KR830001462B1 - 촉매가 없는 상태에서 육방형 질화붕소로부터 입방형 질화붕소의 제조법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

촉매가 없는 상태에서 육방형 질화붕소로부터 입방형 질화붕소의 제조법
제1도-제4도 미특허 2,947,611 ; 2,941,241 ; 2,941,248에 설명되어 있듯이 고압-고온하에서 사용시 반응대 어셈블리(또는 셀)에 대한 여러 가지 배치형상의 절단면임.
제5도는 본 발명의 제조에서 전형적으로 나타나는 집합된 입방형 질화붕소 연삭제들을 나타내는 현미경 사진(배율 50×).
본 발명은 입방형 질화붕소의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 미특허 제2,947,617호에서 정형화되었으며 잘 알고 있는 고압-고온 장치의 반응대 어셈블리에서 육방형 질화붕소 분말의 전처리공정과 변형에 대한 것을 포괄하고 있다.
본 발명의 육방형 질화붕소 분말로부터 입방형 질화붕소를 제조하는 방법은 하기와 같이 요약할 수 있다
가) 육방형 질화붕소 분말표면에서 산화붕소의 제거 ;
나) 단계(가)에서의 육방형 질화붕소를 다음 조건의 고온-고압처리하에 입방형 질화붕소로 전환시킴 ;
1) 55-60킬로바아 압력 ;
2) 1600℃의 재전환온도 ;
3) HBN을 CBN으로 전환시키고, CBN을 소결시키에 충분한 시간 ;
4) 입방형 질화붕소로의 전환 및 입방형 질화붕소의 소결을 저해하는 불순물이 없는 상태.
제전환온도란 질화붕소가 입방형의 결정구조에서 육방형으로 제전환되는 것을 정의하는 것이다. 질화붕소의 상(phase) 도표에서 육방형 질화붕소 안정지역과 입방형 질화붕소 안정지역을 분리하는 평형선을 따라 이 온도가 발견된다(미특허 제3,212,852; 제6도와 8행 66줄-9행 42줄).
단계 (나)의 좀더 바람직한 시간은 2-60분으로서, 3-10분이 더욱 바람직함.
단계 (가)에서 "분말"이란 일반적인 분말뿐 아니라 입자로 간주되는 것까지 의미한다.
상기의 단계(가)는 기술적 영역에서 간주하기를 전처리공정으로 한다. 원재료의 표면에서 산을 제거하는 어떠한 방법(예, 불활성 기체상태에서 가열)도 유용하다.
전처리후에, 육방형 질화붕소를 적절한 고압셀에 부하시키고, 부하된 셀을 고압-고온기구에 장치한다. 첫째, 압력을 그리고 온도를 증가시키고 입방형 질화붕소로 전환시켜서 소결되도록 충분한 시간동안 원하는 조건에서 보지한다. 단시간동안 고압상태에서 이 샘플을 냉각시키고, 최종적으로 압력을 대기압으로 낮추면, 다결정체 입방형 질화붕소가 회수된다. 외부의 셀부분으로부터 고온처리 동안에 샘플내로의 불순물 침입을 방지하도록 고압 셀 디자인에 조심을 해야 한다.
PBN에서 얻은 CBN은 P-CBN으로 간주하며, GBN에서의 CBN은 G-CBN으로 간주한다.
조강의 PBN 분절들을 연삭시켜 PBN 분말을 제조할 수 있다. 더욱 전화시키기 위해 특이한 그물눈으로 거를 수 있거나 거르지 않은 상태에서 전환될 수 있는 높은 종횡비의 판모양의 입자들로 분쇄한 분말을 구성할 수 있다.
전처리공정에서는 휘발성 불순물이 제거되도록, 특히 표면의 산화오염물(산화붕소)을 제거하기 위해 진공가열 및 HBN 분말의 소성처리가 더욱 바람직하다. 표면 산화오염물의 탈가스화에 덧붙여서, 유리(free)붕소의 엷은 막이 산화물이 제거된 분말입자의 표면에 형성되는(분해로부터) HBN 열분해 온도에서 HBN 원료분말의 진공소성을 수행한다.
