(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加物の存在下で、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、立方晶窒化ホウ素に変換する立方晶窒化ホウ素の製造方法であって、添加物が、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物、及びＬｉＮＨ2 、Ｌｉ2 ＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ2 ）2 、Ｃａ（ＮＨ2 ）2 、Ｂａ（ＮＨ2 ）2 、ＭｇＮＨ、ＣａＮＨ、ＢａＮＨから選ばれる一種以上のアミド又はイミド化合物であ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】
添加物が、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物と、ＬｉＮＨ2 、Ｌｉ2 ＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ2 ）2 、Ｃａ（ＮＨ2 ）2 、Ｂａ（ＮＨ2 ）2 、ＭｇＮＨ、ＣａＮＨ、ＢａＮＨから選ばれる一種以上のアミド又はイミド化合物であり、前記両化合物の比率がそれぞれの化合物を構成する金属元素の原子比として９５：５〜５：９５である請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項３】
添加物の存在下で、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、立方晶窒化ホウ素に変換する立方晶窒化ホウ素の製造方法であって、添加物が、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物、ＬｉＮＨ2 、Ｌｉ2 ＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ2 ）2 、Ｃａ（ＮＨ2 ）2 、Ｂａ（ＮＨ2 ）2 、ＭｇＮＨ、ＣａＮＨ、ＢａＮＨから選ばれる一種以上のアミド又はイミド化合物、及びアルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物であ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４】
前記各化合物の比率が、それぞれの化合物を構成する金属元素の原子比の総計を１００とすると、ホウ窒化物の金属元素の原子比が５〜９０、アミド又はイミド化合物の原子比が５〜９０、炭化物の金属元素の原子比が５〜７０であることを特徴とする請求項３に記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項５】
添加物の粒度が、１ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項６】
添加物の添加量が、六方晶窒化ホウ素の分子数１００部に対して、前記添加物を構成する金属元素の原子数の総計として０．２〜５０部である請求項１〜５のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項７】
アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物が、Ｌｉ3 ＢＮ2 、Ｍｇ3 ＢＮ2 、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｎ4 、Ｃａ3 Ｂ2 Ｎ4及びＬｉＣａＢＮ2である請求項1〜６のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項８】
アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物が、Ｌｉ2 Ｃ2 、ＭｇＣ2 、Ｍｇ2 Ｃ3 、ＣａＣ2 、ＢａＣ2、及びこれらの固溶体、複合化合物あるいは不定比組成の化合物であるである請求項３〜７のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項９】
添加物と六方晶窒化ホウ素とを混合し、この混合物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する請求項１〜８のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項１０】
六方晶窒化ホウ素と添加物とを交互に積層し、この積層体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する請求項１〜９のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項１１】
混合物または積層体が、成形体である請求項１０に記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項１２】
立方晶窒化ホウ素の微粒を核として立方晶窒化ホウ素の結晶成長を促進させる請求項１０または１１に記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項１３】
核の表面が添加物で被覆されている請求項１２に記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【請求項１４】
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する時間が、１秒〜6時間である請求項１〜１３のいずれかに記載の立方晶窒化ホウ素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、六方晶窒化ホウ素から、自形面が良く発達しシャープなエッジを有する、切れ味の優れた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、それを凌ぐ化学的安定性を有し、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℃程度の高温高圧条件に保持して、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、アルカリ金属の窒化物、アルカリ土類金属の窒化物、アルカリ金属のホウ窒化物、アルカリ土類金属のホウ窒化物がよく知られている（例えば、米国特許第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状に近い形状を呈し、研削砥粒としての切れ味には未だ難点がある。そこで、本発明は、上記の事情に鑑み、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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物、及びアルカリ金属のアミド、イミド、炭化物もしくはアルカリ土類金属のアミド、イミド、炭化物から選ばれる１種以上の化合物の存在下で、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、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なる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
