JPS6344417B2 - - Google Patents

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JPS6344417B2
JPS6344417B2 JP60089875A JP8987585A JPS6344417B2 JP S6344417 B2 JPS6344417 B2 JP S6344417B2 JP 60089875 A JP60089875 A JP 60089875A JP 8987585 A JP8987585 A JP 8987585A JP S6344417 B2 JPS6344417 B2 JP S6344417B2
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cbn
pbn
powder
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Reimondo Korigan Furanshisu
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General Electric Co
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    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は立方晶窒化硼素の製造法に関する。こ
の方法は六方晶窒化硼素粉末に対する予備処理工
程および米国特許第2947617号明細書に記載され
ている装置によつて代表され、当業者に知られて
いる高圧・高温装置の反応帯域組立体における改
変を含む。 米国特許第4188194号には、米国特許第2947617
号に特記された如き触媒を何ら使用せずに熱分解
六方晶窒化硼素（PBN）を利用して焼結多結晶
質立方晶窒化硼素（CBN）密填体（compact）
を作る方法が記載されている。密填体は(1)自己結
合関係で（米国特許第3852078号および第3876751
号参照）、(2)結合媒体により（米国特許第3136615
号参照）、または(3)上記(1)および(2)の組合せによ
つて結合された研摩粒子の塊体である。米国特許
第3918219号にはカーバイド塊体と接触した形で
六方晶窒化硼素（HBN）をCBNに接触変換させ
て複合体を形成することが記載されている。
CBN密填体は大きく一体的な強靭な凝着した高
強度の塊体を形成する適当に結合された多数の
CBN結晶からなつている。密填体は機械加工、
目直し、および孔開け加工の如き用途に用いられ
る（米国特許第3136615号および第3233988号参
照）。 触媒の不存在下におけるHBNのCBNへの変換
方法は、米国特許第3212852号（100キロバールお
よび3600〓）に記載されている。また日本国、京
都での「プロシーデイングス・オブ・ザ・フオー
ス・インターナシヨナル・コンヒアレンス・オ
ン・ハイ・プレツシヤー」（1974年）第436頁〜第
445頁に記載されたワカツキ等の「シンセシス・
オブ・ポリクリスタリン・キユービツクBN
（）」およびイチノセ等の「シンセシス・オブ・
ポリクリスタリン・キユービツクBN（）」；米
国特許第4016244号；特公昭49−27518号；特公昭
49−30357号；特公昭49−22925号；米国特許第
3852078号；Mat.Res.Bull.第７巻第999頁〜第
1004頁（1972年）；および英国特許第1317716号も
参照されたい。 英国特許第1513990号には六方晶窒化硼素およ
び硼素粉末の混合物の高圧高温処理により作つた
立方晶窒化硼素密填体の製造法が記載されてい
る。 ザ・ジヤーナル・オブ・ケミカル・フイジツク
ス第63巻第９号（1975年11月１日）第3812頁のコ
リガンおよびブンデイの論文「ダイレクト・トラ
ンジシヨン・アマング・ザ・アロトロピツク・フ
オームズ・オブ・ボロン・ナイトライド・アト・
ハイ・プレツシヤー・アンド・テンペラチヤー」
