CN1317230C - 立方氮化硼磨料颗粒的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备砂轮等的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法以及该立方氮化硼磨料颗粒。该方法包括在可使立方氮化硼维持热力学稳定的压力和温度下保持含有六方氮化硼和立方氮化硼籽晶的混合物，其特征在于，该籽晶含有立方氮化硼孪晶。

Description

立方氮化硼磨料颗粒的生产方法
本申请要求保护2001年5月31日提交的申请号为60/294222的美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于制备砂轮等的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法以及立方氮化硼磨料颗粒。
背景技术
立方氮化硼在硬度上次于金刚石而其化学稳定性高于金刚石。因此，立方氮化硼日益被用作生产研磨材料、抛光材料或切削材料的磨料颗粒。
已经提出有各种不同的用于制备立方氮化硼的方法。其中，最为公知并广泛地被用于工业领域的一种方法是，把六方氮化硼保持在有例如溶剂(也称作催化剂)这样的物质存在并在可使立方氮化硼维持热力学稳定(约4-6GPa，约1400-1600℃)的条件下，使六方氮化硼直接转化成立方氮化硼(例如，日本专利公报(公告)Nos.59-39362，3-14495，3-47132，以及3-15488所公开的)。
通过这些方法中的任一种方法得到的立方氮化硼磨料颗粒都具有上述高硬度和化学稳定性，并且被用于电镀砂轮、金属结合砂轮等。
通过任何上述方法得到的立方氮化硼磨料颗粒几乎都是球形的(即块状磨料颗粒)。因此，这些磨料颗粒不适用于要求具有低研磨力的陶瓷结合砂轮的研磨。
日本专利申请公开(公开)No.9-169971公开了为了增强使用立方氮化硼磨料颗粒砂轮的低研磨力，“使用具有尖锐形状和较低缺陷水平的立方氮化硼磨料颗粒”，导致“持久的低研磨力”。尽管使用通过上述方法制得的立方氮化硼磨料颗粒的砂轮与使用块状磨料颗粒的常规砂轮相比达到了改进研磨力，但在工业上仍一直需求较低研磨力的砂轮。
将用于陶瓷结合砂轮研磨表面的结合剂熔化，以便在加热时使晶粒之间的空隙粘合，并且在通过冷却凝固后提供强的结合强度。为了达到如陶瓷结合砂轮那样的多孔砂轮的优良研磨力，必须增加砂轮的孔隙率。
然而，当减少结合剂的量以使孔隙率增加时，磨料颗粒的保持力减弱，由于研磨时的荷载而使得磨料颗粒脱落的数量增加。因此，加工物料的表面粗糙度恶化，使得整修操作之间的间隔缩短，不能达到满意的研磨比。当减少磨料颗粒的百分比时，磨料颗粒中桥结构的水平降低，由此，即使磨料颗粒的保持力足够，也会降低砂轮的硬度。因此，在研磨时不能经受所施加荷载的磨料颗粒数增加，导致磨料颗粒脱落的数量增加并且不能达到满意的研磨比。
为了解决这些问题，也提出了一种方法，该方法是加入一种团粒以补偿磨料颗粒或结合剂的损耗。然而，当添加团粒时，砂轮的孔隙率降低，由此，阻碍了低研磨力的提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了广泛的研究，结果发现，在一种用于制备立方氮化硼磨料颗粒的方法中，特别是一种超高压方法中，通过使用层状孪晶作为立方氮化硼的籽晶可得到具有适于制备陶瓷结合砂轮的形状的立方氮化硼磨料颗粒(“磨料颗粒”也可简称为“颗粒”)。根据这一发现，从而完成了本发明。
因此，本发明提供的方案如下：
(1)一种立方氮化硼磨料颗粒的生产方法，该方法包括将一种含有六方氮化硼和立方氮化硼籽晶的混合物保持在可使立方氮化硼维持热力学稳定的压力和温度的条件下，其特征在于，该籽晶含有立方氮化硼孪晶。
(2)一种立方氮化硼磨料的生产方法，其特征在于，该方法包括将通过如(1)所述立方氮化硼磨料颗粒的生产方法制得的立方氮化硼磨料颗粒破碎。
(3)如(2)中所述的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法，其中，借助辊式破碎机将立方氮化硼磨料颗粒破碎。
(4)一种立方氮化硼磨料颗粒的生产方法，其特征在于，该方法包括由通过(1)-(3)中任一项所述的方法制得的立方氮化硼磨料颗粒中除去L/T比为1.5或更小的立方氮化硼磨料颗粒，此处L代表立方氮化硼磨料颗粒三轴***中所规定的长径(μm)而T代表所规定的厚度(μm)。
(5)一种立方氮化硼磨料颗粒，其中，该磨料颗粒是通过(1)-(4)中任一项所述的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法制得的。
