JPH09910A - 立方晶窒化ホウ素の製造方法 - Google Patents

立方晶窒化ホウ素の製造方法

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JPH09910A
JPH09910A JP7144382A JP14438295A JPH09910A JP H09910 A JPH09910 A JP H09910A JP 7144382 A JP7144382 A JP 7144382A JP 14438295 A JP14438295 A JP 14438295A JP H09910 A JPH09910 A JP H09910A
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恒介 塩井
Tomoyuki Masuda
知之 増田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い温度圧力条件において、充分に高い変換
率で、六方晶窒化ホウ素を、自形面が良く発達しシャー
プなエッジを有する、切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素
に変換する方法を提供すること。 【構成】 アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、
イミドから選ばれる1種以上と、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上との共存
下、或いはアルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、
イミドから選ばれる1種以上と、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上と、アルカ
リ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる1種
以上との共存下において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒
化ホウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に保持し
て、立方晶窒化ホウ素に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、六方晶窒化ホウ素から
立方晶窒化ホウ素を合成する方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに次
ぐ硬さと、それをしのぐ化学的安定性を持ち、研削・研
磨・切削材としての需要が増大している。立方晶窒化ホ
ウ素の製造方法は種々考案されているが、最も良く知ら
れ、工業的にも広く利用されているのは、溶媒(触媒)
の共存下で六方晶窒化ホウ素を約4.5〜6.0GPa ,
1400〜1600℃程度の高温高圧下で立方晶窒化ホ
ウ素に変換する方法である。溶媒(触媒)としては、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属の窒化物、ホウ窒化物が
よく知られている。(例えば、米国特許3772428
号参照)
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
溶媒(触媒)を用いた場合には、充分な変換率で立方晶
窒化ホウ素を得るためには、高い温度圧力条件を要し、
工業的に充分満足の出来る状態ではない。また、上記の
溶媒(触媒)を用いて得られる立方晶窒化ホウ素は、自
形面の発達が乏しい不規則な形状や球体に近い形状を呈
し、研削砥粒としての切れ味には未だ難点がある。
【0004】そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、従
来よりも低い温度圧力条件下において、充分に高い変換
率で、六方晶窒化ホウ素を、自形面が良く発達しシャー
プなエッジを有する、切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素
に変換する方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミ
ドから選ばれる1種以上と、アルカリ金属、アルカリ土
類金属の水素化物から選ばれる1種以上との共存下、或
いはアルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミド
から選ばれる1種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類
金属の水素化物から選ばれる1種以上と、アルカリ金
属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる1種以上
との共存下において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホ
ウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に保持して、立
方晶窒化ホウ素に変換することを特徴とする立方晶窒化
ホウ素の製造方法から成る。
【0006】出発原料である六方晶窒化ホウ素としては
市販の六方晶窒化ホウ素粉末を使用できる。酸化ホウ素
などの形で混入する酸素不純物は、六方晶窒化ホウ素か
ら立方晶窒化ホウ素への変換を遅らせることがあるた
め、酸素量の少ない原料が望ましい。粒度は特に限定さ
れないが、一般的には150メッシュ以下が好適であ
る。粒度が大きすぎると溶媒(触媒)との反応性が低下
する可能性があるからである。また、六方晶窒化ホウ素
として六方晶窒化ホウ素の焼結体、或いは熱分解性六方
晶窒化ホウ素の板状体等を用いることも可能である。
