KR100636415B1 - Manufacturing method of cubic boron nitride - Google Patents
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Abstract
본 발명은 규소원 및/또는 붕소원 뿐만 아니라 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류, 탄화물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 존재하에서 입방정 질화붕소의 안정한 온도와 압력 범위 조건하에서 육방정 질화붕소를 입방정 질화붕소로 전환시키는 전환방법에 관한 것이다.The present invention relates to hexagonal boron nitride under stable temperature and pressure range conditions of cubic boron nitride in the presence of at least one compound selected from amides, imides, and carbides of alkali and alkaline earth metals as well as silicon and / or boron sources. It relates to a conversion method for converting to cubic boron nitride.
Description
본 발명은 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride, hBN)로부터 입방정 질화붕소(cubic boron nitride, cBN)를 제조하는 개량된 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an improved manufacturing method for producing cubic boron nitride (cBN) from hexagonal boron nitride (hBN).
입방정 질화붕소는 경도에 있어서 다이아몬드 다음가는 제 2의 경도를 가지고 있으며 화학적으로 매우 안정하므로 재료의 연삭, 연마 및 절삭 등에 이의 중요성이 점차 인식되고 있다. 입방정 질화붕소의 제조방법에 있어서, 여러 가지 방법이 제안되고 있으나 산업적으로 널리 이용되고 있는 공지의 제조방법은 입방정 질화붕소를 용매(촉매) 존재하에 1400 ∼ 1600℃의 고온과 약 4.5 ∼ 6.0 GPa의 고압하에서 입방정 질화붕소로 전환시키는 방법이다. 이 방법에서 잘 알려진 공지의 용매(촉매)로는 예컨대, 미국특허번호 제 3,772,428 호에서와 같이, 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 질화붕소와 질화물이 알려져 있다.Since cubic boron nitride has a second hardness after diamond in terms of hardness and is very chemically stable, its importance is gradually recognized in grinding, polishing and cutting of materials. In the method for producing cubic boron nitride, various methods have been proposed, but a known production method which is widely used industrially is a method of producing cubic boron nitride in a solvent (catalyst) at a high temperature of 1400 to 1600 ° C. and about 4.5 to 6.0 GPa. It converts into cubic boron nitride under high pressure. Known solvents (catalysts) well known in this process are known, for example, boron nitride and nitrides of alkali metals and alkaline earth metals, as in US Pat. No. 3,772,428.
그럼에도 불구하고, 상기 용매(촉매)를 이용하여 얻어지는 입방정 질화붕소는 인성과 내열성이 낮기 때문에 고온에 노출시키면 연마분의 강도가 현저하게 감소되거나 또는 연마분이 파쇄되는 문제가 있다. 또한, 상기 용매(촉매)를 이용하여 얻어진 입방정 질화붕소는 불규칙적인 모양이거나 또는 거의 구형이며 그리고 자형(自形)면의 발달에 취약하다.Nevertheless, the cubic boron nitride obtained by using the solvent (catalyst) has low toughness and heat resistance, so that the exposure to high temperatures causes a significant decrease in the strength of the abrasive powder or the grinding of the abrasive powder. In addition, the cubic boron nitride obtained using the solvent (catalyst) is irregularly shaped or almost spherical and vulnerable to the development of a self-shaped surface.
본 발명은 육방정 질화붕소로부터 입방정 질화붕소를 제조하는 개량된 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an improved process for producing cubic boron nitride from hexagonal boron nitride.
상기의 문제점들을 해결하는 본 발명은, (1) (i) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물, 아미드류, 이미드류로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 및 (ii) 규소원의 존재하에서, 또는 (2) (i) 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물, (ii) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 및 (iii) 붕소원의 존재하에서, 또는 (3) (i) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물, 아미드류, 이미드류로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 그리고 (ii) 규소원 및 (iii) 붕소원의 존재하에서 육방정 질화붕소를 입방정 질화붕소의 안정한 온도 및 압력 범위 조건하에서 유지시키면서 육방정 질화붕소를 입방정 질화붕소로 전환시키는 것을 특징으로 하는 입방정 질화붕소의 제조방법에 관한 것이다.The present invention to solve the above problems, (1) in the presence of (i) at least one compound selected from the group consisting of carbides, amides, imides of alkali metals and alkaline earth metals, and (ii) in the presence of a silicon source, Or (2) at least one compound selected from the group consisting of (i) amides of alkali metals and alkaline earth metals, imides, (ii) carbides of alkali metals and alkaline earth metals, and ( iii) at least one compound selected from the group consisting of (i) carbides, amides, imides of (i) alkali metals and alkaline earth metals in the presence of a boron source, and (ii) silicon sources and (iii) boron Converting hexagonal boron nitride to cubic boron nitride while maintaining the hexagonal boron nitride in the presence of a circle under stable temperature and pressure range conditions of the cubic boron nitride It relates to a method for producing cubic boron nitride.