(6)一种立方氮化硼磨料颗粒，其特征在于，所述磨料颗粒通过用立方氮化硼的堆积密度(单位：g/cm3)除以其真密度(3.48g/cm3)计算出的填充比处于下述的范围内：
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级40/50时为0.482-0.282；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级50/60时为0.480-0.280；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级60/80时为0.478-0.278；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级80/100时为0.474-0.274；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级100/120时为0.469-0.269；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级120/140时为0.464-0.264；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级140/170时为0.459-0.259；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级170/200时为0.453-0.253；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级200/230时为0.446-0.246；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级230/270时为0.440-0.240；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级270/325时为0.433-0.233；以及
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级325/400时为0.426-0.226。
(7)如(6)中所述的立方体碳化硼磨料颗粒，其中所述的磨料颗粒基本上由单晶颗粒组成。
(8)一种由(5)-(7)中任一项所述的立方氮化硼磨料颗粒和结合剂制得的砂轮。
(9)如(8)中所述的砂轮，其中所述的结合剂是陶瓷结合剂。
(10)如(9)中所述的砂轮，其中所述的陶瓷结合剂按照处于10-30体积％范围内的量掺入在砂轮中。
(11)如(8)-(10)中任一项所述的砂轮，该砂轮具有处于((立方氮化硼磨料颗粒填充比-0.1)×100)体积％至((立方氮化硼磨料颗粒填充比+0.05)×100％)(体积)范围内的磨料颗粒百分比；
(12)如(8)-(10)中任一项所述的砂轮，该砂轮具有处于((立方氮化硼磨料颗粒填充比-0.05)×100)体积％至((立方氮化硼磨料颗粒填充比+0.05)×100％)(体积)范围内的磨料颗粒百分比；
(13)一种涂覆磨料，该磨料是通过使用粘合剂将(5)-(7)中任一项所述的立方氮化硼磨料颗粒固定在棉织物或类似织物上制得的。
附图说明
图1
(A)立方氮化硼孪晶的视图，箭头指出了优先生长的方向。
(B)立方氮化硼层状孪晶的视图，箭头指出了优先生长的方向。
较佳实施方式的详细说明
本发明的立方氮化硼磨料颗粒通过用立方氮化硼的堆积密度(单位：g/cm3)除以其真密度(3.48g/m3)计算出的填充比处于下述的范围内：
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级40/50时为0.482-0.282；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级50/60时为0.480-0.280；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级60/80时为0.478-0.278；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级80/100时为0.474-0.274；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级100/120时为0.469-0.269；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级120