【0007】アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミ
ド、イミド、水素化物、金属単体も、出発原料の六方晶
窒化ホウ素と同様に酸素不純物の少ないものが好まし
い。粒度は特に限定されないが、一般的には1mm以下が
好適である。粒度が大きすぎると六方晶窒化ホウ素との
反応性が低下するからである。本発明で用いられるアル
カリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドは、Li
NH2 ,NaNH2 ,KNH2 ,RbNH2 ,CsNH
2 ;Li2 NH,Na2 NH,K2 NH,Rb2 NH,
Cs2 NH:Be(NH2 2 ,Mg(NH2 2 ,C
a(NH2 2 ,Sr(NH2 2 ,Ba(N
2 2 ;BeNH,MgNH,CaNH,SrNH,
BaNH;アルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物
は、LiH,NaH,KH,RbH,CsH;Be
2 ,MgH2 ,CaH2 ,SrH2 ,BaH2 ;アル
カリ金属、アルカリ土類金属の金属単体は、Li,N
a,K,Rb,Cs;Be,Mg,Ca,Sr,Ba;
等を基本とするが、これらの固溶体、複化合物或いは不
定比組成の化合物等を用いても同様の効果が得られる。
【0008】本発明は、六方晶窒化ホウ素から立方晶窒
化ホウ素への変換を、アルカリ金属、アルカリ土類金属
のアミド、イミドから選ばれる1種以上とアルカリ金
属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上
との共存下、或いはアルカリ金属、アルカリ土類金属の
アミド、イミドから選ばれる1種以上とアルカリ金属、
アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上とア
ルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる
1種以上との共存下において行うことを特徴とする。本
発明で示した方法によれば、上記化合物や金属単体の相
乗効果により、従来よりも低い温度圧力条件下におい
て、充分に高い変換率で、六方晶窒化ホウ素を自形面が
良く発達しシャープなエッジを有する、切れ味の優れる
立方晶窒化ホウ素に変換することが出来る。
【0009】一般的には、六方晶窒化ホウ素と種々の添
加物とが反応して溶媒(触媒)を形成し、これを介して
立方晶窒化ホウ素への変換が進行するものと理解されて
おり、本発明に於いても同様であるものと推察される。
本発明で用いられるアルカリ金属、アルカリ土類金属の
アミド、イミドから選ばれる1種以上とアルカリ金属、
アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上の化
合物の添加量は、六方晶窒化ホウ素を分子数として10
0部に対し、添加物を構成する金属元素の原子数の総計
として2部以上、より好ましくは5〜50部の割合であ
る。
【0010】また、アルカリ金属、アルカリ土類金属の
アミド、イミドから選ばれる1種以上とアルカリ金属、
アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上とア
ルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる
1種以上の化合物或いは金属単体の添加量も、六方晶窒
化ホウ素を分子数として100部に対し、添加物を構成
する金属元素の原子数の総計として2部以上、より好ま
しくは5〜50部の割合である。
【0011】上記何れの場合も、添加物の量が2部より
少ないと、従来よりも低い温度圧力条件下で、充分に高
い立方晶窒化ホウ素の変換率が得られず、また、5部よ
り少ないと、従来よりも低い温度圧力条件下において、
充分に高い変換率で立方晶窒化ホウ素を得るのに長時間
を要する。一方、50部を越えても変換率は一定の値よ
り高くはならないため不経済であり、何れも好ましくな
い。
【0012】アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミ
ド、イミドから選ばれる1種以上とアルカリ金属、アル
カリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上の化合物
の比率は任意に選択できるが、化合物を構成する金属元
素の原子比として95:5〜5:95の間であることが
好ましい。また、アルカリ金属、アルカリ土類金属のア
ミド、イミドから選ばれる1種以上とアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上とアル
カリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる1
種以上の化合物或いは金属単体の比率も任意に選択でき
るが、化合物や金属単体を構成する金属元素の原子比と
して5:5:80〜5:80:5〜80:5:5の間で
あることが好ましい。
【0013】これらの範囲から外れると、相乗効果が充
分に発現されず、従来よりも低い温度圧力条件下で充分
に高い変換率で立方晶窒化ホウ素が得られなかったり、
研削砥粒として難点がある自形面の発達が乏しい不規則
な形状や球体に近い形状を呈する立方晶窒化ホウ素とな
る。上記の添加物と六方晶窒化ホウ素を共存させる態様
としては、これらの粉末を混合すれば良く、それが好ま
しいが、反応容器中に六方晶窒化ホウ素層と添加物の層
を交互に積層するように配置しても良い。
【0014】実際には、六方晶窒化ホウ素と添加物を混
合した後、或いはそれぞれ別々に、1〜2t/cm2 程度
の圧力で成形してから反応容器に充填することが好まし
い。原料粉末の取扱い性が向上すると共に、反応容器内
での収縮量が減少し、生産性が向上する効果があるから