(1) (i) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물, 아미드류, 이미드류로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 및 (ii) 규소원의 존재하에서 얻어지는 본 발명의 입방정 질화붕소는 인성과 내열성이 향상된다. (2) (i) 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 및 (ii) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 그리고 (iii) 붕소원의 존재하에서 얻어지는 본 발명의 입방정 질화붕소는 자형면이 발달되어 예리한 에지(edges)를 가지며 절삭능이 매우 우수하다. (3) (i) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물, 아미드류, 이미드류로 구성된 그룹 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물 , (ii) 규소원 및 (iii) 붕소원의 존재하에서 얻어지는 본 발명의 입방정 질화붕소는 향상된 절삭능 뿐만 아니라 인성과 내열성 모두가 향상된다.(1) The cubic boron nitride of the present invention obtained in the presence of (i) at least one compound selected from the group consisting of carbides, amides, and imides of alkali metals and alkaline earth metals and (ii) silicon sources is characterized by toughness and heat resistance. This is improved. (2) at least one compound selected from the group consisting of (i) amides of alkali metals and alkaline earth metals, imides, and (ii) carbides of alkali metals and alkaline earth metals, and (iii ) The cubic boron nitride of the present invention obtained in the presence of a boron source has a sharp edges due to the development of its shape and excellent cutting ability. (3) the cubic crystal of the present invention obtained in the presence of (i) at least one compound selected from the group consisting of carbides, amides, and imides of alkali and alkaline earth metals, (ii) silicon sources and (iii) boron sources Boron nitride not only improves cutting performance but also improves both toughness and heat resistance.
출발물질로 이용되는 육방정 질화붕소는 시판의 육방정 질화붕소 분말을 사용할 수 있다. 산화붕소 등의 형태로 혼입되는 산소 불순물은 육방정 질화붕소로 부터 입방정 질화붕소로 전환시키는 것을 지연시키기 때문에 산소함량이 적은 원료가 요망된다. 본 발명의 육방정 질화붕소는 입자크기가 특별히 한정되는 것은 아니지만 일반적로 150 메시 또는 그 이하가 바람직하다. 만약 입자크기가 너무 크면, 용매(촉매)와의 반응성이 낮아질 수 있다.Hexagonal boron nitride used as a starting material may be used commercially available hexagonal boron nitride powder. Oxygen impurities incorporated in the form of boron oxide or the like delay the conversion from hexagonal boron nitride to cubic boron nitride, and therefore a raw material with low oxygen content is desired. The hexagonal boron nitride of the present invention is not particularly limited in particle size, but is preferably 150 mesh or less. If the particle size is too large, the reactivity with the solvent (catalyst) may be low.
알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류와 이미드류 및 탄화물도 또한 출발물질로 이용되는 육방정 질화붕소와 마찬가지로 산소함량이 적은 것이 바람직하다. 입자 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반적으로 1㎜ 이하가 바람직하다. 만약, 이들 화합물의 입자크기가 너무 크면, 육방정 질화붕소와의 반응성이 낮아진다.Amides, imides, and carbides of alkali metals and alkaline earth metals are also preferably low in oxygen, like hexagonal boron nitride used as starting materials. The particle size is not particularly limited, but generally 1 mm or less is preferred. If the particle size of these compounds is too large, the reactivity with hexagonal boron nitride becomes low.
본 발명에 이용되는 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류와 이미드류는 기본적으로Amides and imides of alkali metals and alkaline earth metals used in the present invention are basically
LiNH2, NaNH2, KNH2, RbNH2, CsNH2,LiNH 2 , NaNH 2 , KNH 2 , RbNH 2 , CsNH 2 ,
Li2NH, Na2NH, K2NH, Rb2NH, Cs2NH,Li 2 NH, Na 2 NH, K 2 NH, Rb 2 NH, Cs 2 NH,
Be(NH2)2, Mg(NH2)2, Ca(NH2)2, Sr(NH2)2, Ba(NH2)2,Be (NH 2 ) 2 , Mg (NH 2 ) 2 , Ca (NH 2 ) 2 , Sr (NH 2 ) 2 , Ba (NH 2 ) 2 ,
BeNH, MgNH, CaNH, SrNH, BaNH 등이며,BeNH, MgNH, CaNH, SrNH, BaNH, etc.