/140时为0.464-0.264；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级140/170时为0.459-0.259；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级170/200时为0.453-0.253；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级200/230时为0.446-0.246；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级230/270时为0.440-0.240；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级270/325时为0.433-0.233；以及
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级325/400时为0.426-0.226。
常规使用的立方氮化硼磨料颗粒的填充比高于本发明立方氮化硼磨料颗粒的填充比。为了改进使用常规立方氮化硼磨料颗粒的砂轮中的磨料颗粒保持力，必须充分增强磨料颗粒中桥结构的水平。这一要求必然地导致不能在保持研磨比的同时降低砂轮中磨料颗粒的百分比。
已经确定，通过使用具有上述填充比的本发明立方氮化硼磨料颗粒，即使降低磨料颗粒的百分比，也能达到磨料颗粒中足够水平的桥结构。因此，甚至当降低砂轮中磨料颗粒的百分比时，砂轮中磨料颗粒的保持力也不会降低，从而可以防止磨料的脱落；以及显著地增强研磨比。此外，提高砂轮的孔隙率，可以显著地改进研磨力。
通过将立方氮化硼的堆积密度除以其真密度即可获得本发明立方氮化硼磨料颗粒的填充比。堆积密度可通过JIS-R6126所规定的“人造磨料堆积密度试验方法”来测定。
下面将具体地说明测定方法。用塞子塞住漏斗的出口，并将重量20.0±0.1g的待测定试样放置在漏斗中。将一个圆筒(容量：8.0±0.1ml)放置在漏斗出口的正下方，并把由漏斗出口至圆筒顶部的下落距离调节为95.0±1.0mm。当除去塞子时，全部试样落入圆筒中。用金属片除去从圆筒顶部突出的那部分试样，对圆筒中留存的试样进行质量测定。将测得的质量除以圆筒的容积，由此得到试样的堆积密度。
上面是对测定堆积密度的简要说明。为了更精确地测量堆积密度，在测定前，必须使用稀盐酸或王水洗涤磨料颗粒，然后除去其中的酸，而后干燥，以避免例如沉淀或污斑这样的物质对磨料颗粒所造成的影响。
当磨料颗粒为特定的JIS-B4130磨料粒度级时，本发明的立方氮化硼磨料颗粒具有处于上述范围内的填充比。可将属于不同磨料粒度级的磨料颗粒混合。可以按照另一种磨料粒度级或与JIS-B4130不同的另一种标准来将具有特定填充比的本发明立方氮化硼磨料颗粒重新分级。
对本发明所用由立方氮化硼构成的磨料颗粒的合成方法没有任何特别的限定。然而，考虑到生产率，优选是在可使立方氮化硼维持热力学稳定的条件下，在有溶剂存在时保持六方氮化硼，由此使六方碳化硼转化成立方氮化硼。
可使用商品六方氮化硼粉末作为原料。然而，优选使用低氧含量的六方氮化硼，因为来自氧化物例如氧化硼形式的氧杂质经常阻碍六方氮化硼转化成立方氮化硼。对六方氮化硼的颗粒大小没有任何特别的限定，但一般按JIS-R6001规定的粒径优选为150目或更小，因为过大的粒径可能降低六方氮化硼与溶剂物质的反应活性。
对用于将六方氮化硼转化成立方氮化硼方法中使用的溶剂没有任何特别的限定，可以使用任何已知的溶剂。适用溶剂的例子包括碱金属(例如Li)；其氮化物(例如Li3N)、其氮硼化物(例如Li3BN2)；碱土金属(例如Ca、Mg、Sr.以及Ba)、其氮化物(例如Ca3N2、Mg3N2、Sr3N2以及Ba3N2)、其氮硼化物(例如Ca3B2N4、Mg3B2N4、Sr3B2N4以及Ba3B2N4)以及含有碱金属和碱土金属的复合氮硼化物(例如LiCaBN2和LiBaBN2)。对溶剂的粒径设有任何特别的限定，但优选的粒径为150目，因为过大的粒径可能降低六方氮化硼与溶剂物质的反应活性。
优选向100质量份的六方氮化硼中加入5-50质量份的溶剂物质。
为了达到溶剂和六方氮化硼的共存，将溶剂物质粉末和六方氮化硼粉末混合在一起。任选地，可将六方氮化硼层和溶剂物质交替层叠放置在反应器中。
具体地说，在一优选方案中，将六方氮化硼和溶剂物质，或其混合物用约1-2t/cm2的压力加工成型，并将得到的坯块装入反应器中。通过利用该方法，改进了原料粉末的可操作性并且降低了在反应器中产生的原料收缩，由此提高了立方氮化硼磨料颗粒的生产率。
