(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上との共存下において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に保持して、立方晶窒化ホウ素に変換することを特徴とする立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項２】
アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる１種以上との共存下において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に保持して、立方晶窒化ホウ素に変換することを特徴とする立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、六方晶窒化ホウ素から立方晶窒化ホウ素を合成する方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに次ぐ硬さと、それをしのぐ化学的安定性を持ち、研削・研磨・切削材としての需要が増大している。立方晶窒化ホウ素の製造方法は種々考案されているが、最も良く知られ、工業的にも広く利用されているのは、溶媒（触媒）の共存下で六方晶窒化ホウ素を約４．５〜６．０ＧＰａ  ，１４００〜１６００℃程度の高温高圧下で立方晶窒化ホウ素に変換する方法である。溶媒（触媒）としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属の窒化物、ホウ窒化物がよく知られている。（例えば、米国特許３７７２４２８号参照）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の溶媒（触媒）を用いた場合には、充分な変換率で立方晶窒化ホウ素を得るためには、高い温度圧力条件を要し、工業的に充分満足の出来る状態ではない。また、上記の溶媒（触媒）を用いて得られる立方晶窒化ホウ素は、自形面の発達が乏しい不規則な形状や球体に近い形状を呈し、研削砥粒としての切れ味には未だ難点がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、従来よりも低い温度圧力条件下において、充分に高い変換率で、六方晶窒化ホウ素を、自形面が良く発達しシャープなエッジを有する、切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素に変換する方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上との共存下、或いはアルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上と、アルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる１種以上との共存下において、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素の安定領域内の温度及び圧力条件下に保持して、立方晶窒化ホウ素に変換することを特徴とする立方晶窒化ホウ素の製造方法から成る。
【０００６】
出発原料である六方晶窒化ホウ素としては市販の六方晶窒化ホウ素粉末を使用できる。酸化ホウ素などの形で混入する酸素不純物は、六方晶窒化ホウ素から立方晶窒化ホウ素への変換を遅らせることがあるため、酸素量の少ない原料が望ましい。粒度は特に限定されないが、一般的には１５０メッシュ以下が好適である。粒度が大きすぎると溶媒（触媒）との反応性が低下する可能性があるからである。また、六方晶窒化ホウ素として六方晶窒化ホウ素の焼結体、或いは熱分解性六方晶窒化ホウ素の板状体等を用いることも可能である。
【０００７】
アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミド、水素化物、金属単体も、出発原料の六方晶窒化ホウ素と同様に酸素不純物の少ないものが好ましい。粒度は特に限定されないが、一般的には１ｍｍ以下が好適である。粒度が大きすぎると六方晶窒化ホウ素との反応性が低下するからである。
本発明で用いられるアルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドは、
ＬｉＮＨ２  ，ＮａＮＨ２  ，ＫＮＨ２  ，ＲｂＮＨ２  ，ＣｓＮＨ２  ；
Ｌｉ２  ＮＨ，Ｎａ２  ＮＨ，Ｋ２  ＮＨ，Ｒｂ２  ＮＨ，Ｃｓ２  ＮＨ：
