JPS58199706A - 立方晶窒化ホウ素の多結晶の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超硬質材料の製造法に関し、更に詳細には切
削工具、ドリルビット、フライス等の製作に使用できる
立方晶窒化ホウ素の多結晶の製造法に関する。

６０〜９０キロバールの高圧および１１００〜３００℃
の温度を六方晶窒化ホウ素に適用することからなる立方
晶窒化ホウ素の多結晶の製造法は当該技術分野で既知で
ある（仏閣特許第コ、／コｆ、ＪＯＯ号明細書参照）。

最終製品は衝撃のない旋回において良好麿切削性を有す
るが、不十分な機械的強度を有するので分離または断続
表面（即ち、〈はみ、溝、開口部を有する表面）を有す
る加工品の機械加工時に不満足に作動する。より高い強
度は米国特許第３．．２／Ｊ、４３３号明細書に教示さ
れる方法（出発六方晶窒化ホウ素の処理を７００キロバ
一ル以上の圧力下で実施する方法）によって製造される
多結晶に固有である。しかし、最終製品は、その迅速な
摩耗のため分離表面の加工品の機械加工には余り１ 適しでいがい。英国特許第八３７３．９９０号明細書は
、／ｒ００〜ＸＯＯ″Ｃの範囲内の温度においてｊｔｌ
　−９０キロバールの圧力な六方晶またはウルツ鉱型像
化ホウ素にかけ、その全容積にわたって均一に分布され
たアルミニウム、ホウ素またはホウ化アルミニウムを更
に導入することからなる窒化ホウ素の密な変態の超硬質
材料の多結晶の製造法を教示している。その切削性およ
び耐摩耗性に関しては、前記英国特許第八Ｊ／、’？、
９９０号明細書に従って製造された超硬質材料は前記の
材料よりも実質上優れているが、その耐摩耗性は分離表
面を有する加工品の機械加工時にかなシ減少される。英
国特許第１Ｊ／３．９９０号明細書に開示の側斜が低い
耐摩耗性である理由は、その低い圧縮強度に存する。

それ故、立方晶窒化ホウ素の多結晶の強度特性の改善は
、断続表１ｔｉｖ有する部品の機械加工時の耐摩耗性を
増大させること、即ち衝撃荷重に対する抵抗性を増大き
せることを可能とさせる。

本発明の目的は、増大した耐久特性、千れ故断続表面を
有する部品の機械加工時の増大した耐摩耗性を有する立
方晶窒化ホウ素の多結晶の製造法な提供することにある
。

この目的は、六方晶窒化ホウ素を高温および高圧にさら
すことがら慶り、そして本発明においては六方晶窒化ホ
ウ素を／コの〜／　１００℃の範囲内の温度においてり
〜７０キロバールの圧力に付し；立方晶窒化ホウ素への
六方晶窒化ホウ素の転化率が２０〜４３重量囁に達した
ら加熱を中断し、かつ圧力をｇｏ〜／ｊキロバールに増
大させ；この圧力ｆｌｌＫ達したら加熱を再開し、かつ
温度ｉｋ：／１００〜ａｏｏ。

’Ｕ［昇温し、そしてプロセスな六方晶窒化ホウ素を立
方晶窒化ホウ素に完全に転化させるのに十分な期間実施
する立方晶窒化ホウ素の多結晶の製造法によって達成さ
れる。

本発明の方法は、　ｐｕｓ　Ｑ７Ｗ程度の高い圧縮強度
な有する立方晶窒化ホウ素の多結晶の製造を可能とし、
一方既知の方法によって製造された立方晶窒化ホウ素の
多結晶の圧縮強度は／１０〜７７０ＫＦ／ａｌｌ’の範
囲内である。立方晶窒化ホウ素の多結晶の増大した機械
的強度は、切削工具の耐摩耗性を増大させるという問題
な解決できるようにさせる。増大した機械的強度を有す
る立方晶窒化ホウ素の多結晶な設けた切削工具は、断続
表面を有すゐ物品の機械加工時によシ高い耐摩耗性およ
びよシ良好な耐久性を示す。

本発明においては、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ
素に転化するのに寄与する触媒０．３％１０重ｔｓを六
方晶り化ホウ素に導入することが望ましい、触媒は、六
方晶窒化ホウ素を立方晶質ｌ！！ｌＫ転化するプロセス
を促進する。触媒としてアルカリ金属、アルカリ土類金
属、それらのホウ化物および窮化物、鉾、鉛、アンチモ
ン、アルミエラムシよびケイ素、それらの混合物、合金
、ホウ化物および穿化物を使用できる。その理由は、こ
れらの触媒が空気中で最本安定であり、分解せず、そし
て立方晶窒化ホウ素の多結晶の物理的機械的性質を改善
するからである。周辺部忙おいてその含量が中心部にお
いてよりも１〜ｊ倍少なくなるように触媒を六方晶彎化
ホウ素の容積内に不均一に分布させる。触媒のこの分布
け、中心部において転化プロセスが周辺部においてより
も高速で進行することを確実にする。その結果、得られ
る多結晶内の欠陥数は減少し、そしてその機械的強度特
性は改善される。

