JPS6320792B2 - - Google Patents

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JPS6320792B2
JPS6320792B2 JP55034650A JP3465080A JPS6320792B2 JP S6320792 B2 JPS6320792 B2 JP S6320792B2 JP 55034650 A JP55034650 A JP 55034650A JP 3465080 A JP3465080 A JP 3465080A JP S6320792 B2 JPS6320792 B2 JP S6320792B2
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JP
Japan
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abrasive
aluminum
cubic boron
compact
boron nitride
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JP55034650A
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Ian Uiruson Uiriamu
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DE BIAZU IND DAIAMONDO DEIBIJON Ltd
Original Assignee
DE BIAZU IND DAIAMONDO DEIBIJON Ltd
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B24D3/08—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements for close-grained structure, e.g. using metal with low melting point
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は研摩成形体に関するものであり、より
具体的には立方晶チツ化ホウ素（CBN）成形体
に関するものである。
CBN成形体はCBN粒子を硬質凝結体内に結合
させたものからなる。そのような成形体は一般的
に言つてCBN含有率が少なくとも70体積％にな
つた時に第２の相即ち結合相を備えている。
米国特許第3743489号は堅く結合した炭化物の
裏張りに結合された立方晶チツ化ホウ素成形体を
開示している。前記成形体は立方晶チツ化ホウ素
の塊りと、アルミニウム原子並びにニツケル、コ
バルト、マンガン、鉄、バナジウム及びクローム
からなるグループより選択した少なくとも１つの
合金元素の原子とを含む金属性第２の相とを有し
ており、アルミニウム及び合金元素の原子の総量
は存在する立方晶チツ化ホウ素の１重量％を越え
て存在している。
米国特許第3944398号明細書は立方晶チツ化ホ
ウ素成形体において、前記第２の相又は結合相が
アルミニウム又はアルミニウム合金及びチツ化ケ
イ素の如きセラミツクを有していることを特徴と
する成形体を開示している。成形体製造工程にお
いて、アルミニウム又はアルミニウム合金及びセ
ラミツク間には相互作用が発生して硬質の物質が
得られる。
米国特許第4110084号明細書はCBN結晶、アル
ミニウム又はアルミニウム合金及び炭化ケイ素セ
ラミツク基体を有する研摩複合材の製造方法を開
示している。この複合材は近接するCBN結晶が
交互成長するのを可能ならしめないような比較的
低い圧力のもとで製造される。
英国特許第1513990号明細書はチツ化ホウ素を
稠密化した合金化添加元素の固溶体を有する超硬
物質の製造方法を開示しており、該方法において
は前記合金化添加元素は周期律表の第３グループ
における少なくとも１つの元素又はそのホウ化物
であり、該ホウ化物は四面体結合を行ない得るも
のであつて、成分は原子百分率であらわして次の
如くである。即ち、 ホウ素：42〜61、窒素：39〜50、合金化添加元
素：0.04〜30、不純物：0.01〜２ 前記物質はかくて固溶体であり、第２の即ち結
合相を備えたCBN粒子の塊りではない。前記物
質は六方晶状又はウルツ鉱型のチツ化ホウ素と合
金化添加元素との混合物を高温、高圧状態にさら
すことにより製造される。前記明細書によれば
1500℃という低温及び50キロバールという低い圧
力においても所望の硬質物質が得られるとされて
いるが、これらの例は全て著しく苛酷な条件を用
いている。実用上高温高圧が必要とされるという
事実は驚くにあたらない。というのはそのような
高温高圧は実質的に全ての六方晶チツ化ホウ素又
はウルツ鉱型チツ化ホウ素を立方晶形態に転換す
るのに必要なものであるからである。
更にはこの英国特許明細書の教示に従つて製造
される硬質物質は製造条件が極めて苛酷なために
体積において数mm3を越えるものではない。かく
て前記物質は研摩粒状物質としての利用価値はあ
るかもしれないが、研摩成形体としての利用価値
はない。研摩成形体は研削、旋削、切断及び他の
