JPH06240235A - 多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒 - Google Patents
多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒Info
- Publication number
- JPH06240235A JPH06240235A JP5025272A JP2527293A JPH06240235A JP H06240235 A JPH06240235 A JP H06240235A JP 5025272 A JP5025272 A JP 5025272A JP 2527293 A JP2527293 A JP 2527293A JP H06240235 A JPH06240235 A JP H06240235A
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- JP
- Japan
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- abrasive grains
- grinding
- cbn
- boron nitride
- polycrystalline
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温下の使用においても酸化による破壊が生
じることの少ない砥粒の提供。 【構成】 酸素含有量が0.10モル％以下の多結晶型立方
晶窒化ほう素からなることを特徴とする多結晶型立方晶
窒化ほう素砥粒。
じることの少ない砥粒の提供。 【構成】 酸素含有量が0.10モル％以下の多結晶型立方
晶窒化ほう素からなることを特徴とする多結晶型立方晶
窒化ほう素砥粒。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、研削砥石として好適に
用いられる多結晶型の立方晶窒化ほう素（以下ｃＢＮと
いう）砥粒に関する。本発明の砥粒が応用される研削砥
石としては、例えば重研削、高速研削、クリープフィー
ド研削用のメタルボンド砥石、電着砥石、ビトリファイ
ド砥石等をあげることができる。
用いられる多結晶型の立方晶窒化ほう素（以下ｃＢＮと
いう）砥粒に関する。本発明の砥粒が応用される研削砥
石としては、例えば重研削、高速研削、クリープフィー
ド研削用のメタルボンド砥石、電着砥石、ビトリファイ
ド砥石等をあげることができる。
【０００２】
【従来の技術】ｃＢＮはダイヤモンドに次ぐ硬度を持
ち、化学的には鉄系金属に対しても反応性が乏しいとい
うダイヤモンドにはない特徴がある。ｃＢＮ砥粒はこの
特徴を活かし、研削加工に大きな比重を占めている鉄系
金属加工分野で急速に普及し、省力化、高能率化に寄与
している。
ち、化学的には鉄系金属に対しても反応性が乏しいとい
うダイヤモンドにはない特徴がある。ｃＢＮ砥粒はこの
特徴を活かし、研削加工に大きな比重を占めている鉄系
金属加工分野で急速に普及し、省力化、高能率化に寄与
している。
【０００３】ｃＢＮ砥粒は、砥粒の組織から単結晶型と
多結晶型に分けられる。多結晶型は、現在広く用いられ
ている単結晶型に比べて、耐摩耗性と靭性に優れている
ので、特に砥粒にかかる負荷の大きい重研削、クリープ
フィード研削、高速研削等の高能率研削に多用されてい
る。
多結晶型に分けられる。多結晶型は、現在広く用いられ
ている単結晶型に比べて、耐摩耗性と靭性に優れている
ので、特に砥粒にかかる負荷の大きい重研削、クリープ
フィード研削、高速研削等の高能率研削に多用されてい
る。
【０００４】多結晶型ｃＢＮ砥粒は、多結晶型ｃＢＮ焼
結体を所望の粒度に粉砕することによって製造される。
多結晶型ｃＢＮは、例えば特公平4-77621 号公報に記載
されているように、六方晶窒化ほう素を原料とし、それ
を超高圧高温処理をすることによって合成することがで
きる。
結体を所望の粒度に粉砕することによって製造される。
多結晶型ｃＢＮは、例えば特公平4-77621 号公報に記載
されているように、六方晶窒化ほう素を原料とし、それ
を超高圧高温処理をすることによって合成することがで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在用いられ
ている多結晶型ｃＢＮ砥粒は、砥石の焼成時や高能率研
削において、砥粒が高温、高負荷にさらされると砥粒強