형성된 표면붕소의 양은 진공, 온도, 시간 및 입자등에 의존한다. 참고문헌에 언급한 드레거의 논문은 온도의 함수로써 질화붕소에 대한 질소의 분해압력을 나타내고 있으며, 열분해에 필요한 진공/온도 조건에 대한 안내서로 활용된다. 초기압력 10-3-10-10mmHg에서, 1400-1900℃나 그 이상의 온도에서 직절한 시간내에 충분한 열분해를 수행하도록 한다(5분에서 4시간). 이들 범위에서 B2O3표면오염물이 탈취되고, 유리표면붕소의 증가는 소성온도 및 시간의 증가에 따라 생성되는 것이다(사익의 드레거 논문을 참조하시오). 물론, 고온에서는 저온보다 공정시간이 적게 걸리므로 온도는 시간과 관련되어 있다.
형성된 유리붕소의 상대적 양은 진공-소성된 분말의 탈색하에 의하여 눈에 띄게 추론할 수 있다. 극히 소량의 표면붕소가 제작되어지는 더 낮은 소성온도(1500-1650℃)에서, 진공-소성되어진 분말은 엷은 적갈색 빛깔이다.
좀더 높은 소성온도에서 (1800-1900℃), 입자들이 검은 붕소표면막으로 씌워질 따까지 색도는 증대하는 소성온도 및 시간에 따라 증가한다.
PBN에서 얻은 전환된 물질의 형태는 지공소성공정 과정에서 제조되는 유리붕소의 양에 의하여, 강력하게 영향받는 것으로 발견되어져 왔다. 소량의 유리붕소에 의하여 입자계면이 전환된 물질내에서 구분될수 있으며, 분쇄후에 미출원번호 812,283의 공정에 의하여 제조한 PBN 농축물의 분쇄로 얻은 입자형태와 동일한 반투명의 황색/갈색입자를 얻는다.
고온고성된 PBN분말(과량의 유리붕소)을 전화시키면 전혀 입자계면이 구분되지 않고 분쇄된 입자가 불투명의 흑색인 완전히 용융된 흑색인 완전히 용융된 흑색덩어리가 산출된다. 분쇄조작은 진공소성된 분말상의 유리붕소의 양에 따라 뚜렷하게 영향받는다.
진공소성은 공기에 재노출시킴으로서 분말이 재산화되는 것같다. 진공소성중에 제조된 붕소의 표면층은 HBN의 CBN으로의 전환공정을 촉진시키는 것으로 이론화되어져 왔다. 이층은 흑연같은 육방형 질화붕소(GBN)의 경우에 필요하다.
전처리 수행중에, 비반응의 컨데이너(탄소, 그라프포일, 탄탈 등)에 있는 정량의 HBN 분말을 진공노에 위치시키고, 표면산화오염물이 증발하도록 충분한 시간동안 진공상태에서 가열시켜, 분말입자에 대한 열분해에 의하여 얇고, 유리된 붕소막을 형성한다. 최대의 입자직경은 항상 GBN은 0.1-10미크론이고 PBN은 서브미크론에서 약 3.3mm까지이다.
진공-소성 전처리단계후, 진송상태에서 샘플을 냉각시키고, 진공노에서 빼내어서 고압-고온(HP/HT) 기구가 있는 반응대 어셈블리에 부하시킨다.
먼저 압력을 그리고 온도를 증가시키고, 전화와 소결이 되도록 충분한 시간동안 원하는 조건에서 보지시킨다. 이 샘플을 단시간동안 감압하에서 냉각시킨 후, 최종적으로 대기압으로 감축시키면, 다결정체CBN의 덩어리가 얻어진다.
흑색의 다결정체 덩어리로 전환되는 것은 실험적으로 시장의 HBN분말을 55-70킬로 바아와 약 1800-2300℃의 온도로 진공-소성시킴으로 생산할 수 있다.