본 발명에 이용되는 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물은 기본적으로Carbide of alkali metal and alkaline earth metal used in the present invention is basically
Li2C2, Na2C2, K2C2, Rb2C2, Cs2C2,Li 2 C 2 , Na 2 C 2 , K 2 C 2 , Rb 2 C 2 , Cs 2 C 2 ,
Be2C, BeC2, MgC2, Mg2C3, CaC2, SrC2, BaC2, 등이다.Be 2 C, BeC 2 , MgC 2 , Mg 2 C 3 , CaC 2 , SrC 2 , BaC 2 , and the like.
그러나 상기 화합물의 고용체, 착화물, 비화학량론적인 화합물을 사용하여도 또한 유사한 효과를 얻을 수 있다.However, similar effects can also be obtained by using solid solutions, complexes, and nonstoichiometric compounds of these compounds.
본 발명에 이용되는 규소원과 붕소원은 Si, B4Si, Si3N4, B, B4C, SiC, 금속 실리사이드, 금속 실리코풀로라이드, 금속 실리코하이드라이드, 금속 실리코나이트라이드, 유기 규소화합물, 금속 보로실리사이드, 금속 보로풀로라이드, 금속 보로하이드라이드, 암모늄 보로풀로라이드, 암모늄 실리풀로라이드 등이다.The silicon and boron sources used in the present invention are Si, B 4 Si, Si 3 N 4 , B, B 4 C, SiC, metal silicides, metal silicofluorolides, metal silicohydrides, metal silicon nitrides, organic Silicon compounds, metal borosilicates, metal borohydrolides, metal borohydrides, ammonium borohydrolides, ammonium silolipolides, and the like.
바람직한 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물, 아미드류, 이미드류는 리튬, 마그네슘 및 칼슘의 탄화물, 아미드류, 이미드류이다. 리튬, 마그네슘 및 칼슘 외의 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물, 아미드류, 이미드류는 리튬, 마그네슘 또는 칼슘의 탄화물, 아미드류, 이미드류의 경우 보다 높은 온도와 높은 압력에서만이 육방정 질화붕소로부터 입방정 질화붕소로 전환될 수 있다. 리튬, 마그네슘 또는 칼슘의 탄화물, 아미드류, 이미드류를 이용하여 얻어지는 입방정 질화붕소는 다른 아미드류, 이미드류 또는 탄화물에 의해 얻어지는 것 보다 연삭비와 요구되는 연삭력의 면에서 월등히 우수하다.Preferred carbides, amides and imides of alkali metals and alkaline earth metals are carbides, amides and imides of lithium, magnesium and calcium. Carbides, amides, and imides of alkali metals and alkaline earth metals other than lithium, magnesium, and calcium are cubic crystals of hexagonal boron nitride at higher temperatures and higher pressures than those of lithium, magnesium, or calcium carbides, amides, and imides. Can be converted to boron nitride. Cubic boron nitride obtained by using carbides, amides and imides of lithium, magnesium or calcium is much superior in terms of grinding ratio and required grinding power than those obtained by other amides, imides or carbides.
알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류의 1종 이상의 첫번째 화합물과 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속 탄화물의 1종 이상의 두 번째 화합물과의 바람직한 조합은, 리튬, 마그네슘 및/또는 칼슘의 아미드 및/또는 이미드의 1종 이상과 리튬, 마그네슘 및/또는 칼슘 탄화물의 1종 이상의 조합물이다. 리튬, 마그네슘 및 칼슘이 아닌 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류 그리고 탄화물이 hBN에서 cBN으로 전환될때에는 리튬, 마그네슘 또는 칼슘의 아마이드 또는 이미드의 경우 보다 높은 온도와 높은 압력에서만이 전환될 수 있다. 리튬, 마그네슘 및 칼슘이 아닌 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드, 이미드 또는 탄화물을 이용하여 얻어질수 있는 cBN는 리튬, 마그네슘 또는 칼슘의 아미드, 이미드 또는 탄화물에 의해 얻어진 것 보다 연삭비와 요구되는 연삭력이 다소 열등하다.Preferred combinations of amides of alkali metals and alkaline earth metals, at least one first compound of imides with at least one second compound of alkali metals and alkaline earth metal carbides, include amides of lithium, magnesium and / or calcium and / or Or a combination of one or more of imides and one or more of lithium, magnesium and / or calcium carbide. When amides, imides, and carbides of alkali and alkaline earth metals other than lithium, magnesium, and calcium are converted from hBN to cBN, they are converted only at higher temperatures and higher pressures for amides or imides of lithium, magnesium, or calcium. Can be. CBN, which can be obtained using amides, imides or carbides of alkali and alkaline earth metals other than lithium, magnesium and calcium, has a higher grinding ratio and required than that obtained by amides, imides or carbides of lithium, magnesium or calcium. Grinding force is somewhat inferior
특히 바람직한 조합은 LiNH2 와 CaC2의 조합이다. 이 조합은, 투명성이 우수하고 결점이 적은 입방정 질화붕소를 얻을 수 있기 때문에 규소원과 붕소원에 의해 매우 우수한 성질을 가진 입방정 질화붕소를, 상대적으로 낮은 온도와 낮은 압력하에서 얻을 수 있다.A particularly preferred combination is a combination of LiNH 2 and CaC 2 . Since this combination can obtain cubic boron nitride having excellent transparency and few defects, it is possible to obtain cubic boron nitride having very excellent properties by the silicon source and the boron source under relatively low temperature and low pressure.