にはその第3814頁に六方晶窒化硼素の立方晶窒化
硼素への高圧高温法で不純物（例えば酸素）の効
果を論じている。 1200〜2000℃の温度範囲に窒化硼素を加熱する
と、窒素ガスを発生することおよび硼素の被覆を
残すことが、ジヤーナル・オブ・フイジカル・ケ
ミストリー第66巻（1962年）第1556頁のエル・エ
ツチ・ドレガーの論文「サブリメーシヨン・アン
ド・デコンポジシヨン・スタデイーズ・オン・ボ
ロン・ナイトライド・アンド・アルミニウム・ナ
イトライド」に報告されている。 酸化硼素を除去して金属化するため等方性窒化
硼素の真空焼成が米国特許第3926571号第３欄に
記載されている。 HBNの予備乾燥が米国特許第4150098号第３
欄に記載されている。 研摩材粉末、金属合金粉末および接着活性剤の
混合物を焼結してケーキを作り、これを次に粉砕
することによつて切削工具用の凝着研摩粒子を作
る方法が米国特許第4024675号に記載されている。 六方晶窒化硼素の二つの形、乱層
（turbostratic）および理想的六方晶またはグラ
フアイト状の六方晶窒化硼素（GBN）が確認さ
れている。乱層構造は熱分解窒化硼素の特性であ
り、無秩序に配向し、不規則な間隔で積層された
六角形環の二次元層を特長とした連続構造であ
る。熱分解六方晶窒化硼素（PBN）は、グラフ
アイト基体上でBCl3＋NH3蒸気の化学蒸着によ
つて作られたHBNの低圧形である。蒸着したと
き、それは99.99％以上の純度、約2.0〜2.18ｇ／
cm3の密度（これに対しGBNは2.28ｇ／cm3）、およ
び〔001〕方向（ｃ軸）で50゜〜100゜の層面の好ま
しい配向を有する。 PBNの構造は、炭素系における類似した熱分
解炭素の場合のように良く知られていない。種々
のモデルがPBNおよび熱分解炭素の構造を説明
するため提案されている。最も普通のモデルの一
つによれば、乱層状態と称され、Ｂ原子とＮ原子
が溶融した六方晶BN層の平行積層を多少の差は
あれ形成している、しかし、積層は各層に対し並
進平行で無秩序であり、各層に対し約直角で回転
して無秩序である。他のモデルでは各層内での欠
陥と歪を強調している。熱分解材料における増大
した中間層間隔（GBNの3.33Åに対し、PBNの
3.42Å）は積層方向における不規則性の原因とな
り、層間の弱いフアンデルワールス吸引力の減衰
を生ぜしめる。PBNの塊体での構造は、結晶粒
界によつて分離されているのとは反対に、一定方
向で連続である。 蒸着したままの形のPBNは以後非再結晶PBN
（Ｕ−PBN）と称する。 これらのPBNおよびその製造法については米
国特許第3152006号に詳細に記載されている。こ
の米国特許はここに引用して組入れる。 他の既知の種類のPBNは再結晶PBN（Ｒ−
PBN）である。これはPBNの圧縮アニーリング
によつて形成され、2.28ｇ／cm3の理論密度、中間
層間隔3.33Åを有する高度の結晶質構造、純度
99.99％以上、および〔001〕方向（ｃ軸）で約2゜
以下の好ましい層面配向を有する。 これらの再結晶PBNおよびその製造法につい
ては米国特許第3578403号に記載されている。こ
の米国特許もここに引用して組入れる。 また上記米国特許第3212852号第10欄、第11欄、
第19欄〜第24欄には約100キロバール以上の圧力
で実施した直接変換法で、出発材料としてPBN
を使用することが記載されている。 グラフアイト状の形（GBN）で六角形環の層
は高度に配向されており、軟い薄片状で透明な材
料を与える。更にHBNの二つの形についての詳
細は、ジヤーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミ
カル・ソサイエテイ第84巻第24号（1963年１月25
日）、第4619頁のトーマス等の論文「ターボスト
ラテイツク・ボロン・ナイトライド、サーマル・
トランスフオーメイシヨン・ツー・オーダード−
レイヤー−ラテイス・ボロン・ナイトライド」お
よびジヤーナル・オブ・ポリマー・サイエンス、
