP63185464A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Ootsubo; Eiichi Iizuka; Masakazu Maki
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1993-08-03
Also published as: JPH0236293A

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
法および立方晶窒化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、HBN（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、特に鉄系被削材に対する安定性
がダイアモンドより優れているため研削砥粒とし
ての使用量が増大している。特開昭59−57905号、特開昭59−73410号、特開
昭59−73411号等によりCBN粒子を製造する方法
に関し種々の提案がある。かかる一般的製法によ
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CBN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号広報において、
触媒として、LiMbN₂（但し、Ｍはアルカリ金属）
およびCa₅Si₂N₆を用いる方法を提案した。この
方法によれば、触媒か微量のSiがCBN中に取り
込まれ、結晶の｛111｝面が発達し、CBN粒子の
角が鋭くなり、研削砥粒として優えたCBN粒子
が得られるようになる。同様に、本出願人の特開
昭61−17405号においても触媒として、LiMbN₂
（但し、Ｍはアルカリ金属）およびLi₈SiN₄を用
い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、CBN粒子構成面の殆どでは（111）面
が互いに直接交叉していず、（100）面と（111）
面が交叉しており、この結果（111）面多面体が
有する鋭い尖端がなくなつている。上記従来技術の問題点を解決すべく、本発明
は、従来のCBN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
することを目的とする。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意検出した結果、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｛111｝に富むようになることを
見出した。従来法に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を取り込む方法で
はSiにより｛111｝面をより多くする効果によつ
て鋭い稜線、角を十分に形成することができなか
つた。これは、｛111｝面は通常のCBNでもまた
Siを添加したCBNでも一般的に現われる面であ
るが、その他の面が出現し、｛111｝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
｛111｝面がある。CBN結晶の構成面においてＢ
原子の｛111｝とＮ原子の｛111｝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｛111｝面が
他方の｛111｝面に対して少なくなると、｛111｝
面四面体CBN結晶が第３図に示すように、四面
体の四つの頂点を｛111｝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｛100｝面が出現してエツヂを縁取ると、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｝面の成長を
発達させるとともに｛100｝面の成長を抑制し、
｛111｝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％）以上の研削砥粒が得られ
る。第１図には、後述の実施例１の１バツチで製造
されたCBN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｛111｝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CBN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研削砥粒は、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｛111｝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ことが
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
エツジを失つている理由は、B₂O₃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
｛111｝面の水平方向の成長を相対的に妨げ、
｛111｝面の垂直方向（特に、｛100｝方向）の成長
を相対的に促進していることに起因すると推察さ
れる。従つて鋭い切刃をもつCBN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B₂O₃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｛111｝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58−120505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Si源を組
合わせることで、｛111｝面がよく発達し、｛111｝
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、本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）類は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つたものであ
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、その強度を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、ドコサン（CH₃（CH）₂₀CH₃）、ターフ
エ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、単体もしくは無機化合物としての
炭素、カーボンブラツク、B₄C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つているが、
CBN成長時に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、
HBN中に異物として随伴するB₂O₃1モルに対し
て0.01〜100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、B₄Si、Bi₃N₄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、LiH、NaH、CaH₂、SrH₂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)Li、Na、Ｋ等のア
ルカリ、これらの窒化物（Li₃N、Na₃N等、複窒
化物（Li₃BT₂等）、(ロ)Ca、Sr、Mg、Ba等のア
ルカリ土類、これらの窒化物（Ca₃N₂、Sr₃N₂、
Mg₃N₂、Ba₃N₂等）、複窒化物（Ca₃BN₂など）
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CBN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HBN100重量部に対して５〜50重量部が
好ましい。 HBN粉末中のB₂O₃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CBN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
ることができる。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１ HBN（昭和電工製UHP−１；粒度−平均粒度
６〜8μ、純度−98％、B₂O₃−0.5％）100部（重
量部、以下同じ）にＣ源としてメラミン
（C₃H₆N₆）2.65部、水素化アルカリとしてLiH2
部、CBN合成触媒として１％ケイ素を含む
LiCaBN₂15部を添加混合し、成形した試料を40
〜60kbar、1400〜1600℃の条件下で処理するこ
とにより、黄色透明であり、｛111｝面の３角形お
よびシヤ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CB
粒子を得ることができた。このCBN粒子の粒径
は平均粒径130μであり、Siの含有量は0.103％で
あつた。 CBNの約870粒を75倍の倍率にてSEM写真を
10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％であつた。｛111｝面以外の
面はほとんどが｛100｝面であつた。実施例２実施例１のメラミンをステアリン酸−CH₃
（CH₂）₁₆COOH−１部に変えた他は同一条件で処
理を行なつたところ、やや黒みを帯びた焦茶色を
呈し、同様に多数の｛111｝面とシヤープなエツ
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CBN粒子を＃120／140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、従来のブ
ロツク状CBNを使用した出願人の製品であり、
比較に供したSBN−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−40μｍ被削材−SKH51 60cm³被削材を削つた時点で従来製品による研削
に要した動力が3030Wであつたのに対し、本発明
の砥石では2640Wであり、13％動力が少なくなつ
た。実施例４ Si源として、B₄Si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
なつたところ実施例１と同様のCBN粒子が得ら
れた。そのSi含有量は1090ppm（0.109％）であつ
た。実施例５ Si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
行なつたところ実施例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
つた。実施例６ HBN100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LiCaBN₂10部、CaH₂4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であつ
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
であつた。粒度：＃170／200 集中度：100（砥石率25vol％）気孔率：30vol％ボンド率：25vol％フイラー：ホワイトアランダム（WA＃220）−20
％砥石の寸法は、205mmφ、５mmU76.2Hであつ
た。 CBN砥粒を、ほうけい酸ガラスおよびフイラ
ーと混合し、約５mm×３mm×30mmに成型した後、
950℃、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2000ｍ／分、テーブル速度15ｍ／分、クロス送
り２mm／パス、切込20μであつた。被削材はSHK−51であつた研削結果は次のとおりであつた。

【表】（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
構造を示す電子顕微鏡写真である。第２図は従来
のCBN研削砥粒の粒子の構造を示す電子顕微鏡
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
の各項点を｛111｝面で切断した｛111｝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CBN結晶の図である。

Claims

【特許請求の範囲】１砥粒内のSi含有量が0.01〜1.00重量％であり、
｛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。２六方晶窒化ほう素から高温高圧で立方晶窒化
ほう素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。３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２記載の立方晶窒化ほう
素研削砥粒の製造方法。４ Siを0.01〜1.00重量％砥粒内に含有し、｛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。５ Siを0.01〜1.00重量％砥粒内に含有し、｛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ツクスで結合
したことを特徴とする立方晶窒化ほう素研削砥
石。６ Siを0.01〜1.00重量％砥粒内に含有し、｛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コーテイングした粒子を使用
したレジン砥石。