JPS59199514A - 立方晶窒化ほう素の合成法 - 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】 本発明は六方晶窒化はう素から立方晶窒化はう素を合成
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っているタフな立方晶窒化
はう素の製造方法に関する。

立方晶窒化はう素（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、大方晶
窒化はう素（以下ＨＢ　Ｎという）の粉末と、触媒粉末
とを混合し、これを１３００〜１６００°Ｃの高温下で
、４０〜６０　Ｋｂ　ａ　ｒの高圧を加え、Ｔ−Ｔ　Ｂ
　Ｎ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、アルカリ金属酸い
はアルカリ土類金属の窒化物、Ｌｌ、３ＢＮ２、ＣａＢ
２Ｎ４等が知られている。このような方法は）（ＢＮを
触媒融液に溶は込ませ、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ＣＢ
Ｎ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品な
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１′庁であった。

本発明者らは先にＨＢＮに混合する触媒として、ＴＪ　
ｉ　Ｃａ　ＢＮ２　　、Ｌ　１．　Ｂ　ａ　ＢＮｔを用
いて良質なＣＢＮを得る方法を発明した（特ト：前昭５
６−１８１３９１．５７−１２２９７５参照）。しかし
、これらの方法によって１Ｊｉｉｊ造されたＣＢＮ粒子
は、良質ではあるが、研削性催とタフ（靭性）さの点で
不満足な面があった。

本発明は上記の事情に鑑み、良質でしかもタフで鋭い切
刃を持ったＣＢＮ粒子をｆｆｊ！Ｊ、遣する方法を提供
することを目的とするもので、その要旨は、六方晶窒化
はう素より立方晶窒化はう素を合成する方法において、
触媒としてＬｌＭＢＮ２　（但しＭはアルカリ土類金属
）を用い、さらに添加物としてシリコン又はシリコン含
有物質を六方晶窒化はう素に対し、シリコンと■−て０
．０１〜１・・０料量％用いることを特徴とする立方晶
窒化はう素の合成法にある。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、ＨＢ　Ｎに触媒してｒ、１ＭＢＮ２（但しＭ
はアルカリ土類金属）および添加物としてシリコン又は
シリコン含有物を所定量加え、ＣＢＮの安定域である１
３００〜１６００℃、４０〜６０Ｋｂ　ａ　ｒの条件に
保持してＨＢＮをＣＢＮに変換する方法である。

上記Ｌ　ｉ　ＭＢ　Ｎｔ中のアルカリ土類金１ｙＮ　Ｍ
は具体的にはＢｅ％Ｍｇ％Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａで、いずれ
を用いてもよいが、ＬｉＣａＢＮｔおよび：［、ｉ　Ｂ
ａ　Ｂ　Ｎ２を合成する原料が入手し易いため、主とし
てこれらを用いている。

上記触媒の製法の一例を、ＬｌＣａＢＮｔを代衷として
説明する。先ず原料としては、Ｌｉ、Ｎ％（’、ａ３Ｎ
２、ＨＢＮの粉末を用いる。これら粉末をモル比でＬｌ
、Ｎ　：　Ｃａ、Ｎ２：ＨＢＮ　＝　１〜１．４：１〜
１．４：３　ｃｙ）割合に混合し、約１０００°Ｃに４
０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、ＣＢＨの合成触媒として使用する。

上記触媒：［、ｉ　ＭＢ　Ｎ２の使用量は、原料ＨＢ　
Ｎに対しＩ　ＬｉＭＢＮ２／ＨＢＮ）５〜５０重Ｍ％、
望ましくは、１０〜５０重ｉ％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
リコン含有物としては、５１−Ｍｏ、Ｓｉ　　Ｔｙｉ、
５ｌ−ＴｌｑｓのＳｌを含有した合金又はシラン、ジシ
ラン、Ｓ　ｉ３Ｎ４　、Ｂ４３１が用いられる。上記合
金中の８１は１０％以上であることが好ましい。１０％
以下であると８１以外の金属の影響が大きく現われ、Ｓ
ｌの効果が小さくなってしまう。上記８１含有物は金属
シリコンと同様粉末として用いるが、合金は箔として用
いてもよい。また、シラン等液状のものはそのまま用い
る。