パートＣ、第19号（1967年）第283頁のエコノミ
ーおよびアンダーソンの論文「ボロン・ナイトラ
イド・フアイバー」に見出すことができる。 本発明の目的は研削用に使用したとき、前記米
国特許第2947617号に記載された方法に作られた
如き、単結晶の触媒生長させたCBNに少なくと
も等しい、多結晶質CBN研摩材を例えば米国特
許第3152006号または第3578403号に記載された方
法で作られた熱分解六方晶窒化硼素（PBN）粉
末から作ることにある。 本発明方法は、 (A) 六方晶窒化硼素粉末の表面から酸化硼素を除
去し、 (B)(i) 55〜80キロバールの圧力で、 (ii) 1600℃〜再変換温度の温度で、 (iii) 熱分解六方晶窒化硼素（PBN）を立方晶
窒化硼素（CBN）へ変換し、CBNを焼結さ
せるに充分な時間、 (iv) 立方晶窒化硼素への変換および立方晶窒化
硼素の焼結を妨害する不純物の不存在下に工
程(A)からの熱分解六方晶窒化硼素を高圧・高
温工程に曝して熱分解六方晶窒化硼素を立方
晶窒化硼素に変換すること からなる熱分解六方晶窒化硼素粉末から立方晶窒
化硼素を製造する方法として集約される。 再変換温度とは、窒化硼素が立方晶結晶構造か
ら六方晶窒化硼素へ再変換する温度であると定義
される。この温度は窒化硼素の状態図において立
方晶窒化硼素安定帯域から六方晶窒化硼素安定帯
域を分離する平衡線に沿つて見出される（米国特
許第3212852号明細書第６図、第８欄第66行〜第
９欄第42行参照）。 上述した工程(B)の圧力条件(i)および温度条件(ii)
は当技術分野においては周知の条件であり、前述
した諸文献にも記載されている。 工程(B)に対する好ましい時間は２〜60分であ
り、３〜10分が更に好ましい。 工程(A)における「粉末」なる語は、普通に粉末
と考えられているもののみならず普通粒状と考え
られている粒子も含ましめることを意味する。 上記工程(A)は技術分野で称される予備処理工程
である。原材料の表面から酸化物を除去する何れ
の方法（例えば不活性雰囲気下での加熱）も満足
できる。 予備処理後六方晶窒化硼素を適切な高圧セル中
に入れ、仕込んだセルを高圧・高温装置中に置
く。先づ圧力を、次いで温度を上昇させ、立方晶
窒化硼素への変換および焼結を生ぜしめるに充分
な時間所望条件で保つ。次に試料を短時間で加圧
下冷却させ、最後に圧力を大気圧まで低下させ、
多結晶質立方晶窒化硼素の塊体を回収する。高温
工程中試料中に外部セル部分から不純物が浸入す
ることに耐えることを確実にするよう高圧セルの
設計に注意を払わなければならない。 熱分解六方晶窒化硼素（PBN）から得られた
CBNをＰ−CBNと称し、グラフアイト状六方晶
窒化硼素（GBN）から得られたCBNをＧ−
CBNと称する。 PBNは廃品PBN片を粉砕することによつて作
ることができる。粉砕した粉末は更に変換するた
め個々のメツシユサイズの粒子に篩分けするか或
いは篩分けしない状態で変換できる高い縦横比の
板状粒子からなる。 好ましい予備処理工程は揮発性不純物、特に表
面酸化物汚染（酸化硼素）を除去するためHBN
粉末を減圧加熱または焼成することからなる。そ
の理由は酸化硼素を除去することによつて、
CBNへの変換を妨害するのを阻止することにあ
る。HBN供給原料粉末の減圧焼成は、表面酸化
物汚染のガス脱きに加えて、酸化物を含まぬ粉末
粒子の表面に遊離硼素の薄い被覆を生ぜしめる
HBN熱分解温度範囲で行なう。 発生する遊離表面硼素の量は減圧度、温度、時
間および粒度によつて決る。前述したドレガーの
論文では、温度の関数として窒化硼素についての
窒素の分解圧力を与えており、熱分解に必要な減
圧／温度条件に対するガイドとして役立つ。10-3
〜10-10mmHgの初期圧力、1400〜1900℃台の温度
およびそれ以上が、適当な時間（５分〜４時間）
で充分な熱分解を生ぜしめる。これらの範囲内
で、B2O3表面汚染物はガス抜きされ、遊離表面
硼素の量の増大は焼成温度および時間の増加と共