である。上記の成形体等は、反応容器中に充填し、周知
の高温高圧発生装置に装填され、立方晶窒化ホウ素の安
定領域内の温度圧力条件下に保持される。この安定領域
は、F.P.Bundy,R,H,Wentorf,J.Chem.Phys.38(5),
1144−1149.(1963)に示されている。保
持時間は特に限定されず、所望の変換率が達成されるま
でとするが、一般的には1秒〜6時間程度でよい。
【0015】上記安定領域に保持することにより、六方
晶窒化ホウ素は立方晶窒化ホウ素に変換され、温度圧力
条件を高くすれば100%に近い変換率を得る事も可能
であるが、一般には六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ
素及び溶媒(触媒)からなる合成塊が得られる。この合
成塊を解砕し、立方晶窒化ホウ素を単離精製する。単離
精製方法は特公昭49−27757号公報に記載されて
いる方法を用いることができる。例えば、合成塊を5mm
以下に解砕した後、水酸化ナトリウムと少量の水を加
え、300℃程度に加熱すると、六方晶窒化ホウ素が選
択的に溶解するので、これを冷却後、酸で洗浄ろ過する
ことにより立方晶窒化ホウ素が得られる。
【0016】
【実施例】不純物として酸素0.8重量%、金属不純物
0.2重量%を含有する六方晶窒化ホウ素に、下記表に
示す割合で化合物や金属単体を添加し、混合した。尚、
表中の添加割合は、六方晶窒化ホウ素100部に対す
る、化合物や金属単体を構成する金属元素の原子数であ
る。これらを1.5ton /cm2 の圧力で26mmφ×32
mmhの成形体とし、図1に示す反応容器内に収容した。
【0017】図1に示す反応容器に於いて、容器外壁1
は伝圧体としてのパイロフィライトによって円筒状に作
られ、その内側には黒鉛円筒体からなるヒーター2およ
び隔壁材としてパイロフィライト8が配設されている。
また容器の上下端にはそれぞれ通電用鋼製リング3およ
び通電用鋼板4が配設され、その内側には焼結アルミナ
板5および伝圧体としてのパイロフィライト6が配設さ
れ、そしてそのパイロフィライト6および隔壁材として
のパイロフィライト8によって取り囲まれる空間が反応
原料を収容する収容室7となっている。
【0018】この反応容器で、上記成形体を表中に示す
条件で10分間処理した。得られた合成塊の一部につい
て、特公昭49−27757号公報に記載されている方
法により、立方晶窒化ホウ素を単離精製した。ここで得
られた立方晶窒化ホウ素を用いて、ビトリファイドボン
ド砥石を作製した。砥石の組成及び寸法は次に示す通
り。 粒度:170/200 集中度:100(砥粒率25vol %) 気孔率:30vol % ボンド率:25vol % フィラー:ホワイトアランダム(WA#220)…20% 砥石の寸法は:205mmD×5mmU×3X×76.2H 立方晶窒化ホウ素を、ホウ珪酸系ボンド及びフィラーと
混合し、約5mm×3mm×30mmに成形した後、950
℃、大気中で10時間焼成した。この焼成体をアルミ台
金に接着して砥石を作製した。
【0019】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、切り込み20μmとした。被削材は
SKH−51を用いた。上記の条件下に於いて、平面研
削盤を用いて立方晶窒化ホウ素の研削試験を行い、研削
比(研削量/砥石の摩耗量)及びそのときの使用動力
(W)を測定した。
【0020】また、得られた合成塊の一部を乳鉢で粉砕
し、X線粉末回折装置により、CuKα線に対する立方
晶窒化ホウ素(111)及び六方晶窒化ホウ素(00
2)の回折線の強度比を用いて立方晶窒化ホウ素への変
換率を求めた。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、従来よりも低い温度圧
力条件下に於いて、充分に高い変換率で、六方晶窒化ホ
ウ素を切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素に変換すること
が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に於いて、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒
化ホウ素に変換するために用いる、反応容器の断面を示
す。
【符号の説明】
1…容器外壁 2…ヒーター 6,8…パイロフィライト 7…収容室

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミ
    ド、イミドから選ばれる1種以上と、アルカリ金属、ア
    ルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上との共
    存下において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素の
    安定領域内の温度及び圧力条件下に保持して、立方晶窒
    化ホウ素に変換することを特徴とする立方晶窒化ホウ素
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミ
    ド、イミドから選ばれる1種以上と、アルカリ金属、ア
    ルカリ土類金属の水素化物から選ばれる1種以上と、ア
    ルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる
    1種以上との共存下において、六方晶窒化ホウ素を立方
    晶窒化ホウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に保持
    して、立方晶窒化ホウ素に変換することを特徴とする立
    方晶窒化ホウ素の製造方法。
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