반응대 어셈블리들 및 제1도-제4도의 셀들은 실린더형의 슬리브 7(제2도-제4도는 9)과 중심이 같으며 그 내부에 위치한(제2도-제4도는 외부에) 탄소관 1(제2도-제4도는 8)로 구성되어 있다. 실린더 슬리브는 고압-고온 방법처리 동안에 외부셀 부분에서 샘플로 불순물이 투과되는 것을 방지한다. 슬리브를 구성한 차폐금속은 지르코늄, 탄탈, 텅스텐 및 몰리브덴으로 이루어진 그룹들로부터 선택된 불활성 금속이다.
탄소관과 차폐금속 슬리브로 꾸며진 실리더내에 상승된 압력과 온도(중심 공동내에) 및 다른 셀 성분에 견디도록 HBN 4의 샘플을 위치시킨다. 이 샘플을 상기에서 언급한 그룹에서 선택할 수 있는 불활성 금속으로 제조되어진 차폐디스크 2에 의하여 상하가 보호된다. 탄소 3의 플러그를 충전재로서 샘플의 각 끝과 차폐금속 디스크 사이에 위치시킨다.
반응대 어셈블리의 반대끝을 압력이 샘플에 전달되도록 플러그와 결합한다. 플러그는 단열재(예, 라바)인 불활성물질로 제조한다. 제1도에서, 각 플러그는 차폐 금속판에 근접한 최초의 가열-가압된 질화붕소 플러그 5, 최초의 가열-가압된 질화붕소 플러그와 두번째 가열-가압된 플러그 13 사이에 위치한 탄소플러그 6으로 구성되어 있다. 제2도에서, 플러그 10의 끝은 가열-가압된 질화붕소로 구성되어 있다.
제3도에서, 양자택일로, 금속디스크와 슬리브에 사용된 그룹과 동일한 것에서 선택한 금속박의 외피 11을 가온 가압된 질화붕소말단 플러그 주위에 장치한다. 압축하는 동안 이 외피의 급속한 팽창을 고려해서 금속디스크와 보호슬리브 사이의 틈을 메꾸기 위해 상기 플러그 말단에서 이 외피의 끝부분을 굽힌다. 제4도에서 외피 12는 단지 말단 플러그의 일부만 덮는다(제3도와 같이 완전히 덮지 않음). 제4도에서 말단 플러그는 금속박이 씌워져서 틀이 잡힌 제1질화붕소플러그 14 및 제1플러그와 셀의 끝사이의 공간을 채우는 제2의 질화붕소플러그 15로 이루어져 있다.
전형적으로, 시장에 나와 있는 가온-가압된 질화붕소는 산소존재하의 약 1000psi(6.895K 파스칼) 압력과 2000℃ 이상의 온도에서 편리한 형태(예, 막대)로 가온-가압된 산화붕소(3-4%) 결합제와 혼합된 질화붕소로 구성되어 있다. 이러한 것은 유니온 카바이드사의 등급 HBN과 같은 상표로 시장에 나와 있다.
입자용해를 방지하기 위해 HBN샘플과 흑연을 혼합할 수 있다.
보호금속 슬리브에서 HBN샘플(솜털같은 것)을 미리 압축하는 것은 좀더 바람직한 형의 일부이다. 이러한 미리 압축시키는 과정은 적절 압력이 20,000psi(137.9K 파스칼)인 수동압축으로 수행한다.
고압-고온 방법에 대한 양호한 조건은 65-25킬로바아, 2000-2300℃와 8분의 압축시간이다. 입방형 질화붕소는 하기와 같이 고압-고온 처리 후에 반응대 어셈블리의 주형에서 회수할 수 있다.