研摩作業に用いられるような大きな研摩体をさし
ている。
本発明によれば、硬質凝結体内に結合された立
方晶チツ化ホウ素粒子及び第２相のかたまりを有
する研摩成形体が提供されており、近接する立方
晶チツ化ホウ素粒子は互いに結合されて交互成長
して塊を形成している。又成形体の立方晶チツ化
ホウ素の含有率は少なくとも80重量％であり、第
２相は基本的にアルミニウムのチツ化物及び／又
は二ホウ化物から構成されている。
前記第２相（結合マトリツクスとも称されてい
る）は基本的にはチツ化アルミ及び／又は二ホウ
化アルミから構成されている。このことは、アル
ミニウム及びCBNとの間の反応生成物であるチ
ツ化アルミ及び／又は二ホウ化アルミを別とすれ
ば、他に基本的元素は何も存在していないという
ことを意味している。他の元素が存在していると
すれば単に痕跡の程度である。
成形体のCBN含有率は好ましくは85〜95重量
％の範囲にある。
更に、本発明によれば、立方晶チツ化ホウ素研
摩成形体の製造方法が提供されており、該製造方
法は立方晶チツ化ホウ素のかたまりをアルミニウ
ムのかたまりと接触させて反応物質を形成せしめ
る段階と、前記反応物質を反応領域に配置する段
階と、前記反応領域の圧力を50〜60キロバールの
範囲の圧力へと上昇せしめ、温度を1400℃〜1600
℃の範囲の温度に上昇せしめる段階と、昇温、昇
圧状態を前記反応物質による研摩成形体の製造に
十分な時間だけ維持せしめる段階と、成形体を前
記反応領域から回収する段階とを有している。
前記反応領域は通常の高温／高圧装置の反応領
域とすれば良い。通常前記反応物質はカプセル内
に配置され、該カプセルが反応領域内に定置さ
れ、該領域に高温、高圧が加えられる。
前記昇温、昇圧状態は通常少なくとも５分間だ
け維持されて成形体が製造される。
これらの昇温、昇圧状態は60分を越えて維持さ
れることはない。というのは装置の損傷が発生す
る可能性があるからである。事実、通常は30分以
下の時間が用いられる。
成形体を回収するには慣用の回収技術を用いる
ことが出来る。例えば、複数個の成形体が１つの
円筒状カプセル内で製造される場合には、カプセ
ルは削り取られて個々の成形体が引き出される。
近接する成形体の間には成形体が互いに結合する
のを防止するための適当な遮へい物質が設けられ
る。
前記反応物質はもちろん痕跡不純物は別とし
て、CBN粒子とアルミニウムのみからなつてい
る。前記反応物質は好ましくは、フオイル又は粉
末の形態とすることが出来るアルミニウム層と接
触したCBN粒子を有している。この場合にはア
ルミニウムは成形体製造工程中にCBNの塊り内
に滲透する。前記反応物質は又CBN粒子と粉末
アルミニウムの混合物を有することが出来る。
本発明のCBN成形体はすぐれた研摩特性を示
し、他の市販のCBN成形体をしのぐものである
ことが判明した。本成形体のすぐれた特性は幾つ
かの因子に帰因されると考えられる。
CBN粒子は成形体製造工程中塑性変形を受け、
粒子は稠密化される。前述したように、成形体の
CBN含有率は少なくとも80重量％である。
適用される高温、高圧状態においては近接
CBN粒子の交互成長が発生する。この結果、粒
子はその近接粒子と溶着又は結合し、連続モザイ
ク乃至交互成長した物質が発生する。前記交互成
長作用は極めて効果的であり、成形体中の破断路
は結晶粒内経路を走り、粒界間経路を通ることは
無いことが判明した。
前記アルムニウム第２相も又重要な役割を果
す。製造中の粒子間の間隙を充満することによ
り、前記第２相は添加された圧力を接触していな
いCBN表面に伝達することによりCBN粒子が六
方晶チツ化ホウ素に転換されるのを防止する。そ
のような転換が発生した場合には成形体の強度が
著しく低下する。本成形体はＸ線分析結果による
と、検出出来ない程度の即ち0.5重量％以下の六
方晶チツ化ホウ素を含んでいることが判明した。
アルミニウムは又ホウ素及び窒素の拡散を起させ
る媒体を提供し、近接粒子の交互成長を促進する
という重要な役目も果している。最後に、前記ア
ルミニウムはCBNと反応して２ホウ化アルミニ
ウム及びチツ化アルミニウムを形成するが、これ
らは複合物質の結合度を高める働きを行なつてい
る。
本発明の成形体は大きくも小さくもすることが
出来るが、一般的には少なくとも40mm3の体積を
有している。前記成形体はそのままでも用いるこ
とが出来るし、タングステンカーバイド支持部材
の如き適当な支持部材上に装着することも出来
る。
以下本発明を以下の実施例及び付図を参照して
例示する。
例 １ ８〜20ミクロンの寸法のCBNの塊りがアルミ
ニウム箔上に配置され、開始物質が形成された。
この塊りは通常の高温／高圧装置用の反応カプセ
ル内に配置された。充填したカプセルは前記装置
の反応領域内に配置された。前記反応領域の圧力
は55キロバール迄上昇され、温度は約1500℃に昇
温された。これらの昇温、昇圧状態は15分だけ維
持された。圧力及び温度は周囲温度に戻るままに
され、円板形態のCBN成形体が通常の態様でカ
プセルから回収された。成形体を分析したところ
93重量％のCBNと、７重量％のチツ化アルミと
２ホウ化アルミが含まれていることが判明した。
Ｘ線分析によれば六方晶チツ化ホウ素又は金属ア