また、上記添加物の添加量は、いずれもＳｌの量として
、原料Ｔ−Ｉ　Ｂ　Ｍに対して（Ｓｉ／ＨＢＮ）０．０
１〜１　’、Ｔｉ１１ｉ％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、ＣＢＨの収率が低下する。

上記触媒ＬｉＭＢＮ２、添加物シリコン又はシリコン含
有物を原料ＨＢ　Ｎ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Ｌ　ＩＭＢ　Ｎ２　　およびシリコン又はシリ
コン含有物の粉末、液状のものはそのまま添加混合し、
この混合した粉末を圧粉成形する。

■　ＨＢ　Ｎ粉末および’［、ＩＭＢＮ、粉末をそれぞ
れ圧粉成形して薄板とし、これとシリコン又はシリコン
含有物の箔又は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。この場合上記シリコン又はシリコ
ン含有物の粉体又は液体を前もってＨＢ　Ｎ又はＬｌＭ
ＢＮ、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１ＭＭ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填され、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って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、轟然のことながらこれも本発
明に含まれる。この場合、シ−ド表面に上記添加物を被
覆してもよい。

本発明の方法は、成畏するＣＢＮ粒子内に微量の８１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ＳｌとＣＢＮと
が固溶体となり、格子定数が大きくなり（ふくらむ）、
ＣＢ’Ｎ粒子がタフ（靭性穴）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Ｌｉ、Ｎ粉末、Ｃａ、Ｎｔ粉末、
）ＴＢＮ粉末をモル比で１：１：３の割合で混合し、８
５０℃、Ｎｔ３’Ｇ囲気中で１時間反応させた後冷却、
凝固し、この物をＸ線によって解析し、Ｌ　ｉ　Ｃａ　
Ｂ　Ｎ２であることを確認した。

実施例 ３２５メツシユ以下のＨＢ　Ｎ　％Ｌ　ｉ　Ｃａ　ＢＮ
Ｉ　、金属Ｓ１粉末を重量比で１０：１：０，１の割合
で混は１．７０，９／鋼資あった。これを＋ｔｔｌ記高
王高濡反応器に装填し、圧カニ５０Ｊ（ｂａｒｓ濡度：
１４５σＣの条件に１０分間保持してＣＢＮを合成した
。その結果、ＣＢＮのＨＢ　Ｎに射する変換率（収率）
は、３０％であった。また生成したＣＢＮ粒子の顕薇鏡
写真を第１図に示す。

比較例 シリコン粉末を使用しない外は、実癩例と同じにしてＣ
ＢＮを合成した。その結果、ＣＢＮの収率は３２％であ
った。また生成したＣＢＮの顕微鏡写真を＠２図に示す
。

＠ＩＮおよび第２図より明かな如く、本発明の方法によ
って合成したＣＢＮ粒子は、丸味を帯び、その多面体の
角が鋭くなっていることがわかる。

上記実施例、比較例のＣＢＮ粒子をそれぞれＸ５Ｂ４１
５０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って砥石を作成して研削
比および使用動力を比較した０ 砥石の作成方法は、先ずＣＢＮの１２０／１４０粒度の
粒子をＮ１／Ｎｔ＋ＣＢＮが６０％となるよ　４゜うに
Ｎｊ、メッキを施し、このＮ１メッキしたＣＢＮ粒子＝
３５ＶｉＶＳ、フェノール樹脂：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った。研削試験に
使用した鋼種は、特殊鋼Ｓ　Ｋｌ（５７（ＨＲｅ６４）
を用い、砥石周速度１５００ｍ／ｍｉｎ。

切込み２２０μｍ１テーブル送り：１５ｍ／分、クロス
送り：２ｍｍ１バスで、湿式平面研削により研削比＝研
削量／砥石の摩耗忙、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
加しないで合成したＣＢＮ粒子の顕微ジ写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 六方晶窒化はう素より立方晶窒化はう素を合成する方法
   において、触媒としてＬＩＭＢＮ、（但しＭはアルカリ
   土類金、Ｆ４）を用い、さらに添加物としてシリコン又
   はシリコン含有物質を大方晶窒化はう素に対し、シリコ
   ンとして０，０１〜１．０重量％用いることを特徴とす
   る立方晶窒化はう素の合成法。