在本发明的另一优选方案中，预先将立方氮化硼籽晶加入含有溶剂和六方氮化硼的上述坯块或含有溶剂和六方氮化硼的叠加产物中，由此促进了由作为晶核的籽晶生长成为立方氮化硼的过程。在这一场合，籽晶可用溶剂物质涂覆。
把含有催化剂物质、六方氮化硼，以及另一种物质的上述坯块或类似物料装入反应器中，并将该反应器放置在已知的高温/高压发生器中，在该处将坯块保持在可使立方氮化硼维持热力学稳定的温度/压力的条件下。O.Fukunaga在Diamond Relat.Mater，9，(2000)，7-12中公开了热力学稳定的条件，该条件通常在约4-约6GPa和约1400-约1600℃的范围内。坯块通常在该处保持约1秒-约6小时。
通过将坯块在可使立方氮化硼维持热力学稳定的上述条件下保持，可使六方氮化硼转化成立方氮化硼。通常，产生含有六方氮化硼、立方氮化硼，以及溶剂的合成锭块。将这样产出的合成锭块破碎以分离和提纯立方氮化硼。
可使用日本专利公报(公告)No.49-27757中公开的分离和提纯方法。在一种方法中，将产出的合成锭块破碎成尺寸为5mm或更小的颗粒，并将氢氧化钠和少量水加入颗粒中。在约300℃将该混合物加热，由此选择性地溶解六方氮化硼。将混合物冷却，依次用酸和水洗涤不溶物并通过过滤分离，由此得到立方氮化硼磨料颗粒。
在这样得到的氮化硼磨料颗粒中，适用于本发明的那些磨料颗粒基本上由单晶磨料颗粒组成。尽管该立方氮化硼磨料颗粒，除其单晶外，还含有如多晶颗粒和微晶颗粒那样的立方氮化硼磨料颗粒，但本发明中优选使用单晶。多晶或微晶立方氮化硼磨料颗粒具有较高的晶粒强度从而抗修整。当砂轮中使用这种磨料颗粒时，磨料颗粒的切割边缘趋于发生磨蚀和磨损。从而，多晶或微晶磨料颗粒不适合作为本发明的立方氮化硼磨料颗粒。
在本发明中，将基本上由单晶颗粒组成的立方氮化硼磨料颗粒限定为含有90体积％或更高，较佳为95体积％或更高，更佳为99体积％或更高的上述单晶磨料颗粒的立方氮化硼磨料颗粒。以上规定的百分比仅根据立方氮化硼而设有考虑其他杂质。
按照JIS-B4130中所规定的磨料粒级将通过上述方法得到的立方氮化硼磨料颗粒分级。通过使用形状选择机或类似的装置将块状的磨料颗粒由各粒级中分离掉，由此得到具有在本发明范围内的填充比的立方氮化硼磨料颗粒。
术语“块状磨料”是指通常是球形的晶粒，更准确地说，具有L/T比约为1的那些晶粒，其中L代表晶粒的三轴***中所规定的长径(μm)，而T代表所规定的厚度(μm)。在Funtai Kogaku Binran(第1版，第1次印刷(1986)，由The Society of Powder Technology，日本，出版)第1页上所述的，通过将不规则形状转换成相应的直角平行六面体，可利用此处所述的三轴***对具有不规则形状的晶粒形状进行定量。
简言之，提供两条平行线，使其夹着在静止条件下放置在任选平面上的颗粒投影图。当这两条线接触投影图时，测量两线之间的距离。最长的距离作为晶粒的长径L(μm)，垂直于沿最长距离线的方向而与投影图接触的另外两条线之间的距离作为晶粒的短径B(μm)。由在静止条件下在其上放置晶粒的平面至晶粒顶部的高度作为厚度T(μm)。在本发明中，三轴***的厚度(μm)是选自短径B(μm)和厚度T(μm)中的较小值。
按照本发明，借助形状选择机或类似装置通过降低具有L/T比为1.5或更小的磨料颗粒的百分比可得到具有处于本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒。在本发明制备方法中的词句“除去具有L/T比为1.5或更小的立方氮化硼磨料颗粒”是指“降低具有L/T比为1.5或更小的立方氮化硼磨料颗粒百分比”的步骤。
作为形状选择机，只要该装置能达到上述目的，任何装置均可使用。特别是，可使用通过振动来除去具有低L/T比磨料颗粒的方法。
现在将说明上述方法中所用形状选择机一个特定实例的结构。一个振动板呈等边三角(顶角A，B和C)状态，在AB和AC边各处设有防止磨料颗粒下落的边壁。振动板形成倾斜状以使得顶角B相对于作为倾斜轴的AC边向上设置。相对于水平面的倾斜角优选为1-45°。该振动板另外被倾斜成使得顶角A向顶角C倾斜。较佳的是AC边相对于水平面的倾斜角为1-30°。
当振动板振动时，磨料颗粒被供向顶角A并且由BC边排料。供入的磨料颗粒通过振动由顶角A下降至BC边。在这一步骤的过程中，通常具有球形的块状磨料颗粒趋于下降至较低部分并沿AC边移动。相反，不规则形状的磨料颗粒(即非块状磨料颗粒)通过振动上升至较高的部分并由BC边上靠近顶角B的部分排料。通过利用BC边上的出口分离，可以得到已由其中除去了块状(通常是球状)磨料颗粒的磨料颗粒。