ルミニウムは分析されなかつた。成形体の体積は
約750mm3であつた。
成形体は分断し、研摩し、研摩表面を試験し
た。近接する粒子間を結合する交互成長した物質
が観察された。エツチした表面の写真が付図に示
されている。交互成長したCBNは１０で示され
ており、アルミニウムを含む第２相はエツチ穴１
２内に認められた。
この成形体は以下に示すデータによつて例示さ
れるように、裏打ちしない場合でもすぐれた研摩
特性を有することが判明した。
例 ２ CBN粉子と粉末アルミニウムの混合物が開始
物質として用いられた以外は例１の方法が踏襲さ
れた。
例 ３ 昇温、昇圧状態が10分間維持された以外は例１
の方法が踏襲された。
例 ４ 温度が約1450℃で、圧力が60キロバールである
以外は例１の方法が踏襲された。
例 ５ 温度が1550℃で、圧力が55キロバールである以
外は例１の方法が踏襲された。
例 ６ 開始物質として用いたCBN粒子及びアルミニ
ウムの量が90重量％のCBNと残りのチツ化アル
ミ及び２ホウ化アルミ及び痕跡不純物を備えた成
形体を生ずるよう選ばれた以外は例１の方法が踏
襲された。
例２乃至例６の各々によつて得られた成形体は
すぐれた研摩特性を備えていることが判明した。
例 ７ 例１において得られた成形体の研摩特性が市販
のCBN成形体及び米国特許第3944398号に係る方
法によつて得られた成形体と比較された。前記市
販成形体は堅く結合したたカーバイド支持部材上
に装着された。尚CBN成形体はコバルト／アル
ミニウムの第２相を含んでいた。この成形体はゼ
ネラルエレクトリツク社から購入された。この成
形体は米国特許第3743489号に従つて製造された
ものと考えられる。
これらの３種類の成形体はロツクウエル硬度54
〜56のD3焼入れ鋼を機械加工するのに用いられ
た。各ケースについて機械加工は成形体が0.2mm
だけ平らに削り取られる迄続けられた。この平坦
面を生ずるのに要した時間は以下の如くであつ
た。
成形体 時間（分） 例 １ 9.6 第3944398号 1.6 第3743489号 4.0 これらの結果は、例１によつて製造された成形
体がD3焼入れ鋼を機械加工するのに他の２つの
成形体よりもより効果的であつたことを示してい
る。
ロツクウエル硬度58のD3焼入れ鋼を機械加工
した場合には、本発明の成形体は第3743489成形
体の寿命の2.5倍の寿命を有していた。
【図面の簡単な説明】
付図は本発明の成形体の断面の2000倍の顕微鏡
写真を示す。 １０：CBN、１２：第２相。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 立方晶チツ化ホウ素粒子及び第２相から成る
    かたまりを硬質の凝結体に結合したものを有する
    研摩成形体であつて、該成形体の立方晶チツ化ホ
    ウ素の含有率が少なくとも80重量％である研摩成
    形体において、近接する立方晶チツ化ホウ素粒子
    が互いに結合されて交互成長した物質を形成して
    おり、前記第２相が主としてチツ化アルミニウム
    及び２ホウ化アルミニウムからなることを特徴と
    する研摩成形体。 ２ 成形体の立方晶チツ化ホウ素の含有率が85〜
    95重量％の範囲にある、特許請求の範囲第１項に
    記載の研摩成形体。 ３ 成形体が少なくとも40mm3の体積を有する、
    特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の研摩成
    形体。 ４ 成形体が100〜1500mm3の体積を有する、特許
    請求の範囲第１項又は第２項に記載の研摩成形
    体。 ５ 立方晶チツ化ホウ素研摩成形体の製造方法に
    おいて、該方法は立方晶チツ化ホウ素粒子の塊り
    をアルミニウムの塊りと接触させて反応物質を形
    成せしめる段階と、前記反応物質を反応領域内に
    配置する段階と、前記反応領域の圧力を50〜60キ
    ロバールの範囲の圧力に上昇させ、温度を1400℃
    〜1600℃の範囲の温度に上昇せしめる段階と、前
    記昇圧、昇温状態を前記反応物質の研摩成形体が
    得られるのに十分な時間だけ保持する段階と、前
    記成形体を前記反応領域から回収する段階とを有
    していることを特徴とする研摩成形体の製造方
    法。 ６ 反応物質がアルミニウム層と接触する立方晶
    チツ化ホウ素粒子の塊りを有する、特許請求の範
    囲第５項に記載の製造方法。 ７ アルミニウム層がアルミニウム箔である、特
    許請求の範囲第６項に記載の製造方法。 ８ 反応物質は立方晶チツ化ホウ素粒子とアルミ
    ニウム粉末の混合物を有する、特許請求の範囲第
    ５項に記載の製造方法。 ９ 昇温、昇圧状態は５〜60分の期間維持され
    る、特許請求の範囲第５項から第８項までのいず
    れか一項に記載の製造方法。
JP3465080A 1979-03-19 1980-03-18 Abrasive molded body and its manufacture Granted JPS55126581A (en)

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