JPS62108715A - 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、圧カニ約４５ｋ
ｂａｒ以上；化学工業（１９８２）　９月号、５５〜５
８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＋　１６００℃以上、好ま
しくは２０００〜３０００℃、圧カニ　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（ロ）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柱のために粒
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晶質であり、へき
間柱がなく、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℃、６５〜７５Ｋｂａｒ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
料として六方晶窒化ほう素を用いている。

通常市販されている六方晶窒化ほう素は酸化硼素（ＬＯ
３）を窒化することにより製造されている。このため５
．０００〜１０．　ｏｏｏｐｐｍ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、原料である六方晶窒化ほう素
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、遷移金属の窒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
５０ｔ〜２３００　ｔ、　圧力５Ｑ７’ｏｒｒ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ｍｍ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（呈におい
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
末を触媒である遷移金属の窒化物の粉末と混合する。遷
移金属の窒化物とは、■ａ族、ＩＶａ族、Ｖａ族、Ｖｌ
ａ族、■ａ族、■族、Ｉｂ族およびｎｂ族元素の窒化物
であり、例えば、窒化チタン、窒化バナジウム、窒化ク
ロム、窒化マンガン、窒化鉄、窒化コバルト、窒化ニッ
ヶノベ窒化銅、窒化亜鉛等である。

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％以上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％程度で十分である。

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−Ｃ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、通常の六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℃、４
５〜５０Ｋｂａｒでよい。従って、本発明方法では、従
来から知られている六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
２０００〜２３００℃、　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六方晶窒化
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。

実施例１ 市販されているｌ　ｍｍ厚の熱分解窒化ほう素を振動ミ
ルで粉砕して平均粒子約１μｍの熱分解窒化ほう素粉末
を１辱だ。この熱分解窒化ほう素粉末の純度は９９，９
重量％以上で極めて高純度であった。

この粉末を窒化鉄粉末と混合し、ペレット状に成型した
ものを、ベルト型高温高圧装置内において温度１４５０
℃、圧力４５にｂａｒの条件下に９０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重量％のニ
ッケルメッキを施し、さらに８０／１００メツシユにふ
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。

実施例２ 実施例１と同一の熱分解窒化ほう素粉末に、窒素化銅粉
末を混合し、ペレット状に成型したものを実施例１と同
一の条件で高温高圧処理して、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、実施例１と同様
にして、生成相の同定、粒径の測定および微構造の観察
を行った。さらに、実施例１と同様にしてレジンボンド
砥石を製造し、実施例１と同一の条件下に研削試験を行
った。これらの結果を表１に示す。

比【咬例 市販の高純度六方晶窒化ほう素粉末で平均粒径約１μｍ
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％以下の六方晶窒化
ほう素粉末を得た。この粉末に窒化銅粉末を混合し、ペ
レブト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ｌ、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、耐摩耗性のれた多結
晶質立方晶窒化ほう素が得られ、従っ生成する立方晶窒
化ほう素は研削砥石用砥粒等工具材への応用に適してい
る。特に本発明では来の製造方法とは異なり、出発原料
として熱分窒化ほう素を用いているので出発原料の脱酸
素処理工程が不要であり、しかも立方晶窒化ほう変換触
媒の添加により、従来の多結晶質立方晶化ほう素の製造
条件よりはるかに穏やかな高温圧条件下に多結晶質立方
晶窒化ほう素を製造でるため、高温高圧装置の損傷が生
じにく（、装の長寿命化が可能となり、工業的生産性が
著し改善される利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遷移金属の窒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。