在“金刚石和立方氮化硼的颗粒尺寸”(JIS-B4130)中所规定的磨料粒度级之中，与本发明相关的那些粒级被概括在表1中。通过使用电动筛得到表1中的粒径分布。
为了提高具有本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒的产率，优选是用于制备立方氮化硼磨料颗粒的步骤包括一个将立方氮化硼磨料颗粒破碎的步骤。特别优选是通过压力荷载来破坏立方氮化硼磨料的破碎方法。更优选是借助辊式破碎机进行破碎。
在借助辗式破碎机的破碎方法中，磨料颗粒在两辊之间被挤压和破碎。该方法基于通过对磨料颗粒施加压缩和剪切应力来进行破碎，而这些磨料颗粒可在短的时间周期内被所施加的较强力量所破碎。从而，磨料颗粒通常不会被过度破碎到超过所需的程度并且通常不会形成圆形的块状磨料颗粒，由此提高了具有本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒的产率。
现在将说明另一种用于制备具有本发明范围的填充比的立方氮化硼磨料颗粒的方法。在该方法中，在超高的压力/温度条件下，有溶剂存在时保持六方氮化硼，由此使六方氮化硼转化成立方氮化硼，可直接得到具有本发明范围内填充比的磨料颗粒。更具体地说，在制备立方氮化硼磨料颗粒的方法中，该方法包括将含有六方氮化硼和立方氮化硼籽晶的混合物保持在能使立方氮化硼维持热力学稳定的压力/温度条件下，使用孪晶和层状孪晶作为立方氮化硼的籽晶，由此可得到具有本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒。
术语“孪晶”是指具有互相对称的两个部分的晶体。图1示出了一种特定孪晶的晶体结构的示意图。通过使用孪晶作为籽晶可得到具有本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒的理由如下。在孪晶的中凹部分，单向地，即按特定的晶体取向，产生晶核。因此，与其他晶体取向相比，以显著不同的速率在这些方向发生晶体生长，并且增加了晶粒的各向异性生长。从而，不规则形状的磨料颗粒趋于生长，导致易于产生具有本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒。
例如，在图1(A)所示的孪晶中，在由箭头所示的三个方向优先进行晶体生长。当使用图1(B)所示具有两个或更多孪晶平面的层状孪晶作为籽晶时，具有中凹部分的平面数增加。从而，与使用图1(A)所示籽晶的场合相比，更易于生长具有本发明范围内填充比的立方氮化硼磨料颗粒。
当使用本发明的立方氮化硼磨料颗粒制备砂轮时，可达到高研磨比和低研磨力。特别是，在多孔陶瓷结合砂轮的场合能显著地产生作用。
陶瓷结合砂轮的磨料颗粒百分比优选在((立方氮化硼磨料颗粒的填充比-0.1)×100)体积％至((立方氮化硼磨料颗粒的填充比+0.05)×100)体积％的范围内，特别优选在((立方氮化硼磨料颗粒的填充比-0.05)×100)体积％至((立方氮化硼磨料颗粒的填充比+0.05)×100)体积％的范围内。当磨料颗粒的百分比小于((立方氮化硼磨料颗粒的填充比-0.1)×100)体积％时，不能达到磨料颗粒中足够的桥结构以及足够的磨料颗粒保持力，由此导致研磨比降低，而当磨料颗粒百分比超过((立方氮化硼磨料颗粒的填充比+0.05)×100)体积％时，可达到磨料颗粒中足够的桥结构，但由于在形成砂轮时磨料颗粒的强制填塞，使磨料颗粒边缘碎裂或磨料颗粒本身破坏，导致在研磨时这些碎裂或损伤的磨料颗粒脱落并使研磨比降低。
磨料颗粒的百分比是指以砂轮体积为基础计算的磨料颗粒的体积百分数。
为了制备陶瓷结合砂轮，根据使用目的，可以使用通常用于结合立方氮化硼磨料颗粒的任何结合剂。这种结合剂的实例包括含有SiO2-Al2O3为主的结合剂。在砂轮中掺入结合剂的量优选在10-30体积％的范围内。当其量小于10体积％时，磨料颗粒的保持力降低并使脱落的磨料颗粒增加，导致不适于研磨工具的低研磨比。当其量超过30体积％时，砂轮的孔隙率降低，导致砂轮研磨力的恶化，并且在制备砂轮的加热时趋于发生体积增加(起泡)，这些作用是不利的。
也可使用通常在以立方氮化硼磨料颗粒制备砂轮时使用的添加剂(例如团块和助粘剂)或类似物质。
本发明的立方氮化硼磨料颗粒适于在以其他类型结合剂、涂覆磨料等制备的砂轮中以及在上述陶瓷结合砂轮中使用。术语“涂覆磨料”是指一类含有被粘合剂固定在织物上的磨料颗粒的研磨材料。特别是，通过使用粘合剂例如动物胶、明胶或合成树脂将磨料颗粒固定在棉织物或类似织物上面制成的研磨织物。
实施例
下面将通过实施例来说明本发明，但不能认为这些实施例是对本发明的限定。
(实施例1)