度が著しく低下するという問題があった。
ている多結晶型ｃＢＮ砥粒は、砥石の焼成時や高能率研
削において、砥粒が高温、高負荷にさらされると砥粒強
度が著しく低下するという問題があった。
【０００６】本発明者らは、砥粒の酸化に影響を与える
酸素含有量に着目し、酸素含有量の異なる砥粒の耐摩耗
性及び砥石にした後の研削性能について検討したとこ
ろ、酸素含有量の低い砥粒は、砥石摩耗量が少なく、研
削性能が長期間持続することを見いだし、本発明を完成
させたものである。
酸素含有量に着目し、酸素含有量の異なる砥粒の耐摩耗
性及び砥石にした後の研削性能について検討したとこ
ろ、酸素含有量の低い砥粒は、砥石摩耗量が少なく、研
削性能が長期間持続することを見いだし、本発明を完成
させたものである。
【０００７】本発明の目的は、砥粒の酸素含有量を低く
抑えることによって上記問題点を解消し、様々な砥石作
製条件や過酷な研削条件下でも強度低下の少ない、長寿
命の多結晶型ｃＢＮ砥粒を提供することにある。
抑えることによって上記問題点を解消し、様々な砥石作
製条件や過酷な研削条件下でも強度低下の少ない、長寿
命の多結晶型ｃＢＮ砥粒を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、酸
素含有量が0.10モル％以下の多結晶型ｃＢＮからなるこ
とを特徴とする多結晶型ｃＢＮ砥粒である。
素含有量が0.10モル％以下の多結晶型ｃＢＮからなるこ
とを特徴とする多結晶型ｃＢＮ砥粒である。
【０００９】以下、さらに詳しく本発明を説明する。
【００１０】本発明における多結晶型ｃＢＮの酸素含有
量は、例えばｃＢＮを不活性ガス中で溶融分解し、発生
する酸素をカーボンと反応させることにより二酸化炭素
とし、その二酸化炭素をガスクロマトグラフにより分析
定量するインパルス融解熱伝導法を用いて分析すること
ができる。また、多結晶型ｃＢＮ中の酸素の存在形態
は、例えば微小部分析装置付き透過型電子顕微鏡による
化学分析と構造解析を併用することによって行うことが
できる。
量は、例えばｃＢＮを不活性ガス中で溶融分解し、発生
する酸素をカーボンと反応させることにより二酸化炭素
とし、その二酸化炭素をガスクロマトグラフにより分析
定量するインパルス融解熱伝導法を用いて分析すること
ができる。また、多結晶型ｃＢＮ中の酸素の存在形態
は、例えば微小部分析装置付き透過型電子顕微鏡による
化学分析と構造解析を併用することによって行うことが
できる。
【００１１】本発明において、多結晶型ｃＢＮ砥粒の酸
素含有量を0.10モル％以下と限定した理由は次のとおり
である。すなわち、酸素はｃＢＮ中にほとんど固溶しな
いことが知られているが、市販の多結晶型ｃＢＮは0.10
モル％をこえる酸素を含有している。これは、酸素が多
結晶体を構成するｃＢＮ粒子間等に存在することを示唆
する。酸素含有量が0.10モル％をこえる砥粒の組織を透
過型電子顕微鏡により観察したところ、ｃＢＮ粒子間に
ほう素、珪素を含む酸化物相の存在が確認された。そし
て、この砥粒を用いた砥石の研削中の砥粒形状の変化
を、金属顕微鏡と走査型電子顕微鏡により詳細に観察す
ると、高能率研削下における砥粒の破壊形態は、構成す
るｃＢＮ粒子内破壊と粒子の脱落との相乗作用により大
きく破壊していることがわかった。これに対し、酸素含
有量が0.10モル％以下である砥粒は、粒子間にｃＢＮ以
外の相は観察されず、また、研削中の砥粒摩耗は主に粒
内破壊であり、ｃＢＮ粒子の大きな脱落はみられず、砥
石摩耗も少なくなっていた。
素含有量を0.10モル％以下と限定した理由は次のとおり
である。すなわち、酸素はｃＢＮ中にほとんど固溶しな
いことが知られているが、市販の多結晶型ｃＢＮは0.10
モル％をこえる酸素を含有している。これは、酸素が多
結晶体を構成するｃＢＮ粒子間等に存在することを示唆
する。酸素含有量が0.10モル％をこえる砥粒の組織を透
過型電子顕微鏡により観察したところ、ｃＢＮ粒子間に
ほう素、珪素を含む酸化物相の存在が確認された。そし
て、この砥粒を用いた砥石の研削中の砥粒形状の変化
を、金属顕微鏡と走査型電子顕微鏡により詳細に観察す
ると、高能率研削下における砥粒の破壊形態は、構成す
るｃＢＮ粒子内破壊と粒子の脱落との相乗作用により大
きく破壊していることがわかった。これに対し、酸素含
有量が0.10モル％以下である砥粒は、粒子間にｃＢＮ以
外の相は観察されず、また、研削中の砥粒摩耗は主に粒