に生ずる（上記ドレガーの論文参照）。勿論、温
度は時間と関連し、高温での処理は低温での処理
よりも時間が少なくてすむ。 発生する遊離硼素の相対量は、減圧焼成した粉
末の変色から肉眼で推定できる。低焼成温度
（1500〜1650℃）で、僅かの量の表面硼素が発生
した場合、減圧焼成粉末は明るい赤褐色を有す
る。色の深さは、高焼成温度（1800〜1900℃）
で、粒子が黒色硼素表面被覆で被覆されるまで、
焼成温度または時間の増大と共に増大する。 PBNから得られる変換された材料の種類は減
圧焼成工程中発生する遊離硼素の量によつて強く
影響を受けることが見出された。ほんの僅かな量
の遊離硼素では、多くの粒子界面は変換された材
料中で尚区別でき、粉砕後は、米国特許第
4188194号の方法で得られるPBN密填体
（compact）の粉砕から得られる粒子の種類に類
似した多くの半透明黄色／褐色粒子が得られる。
高温焼成PBN粉末の変換（過剰の遊離硼素）は、
粒子界面の区別ができず、粉砕した粒子は不透明
黒色である完全に融合した黒色塊体を生ずる。研
削性能も減圧焼成粉末時の遊離硼素の量によつて
著しく影響を受ける。 減圧焼成は粉末を大気に再曝露したとき再酸化
に対して粉末を不活性化させるものと思われる。
それは減圧焼成中発生する硼素の表面層がHBN
のCBN変換工程を接触作用させることで理論付
けられる。 予備処理を行なうに当つては、非反応性容器
（炭素、グラフアイト、タンタル等）中のHBN
粉末の或る量を減圧炉中に入れ、減圧下に表面酸
化物汚染を蒸発させ、粉末粒子上に熱分解によつ
て薄い遊離硼素被覆を形成させるに充分な時間加
熱する。最大粒子寸法は通常GBNに対しては約
0.1〜10μであり、PBNに対してはサブミクロン
〜約3.3mmである。 減圧焼成予備処理後、試料を減圧下に冷却さ
せ、減圧炉から取り出し、高圧・高温（HP／
HT）装置中に置く反応帯域組立体中に入れる。
先づ圧力を次いで温度を上昇させて、変換および
焼結が生ずるに充分な時間所望条件で保つ。次に
試料を短時間で加圧下冷却させ、最後に圧力を大
気圧まで低下させ、多結晶質CBNの塊体を回収
する。 黒色多結晶質塊体への変換は、実験的に55〜70
キロバールの圧力および約1800〜2300℃の温度で
減圧焼成した工業的品質のHBN粉末を用いて得
られる。 第１図〜第４図の反応帯域組立体またはセル
は、シリンダー状スリーブ７（第２図〜第４図に
ついては９）の内側（第２図〜第４図については
外側）にそれと同心的に配置した炭素管１（また
は第２図〜第４図については８）からなる。シリ
ンダー状スリーブは、高圧・高温工程中試料中に
外部セル部分から不純物が侵入するのを防止する
ためである。スリーブを作る遮蔽金属は、ジルコ
ニウム、チタン、タンタル、タングステンおよび
モリブデンからなる群から選択できる耐熱金属で
ある。 炭素管および遮蔽金属スリーブで限定されるシ
リンダー内に、高温および高圧を受ける（中心キ
ヤビテイ内で）HBN４の試料および他のセル成
分を置く。試料は上述した群から選択できる耐熱
金属から作つた遮蔽円板２で上下を保護する。炭
素のプラグ３を充填材として遮蔽金属円板と試料
の各端間に配置する。 反応帯域組立体の対向端には試料へ圧力を伝達
するためのプラグを嵌合させる。プラグは熱絶縁
体である耐火材料（例えば溶岩）から作る。第１
図において、かかる各プラグは遮蔽金属円板２に
隣接した第一の熱圧縮窒化硼素プラグ５からな
り、炭素プラグ６を第一熱圧縮窒化硼素プラグ５
と第二熱圧縮窒化硼素プラグ１３の間に配置す
る。第２図において、端プラグ１０は熱圧縮窒化
硼素からなる。 別法として、第３図において、金属円板および
スリーブのため使用したのと同じ群から選択した
耐熱金属から作つた金属箔ラツプ１１を熱圧縮窒
化硼素端プラグの周りに配置する。ラツプは上記
プラグの内部端を把持し、圧縮中ラツプの放射状
膨張をさせて金属円板と保護スリーブの間の間隙
を充填する。第４図において、ラツプ１２は、
（第３図における如く完全に被うのではなくて）