Ｂｅ（ＮＨ２  ）２  ，Ｍｇ（ＮＨ２  ）２  ，Ｃａ（ＮＨ２  ）２  ，Ｓｒ（ＮＨ２  ）２  ，Ｂａ（ＮＨ２  ）２  ；
ＢｅＮＨ，ＭｇＮＨ，ＣａＮＨ，ＳｒＮＨ，ＢａＮＨ；
アルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物は、
ＬｉＨ，ＮａＨ，ＫＨ，ＲｂＨ，ＣｓＨ；
ＢｅＨ２  ，ＭｇＨ２  ，ＣａＨ２  ，ＳｒＨ２  ，ＢａＨ２  ；
アルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体は、
Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ；
Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ；
等を基本とするが、これらの固溶体、複化合物或いは不定比組成の化合物等を用いても同様の効果が得られる。
【０００８】
本発明は、六方晶窒化ホウ素から立方晶窒化ホウ素への変換を、アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上との共存下、或いはアルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる１種以上との共存下において行うことを特徴とする。本発明で示した方法によれば、上記化合物や金属単体の相乗効果により、従来よりも低い温度圧力条件下において、充分に高い変換率で、六方晶窒化ホウ素を自形面が良く発達しシャープなエッジを有する、切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素に変換することが出来る。
【０００９】
一般的には、六方晶窒化ホウ素と種々の添加物とが反応して溶媒（触媒）を形成し、これを介して立方晶窒化ホウ素への変換が進行するものと理解されており、本発明に於いても同様であるものと推察される。
本発明で用いられるアルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上の化合物の添加量は、六方晶窒化ホウ素を分子数として１００部に対し、添加物を構成する金属元素の原子数の総計として２部以上、より好ましくは５〜５０部の割合である。
【００１０】
また、アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる１種以上の化合物或いは金属単体の添加量も、六方晶窒化ホウ素を分子数として１００部に対し、添加物を構成する金属元素の原子数の総計として２部以上、より好ましくは５〜５０部の割合である。
【００１１】
上記何れの場合も、添加物の量が２部より少ないと、従来よりも低い温度圧力条件下で、充分に高い立方晶窒化ホウ素の変換率が得られず、また、５部より少ないと、従来よりも低い温度圧力条件下において、充分に高い変換率で立方晶窒化ホウ素を得るのに長時間を要する。一方、５０部を越えても変換率は一定の値より高くはならないため不経済であり、何れも好ましくない。
【００１２】
アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上の化合物の比率は任意に選択できるが、化合物を構成する金属元素の原子比として９５：５〜５：９５の間であることが好ましい。
また、アルカリ金属、アルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の水素化物から選ばれる１種以上とアルカリ金属、アルカリ土類金属の金属単体から選ばれる１種以上の化合物或いは金属単体の比率も任意に選択できるが、化合物や金属単体を構成する金属元素の原子比として５：５：８０〜５：８０：５〜８０：５：５の間であることが好ましい。
【００１３】
これらの範囲から外れると、相乗効果が充分に発現されず、従来よりも低い温度圧力条件下で充分に高い変換率で立方晶窒化ホウ素が得られなかったり、研削砥粒として難点がある自形面の発達が乏しい不規則な形状や球体に近い形状を呈する立方晶窒化ホウ素となる。
上記の添加物と六方晶窒化ホウ素を共存させる態様としては、これらの粉末を混合すれば良く、それが好ましいが、反応容器中に六方晶窒化ホウ素層と添加物の層を交互に積層するように配置しても良い。
【００１４】
実際には、六方晶窒化ホウ素と添加物を混合した後、或いはそれぞれ別々に、１〜２ｔ／ｃｍ２  程度の圧力で成形してから反応容器に充填することが好ましい。原料粉末の取扱い性が向上すると共に、反応容器内での収縮量が減少し、生産性が向上する効果があるからである。