규소원 및 붕소원으로 바람직한 것은 Si 및 B이다. 이러한 것은 취급이 용이하고 구입이 쉽고 반응성도 높기 때문에 비교적 짧은 반응시간에서도 소망하는 효과를 발휘할 수가 있다.Preferred silicon and boron sources are Si and B. This is easy to handle, easy to purchase, and high in reactivity, and thus can produce a desired effect even in a relatively short reaction time.
본 발명은, (1) (i) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류 및 탄화물로부터 선택되는 1종 이상의 화합물 및 (ii) 규소원의 존재하에서 또는 (2) (i)알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류로 부터 선택되는 1종 이상의 화합물, 및 (ii) 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물로부터 선택되는 1종 이상의 화합물 그리고 (iii) 붕소원의 존재하에서, 또는 (3) (i)알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류 및 탄화물로부터 선택되는 1종 이상의 화합물 및 (ii) 규소원 그리고 (iii) 붕소원의 존재하에서 hBN으로부터 cBN으로 전환되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제조방법에 의하면, hBN은 상기 화합물의 용매(촉매) 효과의 결과로서 잘 발달된 자형면과 예리한 에지 뿐만 아니라 우수한 인성과 내열성을 가지며, 절삭능이 우수한 cBN으로 전환될 수 있다.The present invention provides a composition comprising (1) at least one compound selected from amides, imides and carbides of (i) alkali metals and alkaline earth metals, and (ii) in the presence of a silicon source or (2) (i) alkali metals and At least one compound selected from amides of alkaline earth metals, imides, and at least one compound selected from (ii) carbides of alkali metals and alkaline earth metals, and (iii) in the presence of a boron source, or (3 (i) at least one compound selected from amides, imides and carbides of alkali metals and alkaline earth metals, and (ii) from silicon and (iii) from boron. . According to the preparation method of the present invention, hBN can be converted to cBN having excellent toughness and heat resistance as well as well-developed shape and sharp edges as a result of the solvent (catalyst) effect of the compound.
일반적으로, hBN은 각종 첨가제와 반응하여 용매나 또는 촉매로서 작용하여 cBn의 전환이 진행되는 것으로 이해되고, 이와 마찬가지로 또한 본 발명에서도 동일한 방식으로 작용을 한다고 사료된다.In general, it is understood that hBN reacts with various additives and acts as a solvent or a catalyst so that the conversion of cBn proceeds, and likewise, the present invention also acts in the same manner.
본 발명에 사용되는 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 아미드류, 이미드류 또는 탄화물에서 선택된 1종 이상의 화합물의 양은 hBN (hBN 분자의 수)을 구성하는 붕소원자 수 100 부에 대하여 첨가제를 구성하는 금속원자의 총 갯수가 0.1 ∼ 30 부이며, 더욱 바람직하기로는 0.5 ∼ 20 부이다. 만약 첨가제의 양이 0. 1 부 미만이면, 이러한 첨가제의 효과를 충분히 발휘할 수 없어, cBN 생산량이 감소된다. 만약 첨가제의 양이 30 부를 초과하면, 얻어진 cBN은 첨가제의 몇몇 성분으로 구성되는 포유물을 포함하여 연마성능을 저하시킨다..The amount of at least one compound selected from amides, imides, or carbides of alkali metals and alkaline earth metals used in the present invention is a metal atom constituting the additive with respect to 100 parts of boron atoms constituting hBN (number of hBN molecules). The total number of is 0.1-30 parts, More preferably, it is 0.5-20 parts. If the amount of the additive is less than 0.1 part, the effect of such an additive cannot be sufficiently exerted, and the cBN production is reduced. If the amount of the additive exceeds 30 parts, the obtained cBN includes a mammal consisting of several components of the additive, thereby reducing the polishing performance.