端プラグの一部のみを被う。第４図における端プ
ラグは、箔が包装され把持される第一熱圧縮窒化
硼素プラグ１４および第一プラグとセルの端の間
の空間を満す第二熱圧縮窒化硼素プラグ１５から
なる。 典型的な市場で入手しうる熱圧縮窒化硼素は、
酸素の存在下約1000psi（6.895キロパスカル）の
圧力および2000℃以上の温度で都合の良い形（例
えば棒）に熱圧縮した酸化硼素（３〜４％）結合
剤と混合した窒化硼素粉末を含有する。それはユ
ニオン・カーバイド・コーポレーシヨンより品種
HBNの商品名の下で市販されている。 グラフアイトを粒子融合を防ぐためHBN試料
と混合するとよい。 保護金属スリーブ中でHBN試料（毛羽立ちう
る）を予備圧縮することは好ましい型式の一部で
ある。この予備圧縮は手で圧縮して行なう、適当
な圧力は約2000psi（137.9kPa）である。 高圧・高温工程に対する好ましい条件は、65〜
75キロバール、2000〜3000℃、圧縮時間８分であ
る。 立方晶窒化硼素は、高圧・高温工程後反応帯域
組立体のマトリツクスから、(1)端プラグを含むセ
ルの端を破壊して除き、(2)残つた材料を硫酸と硝
酸（90：10容量比）の混合物と混合し、(3)非溶解
固体を水中で洗浄し、(4)固体を硝酸と弗化水素酸
（HNO3対HFの容量比約50／50〜90／10）の混合
物と混合して残存遮蔽金属、炭素およびガスケツ
ト材料を溶解し、(5)CBN固体片の最終水洗をし
て回収する。 回収したCBN片を粉砕することからCBNグリ
ツトが得られる。かかるグリツトはまた米国特許
第4188194号密填体（compact）について行なわ
れる粒度減少操作（例えば粉砕または圧潰）によ
つて形成できる。 Ｐ−CBN型研磨材の砥石試験では、研削に普
通に使用される触媒生長型CBN研磨材に比較し
て改良された性能を示した。この性能の差はＰ−
CBN粒子と触媒生長研磨材粒子の間の内部構造
における差異に主として原因があると信ぜられ
る。触媒生長研磨材粒子は比較的弱い劈開面を含
有する単結晶である。Ｐ−CBN材料は粗い劈開
面を含有しない高度の欠陥構造を有する、この場
合破砕生長展開は構造欠陥によつて遅延せしめら
れ、より強力、強靭な粒子を生ぜしめる。 性能の差はまたＰ−CBNと触媒生長粒子の間
の形態における差異にも関係している。触媒生長
粒子は、この方法の単結晶生長条件によつて決る
規則的な平滑な面を有するが、一方Ｐ−CBN粒
子は処理条件および粉砕条件によつて微視的にも
巨視的にも不規則な形態を有しうる。 Ｐ−CBNグリツト製造のためHP／HT変換工
程を実施するに当つて、Ｐ−CBN材料のミクロ
ン構造（組織）はHP／HT工程条件よつて変化
する。低処理温度で作つたＰ−CBNは高度の欠
陥（小さい結晶質の大きさ）構造を有する。処理
温度を上昇させると、結晶度は、最高温度で、
10μ以上の個々の微結晶が見られるようになるま
で発達する。 性能についての内部格子構造の効果を研究する
ため、下記２種のＰ−CBNグリツトを試験用に
選択した。 (a) 低温で作つた高度欠陥／小さい微結晶の大き
さの構造を有する材料（SCSと命名する）。 (b) 高温で作つた大きい微結晶を有する材料
（LCSと命名する）。 前述したHP／HT変換法でSCS材料を作りう
る処理温度は約2000〜約2100℃である。LCS材料
は約2100℃以上再変換温度までの温度で得られ
る。 本発明は下記応用例および実施例を考えること
によつて更に明らかになるであろう、尚これら応
用例および実施例は純粋に代表例である。実験し
た高圧・高温試験において、最高温度は予め行な
つた第１図のセルを用いた電力／温度検量実験か
ら決定した。温度検量実験において、最高温度に
達する迄にセルに対し約３〜４分かかることが判
つた。従つて最高温度での時間は報告した加熱時
間より約３〜４分短いであろう。 応用例 １ 直径95.25mm（３ 3/4in）、厚さ3.18mm（1/8in）
を有し、市販のCBN研磨材グリツト（ゼネラ
ル・エレクトリツク・コムパニーの商標名、ボラ