将作为cBN合成溶剂的LiCaBN2(15质量份)和含有如图1所示，作为籽晶的大量孪晶(平均粒径：30μ)的立方氮化硼磨料颗粒(0.5质量份)加入hBN(UHP-1，Showa Denko k.k.的产品；平均粒径：8-10μ；纯度：98％)(100质量份)中，由此得到一种混合物。将该混合物在模压密度为1.92g/cm2的条件下模压，由此得到一坯块。将该坯块装入反应器，并将该反应器放置在高温/高压发生器中，在其中于5GPa和1500℃下进行15分钟的合成。在合成结束后，由反应器中取出生成的合成坯块并将其破碎成5mm或更小粒径的颗粒，并将氢氧化钠和少量水加入这些颗粒中。在约300℃将混合物加热，由此选择性地溶解六方氮化硼。将混合物冷却，依次用酸和水洗涤不溶物并通过过滤分离以进行纯化，由此得到透明的黄色立方氮化硼磨料颗粒。
这样得到的立方氮化硼磨料颗粒含单晶颗粒量为99％或更高。
(实施例2)
重复实施例1中的步骤，所不同的是不添加任何立方氮化硼籽晶，由此得到一种混合物，合成立方氮化硼磨料颗粒，分离和提纯这些磨料颗粒。
这样得到的立方氮化硼磨料颗粒含有单晶颗粒的量为99％或更高。
(实施例3)
将实施例1中所得到的立方氮化硼磨料颗粒分级成JIS-B4130中所规定的磨料粒度级。用稀盐酸洗涤属于100/200磨料度级的磨料颗粒，然后除去其中的酸，并将其干燥。测量干燥磨料颗粒的堆积密度，据此测定其填充比。
用如下方法测定堆积密度。用塞子塞住漏斗的出口，将20.0±0.1g待测的立方氮化硼磨料颗粒放置在漏斗中。将一个圆筒(容积：8.0±0.1ml)放置在漏斗出口的正下方，并把由漏斗出口至圆筒顶部的下降距离调节至95.0±1.0mm。当去除塞子时，导致全部立方氮化硼磨料颗粒落入圆筒中。用金属片除去从圆筒顶部突出的那部分立方氮化硼磨料颗粒，对圆筒中留存的立方氮化硼磨料颗粒进行质量测定。将测得的质量除以圆筒容积，因此得到堆积密度。
属于100/120磨料粒度级的磨料颗粒填充比示于表2中。
(实施例4)
将实施例2中得到的立方氮化硼磨料颗粒分级成JIS-B4130中规定的磨料粒度级。通过上述的形状选择机从属于100/120磨料粒度级的磨料颗粒中除去块状磨料颗粒。
使用一种应用各边长度为约1m的等边三角形振动板的形状选择机。使该振动板(顶角A，B和C)形成13°的倾斜，使得顶角B相对于作为倾斜轴的AC边向上设置。该振动板进一步被倾斜7°，使得顶角A向顶角C倾斜。
通过使用形状选择机，降低了立方氮化硼磨料颗粒中所含的具有L/T比为1.5或更小的磨料颗粒百分比。随后，用稀盐酸洗涤这样处理过的立方氮化硼磨料颗粒，然后除去其中的酸，并将其干燥。用类似于实施例3中的方法测量干燥磨料颗粒的堆积密度，据此测定其填充比。
100/120磨料粒度级的磨料颗粒填充比示于表2中。
(实施例5)
借助辊式破碎机将实施例2中所得到的立方氮化硼磨料颗粒破碎。
使用一种辊式破碎机(Yoshida Seisaku-shi产品)。在辊式破碎机中所用的各个辊直径为140mm，长度为140mm并由高碳钢制成。对辊施加50kgf(490N)的荷载，同时以20g/分钟的速率将立方氮化硼磨料颗粒供入按100rpm旋转的双辊中，由此将磨料颗粒破碎。
将这样破碎的立方氮化硼磨料颗粒分级成JIS-B4130中所规定的磨料粒度级。用稀盐酸洗涤100/120磨料粒度级的磨料颗粒，然后除去其中的酸并将其干燥。按照与实施例3中类似的方法测量干燥磨料颗粒的堆积密度，据此测定其填充比。
100/120磨料粒度级的磨料颗粒填充比示于表2中。
(实施例6)
在与实施例5类似的条件下将实施例2中所得到的立方氮化硼磨料破碎。
将这样破碎的立方氮化硼磨料颗粒分级成JIS-B4130中规定的磨料粒度级。按照与实施例4类似的方法，借助形状选择机来降低100/120磨料粒度级中所含具有L/T为1.5或更小的磨料颗粒百分比，并用稀盐酸洗涤这样处理过的磨料颗粒，然后除去其中的酸并将其干燥。按照与实施例3类似的方法，测量干燥磨料颗粒的堆积密度，据此测定其填充比。
属于100/120磨料粒度级的磨料颗粒填充比示于表2中。
(对比例1)
将实施例2中所得到的立方氮化硼磨料颗粒分级成JIS-B4130中规定的磨料粒度级。用稀盐酸洗涤属于100/120磨料粒度级的磨料颗粒，然后除去其中的酸并将其干燥。按照与实施例3类似的方法，测量干燥磨料颗粒的堆积密度，据此测定基填充比。
100/120磨料粒度级的磨料颗粒填充比示于表2。
(实施例7和8以及对比例2-6)