알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 탄화물로부터 선택되는 1종 이상의 화합물 대 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 아미드류 및 이미드류로부터 선택되는 1종 이상의 화합물의 비율은 각 화합물을 구성하는 금속원소의 원자비로서 70 : 30 ∼ 5 : 95이며, 더욱 바람직하기로는 50 : 50 ∼ 5 : 95이다.The ratio of at least one compound selected from carbides of alkali metals and alkaline earth metals to at least one compound selected from amides and imides of alkali metals and alkaline earth metals is 70 as the atomic ratio of the metal elements constituting each compound. : 30-5: 95, More preferably, it is 50: 50-5: 95.
만약, 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 탄화물로부터 선택되는 1종 이상의 화합물 대 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 아미드류 및 이미드류로부터 선택되는 1종 이상의 화합물의 비율이 70 : 30 보다 큰 경우에는 생성되는 입방정 질화붕소 중에 흑색의 포유물이 생성되어 연마성능을 저하시킨다. 만약 이의 비율이 5 : 95 이하이면, 알칼리 금속과 알칼리 토류 금속의 아미드, 이미드로부터 선택되는 1종의 화합물의 용매 (촉매) 효과가 너무나 높아 생성되는 입방정 질화붕소의 입자모양이 불규칙하게 되고, 그 연마성능도 낮아 진다.If the ratio of at least one compound selected from carbides of alkali metals and alkaline earth metals to at least one compound selected from amides and imides of alkali metals and alkaline earth metals is greater than 70:30, the resulting cubic crystal Black mammals are formed in boron nitride to reduce the polishing performance. If the ratio is 5:95 or less, the solvent (catalyst) effect of one compound selected from amides and imides of alkali metals and alkaline earth metals is too high, resulting in irregular cubic boron nitride particles. The polishing performance is also lowered.
규소원의 양은 육방정 질화붕소 분자수 100 부에 대해 규소원자수가 0.01 ∼ 0.8 부가 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 0.025 ∼ 0.3 부이다. 만약 규소원의 첨가량이 0.01 부 미만이면, 규소원의 첨가효과를 충분히 발휘할 수 없으며, 또한 만약 0.8 부를 초과하면 입방정 질화붕소의 수득률이 감소된다.The amount of the silicon source is preferably 0.01 to 0.8 parts of silicon atoms, more preferably 0.025 to 0.3 parts with respect to 100 parts of hexagonal boron nitride molecules. If the addition amount of the silicon source is less than 0.01 part, the addition effect of the silicon source cannot be sufficiently exerted, and if it exceeds 0.8 part, the yield of cubic boron nitride is reduced.
붕소원의 양은 육방정 질화붕소 분자수 100 부에 대해 붕소원자가 0.05 ∼ 15 부가 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 0.1 ∼ 5 부의 비율이다. 만약, 붕소원의 첨가량이 0.05 부 미만이면 붕소원의 첨가효과를 충분히 발휘할 수 없으며, 만약 붕소원의 첨가비율이 15 부 초과하면, 입방정 질화붕소의 수득률이 감소된다.The amount of the boron source is preferably from 0.05 to 15 parts of boron atoms, more preferably from 0.1 to 5 parts with respect to 100 parts of hexagonal boron nitride molecules. If the addition amount of the boron source is less than 0.05 part, the addition effect of the boron source cannot be sufficiently exhibited. If the addition ratio of the boron source is more than 15 parts, the yield of cubic boron nitride is reduced.
상기의 첨가제와 육방정 질화붕소를 결합시키는 바람직한 방법으로서, 이들의 분말들을 함께 혼합시키나 반응용기에 육방정 질화붕소와 첨가제의 층들이 교호되어 적층되도록 배치시킬 수 있다.As a preferred method of combining the above additives and hexagonal boron nitride, these powders may be mixed together or arranged so that the layers of hexagonal boron nitride and the additives are alternately stacked in the reaction vessel.