(1) 말단플러그를 구성하는 셀의 끝을 잘라냄 ;
(2) 황산과 질산의 혼합물(예, 90 : 10부피 비율로)과 남아 있는 물질을 혼합함 ;
(3) 물속에 있는 불용성 고체를 세척함 ;
(4) 잔존하는 차폐금속, 탄소 및 공간을 채운 물질을 용해하도록 질산과 불화수소산 혼합물(약 50/50에서 90/10의 부피비)과 고체를 혼합함 ;
(5) CBN 고체 조각들을 최종적으로 물로 세척함.
CBN의 거친 가루는 회수한 CBN 조각들을 본쇄하여 얻는다. 이같은 가루들은 출원번호 812,283(예, 분쇄 및 압착)의 콤펙트에 수행된 크기감소 조작을 통해 형성될 수 있다. 숫돌차검사에 의한 P-CBN형 연삭제는 일반적으로 연삭에 사용된 촉매로 성장시킨 CBN에 비교해서 개선된 성능을 보인다. 성능에서의 차이는 주로 P-CBN입자와 촉매성장 연삭제 입자 사이의 내부구조의 차이에 유래하는 것같이 보인다. 촉매성장연삭제입자는 상대적으로 약한 분리평면을 지닌 단일 결정체이다. P-CBN 물질은 전혀 조잡한 해평면을 지니지 않았으며, 더욱 강하고 터프한 입자로 인한 구조적 결점에 의하여 분열전달이 지연되는 구조를 지녔다.
성능에 있어서의 차이는 P-CBN과 촉매성장 입자사이의 형태학적 차이에도 관련되어 있다.
촉매성장입자는 공정의 단일경정체 성장조건에 의하여 지배되는 규칙적이고, 수평의 부드러운 표면인반면, P-CBN 입자는 공정조건과 분쇄공정에 따라 마크로 및 마이크로의 불규칙적 형태를 지닐 수 있다. P-CBN 그릿의 제조에 대한 HP/HT 전화방법을 수행함으로서, P-CBN 물질의 마이크로 구조변환가 HP/HT 방법조건에 의존하고 있음을 발견했다.
좀더 낮은 치리 온도에서 제조된 P-CBN은 고도의 불완전(적은 결정체 크기)구조를 지녔다. 처리온도의 증가에 따라, 결정성은 최고의 온도에서 10마이크론 또는 그 이상의 개개의 결정체가 관찰될 수 있을 때까지 개선된다.
성능에 대한 내부격자의 효과를 추적하기 위해, P-CBN 그릿의 두가지 형태가 검사를 위해 선택했다 ;
(ㄱ) 저온에서 제조된 고도로 불완전한 작은 결정 크기 구조를 지닌 물질, SCS로 명명함.
(ㄴ) 고온에서 제조된 커다란 결정을 지닌 물질, LCS로 명명함.
종전에 밝힌 HP/HT 전화조작을 통해 SCS 물질이 제조될 수 있는 공정온도는 약 2000℃와 2100℃ 사이이다. LCS 물질은 약 2100℃ 이상의 재전화온도에서 얻는다.
본 발명은 하기의 실시예도 통해 더욱 명확하여질 것이다. 실험적인 고압-고온 가동에서, 제1도 모양의 셀을 지닌 동일한 힘, 온도검사 가동으로부터 최대온도를 결정했다. 셀리 최대온도에 달하는데 약 3-4분이 걸리는 것이 발견됐다. 따라서 최대온도는 보고된 가열시간보다 3-4분 적을 것이다.
[실시예 1]
직경
Figure kpo00001
인치(95.25mm), 두께 1/8인치(3.18mm)이고 시장의 CBN 연마그릿 18.75부피 퍼센트(BORAZON형 2, 제네랄 일렉트릭 컴페니의 등록상표)를 함유한 11V-9꽃잎모양컵의 레신으로 결합된 연삭숫돌차를 콘트롤용으로 준비한다. P-CBN 콤펙트 디스크충격 제분기[약 1/2인지(13mm) 직경×50-80밀스(1.3-2mm) 두께를 통해 제조한 P-CBN 연삭그릿을 함유한 4개의 똑같은 숫돌차를 준비한다.
