JPS62108707A - 立方晶窒化ほう素の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は立方晶窒化ほう素の製造方法に関するものであ
る。立方晶窒化ほう素は切削工具インサート、研削砥粒
等の工具材として好適な特性を有することにより注目さ
れている物質である。

（従来の技術） 立方晶窒化ほう素はダイヤモンドに近い硬度を有し、し
かも化学的安定性の点ではダイヤモンドより優れ、例え
ば酸化雰囲気中で高温に耐えるほか、特に鉄族元素との
反応性が著しく小さい等の特性を有し、高速度鋼、ニッ
ケル、コバルトを基質とする耐熱高強度材料を切削およ
び研削する際にダイヤモンドよりはるかに優れた機械的
特性を示す有用な物質として需要が増大しつつある。゛
従来の立方晶窒化ほう素の製造方法としては、（イ）　
適当な触媒を加えて六方晶窒化ほう素を高温高圧下に処
理する方法（温度：約１４００℃以上、圧カニ　４５Ｋ
ｂａｒ以上；化学工業（１９８２）　９月号。

５５〜５８頁）。

（ロ）　触媒を添加せずに六方晶窒化ほう素を直接高温
高圧下に処理する方法（温度：約１６００℃以上、好ま
しくは２０００〜３０００°Ｃ１圧力；５５〜８５Ｋｂ
ａｒ、好ましくは６５〜７５Ｋｂａｒ　；特開昭５５−
１６７１１０号公報）。

等が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、これらの方法には、以下に述べるような問題点
がある。

（イ）の方法ではく口）の方法と比較して、穏やかな高
温高圧条件に立方晶窒化ほう素が製造できるが、得られ
る立方晶窒化ほう素は通常単結晶の粒子である。かかる
単結晶粒子の立方晶窒化ほう素を難削材用研削砥粒とし
て用いる場合には単結晶粒子特有のへき間外のために粒
の破壊が生じやすく、砥石の耐摩耗性の向上が認められ
ない。

添加触媒量を調節することにより、多結晶質立方晶窒化
ほう素が生成する場合があるが、この場合には触媒成分
が不純物として立方晶窒化ほう素中に残留して強度の低
下を招く。

（ロ）の方法では、触媒を使用しない直接変換であるた
め、得られる立方晶窒化ほう素は多結品質であり、へき
間外がなく、破壊靭性が単結晶に比べて著しく向上し、
砥粒として用いた場合に（イ）の方法で得られる立方晶
窒化ほう素より高い耐摩耗性を示す。しかしながら、例
えば２０００〜２３００℃、６５〜Ｔ５Ｋｂａｒ等の非
常に厳しい高温高圧処理条件が必要になり、高価な高温
高圧装置の損傷が生じ易く、従って（ロ）の方法は工業
的生産に不適当である。

また、（イ）または（ロ）のいずれの方法においても原
料として立方晶窒化ほう素を用いている。

通常重版されている立方晶窒化ほう素は酸化硼素（Ｂｚ
ｏ３）を窒化することにより製造されている。このため
５，０００〜１０．０００ｐｐｍの酸素を不純物として
含有するのが普通である。このような出発原料中に含ま
れる酸素は、六方晶窒化ほう素から立方晶窒化ほう素へ
の変換を著しく阻害するため、未反応六方晶窒化ほう素
が残留し、これが不均一な立方晶窒化ほう素の生成およ
び立方晶窒化ほう素の収率の低下の原因となる。こうし
た現象を防止するために、原料である立方晶窒化ほう素
を、例えば窒素気流中において２０００℃で２時間以上
加熱する等の脱酸素前処理工程が必要になる欠点がある
。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、従来の立方晶窒化ほう素の製造方法が有
する上述の欠点を解決することを目的に研究を重ね、特
別の前処理を必要とせずに穏やかな高温高圧条件下にお
いて、破壊靭性が高く、耐摩耗性が優れ、かつ残留触媒
を含まない多結晶質立方晶窒化ほう素を高収率で製造す
る方法を見い出した。