실제적으로, hBN과 첨가제는 각각 별도로 또는 반응용기에서 충전시킨 후 약 1 ∼ 2 t/cm2의 압력에서 채우는 것이 바람직하다. 이것은 조 분말의 취급용이성을 향상시키는 효과가 있는 동시에 반응용기에서의 수축량을 감소시킴으로써 생산성을 향상시킨다.In practice, the hBN and the additives are preferably filled separately or in a reaction vessel and then filled at a pressure of about 1-2 t / cm 2 . This has the effect of improving the ease of handling of the crude powder and at the same time improving the productivity by reducing the amount of shrinkage in the reaction vessel.
상기 성형체 또는 적층체에 사전에 입방정 질화붕소의 미립을 시드로서 결합시키고, 이를 핵으로서 상기의 추가된 미세 cBN 입자에 의해 입방정 질화붕소의 결정 성장을 촉진시킬 수 있다. 이러한 실시는 본 발명에 포함되어 있다. 이런 경우, 시드 입자는 본 발명의 탄화물, 아미드 및/또는 이미드의 첨가제들로 도포될 수 있다.The granules of cubic boron nitride may be previously bonded to the molded body or the laminate as a seed, and as a nucleus, the added fine cBN particles may promote crystal growth of cubic boron nitride. Such an implementation is included in the present invention. In this case, the seed particles may be applied with additives of the carbides, amides and / or imides of the present invention.
반응용기는 cBN의 안정화 범위의 온도와 압력 조건하에 조 분말(hBN 및 첨가제) 또는 이들의 성형체를 유지할 수 있는 고온, 고압 발생기이다. 이 안정화(온도 및 압력) 범위는 문헌[P. Bundy, R. H. Wentorf, J. Chem. Phys., 38(5), 1144 ∼ 1149, (1963)]에 소개되어 있고, 대부분의 경우 최소한의 온도와 압력은 1100℃, 그리고 3. 8 GPa가 효과적이나, 이것은 첨가제(용매, 촉매)들의 종류 및 조합에 따라 변화될 수 있다. 유지 시간은 특별히 한정되지 않으며 원하는 전환율을 달성시키기 위해서는 대부분의 경우 약 1초 ∼ 6 시간이다.The reaction vessel is a high temperature, high pressure generator capable of holding crude powders (hBNs and additives) or their molded bodies under temperature and pressure conditions in the stabilization range of cBN. This stabilization (temperature and pressure) range is described in P. Bundy, RH Wentorf, J. Chem. Phys., 38 (5), 1144-1149, (1963), and in most cases minimum temperatures and pressures of 1100 ° C. and 3. 8 GPa are effective, but this is not the case with additives (solvent, catalyst) It may vary depending on the type and combination. The holding time is not particularly limited and in most cases, about 1 second to 6 hours in order to achieve a desired conversion rate.
hBN은 상기의 안정화 범위를 유지함으로써 cBN으로 전환되며, 만약 온도와 압력 조건이 매우 높으면 100% 가까이의 전환률을 얻을 수 있다. 그러나 일반적으로 hBN과 cBN의 혼합물을 포함하는 합성 괴가 얻어진다.hBN is converted to cBN by maintaining the above stabilization range, and if the temperature and pressure conditions are very high, a conversion rate of nearly 100% can be obtained. In general, however, synthetic ingots comprising a mixture of hBN and cBN are obtained.
합성 괴를 분쇄하여 cBN으로 분리한다. 사용된 분리 방법은 일본국 특허공고공보 제 49 - 27757 호에 기술되고 있는 바, 예컨대 합성 괴를 5 mm 이하, 바람직하기로는 1 mm 이하로 분쇄한 후, 수산화 나트륨과 소량의 물을 가하고 약 300℃의 온도에서 가열하여 hBN을 선택적으로 용해시키고 자주 냉각시킨 후, 산 세정 및 여과에 의해 cBN가 얻어진다.The synthetic ingots are ground and separated into cBN. The separation method used is described in Japanese Patent Laid-Open No. 49-27757, for example, after pulverizing the synthetic ingot to 5 mm or less, preferably 1 mm or less, sodium hydroxide and a small amount of water are added and about 300 After heating at a temperature of < RTI ID = 0.0 > C, < / RTI >
[실시예]EXAMPLE
알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속이외의 불순물로서 0. 2 중량%의 금속 불순물, 0. 8 중량%의 산소를 함유하고 150 메시 이하의 입자인 육방정 질화 붕소에 하기 표에 표시된 양으로 각종 첨가제 또는 원소 금속을 첨가하였다. 표에 나타난 첨가제의 양은 육방정 질화붕소의 분자수 100 부에 대하여 첨가된 첨가제 또는 원소금속을 구성하는 금속원자의 총 갯수의 비율을 나타낸 것이다. 이 혼합물을 도 1에 표시된 반응용기에서 1. 5 ton/cm2 의 압력으로 조정하고 26 mmø × 32 mmh 성형체를 제조하였다.Various additives or elements in the amounts shown in the table below in hexagonal boron nitride, which is 0.2% by weight of metallic impurities, 0.8% by weight of oxygen and particles of 150 mesh or less as impurities other than alkali metals and alkaline earth metals. Metal was added. The amount of the additive shown in the table represents the ratio of the total number of metal atoms constituting the added additive or elemental metal to 100 parts of the number of hexagonal boron nitride. This mixture was adjusted to a pressure of 1.5 ton / cm 2 in the reaction vessel shown in FIG. 1 to prepare a 26 mm x 32 mmh molded body.