ゾン型）18.75容量％を含有する11V−９フレ
ア型カツプ樹脂結合研削砥石を対照例として作つ
た。Ｐ−CBN密填円板〔直径13mm（約1/2in）、
厚さ1.3〜２mm（50〜80ミル）〕を衝撃粉砕して得
たＰ−CBN研磨材グリツトを含有する四つの同
様の研削砥石を作つた。円板は米国特許第
4188194号の方法によつて65〜70キロバール、
1900〜2500℃で３〜10分間PBN板の直接高圧・
高温変換で作つた。衝撃粉砕前に、Ｐ−CBN密
填体はやすり掛けして密填体表面に接着している
材料を除去した。衝撃粉砕後、得られた粉末を篩
分けした。 内部格子構造の効果を研究するため、試験用に
２種のＰ−CBNグリツトを選択した、その一つ
は低温で作つた小さい微結晶の大きさの構造を有
していた（SCS）、他は高温で作つた大きい微結
晶を有していた（LCS）。 これらの研磨材の全部を約60重量％のニツケル
で被覆した。立方晶窒化硼素粒子にニツケル被覆
を付与する方法は当業者に良く知られている（英
国特許第1278184号参照）。 砥石を自動作業用に改良したNo.２シンシナチ・
ミラクロン・ツール・アンド・カツター・グライ
ンダーに嵌合し、M2工具鋼（60〜62ロツクウエ
ルＣ硬度）に類似した加工物を乾式研削して試験
した。機械は400SEPM（122M／分）の砥石車速
度、8FPM（2.62M／分）のテーブル速度、およ
び0.051mm（0.002in）および0.076mm（0.003in）の
送りで運転させた。測定は各条件下の研削比およ
び表面仕上りを測定して行なつた。測定結果を下
表１に示す。
【表】 ＊ 研削比は消耗した研摩材料の量に対する
除去された加工片の量の比である。
＊＊ 表面仕上り(AA)はμinで与えられた表面
断面の偏差の算術平均(AA)である。
各場合において小さい微結晶材料が最良の性能
を示した。 応用例 ２ 研削性能についての粒子形状の効果を調査する
ため、応用例１に記載した方法に従つて上記
PBN粉末から作つた小さい微結晶の大きさの一
定量のＰ−CBN（100〜120メツシユ）を、主とし
て塊状の（小さい縦横比）粒子画分と主として平
らな（大きい縦横比）粒子画分とに均等二つに分
けた。形状分離は形状分類機で行なつた。かかる
機械は当業者に知られており、詳細はエツチ・ビ
ー・ダイヤーの論文、インダストリアル・ダイヤ
モンド・レヴユー1964年８月号第192頁の「EMB
ナチユラル・ダイヤモンド」に見出すことができ
る。 応用例１に示した装置および条件下に、各加工
片について行なつた試験の結果を下表３に示す。
使用した加工片は表２に示す。
【表】 基
【表】 各場合において塊状画分は平らな画分よりすぐ
れており、一つを除いて全てにおいて対照例より
も性能が良好であつた。 実施例 １ PBN廃材料の大きな大きさの片を粉砕して粉
末状にしてPBN粉末とした。廃PBNは坩堝およ
び円板の如き成形PBN品の破片からなつていた。
粉砕した粉末は、12メツシユ〜粉塵の大きさの高
縦横比の板状粒子から主としてなつていた。 Ｐ−CBNに変換する前に表面酸化物汚染を有
するPBNを清浄にするため、粉砕したPBN粉末
を種々な温度で減圧加熱した。タンタル製ボート
中に入れたPBN粉末について多数の減圧焼成実
験を行なつた。試料を真空炉中に入れ、装置を
10-5〜10-6mmHgまで排気した後、試料を所望温
度に所望時間加熱し、減圧下に冷却した。粉末５
〜41ｇを含有する合計９個の減圧焼成実験は1750
〜1860℃の焼成温度で60〜80分間行なつた。減圧
焼成後、始め白色のPBN粉末は元素状硼素の黒
色層で被覆された。 上記減圧焼成した粉末の一部をそのまま第１図
に示した型の高圧セルを用いてCBNへのHP／
HT変換のため使用した。試料をセル中に入れ、
HP／HT装置で65〜70キロバール、約2000℃で
合計10分間加熱して実験を実施した。得られた多
結晶質CBN塊体を高圧セルから取り出し、酸
（約10％HNO3−90％H2SO4）で処理して接着炭
素を除去し、衝撃粉砕して粉末の形にした。60／