出発材料として０．／〜ｉｓμｍの粒径な有する六方晶
窒化ホウ素を使用する。六方晶窒化ホウ素を３〜ｌキロ
バールの圧力下でブランクに成形し。

高圧室に入れ、この中で／コＯＯ〜１ｒｏｏ℃の温度に
おいてに〜りＯキロバールの圧力にさらす、ブランクを
前記温度および圧力にさらす時間は０．１〜５分で変化
し、そして合成後の圧粉内の立方晶窒化物の量がＸ−社
重量嘔の範囲内であるように選択される０次いで、加熱
を中断し、そして室内の圧力ｔｌｘｏ〜ｌ〃キロバール
に増大させる。この圧力に達したら、加熱を再開し、そ
して温度を１ａｒｏ。

〜３ｃｏｏ”Ｃに昇温させる。立方晶窒化ホウ素への六
方晶窒化ホウ素の転化が完了するまで、プロセスを０．
１〜７分間実施する。次いで、加熱を中止し、圧力な大
気圧の値にし、そして最終製品を室から取シ出す、　　
　　　　　１、 得られた多結晶は３８”！　−４Ｃ６ｊ　ｌ［Ｆ／ｓａ
ｔ”の圧縮強度を有する。これは既知の方法（例えば、
仏画特許第コ、／２９．コの号明細書）によって製造さ
れた立方晶窒化ホウ素の多結晶の機械的強度よシ４コ〜
３倍高い。この利点は、立方晶窒化ホウ素への六方晶窒
化ホウ素の転化率が２５−４！重量鴫に達したら加熱を
中断するという改良を施して、高圧および高温を六方晶
窒化ホウ素に適用するプロセスを実施するという事実に
よって達成される。立方晶窒化ホ９素への六方晶窒化ホ
ウ素の転化率が〃重量慢よシも低い場合には、プロセス
の第二段階において結晶中心として作用する立方晶窒化
ホウ素の多結晶の置が不十分であシ、更に合成の第二段
階におけるブランク収縮がむしろ高い。合成の第一段階
後のブランク内に６３重重量上り４多い立方晶窒化ホウ
素が存在するのは不適邑である。その理由は、この場合
には大抵の加熱スポット内のブランクの容積において凝
集体および塊状物が形成され、圧力の増大時にも消失し
ない細孔が存在し。

そして最終製品内に残存するからである。

従って、第一段階に５おいてブランクの高密度化（収縮
）および立方晶変態への六方晶窒化ホウ素の部分転化、
並びに圧力伝動容器内での構造的変化、材料の成る成分
の分解および揮発性相の蒸発が生じ、それ故室内の圧力
は低下する。圧力低下は多結晶の性質に対して、更に詳
細にはその機械的強度特性に対して悪影響を及はす。

合成時の同時温度昇温と一緒の圧力増大は、容器材料お
よび室からの試料の部分排除およびプロセス条件の違背
、即ちプロセスの休業を時々生じさせる。このため、加
熱を中断することが望ましい。加熱中断のモーメントは
、ブランク内の立方晶窒化ホウ素変襲の含緊によって決
められる。この含＠Ｆｉｘｏ−Ａｓ＊＠％の範囲内であ
るべきである。

この技術は、室内の圧力を増大させ、一方室からの試料
の排除およびプロセスの停止のような望ましくかい現象
を防止できるようにする。圧力がｇθ〜７２０キロバー
ルである場合、加熱を再開し、そして合成ｍ度を／Ｋ）
０〜３０００°Ｃの範囲内に上げる。

プロセスな六方晶窒化ホウ素なその立方晶変態に完全に
転化させるのに十分な時間実施する。

その結果、勢細粒ミクロ構造および既知の立方晶窒化ホ
ウ素の多結晶の圧縮強度よ抄も、２〜３倍優れかつ、？
ざま一ψ訂にシーに等しい圧縮強度を有する立方晶窒化
ホウ素の多結晶が得られる。このことは、前記プロセス
技術（工Ｓ）の結果として多結晶の強度増大を予知する
ことは不可能であるので、全く予想外の結果である。多
結晶の増大した機械的強度は、断続表面を有する加工品
および不均一構造を有する材料の機械加工用に多結晶を
使用できるようにさせる。