출원번호 812,283의 공정과 일치하게 65-70킬로바아, 1900℃에서 2500℃로 3-10분간 직접 고압-고온의 PBN판의 전화를 시행해서 디스크를 준비한다. 충격제분 시도전에, P-CBN 콤팩트를 콤팩트 표면에 부착한 물질을 제거하기 위해 모래에 휘몰아친다. 충격제분후에, 얻어진 분말을 체로 거른다.
내부격자 구조의 효과를 추적하기 위해, 저온에서 제조한 작은 결정크기의 구조(SCS)를 지닌것 하나와 고온에서 제조한 큰 결정의 것(LCS)과 같이 2가지 형태의 P-CBN그릿을 검사용으로 선택한다.
모든 이들 연삭제들은 약 60%가 닉켈로 코팅된 닉켈이다. 질화붕소에 닉켈코팅을 적용하는 공정은 잘 알려져 있다(영국 특허 1,278,184를 참고하시오).
2번 신시네티 밀라크론 기계에 숫돌차들을 적용시키고, 절삭그라인더는 자동조작으로 수정시키고, 엠2기계강(60-62록크웰 경도)을 모방한 기계로 만들 것을 연삭해서 검하한다. 기계를 4000SFPM(122M/분)의 숫돌차속도, 테이블속도 8FPM(2.62M/분), 이송(In Feeds) 0.002인치(0.051mm)와 0.003인치(0.076mm)에서 작동시킨다. 각 조건의 조합별로 연삭비와 표면다동질을 결정함.
얻어진 측정결과를 부착된 표 1에 기입함.
[표 1]
Figure kpo00002
작은 결정물질이 각각의 예에서 가장 잘 조작된다.
[실시예 2]
연삭조작시 입자모양의 효과를 추적하기 위해, 실시예 1(100/120체)에서 나온 공정에 따라서 상기의 PBN 분말에서 제조한 작은 결정물 크기의 P-CBN 일정량을 뚜렷하게 농담이 고르지 않은 것(낮은 종횡비)과 뚜렷하게 편평한(높은 종횡비)입자들(50/50형 분리기)로 구분한다. 형상구분은 형상분리기계상에서 수행된다. 이러한 기계들은 본 기술에 잘 알려져 있으며, 에이취, 비. 박사, "이엠비 천연다이어몬드", 공업적인 다이어몬드 티뷰, (1964, 8월) 페이지 192에서 찾을 수 있다.
여러 가지 제작물들을 실시예 1에 나온 조건 및 장치에서 행한 검사결과는 표 3에 나와 있다. 사용된 것들은 하기와 같다 :
[표 2]
Figure kpo00003
농담의 추출단편은 각 경우에서 무광택의 단면을 성능면에서 증가하며, 한가지를 제외한 모두가 좋은 성능을 보인다.
[실시예 3]
커다란 PBN 조각을 분말형태로 제분시켜서 일정량의 PBN 분말을 생성한다. PBN 조각은 도가니와 접시와 같이 모양지어진 PBN으로 구성되어 있다. 제분된 분말은 주로 12메쉬에서 미분에 이르는 높은 종횡비의 판모양의 입자로 구성되어 있다.
[표 3]
Figure kpo00004
BL=농담의 단편 PL=무광택의 단편
P-CBN으로 전환시키기 전에 PBN 분말표면의 산화오염물을 제거하기 위해 PBN 분말을 여러 온도에서 진공 가온한다. 수개의 진공소성조작을 탄탈보우트에 함유된 PBN 분말상에서 수행한다. 샘풀을 진공노에 위치시켜서 시스템을 10-5에서10-6mmHg로 진공 조작시킨후 샘플을 원하는 시간, 원하는 온도로 가열하고, 진공상태에서 냉각시킨다. 5-41gm의 분말을 함유하는 총 9회의 진공, 소성 조작열을 60-80분간 1750-1860℃의 소성온도에서 수행한다. 진공소성후, 초기의 흰색의 PBN 분말은 흑색의 붕소원소층으로 피복된다.