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、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ことがあるからである。
アルカリ金属のホウ窒化物、アミド、イミド、炭化物及びアルカリ土類金属のホウ窒化物、アミド、イミド、炭化物も、出発原料の六方晶窒化ホウ素と同様に酸素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のホウ窒化物及びアルカリ土類金属のホウ窒化物は、例えばＬｉ3 ＢＮ2 、Ｍｇ3 ＢＮ2 、Ｍｇ3 Ｂ2 Ｎ4 、Ｃａ3 Ｂ2 Ｎ4 、ＬｉＣａＢＮ2 等であり、アルカリ金属のアミド、イミド及びアルカリ土類金属のアミド、イミドは、ＬｉＮＨ2 、Ｌｉ2 ＮＨ、Ｍｇ（ＮＨ2 ）2 、Ｃａ（ＮＨ2 ）2 、Ｂａ（ＮＨ2 ）2 、ＭｇＮＨ、ＣａＮＨ、ＢａＮＨ等であり、アルカリ金属の炭化物及びアルカリ土類金属の炭化物は、Ｌｉ2 Ｃ2 、ＭｇＣ2 、Ｍｇ2 Ｃ3 、ＣａＣ2 、ＢａＣ2 等を基本とするが、これらの固溶体、複合化合物ある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。
【０００６】
アルカリ金属及びアルカリ土類金属のホウ窒化物、アミド、イミド、炭化物としては、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａが好ましい。Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ以外のアルカリ金属及びアルカリ土類金属からなるホウ窒化物、アミド、イミド、炭化物を用いた場合は、所望の立方晶窒化ホウ素化合物を得るのに、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａからなるホウ窒化物、アミド、イミド、炭化物を用いた場合よりも高い温度圧力条件を要し、また、得られた立方晶ホウ窒化物の研削比と動力値も、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａからなるホウ窒化物、アミド、イミド、炭化物を用いた場合よりも若干劣るからである。
【０００７】
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、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミド、炭化物もしくはアルカリ土類金属のアミド、イミド、炭化物から選ばれる１種以上の化合物の存在下で製造することを特徴とする。本発明で示した方法によれば、上記化合物の溶媒（触媒）効果により、六方晶窒化ホウ素を、自形面が良く発達しシヤ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。
特に、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物の存在下、或いは、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物、アルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の存在下では、比較的低い温度圧力条件下で、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し、切れ味の優れる立方晶窒化ホウ素を製造することができる。
【０００８】
本発明において、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物を同時に添加する場合は、六方晶窒化ホウ素の分子数として１００部に対して、添加物を構成する金属元素の原子数の総計として０．２〜５０部が好ましく、０．５〜４０部の割合がより好ましい。添加量が０．２部より少ないと、これらの添加効果が充分に発揮されず、立方晶窒化ホウ素の生成量が減少する。また、５０部を越えても、変換率は一定の値より大きくならないため不経済である。アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物と、アルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物の比率は任意に選択することができるが、化合物を構成する金属元素の原子比として９５：５から５：９５の間であることが好ましい。
【０００９】
アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物の割合が、９５：５より大きくなると、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物の溶媒（触媒）効果が大きすぎるため得られる立方晶窒化ホウ素は、自形面の発達が乏しい球体に近い球状となり、また、５：９５より小さくなると、アルカリ金属のアミド、イミドまたはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物の触媒（溶媒）効果が大きすぎるため、得られる立方晶窒化ホウ素は不規則な形状となり、これも砥粒性能の低下をもたらすため, 何れも好ましくない。
【００１０】
本発明において、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物を同時に添加する場合も、六方晶窒化ホウ素の分子数として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０．２〜５０部が好ましく、０．５〜４０部の割合が更に好ましい。アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の比率は任意に選択することができるが、化合物を構成する金属元素の原子比として９５：５から３０：７０の間であることが好ましい。
【００１１】
アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物と、アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の添加量が０．２部より少ないと、添加効果が充分に発揮されず、立方晶窒化ホウ素の生成量が減少する。また、５０部を越えても、変換率は一定の値より大きくならないため不経済である。
アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物と、アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の比率において、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物の割合が９５：５より大きくなると、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物の溶媒（触媒）効果が大きすぎるため、得られる立方晶窒化ホウ素は自形面の発達が乏しい球状に近い形状になって砥粒効果の低下をもたらす。その比率が３０：７０より小さくなると、得られる立方晶窒化ホウ素中に黒色の包有物が生成し、砥粒性能の低下をもたらすため、何れも好ましくない。
【００１２】
本発明において、アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物を同時に添加する場合も、六方晶窒化ホウ素の分子数として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０．２〜５０部が好ましく、０．５〜４０部の割合が更に好ましい。その添加量が０．２部より少ないと、これらの添加効果が充分に発揮されず、立方晶窒化ホウ素の生成量が減少し、また、５０部を越えても、変換率は一定の値より大きくならないため、不経済である。アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物及びアルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の比率は任意に選択することができるが、化合物を構成する金属元素の原子比の総計を１００とすると、ホウ窒化物の金属元素の原子比は５〜９０、アミド・イミド化合物の原子比は５〜９０、炭化物の金属元素の原子比は５〜７０の間であることが好ましい。
【００１３】
アルカリ金属のホウ窒化物もしくはアルカリ土類金属のホウ窒化物から選ばれる１種以上の化合物の添加量が５部より少ないと、得られる立方晶窒化ホウ素は不規則な形状となって、砥粒性能の低下をもたらし、また、アルカリ金属のアミド、イミドもしくはアルカリ土類金属のアミド、イミドから選ばれる１種以上の化合物の添加量が５部より少ないと、立方晶窒化ホウ素を得るために必要な温度・圧力条件の低減効果が充分に発揮されない。アルカリ金属の炭化物もしくはアルカリ土類金属の炭化物から選ばれる１種以上の化合物の添加量が５部より少ないと、得られる立方晶窒化ホウ素は自形面の発達が乏しい球状に近い形状となり砥粒性能の低下をもたらし、その添加量が７０部より多いと、得られる立方晶窒化ホウ素中に黒色の包有物が生成して砥粒性能を低下させるため、何れも好ましくない。
【００１４】
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、好ましくはこれらの粉末を混合すれば良い。また、反応容器中に六方晶窒化ホウ素層と添加物層を交互に積層するように配置しても良い。
実際には、六方晶窒化ホウ素と添加物を混合した後、またはそれぞれ別々に、１〜２ｔ／ｃｍ2 を程度の圧力で成形してから反応容器内に充填することが好ましい。原料粉末の取り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。
尚、上記成形体または積層体に前もって立方晶窒化ホウ素の微粒をシードとして入れ、これを核として立方晶窒化ホウ素の結晶成長を促進させる方法もある。この場合、シード表面に上記添加物を被覆しても良い。
【００１５】
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時間程度で良い。
上記安定領域に保持する事により、六方晶窒化ホウ素は立方晶窒化ホウ素に変換され、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。単離精製方法は特開昭４９−２７７５７号公報に記載されている方法を用いる事ができる。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℃程度に加熱する事により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種々の化合物や単体金属を添加し、混合した。尚、表中の添加割合は、六方晶窒化ホウ素の分子数として１００部に対する化合物、単体金属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納した。
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及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及び通電用鋼板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及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になっている。
【００１７】
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の組成及び寸法は次の通りである。
粒  度：１２０／１４０
集中度：１００（砥石率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：２０５ｍｍφ、５ｍｍＵ７６．２Ｈ
立方晶窒化ホウ素を、ホウ珪酸ガラス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。この焼結体をアルミホイールに貼り付けて砥石を作製した。
研削方法は、湿式平面トラバース研削、砥石周速１８００ｍ／分、テーブル速度１５ｍ／分、クロス送り２ｍｍ／パス、切り込み３０μｍとした。被削材はＳＫＤ−１１（ＨＲＣ６２〜６４）を用いた。
【００１８】
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／砥石の磨耗量）及びその時の使用電力（Ｗ）を測定した。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。
【００１９】
【表１】
0004202521.tif 000002
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、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できる。
【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に変換するために用いる、反応容器の断面図を示す。
【符号の説明】
１  容器外壁
２  ヒーター
６  パイロフィライト
７  収納室
８  パイロフィライト
【図１】
0004202521.tif 000003