80画分を篩分けし、超音波水浴中で洗浄し、砥石
試験のため空気乾燥した（試料Ｘ−7A）。 上記減圧焼成したPBN粉末の第二部分を硝酸
で処理してHP／HT変換前に減圧焼成中発生し
た硼素を除去した。形成された多結晶質CBN塊
体（Ｘ−7B）を砥石試験のため上述した如く処
理した。 上述したのと同じHP／HT変換および後変換
処理を用いて、1580〜1615℃で60〜90分間減圧焼
成したPBN粉末を用いてＸ−7C材料を得た。 応用例 ３ 応用例１および２と同じ方法で、実施例１から
のグリツトの60〜80メツシユ画分をカツプ型研削
砥石の形で試験した。比較のため未成形Ｐ−
CBN粉末（HP／HT変換PBN板を粉砕して作つ
た）の60／80メツシユ試料（Ｐ−CBN−SUと称
する）および応用例１での対照例と同じ対照例も
試験した。結果を表４に示す。それらは硼素層の
効果を明瞭に示し、僅かな層が好ましいことを示
した。
【表】
【表】 要約に示した各工程に従つてGBNから作つた
Ｇ−CBN研磨材粒子を用いた研削砥石を試験し
たところ多結晶の寿命の早い段階で引き抜きが生
じた。またグリツトは摩耗で曇りを示した、これ
は早期引き抜きが生じたことを示す。これらの観
察は、多結晶グリツトの性質と一致している。多
結晶はミクロンの大きさのHBN粒子の変換と融
合によつて形成される。ミクロンの大きさの粒子
界面での微細な欠落による多結晶の磨耗は始め鋭
い切削点であつたところを丸めることになり、多
結晶上に作用する力が、粒子のマクロ型の鋭い刃
を再生する部分が生ずる前に結合部から粒子を引
き抜くに充分なものとなつて来る。 米国特許第3852078号明細書には、HBNを
HP／HT処理前にCBNと混合するようにした結
合CBN体が記載されているが、HBNの予備処理
を要求していない。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は米国特許第2947611号、第
2941241号および第2941248号明細書に記載されて
いる如き高圧高温装置内で使用する反応帯域組立
体（即ちセル）の各種断面形状を示し、第５図は
本発明の好ましい実施態様の典型的な凝結立方晶
窒化硼素研磨材粒子を示す顕微鏡写真（50倍）で
ある。 １または８は炭素管、７または９はシリンダー
状スリーブ、４はHBN、２は遮蔽円板、５は第
一熱圧縮窒化硼素プラグ、６は炭素プラグ、１３
は第二熱圧縮窒化硼素プラグ、１０は端プラグ、
１１は金属箔ラツプ、１２はラツプ、１４は第一
熱圧縮窒化硼素プラグ、１５は第二熱圧縮窒化硼
素プラグ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (i) 55〜80キロバールの圧力で、 (ii) 1600℃〜再変換温度の温度で、 (iii) 熱分解六方晶窒化硼素を立方晶窒化硼素に変
    換し、立方晶窒化硼素を焼結させるのに充分な
    時間、および (iv) 立方晶窒化硼素への変換または立方晶窒化硼
    素の焼結を妨害する不純物の不存在下に、 熱分解六方晶窒化硼素を高圧−高温に曝すこと
    からなる熱分解六方晶窒化硼素から立方晶窒化硼
    素を製造する方法において、立方晶窒化硼素に変
    換する前に熱分解六方晶窒化硼素の表面から酸化
    硼素を除去する予備処理工程を含み、この、予備
    処理工程を減圧焼成および不活性雰囲気下での加
    熱から選択した方法で達成し、かつ熱分解六方晶
    窒化硼素熱分解範囲の温度で行ない、硼素の被覆
    を酸化物不含六方晶窒化硼素の表面に発生させる
    ことを特徴とする熱分解六方晶窒化硼素から立方
    晶窒化硼素を製造する方法。
JP60089875A 1979-06-11 1985-04-25 触媒の不存在下に粉末六方晶窒化硼素から立方晶窒化硼素を製造する方法 Granted JPS6117406A (ja)

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