本発明の立方晶窒化ホウ素の多結晶の製造法を。

プロセスの促進および多結晶の機械的強度の更なる増大
に寄与する触媒の存在下で実施できる。以下の触媒、即
ちアルミニウム、ケイ素、それらの合金、混合物、ホウ
化物および窒化物、並びに遷移金属との合金な使用する
ことが望ましい、このことは、前記触媒が空気中で安定
でＴｏｂ、プロセス時に分解可能ガ化合物な生成せず、
そして同時にプロセスな促進し、多結晶の物理的機械的
性質に対して正の効果を与えるという事実と関連してい
る。六方晶窒化ホク素内の触媒酸は０．１−ｉ０重量嘔
であることができる。

触媒を不均一に配置するように、即ち六方晶窒化ホウ素
ブランク内の中心部における触媒量が周辺部における触
媒量よシも多いようＫ、触媒をブランク容積内に分布す
ることが望ましい、ブランクの周辺部における触媒含量
は中心におけるものよシもコ〜ｊ倍少ない。触媒を六万
晶脩化ホウ素の全容量内に均一に中心部および周辺部の
各々で分布されている微粉末として使用する。触媒のこ
の種の分布の結果、結晶化は中心部から周辺に向けて均
一に生長する。このことは多結晶内の欠陥数が減少する
ので立方晶９化ホウ素の多結晶の品質に対して正の効果
を与え、一方その圧縮強度は６００□′程度に高くなる
。

触媒以外に、六方晶窒化ホウ素に合金添加剤。

例えばホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、遷移金属のホ
ウ化物、伊化物、炭化物および炭窒化物（これらはブラ
ンク容積にわたって均一に分布さ１＋ せるべきである）？導入できる。

本発明のより良い理解のためＫ、立方晶窒化ホウ素の多
結晶の製造法を説明する若干の特定の例を以下に示す。

例１ ０．１〜７５μｍの粒径を有する六万晶窪化ホウ素を３
〜＋ｒキロバールの圧力下でブランクに成形する。ブラ
ンクを高圧装置の反応室に入れ、そして／６００　’Ｃ
の温度においてｓｓｒ＊ａバールの圧力下で処理する。

さらす時間はｊ分であり、立方晶窒化ホウ素への六方晶
密化ホウ素の転化率は約〃重緊チである。前記時間の満
了時に加熱を中断し、そして室内の圧力を９３キロバー
ルに上げ石。

加熱を再開し、そして温度をＪ３００′Ｃに上げる。

プロセスを９秒間実施する。得られる立方晶９仕ホウ素
の多結晶は１、マとｓ　９／ｗｍ’の圧縮強度を有する
。

例コ 前起倒／に記載の操作に従うことによってブランクを六
方晶窒化ホウ素から製造するが、ブランクの中心部にア
ルミニウム１０重−鴫を導入し、そして周辺部にアルミ
ニラムコ重六方を導入する。

この例、並びに例３および参においては、触媒をブラン
クの中心部の全容積にわたって均一に分布され、かつ周
辺部の全容積にわたって均一に分布されている微粉末と
して使用する。ブランクを高圧装置の反応室に入れ、セ
して７１００℃の温度においてりキロバールの圧力に３
分間さらす、立方晶窒化ホウ素への六方晶窒化ホウ素の
転化率は約３３重六方である０次いで、加熱を中断し、
そして室内の圧力を１０キロバールに上げる。加熱を再
開し、そして温度を／Ｊ−０℃に昇温する。プロセスを
更に１分間実施する。加熱を停止し、圧力を大気圧にし
、そして得られた立方晶窒化ホウ素の多結晶を室から取
シ出す。多結晶は１１．２０　ＫＰ／、、！の圧縮強度
を有する。

例３ ブランクを前記例コのように製造するが、その中心部は
ニホウ化アルミニウムコ重量悌を含有し、そして周辺部
はニホウ化アルミニウムｏ、ｓｘ＊ｔｓを含有している
。ブランクを高圧装置の反応室に入れ、そして／１００
　”Ｃの温度において７０キロバールの圧力Ｋａ秒間さ
らす、立方晶窒化ホウ素への六方晶窒化ホウ素の転化率
は口重量１に等しい。

次いで、加熱を中断し、そして室内の圧力なｌコ０キロ
バールに上げるａ　／ＪＤキロバールの圧力において加
熱を再開し、そして温度なｙｏｏｏ　’Ｃに上げる。プ
ロセスを６秒間継続し、その後加熱な停止し、圧力を大
気圧にし、そして得られた多結晶を室から取り出す。得
られた立方晶結晶の多結晶の圧縮強度は６ｏｏ　Ｍｙ／
ｍ’である。