도 1에 나타난 반응용기에서, 용기 외벽 (1)은 전압체로서 엽납석으로 만들었고 원통상이며, 그 내측에는 흑연 실린더로 구성된 가열기 (2) 및 격막재로서 엽납석 (8)이 마련된다. 또한, 용기의 상부와 하부의 끝에는 각각 전도성 스틸 링 (3)과 전도성 스틸판 (4)가 마련되며, 그 내측에는 소결 알루미나 판 (5)와 전압체로서 엽납석 (6)이 마련되고, 이 엽납석 (6) 및 격막제로서의 엽납석(8)에 의해 둘러 쌓여 있는 공간이 반응 원료를 수용하는 수용실(holding compartment)(7)로 사용된다.In the reaction vessel shown in Fig. 1, the outer wall 1 of the vessel is made of plecides as a voltage element and is cylindrical, and inside it is provided a heater 2 composed of graphite cylinders and a plecides 8 as a diaphragm material. Further, conductive steel rings 3 and conductive steel plates 4 are provided at the ends of the upper and lower portions of the container, respectively, and sintered alumina plates 5 and chloroplast 6 as voltage bodies are provided therein. The space enclosed by the sinter rock 6 and the sinter rock 8 as a diaphragm is used as a holding compartment 7 for receiving the reaction raw materials.
이 반응용기에서 상기에 나타낸 성형체를 표에 나타난 조건하에 10분간 처리하였다.In this reaction vessel, the molded product shown above was treated for 10 minutes under the conditions shown in the table.
입방정 질화붕소는, 모르타르 또는 이와 유사한 것으로 약 1 ㎜ 이하로 분쇄하여 제조된 시편에 수산화 나트륨과 소량의 물을 가하고 300℃에서 가열한 다음 이것을 냉각, 증류수와 염산으로 세정하고 여과한 다음 여과 잔사를 건조함으로써 분리(정제)할 수 있다.Cubic boron nitride is a mortar or the like, and the specimen prepared by grinding up to about 1 mm or less is added with sodium hydroxide and a small amount of water, heated at 300 ° C., cooled, washed with distilled water and hydrochloric acid, filtered, and then filtered. It can isolate | separate (purify) by drying.
이렇게 얻어진 입방정 질화붕소를 JIS - B 4130에 의거 120/140에 입도를 조정하고 "인성 지수(toughness index)"와 "가열 인성 지수(thermal toughness indes)"를 측정하였다.The cubic boron nitride thus obtained was adjusted to 120/140 based on JIS-B 4130, and the "toughness index" and "thermal toughness indes" were measured.
"인성 지수"라 함은 상기 입도구분 120/140에 대응하여 지정되는 139μm의 체를 통과하고 107μm의 체에 남아있는 시료의 일정량과 스틸 링 1개를 용적 2 ml의 캡슐에 넣고 일정시간 (30.0 ± 0.3초) 분쇄한 후 지정된 90μm의 체에 스크린하여 이 체 위의 시료잔존 중량을 100분율로 표시하는 것이다."Toughness index" means a certain amount of sample and one steel ring that pass through a 139 μm sieve specified in correspondence with the granule powder 120/140 and remain in a 107 μm sieve in a 2 ml volumetric capsule for a fixed time (30.0 ± 0.3 sec.) After grinding, screen the screen with a specified 90μm sieve to display the remaining weight of the sample on this sieve as a fraction of 100.