제1도형의 고압셀을 사용해서 CBN에 대한 고압/고온 전화에 쓰인대로 상기의 진공소성된 분말의 일부를 사용한다. 셀에 샘플을 부하시키고 65-70킬로바아, 2000℃에서 총가열시간 10분으로 고압/고온 기구에서 작동시킨다. 이 결과 발생하는 다결정 CBN 덩어리를 고압셀에서 물리적으로 제거하고, 부착된 탄소를 제거하기 위해 산으로 처리하고(약 10% 질산 /90% 황산) 제분된 것을 충격을 가해 분말로 만든다. 체로 쳐서 60/80단편을 분리하고, 초음파욕조에서 세척하고, 숫돌차검사를 위해 공기 건조시킨다. (샘플 ×-7A).
상기의 진공소성된 PBN 분말의 두번째 부분을 고압/고온 전화 이전에 진공 소성하는 동안 형성된 붕소를 제거하기 위해 질산으로 처리한다. 이 결과(× -7B) 생긴 다결정 CBN 덩어리를 상기와 같이 숫돌차검사를 위해 처리한다.
상기와 같이 고압/고온 전화 및 후(POST)전화 공정을 사용해서 1580-1615℃에서 60-90분간 PBN 분말을 진공 소성하여 (×-7C)를 제조한다.
[실시예 4]
실시예 3에서의 60/80메쉬 단편의 알멩이들을 실시예 1과 2와 동일한 방법에서 컵 모양의 연삭숫돌차로 실험한다. 실시예 1과 동일한 콘트롤과 형이 완성안된 P-CBN 분말(고압/고온 전화된 PBN 판을 제분해서 제조한), 즉 P-CBN-SU로 모양지운 60/80메쉬 샘플의 비교를 위해 실험한다. 결과는 표 4에 나와 있다. 이들은 붕소층의 효과를 나타내며 엷은층이 더욱 바람직함을 나타내고 있다.
[표 4]
Figure kpo00005
총괄적으로 주어진 여러 단계에 따라 GBN에서 제조된 G-CBN 연삭제를 사용한 연삭숫돌차의 실험으로 다결정체의 존재시에 일찌기 발생한 도판(pullout)과 나타난 그릿의 초기의 도판을 설명할 수 있는 마멸에 의하여 무디어졌음을 알 수 있다. 이러한 관찰은 다결정체 그릿의 특성에 일관되는 것이다. 이 다결정체는 미크론 크기의 HBN입자를 전화 및 용융하므로써 형성된다. 미크론 크기로 된 입자의 계면에서 마이크로치핑(microchipping)에 의하여 다결정체를 마모시키면 입자의 파쇄를 재현하는 마크로형의 날카로운 포인트가 발생되기 이전에 결합으로부터 입자를 빼내기에 충분한 다결정체상의 힘을 지닌 초기의 날카로운 절단 포인트를 둥글게 만든다.
따라서 GBN을 원료로 할 경우, 본 발명의 좀더 바람직한 형은 하기의 수정을 덧붙여서 수정한다. 단계(가)와 (나)의 사이에, 진공소성된 GBN 분말을 5-30부피 퍼센트 단일 결정의 촉매로 성장된 CBN(10-15부피 퍼센트가 더욱 바람직함)의 농도에서 5-150미크론(12-50이 더욱 좋음)의 범위에 해당하는 최대 디멘죤을 지닌 일정량의 단일결정의 CBN입자와 혼합한다. 붕소가 풍부한 다결정의 CBN메트릭스에 깊숙히 함입된 단일결정의 CBN입자로 구성된 CBN 덩어리를 산출시키면서, 이 혼합물 단계(나)에 따라서 진화시킨다.
이러한 수정의 목적은 이들의 연삭기능을 개선하는 수단으로서 다결정의 파쇄특성을 유익하게 변화시키기 위해 단일결정의 CBN 입자들을 다결정체에 혼합하는 것이다.