通过使用实施例3中所得到的或对比例1中所得到的那些磨料颗粒制备各种砂轮片。具体地说，制备一种含有磨料颗粒、作为粘合剂的硼硅酸盐玻璃结合剂、以及一种粘合剂(酚醛树脂)的混合物；在150℃将该混合物加压成形；在1000℃(在大气中)下烧结所获的坯块。在烧结制备砂轮片时，所用的粘合剂被烧掉，从而形成孔隙。在形成各种砂轮片时所用的磨料颗粒类型、其比例、烧结产物磨料颗粒的孔隙率和百分比、以及各种砂轮片的粘合强度示于表3中。
(实施例9和10以及对比例7-11)
将实施例7和8以及对比例2-6中制得的各种砂轮片与铝合金轮结合，由此形成砂轮，将砂轮在以下条件下经受研磨试验。结果示于表4中。
砂轮：1A1型，150D×10U×3X×76.2H
研磨机：水平轴表面研磨机(砂轮轴马达：3.7kw)
加工材料：SKH-51(HRc＝62-64)
加工材料的表面积：200mm×100mm
研磨方法：湿式表面横向研磨
研磨条件：
砂轮周边速度：1800m/min
台面速度：15m/min
横轨供料速率：5mm/pass
磨削深度：25μm
研磨液：FIS W2，仅对cBN(稀释50倍)
表1
  第一筛        第二筛              第三筛   第四筛
  A          B           C   D   E
  μm   μm   ％   μm   ％   ％   μm
  40/50   600*   455   8   302   90   8   213
  50/60   455   322   8   255   90   8   181
  60/80   384   271   8   181   90   8   127
  80/100   271   197   10   151   87   10   107
  100/120   227   165   10   127   87   10   90
  120/140   197   139   10   107   87   10   75
  140/170   165   116   11   90   85   11   65
  170/200   139   97   11   75   85   11   57
  200/230   116   85   11   65   85   11   49
  230/270   97   75   11   57   85   11   41
  270/325   85   65   15   49   80   15   -
  325/400   75   57   15   41   80   15   -
A：99.97％颗粒必须通过的筛
B：不能有预定量或更多的颗粒留存在其上面的筛，以及该预定量
C：必须有预定量颗粒留存在其上面的筛，以及该预定量
D：可通过该筛的颗粒的最大量
E：至少有2％颗粒必定不能通过的筛
*：未使用电动筛
表2
  所用的立方氮化硼磨料颗粒   100/120磨料粒度级的磨料颗粒填充比
 实施例3   实施例1   0.43
 实施例4   实施例2   0.45
 实施例5   实施例2   0.48
 实施例6   实施例2   0.44
 对比例1   实施例2   0.53
表3
  所用的立方氮化硼磨料颗粒   磨料颗粒-结合剂-粘合剂比例(体积％)         砂轮(烧结后) 抗弯强度(kg/mm2)
  孔隙率(体积％)   晶粒体积百分比(体积％)
 实施例7   实施例3   45-20-10   35   45   5.53
 实施例8   实施例3   35-20-10   45   35   5.38
 对比例2   实施例3   50-20-10   30   50   4.92
 对比例3   实施例3   30-20-10   50   30   2.61
 对比例4   对比例1   50-8-10   42   50   3.84
 对比例5   对比例1   50-20-10   30   50   5.31
 对比例6   对比例1   40-20-10   40   40   4.07
表4
  所用的砂轮   研磨比   研究力(W)
  实施例9   实施例7   1,683   920
  实施例10   实施例8   1,622   940
  对比例7   对比例2   1,229   1,190
  对比例8   对比例3   627   970
  对比例9   对比例4   878   1,260
  对比例10   对比例5   1,582   1,780
  对比例11   对比例6   1,060   1,430
工业实用性