本発明は、アルカリ金属のほう化物を触媒として熱分解
窒化ほう素に加え、これを立方晶窒化ほう素の熱力学的
安定域内の高温高圧条件下に保持することにより熱分解
窒化ほう素を多結晶質立方晶窒化ほう素に変換すること
を特徴とする立方晶窒化ほう素の製造方法である。

本発明で用いる熱分解窒化ほう素は、化学気相蒸着力（
ＣＶＤ法）と呼ばれる特別な製造方法で合成される高配
向性の窒化ほう素である。ＣＶＤ法による熱分解窒化ほ
う素の合成は、例えば米国特許第３，１５２，００６号
に開示されているように、三塩化ほう素のようなハロゲ
ン化ほう素とアンモニアとを気体状原料とし、温度１４
５０℃〜２３００℃、圧力５０Ｔｏｒｒ以下の条件下に
おいて、適当な基材表面上に窒ほう素を気相から析出さ
せることにより達成され、熱分解窒化ほう素は厚さ数冒
■程度の板等として市販されている。

このような熱分解窒化ほう素は、その製造工程において
酸素または酸化物を全く必要とせず、極めて高純度のも
のが製造可能であり、しかも熱分解窒化ほう素自体も空
気中で極めて安定で、市販の六方晶窒化ほう素粉末に見
られる表面酸化現象が無視できるので、特別な処理およ
び取扱いを行わなくても常に酸素含有量の極めて少ない
窒化ほう素であると見なすことができる。

市販の熱分解窒化ほう素は板状成型体であるが、柔軟性
に富み容易に粉砕できる。次いで、熱分解窒化ほう素粉
末を触媒であるアルカリ金属のほう化物の粉末とン昆合
する。アルカリ金属のほう化物としてはほう化リチウム
が好ましい。

触媒の混合割合は、原料である熱分解窒化ほう素に対し
て０．１モル％以」二であることが必要である。０．１
モル％未満では、立方晶窒化ほう素への変換が完全には
行なわれない。触媒はあまり多く添加しても効果の増大
は認められず、最大でも１０モル％で十分である。

このようにして得た触媒含有熱分解窒化ほう素粉末を出
発原料として熱分解窒化ほう素から立方晶窒化ほう素へ
の変換を行うと、従来の立方晶窒化ほう素合成法には見
られない種々の利点が得られる。まず、通常の六方晶窒
化ほう素を原料とした場合と異なり、触媒の存在下にお
いても多結晶質立方晶窒化ほう素が生成する。この場合
、触媒添加量を厳密に調節しなくても、生成する立方晶
窒化ほう素は多結晶質であり、粒子破壊の原因となる触
媒の残留も殆ど認められない。この理由は明らかではな
いが、通常の立方晶窒化ほう素と熱分解窒化ほう素とで
は生成機構が異なり、これに起因する微構造の差異が、
変換後の立方晶窒化ほう素の微構造に反映されたものと
考えられる。また、出発原料が立方晶窒化ほう素変換触
媒を含んでいるので立方晶窒化ほう素への変換に必要な
高温高圧条件も立方晶窒化ほう素の熱力学的安定域にお
ける穏やかな条件、例えば１４５０〜１５００℃、４５
〜５０Ｋｂａｒでよい。従って、本発明方法では、従来
から知られている立方晶窒化ほう素を触媒無添加で直接
高温高圧条件下に処理する場合に必要な条件、例えば２
０００〜２３００°Ｃ，６５〜７５Ｋｂａｒよりはるか
に穏やかな条件下に多結晶質立方晶窒化ほう素が生成す
る。従って高温高圧装置の損傷が生じにくく、装置の長
寿命化が可能となり、工業的生産性を著しく改善するこ
とができる。さらに、本発明における出発原料である熱
分解窒化ほう素は、その製造工程において酸素または酸
化物が全く介在せず、熱分解窒化ほう素自体も空気中に
おける安定性および耐酸化性に優れているので、酸素含
有量が極めて低く、出発原料として通常の立方晶窒化ほ
う素を使用する場合に必要な脱酸素前処理工程を必要と
せずに立方晶窒化ほう素が高収率で得られる利点がある
。