미특허 제3,852,078호은 HP/HT 처리 이전에 HBN을 CBN과 혼합한 결합된 CBN체를 개발했으나, HBN의 전처리라는 전혀 필요하지 않았다.
[실시예 5]
집합된 G-CBN 그릿의 생산
이들 실험에 쓰인 GBN 분말은 카르보런덤 컴페니-등급 HPF이다. 이것은 1760-1770℃에서 55분간 진공소성되었다. 진공압력은 초기에 10-6에서 10-5mmHg의 범위에 있으며, HBN 분말의 표면 열분해의 결과로 인한 질소가스 방출로 인해 가열하는 동안 10-3mmHg이상 증가한다. 진공 소성후에, 초기의 흰색 본말은 유리붕소 표면막 때문에 회색빛을 띈다.
진공소성된 분말은 단일결정의 CBN 첨가제와 혼합한다. 일련의 고압-고온 전화를 탄탈포일 디스크 2와 티타늄 관 9를 지닌 고압셀의 제2도를 사용한 여러 가지 혼합물상에서 행한다. 20,000psi(137.9킬로 라스칼)의 타타늄관에서 샘플을 압축하고, 진공소성된 분말의 전화와 용융에 충분한 온도에서 8분간 약 65-75킬로바아에서 고압기구를 작동시킨다.
이렇게 하여 생긴 조성물 덩어리는 다결정의 CBN 매트릭스에 뚜렷하고 단단하게 자리잡은 단일결정의 CBN 입자를 지닌 불투명의 흑색이다.
이러한 커다란 덩어리를 분말로 충격 제분시키고, 크기별로 구분하고 초음파수조로 세척한후, 공기건조시킨다. 하기의 표 5에 3가지 정형적인 실시에를 요약했다.
[표 5]
Figure kpo00006
[실시예 6]
G-CBN의 연삭검사
실시예 5의 압력런에서 나온 60/80메쉬(250-180미크론) 조작을 M-2 도구강의 건조연삭에서 검사한다. 콘트롤로써 동일 메쉬크기의 단일결정의 촉매 성장된 CBN(제네랄 일렉트릭 컴페니의 등록상표, BORAZON형 2에서 얻음)을 동일조건하에서 검사한다.
각각 4개의 연삭형인 2개의 숫돌차를 검사를 위해 꾸민다. 모든 연삭숫돌차는 표준
Figure kpo00007
인치 11V 9의 불꽃형 컵모양의 레신 결합된 숫돌차로서(미특허 제3,645,706과 3,518,068호를 참고하시오) 표준 레신 결합에 18.75부피 퍼센트 농도의 60/80 CBN을 지녔다. 건조 연삭검사를 하기의 조건하에서 행한다.
[표 6]
Figure kpo00008
각 조건에서 연삭비(숫돌차 마모부피에 따라 제거된 제작물의 부피비) 결과를 각 연삭형에 따라 표 7에 요약했다.
[표 7]
Figure kpo00009
모든 숫돌차를 가시적으로 광학현미경(80×까지)으로 하기의 검사를 행한다. 실질적인 연삭제의 마모높이는 콘트 롤보다 뚜렷하게 높다. 더구나, 실험적인 연마제에서 전혀 마모형면이 관찰되지 않는다.
본 발명의 또다른 형은, G-CBN이 원재료일 때, 고압-고온 공정처리동안 다결정의 GBN 덩어리에서 불활성금속 함유물의 삽입으로 이루어졌다. 이러한 수정의 목적은 단일결정 CBN의 부가에 대한 이유와 동일한 것이다(즉, 다결정의 파쇄특성을 변경시키며, 또는 연삭숫돌차에서 다결정의 보지력 개선을 위해)
이러한 수정을 위해, 단계(가)와 (나) 사이에 진공소성된 분말을 일정량의 선택된 불활성 금속분말과 혼합한다. 이 결과의 혼합물은 단계(나)에 따라 전환되어, 붕소가 풍부한 다결정 매트릭스에 견고하게 깊숙이 함입된 불활성 금속분말입자로 이루어진 집합체를 생산한다.