例弘 六方晶窒化ホウ素のブランクを例、？に記載のように製
造するが、ニホウ化アルミニウムの代わりにアルミニウ
ム、鉄およびコバルトの合金を使用し、そして合金添加
剤にホウ化ハフニウム）を六方晶窒化ホウ素のｒ重ｔｓ
の量でブランク容積内に均一に分布させる。ブランクを
／７００　”Ｃの温度において６０キロバールの圧力に
３０秒間さらす。

その立方晶変態への六方晶窒化ホウ素の転化率はり！１
重ｔ％である。加熱を中断し、そして圧力を１０キロバ
ールに上げる。加熱を再開し、そして温度％　ｘｕｏｏ
　”ＣＫ昇温する。プロセスｆｉＯ秒間実施する。次い
で、加熱を停止し、圧力を大気圧にし。

そして得られた多結晶を室から取り出す、このようにし
て得られ次立方晶窒化ホウ素の多結晶は、！’）Ｊ　Ｋ
Ｐｙ−の圧縮強度を有する。

例ｊ この例は、既知の方法による立方晶窒化ホウ素の多結晶
の製造を説明し、そして比較のために示される。

六方晶窒化ホウ素からブランクｆａ−ｓキロバールの圧
力下で成形し、次いで高圧装置の反応室に入れる。ブラ
ンクをΩＷ″Ｃの温度においてざθキロバールの圧力に
３０秒間さらす、得られる多結晶は／　７０　Ｋｙ／Ｉ
Ｉ！Ｉ　’の圧縮強度を有する。

本発明の例／〜弘による結晶強度および例ｊによる結晶
強度ケ比較すると、本発明に従って製造され危立方晶窒
化ホウ素の多結晶の機械的強度は既知の方法によって製
造された多結晶の機械的強度よりも実質上高いことが明
らかである。

前記例／〜←のいずれかに記載のように製造された多結
晶を取り付けた切削工具は、特に断続表面を有する物品
（鋼鉄、鉄、耐火合金等）の機械加工時に増大した耐摩
耗性を有する。

最初の更鮮鋭化前の工具の作動時間は、既知の切削工具
の作動時間よりもコ倍長い。

出願人代理人　　猪　　股　　　　　清第１頁の続き ０発　明　者　ミハイル拳ミハイロウイツチ・ジュツ ソビエト連邦ミンスク・ウーリ ツツア・オルシエフスコボ４カ ニベー６２ ０発　明　者　ウラジミール・ピョートロウイッチ・パ
ラバン ソビエト連邦ポルタワ・ウーリ ツツア・フルンゼ５カーベー８３ ０発　明　者　ユーリー・ワシリエウイツチ・ジエレブ
ツオフ ソビエト連邦ポルタワ・ウーリ ツツア・フルンゼ８８カーベー７１ の発　明　者　アナトリー・パブロウイツチ・ジョロブ ソビエト連邦ポルタワ・ウーリ ツツア・カー・リブクネフタ１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／、高圧および高温を六方晶窒化ホウ素に適用して立方
   晶窒化ホウ素の多結晶を製造するに６たり、六方晶窒化
   ホウ素をり〜７０キロバールの圧力および／コの〜１ｒ
   ｏｏ℃の温度にさらし、立方晶窒化ホウ素がに〜訂重量
   −に郷しくなり次ら加熱？中断し、かつ圧力を１０〜／
   コＯキロバールに上げ、この圧力の達成時に加熱を再開
   し、かつ温度を１ｒｏｏ〜、１０００　”Ｇ　Ｋ昇温し
   、そしてプロセスを六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ
   素に完全に転化させるのに十分な期間実施する仁とを特
   徴とする立方晶窒化ホウ素の多結晶の製造法。 コ、六万晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素に転化するの
   に寄与する触媒０．３−’−１０重量憾を六方晶窒化ホ
   ウ素に導入することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。 ３、触媒としてケイ素、アルミニウム、両者の混合物、
   合金、・ホウ化物および窒化物、並びにアル１ニクムと
   遷移金属との合金を使用することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ｔたは第１項に記載の方法。 参、その周辺部においてその含量が中心部においてよ！
   ７４Ｊ〜ｊ倍少ないように触媒を六方晶窒化ホウ素塊内
   に不均一に分布させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第３項のいずれかに記載の方、法。 ！、触媒を六方晶空化ホウ素の容積の中心部および周辺
   部において均一に分布される微粉末として使用すること
   を特徴とする特許請求の範Ｉ！！！第１項〜第参項のい
   ずれかに記載の方法。