内破壊であり、ｃＢＮ粒子の大きな脱落はみられず、砥
石摩耗も少なくなっていた。
【００１２】本発明に係る酸素含有量を有する多結晶型
ｃＢＮは、例えば特公平4-77612 号公報に記載されるよ
うに、熱分解窒化ほう素を触媒を用いることなく高温・
高圧処理することにより、直接ｃＢＮに転換させること
を基本技術とし、例えば、以下に説明するように、原料
と反応室を制御することによって製造することができ
る。
ｃＢＮは、例えば特公平4-77612 号公報に記載されるよ
うに、熱分解窒化ほう素を触媒を用いることなく高温・
高圧処理することにより、直接ｃＢＮに転換させること
を基本技術とし、例えば、以下に説明するように、原料
と反応室を制御することによって製造することができ
る。
【００１３】まず、原料としては純度が99.9％以上の熱
分解窒化ほう素が望ましく、その形状は、粉末状である
よりも、例えば市販の熱分解窒化ほう素のように板状の
ものが望ましい。粉末状のものでは、表面積が大きいた
め酸素が表層に吸着されやすい。
分解窒化ほう素が望ましく、その形状は、粉末状である
よりも、例えば市販の熱分解窒化ほう素のように板状の
ものが望ましい。粉末状のものでは、表面積が大きいた
め酸素が表層に吸着されやすい。
【００１４】原料は、乾燥した不活性ガス雰囲気中で高
純度のカーボン容器中に封入する。カーボン容器中に封
入する理由は、ｃＢＮ合成時の高温状態下において原料
周囲の雰囲気を還元性に保つためである。封入された原
料はカーボン容器ごと窒素雰囲気中温度800 ℃程度にて
30分間程度の熱処理を行う。これにより、原料表層に吸
着する酸素を容器のカーボンとの反応により除去するこ
とができる。原料が封入されたカーボン容器は、次い
で、フラットベルト型超高圧高温発生装置中で高圧高温
処理が行われてｃＢＮが合成される。本発明に係るｃＢ
Ｎの合成条件は、ｃＢＮが化学的に安定な条件でかつ圧
力6GPa以上、温度1500℃以上が望ましい。
純度のカーボン容器中に封入する。カーボン容器中に封
入する理由は、ｃＢＮ合成時の高温状態下において原料
周囲の雰囲気を還元性に保つためである。封入された原
料はカーボン容器ごと窒素雰囲気中温度800 ℃程度にて
30分間程度の熱処理を行う。これにより、原料表層に吸
着する酸素を容器のカーボンとの反応により除去するこ
とができる。原料が封入されたカーボン容器は、次い
で、フラットベルト型超高圧高温発生装置中で高圧高温
処理が行われてｃＢＮが合成される。本発明に係るｃＢ
Ｎの合成条件は、ｃＢＮが化学的に安定な条件でかつ圧
力6GPa以上、温度1500℃以上が望ましい。
【００１５】
【作用】酸素含有量が0.10モル％以下である多結晶型ｃ
ＢＮ砥粒が耐摩耗性、研削性能に優れる原因は、以下の
ように考えている。すなわち、酸素含有量が0.10モル％
をこえる砥粒を微少部分析装置付き透過型電子顕微鏡で
観察すると、多結晶型ｃＢＮ砥粒を構成するｃＢＮ粒子
中には、酸素はほとんど固溶していない。一方、酸素含
有量が0.10モル％をこえる砥粒には、粒界にほう素、酸
素、金属不純物もしくはこれら２種以上からなる化合物
が粒界に存在している。砥粒が高温に加熱されると、粒
間の酸素を主体とする化合物により高温強度が著しく低
下すると考えられる。また、粒間に存在する酸素は、こ
のような環境下ではｃＢＮ粒子の酸化に寄与することも
考えられる。従って、砥粒が特に高温にさらされる高能
率研削条件下では、表層部の摩耗と粒間結合力の減少の
２つの相乗作用によって、砥粒の強度は急速に減少す
る。しかし、酸素含有量が0.10モル％以下である場合、
砥粒中のｃＢＮ粒子間には酸素化合物はほとんど存在し
ないので、砥粒の破壊は表層における摩耗が主体とな
り、全体が大きく破壊する頻度は非常に小さくなる。こ
の結果、研削において、性能の変化はきわめて緩やかで
あり、砥石寿命が飛躍的に向上する。
ＢＮ砥粒が耐摩耗性、研削性能に優れる原因は、以下の
ように考えている。すなわち、酸素含有量が0.10モル％
をこえる砥粒を微少部分析装置付き透過型電子顕微鏡で
観察すると、多結晶型ｃＢＮ砥粒を構成するｃＢＮ粒子
中には、酸素はほとんど固溶していない。一方、酸素含
有量が0.10モル％をこえる砥粒には、粒界にほう素、酸
素、金属不純物もしくはこれら２種以上からなる化合物
が粒界に存在している。砥粒が高温に加熱されると、粒
間の酸素を主体とする化合物により高温強度が著しく低