"가열 인성 지수"라 함은 상기 시료를 대기중에서 1050℃에서 1시간 소성시킨 후, 묽은 염산으로 세척하고 건조시켜 사용하는 것 외에는 상기 인성 지수와 같은 방법으로 측정하였다.The term “heating toughness index” was measured in the same manner as the toughness index except that the sample was calcined at 1050 ° C. in air for 1 hour, washed with dilute hydrochloric acid, and dried.
측정된 인성 지수가 높으면 높을수록 연마분의 인성이 높다는 것을 의미하며, 또한 측정된 가열 인성 지수가 높으면 높을수록 연마분의 내열성이 높다는 것을 의미한다.The higher the measured toughness index, the higher the toughness of the ground powder, and the higher the measured toughness index, the higher the heat resistance of the ground powder.
이렇게 얻어진 육방정 질화붕소를 이용하여, 유리질로 결합된 연삭숫돌을 만들었다. 이 연삭숫돌은 아래와 같은 조성과 외관을 갖추었다.Using the hexagonal boron nitride thus obtained, a grinding wheel bonded by vitreous was made. This grinding wheel has the following composition and appearance.
cBN의 입도 #120/140Particle size of cBN # 120/140
집중도 100(연삭숫돌 25 부피% 비)Concentration 100 (25% Grinding Wheel Ratio)
기공률 30 부피%Porosity 30% by volume
결합률 25 부피%Bonding rate 25% by volume
충전제( 백색 alundum WA #200 ) 30%Filler (White Alundum WA # 200) 30%
연삭숫돌의 외관 205 mmø 및 5 mmU 76. 2HAppearance of grinding wheel 205 mmø and 5 mmU 76.2H
입방정 질화붕소를 보로실리케이트 유리 및 충전제와 혼합하고 약 5 mm × 3 mm × 30 mm의 형상으로 성형하고 공기중에서 1050℃의 온도에서 10시간 동안 소성하였다. 불에 달구은 이 소성체를 알루미늄 휘일 외면에 결합시켜 연삭숫돌을 제작하였다.Cubic boron nitride was mixed with borosilicate glass and filler, molded into a shape of about 5 mm × 3 mm × 30 mm and fired for 10 hours at a temperature of 1050 ° C. in air. The fired body was bonded to the outer surface of the aluminum wheel to prepare a grinding wheel.
얻어진 연삭숫돌에 대한 연삭시험은 아래와 같은 조건하에서 평면 연삭기를 사용하여 수행하였다 :Grinding tests on the resulting grinding wheel were carried out using a planar grinding machine under the following conditions:
습식 평면 횡단 연삭Wet Flat Cross Grinding
연삭숫돌의 주변 속도 1500 m/minPeripheral speed of grinding wheel 1500 m / min
태이블 속도 15 m/minTable speed 15 m / min
가로이송 속도 2 mm/통과Feed rate 2 mm / pass
셋팅 깊이 20μmSetting depth 20 μm
연삭 물질 SKH - 51Grinding Material SKH-51
연삭 비율(연삭량/연삭숫돌의 마모)과 여기서 사용된 동력을 측정하였고 아래 표에 나타내었다.The grinding ratios (grinding / grinding wear) and the power used here were measured and shown in the table below.
얻어진 전환된 합성괴의 일부를 모르타르에 분쇄하였고 엑스선 분말회전 장치(X-ray power diffraction instrument)를 사용하여 CuK α-선을 이용하여 입방정 질화붕소( 111 ) 및 육방정 질화 붕소( 002 )의 회전선의 강도비로부터 입방정 질화붕소로의 전환율을 구하였다.A portion of the obtained converted ingot was crushed in mortar and the rotation of cubic boron nitride (111) and hexagonal boron nitride (002) using CuK α-rays using an X-ray power diffraction instrument. The conversion rate to cubic boron nitride was obtained from the line intensity ratio.
표table
본 발명에 의하면, 육방정 질화붕소를 우수한 자형면의 입방정 질화붕소로 전환 시킬 수 있다.According to the present invention, hexagonal boron nitride can be converted into cubic boron nitride having an excellent shape.
도 1 은 실시예에서 육방정 질화붕소를 입방정 질화붕소로 전환시킬때에 사용되는 반응용기의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a reaction vessel used when converting hexagonal boron nitride to cubic boron nitride in an embodiment.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
1 : 용기 외벽 2 : 가열기1: outer wall of container 2: heater
3 : 스틸 링 4 : 스틸 판3: steel ring 4: steel plate
5 : 알루미나 판 6, 8 : 엽납석5: alumina plate 6, 8: lamellar
7 : 수용실7: storage room
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