上記の成形体等は、反応容器中に充填し、周知の高温高圧発生装置に装填され、立方晶窒化ホウ素の安定領域内の温度圧力条件下に保持される。この安定領域は、Ｆ．Ｐ．Ｂｕｎｄｙ，Ｒ，Ｈ，Ｗｅｎｔｏｒｆ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．３８（５），１１４４−１１４９．（１９６３）に示されている。保持時間は特に限定されず、所望の変換率が達成されるまでとするが、一般的には１秒〜６時間程度でよい。
【００１５】
上記安定領域に保持することにより、六方晶窒化ホウ素は立方晶窒化ホウ素に変換され、温度圧力条件を高くすれば１００％に近い変換率を得る事も可能であるが、一般には六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素及び溶媒（触媒）からなる合成塊が得られる。この合成塊を解砕し、立方晶窒化ホウ素を単離精製する。単離精製方法は特公昭４９−２７７５７号公報に記載されている方法を用いることができる。例えば、合成塊を５ｍｍ以下に解砕した後、水酸化ナトリウムと少量の水を加え、３００℃程度に加熱すると、六方晶窒化ホウ素が選択的に溶解するので、これを冷却後、酸で洗浄ろ過することにより立方晶窒化ホウ素が得られる。
【００１６】
【実施例】
不純物として酸素０．８重量％、金属不純物０．２重量％を含有する六方晶窒化ホウ素に、下記表に示す割合で化合物や金属単体を添加し、混合した。尚、表中の添加割合は、六方晶窒化ホウ素１００部に対する、化合物や金属単体を構成する金属元素の原子数である。これらを１．５ｔｏｎ  ／ｃｍ２  の圧力で２６ｍｍφ×３２ｍｍｈの成形体とし、図１に示す反応容器内に収容した。
【００１７】
図１に示す反応容器に於いて、容器外壁１は伝圧体としてのパイロフィライトによって円筒状に作られ、その内側には黒鉛円筒体からなるヒーター２および隔壁材としてパイロフィライト８が配設されている。また容器の上下端にはそれぞれ通電用鋼製リング３および通電用鋼板４が配設され、その内側には焼結アルミナ板５および伝圧体としてのパイロフィライト６が配設され、そしてそのパイロフィライト６および隔壁材としてのパイロフィライト８によって取り囲まれる空間が反応原料を収容する収容室７となっている。
【００１８】
この反応容器で、上記成形体を表中に示す条件で１０分間処理した。
得られた合成塊の一部について、特公昭４９−２７７５７号公報に記載されている方法により、立方晶窒化ホウ素を単離精製した。
ここで得られた立方晶窒化ホウ素を用いて、ビトリファイドボンド砥石を作製した。砥石の組成及び寸法は次に示す通り。
粒度：１７０／２００
集中度：１００（砥粒率２５ｖｏｌ  ％）
気孔率：３０ｖｏｌ  ％
ボンド率：２５ｖｏｌ  ％
フィラー：ホワイトアランダム（ＷＡ＃２２０）…２０％
砥石の寸法は：２０５ｍｍＤ×５ｍｍＵ×３Ｘ×７６．２Ｈ
立方晶窒化ホウ素を、ホウ珪酸系ボンド及びフィラーと混合し、約５ｍｍ×３ｍｍ×３０ｍｍに成形した後、９５０℃、大気中で１０時間焼成した。この焼成体をアルミ台金に接着して砥石を作製した。
【００１９】
研削方法は、湿式平面トラバース研削、砥石周速２０００ｍ／分、テーブル速度１５ｍ／分、クロス送り２ｍｍ／パス、切り込み２０μｍとした。被削材はＳＫＨ−５１を用いた。
上記の条件下に於いて、平面研削盤を用いて立方晶窒化ホウ素の研削試験を行い、研削比（研削量／砥石の摩耗量）及びそのときの使用動力（Ｗ）を測定した。
【００２０】
また、得られた合成塊の一部を乳鉢で粉砕し、Ｘ線粉末回折装置により、ＣｕＫα線に対する立方晶窒化ホウ素（１１１）及び六方晶窒化ホウ素（００２）の回折線の強度比を用いて立方晶窒化ホウ素への変換率を求めた。
【００２１】
【表１】
0003565615.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003565615.tif 000003
【００２３】
【表３】
0003565615.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも低い温度圧力条件下に於いて、充分に高い変換率で、六方晶窒化ホウ素を切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素に変換することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に於いて、六方晶窒化ホウ素を立方晶窒化ホウ素に変換するために用いる、反応容器の断面を示す。
【符号の説明】
１…容器外壁
２…ヒーター
６，８…パイロフィライト
７…収容室
【図１】
0003565615.tif 000005