本発明においては、出発原料の脱酸素前処理を行う必要
がなく、立方晶窒化ほう素の熱力学的安定域内の工業生
産上有利な穏やかな高温高圧条件下において、破壊靭性
が高く、耐摩耗性が優れ、かつ残留触媒を含まない多結
晶質立方晶窒化ほう素を高収率で得ることができ、しか
も得られる多結晶質立方晶窒化ほう素は難研材研削用砥
粒として適切な特性を有するものである。

（実施例） 以下に本発明を実施例および比較例について説明する。

害１貫 市販されている１ｍ■厚の熱分解窒化ほう素を振動ミル
で粉砕して平均粒径約１μｍの熱分解窒化ほう素粉束を
得た。この熱分解窒化ほう素粉束の純度は９９．９重量
％以上で極めて高純度であった。

この粉末をほう化リチウム粉末と混合し、ペレット状に
成型したものを、ヘルド型高温高圧装置内において温度
１４５０°ｃ　＋　５０　Ｋ　ｂ　ａ　ｒの条件下に９
０分間保持し、立方晶窒化ほう素を得た。得られた立方
晶窒化ほう素について、Ｘ線回折による生成相の同定、
化学分析による残留触媒成分の定量、電子顕微鏡による
粒径の測定および微構造の観察を行った。これらの結果
を表１に示す。

さらに、この立方晶窒化ほう素粒子に約５０重積％のニ
ッケルメッキを施し、さらに８０／＋００メソシ工にふ
るい分けたものを用いてレジンボンド砥石を製造し、湿
式平面研削を行い、研削比を求めた。

この結果を表１に示す。また、砥石の製造条件および研
削条件を表２に示す。

ル較桝 市販の高純度六方晶窒化ほう素粉束で平均粒径約Ｉｐｍ
のものを１気圧の窒素ガス雰囲気内で１９５０℃の温度
に５時間曝して酸素含有量が２重量％以下の立方晶窒化
ほう素粉束を得た。この粉末にほう化リチウム粉末を混
合し、ペレ・ノド状に成型したものを実施例と同一の装
置において同一の温度、圧力条件下に保持し、立方晶窒
化ほう素を得た。得られた立方晶窒化ほう素に関して、
実施例と同様にして生成相の同定、残留触媒成分の定量
、粒径の測定および微構造の観察を行った。さらに実施
例と同一の条件で研削試験を行った。これらの結果を表
１に示す。

なお、表１において、微構造に晶癖のないことは破壊靭
性が高いことを意味し、研削比が大きいことは耐摩耗性
に優れ、研石砥粒用砥粒等の工具材への応用に適してい
ることを意味する。

（発明の効果） 本発明によれば、破壊靭性が高く、耐摩耗性の優れた多
結晶質立方晶窒化ほう素が得られ、従って生成する立方
晶窒化ほう素は研削砥石用砥粒等の工具材への応用に適
している。特に本発明では従来の製造方法とは異なり、
出発原料として熱分解窒化ほう素を用いているので出発
原料の脱酸素前処理工程が不要であり、しかも立方晶窒
化ほう素変換触媒の添加により、従来の多結晶質立方晶
窒化ほう素の製造条件よりはるかに穏やかな高温高圧条
件下に多結晶質立方晶窒化ほう素を製造できるため、高
温高圧装置の損傷が生じに＜＜、装置の長寿命化が可能
となり、工業的生産性が著しく改善される利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ金属のほう化物を触媒として熱分解窒化ほ
   う素に加え、これを立方晶窒化ほう素の熱力学的安定域
   内の高温高圧条件下に保持することにより熱分解窒化ほ
   う素を多結晶質立方晶窒化ほう素に変換することを特徴
   とする立方晶窒化ほう素の製造方法。 ２、上記熱分解窒化ほう素の純度が９９．９重量％以上
   である特許請求の範囲第１項記載の方法。