下すると考えられる。また、粒間に存在する酸素は、こ
のような環境下ではｃＢＮ粒子の酸化に寄与することも
考えられる。従って、砥粒が特に高温にさらされる高能
率研削条件下では、表層部の摩耗と粒間結合力の減少の
２つの相乗作用によって、砥粒の強度は急速に減少す
る。しかし、酸素含有量が0.10モル％以下である場合、
砥粒中のｃＢＮ粒子間には酸素化合物はほとんど存在し
ないので、砥粒の破壊は表層における摩耗が主体とな
り、全体が大きく破壊する頻度は非常に小さくなる。こ
の結果、研削において、性能の変化はきわめて緩やかで
あり、砥石寿命が飛躍的に向上する。
【００１６】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
に本発明を説明する。
【００１７】比較例１ 多結晶型ｃＢＮ砥粒として市販されているゼネラルエレ
クトリック社製「ボラゾンＢＺ５５０」を入手した。そ
の1.2gをインパルス炉中にいれ、加熱して溶融分解し、
発生する酸素をカーボン酸化によって生成する二酸化炭
素をガスクロマトグラフにより定量し、砥粒中の酸素の
モル％を算出した。その結果を表１に示す。
クトリック社製「ボラゾンＢＺ５５０」を入手した。そ
の1.2gをインパルス炉中にいれ、加熱して溶融分解し、
発生する酸素をカーボン酸化によって生成する二酸化炭
素をガスクロマトグラフにより定量し、砥粒中の酸素の
モル％を算出した。その結果を表１に示す。
【００１８】次に、粒径１mm程度の砥粒１個を任意に取
り出し、図１に示すように、先端角120 度の円錐状多結
晶型ｃＢＮ砥粒２に加工し、砥石状リング１の表面に円
錐先端が外向きとなるように支持具３を介して接着固定
した。この砥石状リングを平面研削盤のスピンドル部分
に取り付け、周速1800m ／分、切り込み20μm 、送り30
cm／分、ダウンカットの条件で被研削材５〔高速度工具
綱SKH-9 （焼き入れ−焼き戻し処理後、ロックウェル硬
度65）〕を長さ30cmにわたって研削した。
り出し、図１に示すように、先端角120 度の円錐状多結
晶型ｃＢＮ砥粒２に加工し、砥石状リング１の表面に円
錐先端が外向きとなるように支持具３を介して接着固定
した。この砥石状リングを平面研削盤のスピンドル部分
に取り付け、周速1800m ／分、切り込み20μm 、送り30
cm／分、ダウンカットの条件で被研削材５〔高速度工具
綱SKH-9 （焼き入れ−焼き戻し処理後、ロックウェル硬
度65）〕を長さ30cmにわたって研削した。
【００１９】研削終了後、砥粒の摩耗量を研削開始点及
び終了点における研削溝の深さの差４を、タリサーフ表
面粗さ計（ランクテーラーホブソン社製）を用いて計測
した。また、研削に使用した砥粒先端を走査型電子顕微
鏡で観察し、摩耗量を測定した。以上の結果より、砥粒
の摩耗量を算出した。その結果を表１に示す。
び終了点における研削溝の深さの差４を、タリサーフ表
面粗さ計（ランクテーラーホブソン社製）を用いて計測
した。また、研削に使用した砥粒先端を走査型電子顕微
鏡で観察し、摩耗量を測定した。以上の結果より、砥粒
の摩耗量を算出した。その結果を表１に示す。
【００２０】さらに、砥粒20g を抜き出し、JIS B 4131
に規定される1A1 型メタルボンド砥石〔コンセントレー
ション100 、結合度N 、200(D)×10(T) ×5(X)×50.80
(H)〕を作製した。この砥石を研削開始直後の被研削材
の加工表面粗さ（JIS B 0601に規定される最大高さRma
x）が１μm となるようにドレッシングした後、周速180
0m ／分、切り込み20μm 、送り9m／分、ダウンカット
の条件で上記と同様の被研削材を平面研削した。研削除
去量6000mm3 ／mmに達したときの、砥石摩耗量と被研削
材の表面粗さ（Rmax）を測定した。それらの結果を表１
に示す。
に規定される1A1 型メタルボンド砥石〔コンセントレー
ション100 、結合度N 、200(D)×10(T) ×5(X)×50.80
(H)〕を作製した。この砥石を研削開始直後の被研削材
の加工表面粗さ（JIS B 0601に規定される最大高さRma
x）が１μm となるようにドレッシングした後、周速180
0m ／分、切り込み20μm 、送り9m／分、ダウンカット
の条件で上記と同様の被研削材を平面研削した。研削除
去量6000mm3 ／mmに達したときの、砥石摩耗量と被研削
材の表面粗さ（Rmax）を測定した。それらの結果を表１