사용된 불활성 금속은 GBN의 전화 또는 다결정 CBN 매트릭스의 소결을 방해하지 않을 것이다. 적절한 금속의 실예는 하기와 같다. 탄탈, 몰리브데늄, 텅스텐 집합물의 성질은 입자크기와 삽입물의 농도에 의해 영향을 받을 것이다.
덧붙여서, 고도로 불규칙적인 표면구조는 커다란 표면공간과 톱니모양을 지닌 입자가 생산되도록 생산물에서 금속함유물을 여과해냄으로서 얻을 수 있다. 이같은 공간과 톱니모양의 크기와 수는 크기, 금속삽입물의 농도에 의하여 결정될 것이다. 적절한 시약으로 채취한 CBN 덩어리를 분쇄한 후 여과단계를 수행할 수 있다(예, 질산/황산 몰리브데늄용과 질산/불화수소 탄탈용).
[실시예 7]
카르보린덤 컴페니(등급 HPF)에서 얻은 일정량의 GBN 분말을 1706-1770℃에서 55분간 수개의 분리된 실험에서 진공소성한다. 소성후에 초기의 흰색분말은 유리붕소 표면막 때문에 회색표면을 지닌다.
진공소성된 분말을 하기에 나열한대로 다양한 불활성 금속분말과 혼합한다.
[표 8]
Figure kpo00010
제1도와 제2도에 나타난 고압셀을 사용한 상기 혼합물의 샘플상에서 일련의 고압/고온 전화를 수행한다. 제1도에서와 같이, 샘풀을 셀에 부하하고, 8분간 진공소성된 분말의 전화와 용융에 충분한 온도에서 약 65-70킬로바아의 고압기구에서 작동시킨다. 제2도의 셀에서, 샘플을 고압/고온 전화이전에 티타늄관에서 약 20,000psi(138킬로파스칼)의 압력으로 가한다. 이러한 결과 생성된 조성물 덩어리들은 다결정의 CBN 매트릭스내의 구분되는 삽입물과 같이 눈에 뚜렷하게 띄는 금속함입물을 지닌 불투명체이다
충분한 양의 12.8부피 퍼센트 몰리브데늄과 23.9부피 퍼센트탄탈을 준비하고, 분말형태로 충격제분하고 숫돌차 검사측정을 위해 그릿으로 크기별 구분을 한다. 제분과 크기 구분후에, 표 9에서와 같이 검사용으로 선택한 크기 조각들로부터 산처리(몰리브데늄용 질산/ 황산과 탄탈용질산/불화수소)법에 의하여 금속함입물을 제거한다. 분말은 닉켈막이 씌워진 것이다.
제5도는 산으로 여과된 탄탈형 재질의 현미경 사진이다.
단일 결정 CBN 또는 불활성 금속을 지닌 진공소성된 GBN의 혼합물에서 얻은 결과로부터 CBN의 소결
[표 9]
Figure kpo00011
또는 전화를 방해하지 않는 다른 분말형태 재질을 개선된 파쇄특성을 지닌 집합연삭덩어리를 얻는데 이용할 수 있음을 알게 되었다. 전화 또는 소결을 방해하지 않는 것으로 알려진 재질의 실예는 하기와 같다. 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 보론 카바이드, 실리콘 카바이드, 이러한 혼합물에 부적합한 재질은 망간 보라이드 및 닉켈이다.

Claims (1)

  1. 불활성 대기하에서 육방형 질화붕소 표면의 산화붕소가 열분해되도록 진공소결 및 가열의 전처리를 하고, 이 전처리된 것을 55-88킬로바아와 1600℃의 재전환온도 및 전화와 소결을 방해하는 불순물이 없는 조건에서 육벙형 질화붕소를 입방형 질화붕소로 전화하고 이 입방형 질화붕소가 소결되기에 충분한 시간동안 처리하는 입방형 질화붕소의 제조방법.
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