本发明的立方氮化硼磨料颗粒具有比常规立方氮化硼磨料颗粒低的填充比。从而，尽管磨料颗粒百分比降低，但可在磨料颗粒中保持高水平的桥结构。于是，使用本发明立方氮化硼磨料颗粒的砂轮，即使当孔隙率提高时，也能达到高硬度、高抗弯强度、以及高磨料颗粒保持力。此外，通过使用本发明的立方氮化硼磨料颗粒，可制得具有优良研磨力的砂轮，而不降低砂轮的研磨比。
特别是，本发明的立方氮化硼磨料颗粒适用于陶瓷结合砂轮。使用本发明六方氮化硼磨料颗粒的陶瓷结合砂轮可起到多孔砂轮的作用并能发挥优良的研磨性能。

Claims (12)

1.一种立方氮化硼磨料颗粒，其中，所述磨料颗粒通过用立方氮化硼的堆积密度除以其真密度计算出的填充比处于下述的范围内：
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级40/50时为0.482-0.282；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级50/60时为0.480-0.280；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级60/80时为0.478-0.278；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级80/100时为0.474-0.274；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级100/120时为0.469-0.269；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级120/140时为0.464-0.264；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级140/170时为0.459-0.259；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级170/200时为0.453-0.253；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级200/230时为0.446-0.246；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级230/270时为0.440-0.240；
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级270/325时为0.433-0.233；以及
磨料颗粒的JIS B4130磨料粒度级325/400时为0.426-0.226。
2.如权利要求1所述的立方氮化硼磨料颗粒，其中所述的磨料颗粒基本上由单晶颗粒组成。
3.一种如权利要求1所述的立方体氮化硼磨料颗粒的生产方法，该方法包括下述步骤：
将一种含有六方氮化硼和立方氮化硼籽晶的混合物保持在可使立方氮化硼维持热力学稳定的压力和温度的条件下；所述籽晶含有立方氮化硼孪晶。
4.如权利要求3所述的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法，其中，该方法还包括一个将所说立方氮化硼磨料颗粒破碎的步骤。
5.如权利要求4所述的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法，其中，借助辊式破碎机将立方氮化硼磨料颗粒破碎。
6.如权利要求3-5中任一项所述的立方氮化硼磨料颗粒的生产方法，该方法还包括一个用于从立方氮化硼磨料颗粒中除去L/T比为1.5或更小的立方氮化硼磨料颗粒的步骤，
此处的L代表立方氮化硼磨料颗粒三轴***中所规定的长径(μm)，而T代表所规定的厚度(μm)。
7.一种由权利要求1或2所述的立方氮化硼磨料颗粒和结合剂制得的砂轮。
8.如权利要求7所述的砂轮，其中所述的结合剂是陶瓷结合剂。
9.如权利要求8所述的砂轮，其中所述的陶瓷结合剂按照处于10-30体积％范围内的量掺入在砂轮中。
10.如权利要求7-9中任一项所述的砂轮，其中所述的砂轮具有处于((立方氮化硼磨料颗粒的填充比-0.1)×100体积)％至((立方氮化硼磨料颗粒的填充比+0.05)×100)体积％范围内的磨料颗粒百分比。
11.如权利要求7-9中任一项所述的砂轮，其中所述的砂轮具有处于((立方氮化硼磨料颗粒的填充比-0.05)×100)体积％至((立方氮化硼磨料颗粒的填充比+0.05)×100)体积％范围内的磨料颗粒百分比。
12.一种涂覆磨料，所述磨料是通过使用粘合剂将权利要求1或2所述的立方氮化硼磨料颗粒固定在织物上而制得的。
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