に示す。
【００２１】実施例１〜２ 純度99.9％以上の熱分解窒化ほう素を、純度99.9％以上
の高純度カーボン中に封入した後、窒素雰囲気中で温度
800 ℃、30分間熱処理を行った。このように処理した原
料をカーボンに封入したまま上記高純度カーボンを加熱
用ヒーターとする構造の反応セル中に配置し、フラット
ベルト型超高圧高温発生装置中で、圧力7.3GPa、温度21
00℃の条件で60分間処理する直接転換法によってｃＢＮ
を合成した。
の高純度カーボン中に封入した後、窒素雰囲気中で温度
800 ℃、30分間熱処理を行った。このように処理した原
料をカーボンに封入したまま上記高純度カーボンを加熱
用ヒーターとする構造の反応セル中に配置し、フラット
ベルト型超高圧高温発生装置中で、圧力7.3GPa、温度21
00℃の条件で60分間処理する直接転換法によってｃＢＮ
を合成した。
【００２２】得られた多結晶体はロールクラッシャーを
用いて粉砕し砥粒とした。この砥粒を、比較例１と同様
に酸素含有量を測定し、砥粒摩耗量、砥石摩耗量、被研
削材の表面粗さを測定した。それらの結果を表１に示
す。
用いて粉砕し砥粒とした。この砥粒を、比較例１と同様
に酸素含有量を測定し、砥粒摩耗量、砥石摩耗量、被研
削材の表面粗さを測定した。それらの結果を表１に示
す。
【００２３】比較例２〜３ 純度99.9％以上の粉末状熱分解窒化ほう素を1000℃にて
減圧焼成したものを原料としたこと以外は、実施例１に
準じてｃＢＮを合成し、評価試験を行った。それらの結
果を表１に示す。
減圧焼成したものを原料としたこと以外は、実施例１に
準じてｃＢＮを合成し、評価試験を行った。それらの結
果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【発明の効果】本発明の多結晶型ｃＢＮ砥粒は、高温下
においても酸化による破壊の少ないものであるので、従
来に比べて格段に使用寿命が長く、仕上げ面粗さの良好
な研削砥石を製造することができ、良好な高能率研削が
可能となる。
においても酸化による破壊の少ないものであるので、従
来に比べて格段に使用寿命が長く、仕上げ面粗さの良好
な研削砥石を製造することができ、良好な高能率研削が
可能となる。
【図１】 多結晶型ｃＢＮ砥粒の摩耗特性を測定する説
明図であり、（Ａ）は円錐状多結晶型ｃＢＮ砥粒を研削
リングに固定した状態、（Ｂ）は研削後における被研削
材の状態を示す。なお、（Ａ）中の矢印は回転方向を表
す。
明図であり、（Ａ）は円錐状多結晶型ｃＢＮ砥粒を研削
リングに固定した状態、（Ｂ）は研削後における被研削
材の状態を示す。なお、（Ａ）中の矢印は回転方向を表
す。
１ 砥石状リング ２ 円錐状多結晶型ｃＢＮ砥粒 ３ 支持具 ４ 研削前後における研削溝の深さの差 ５ 被研削材
Claims (1)
- 【請求項１】 酸素含有量が0.10モル％以下の多結晶型
立方晶窒化ほう素からなることを特徴とする多結晶型立
方晶窒化ほう素砥粒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5025272A JPH06240235A (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5025272A JPH06240235A (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06240235A true JPH06240235A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12161400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5025272A Pending JPH06240235A (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 多結晶型立方晶窒化ほう素砥粒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06240235A (ja) |
-
1993
- 1993-02-15 JP JP5025272A patent/JPH06240235A/ja active Pending
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