CN1462260A - 生产立方氮化硼的方法及用此方法获得的产品 - Google Patents

生产立方氮化硼的方法及用此方法获得的产品 Download PDF

Info

Publication number
CN1462260A
CN1462260A CN 02801387 CN02801387A CN1462260A CN 1462260 A CN1462260 A CN 1462260A CN 02801387 CN02801387 CN 02801387 CN 02801387 A CN02801387 A CN 02801387A CN 1462260 A CN1462260 A CN 1462260A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
cubic boron
nitride
described method
catalyst substance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 02801387
Other languages
English (en)
Other versions
CN1200908C (zh
Inventor
饭塚诚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Publication of CN1462260A publication Critical patent/CN1462260A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1200908C publication Critical patent/CN1200908C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C04B35/5831—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride based on cubic boron nitrides or Wurtzitic boron nitrides, including crystal structure transformation of powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261—Milling
    • C04B35/6262—Milling of calcined, sintered clinker or ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/36—Glass starting materials for making ceramics, e.g. silica glass
    • C04B2235/365—Borosilicate glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/386—Boron nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3895—Non-oxides with a defined oxygen content, e.g. SiOC, TiON
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/401—Alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
    • C04B2235/767—Hexagonal symmetry, e.g. beta-Si3N4, beta-Sialon, alpha-SiC or hexa-ferrites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/788—Aspect ratio of the grains
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供了一种生产立方氮化硼的方法，该方法包括在催化剂物质存在下，将六方氮化硼置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼，其中的催化剂物质包含LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质，LiMBN2中的M代表Ca、Sr、Ba、Ra、Be或Mg。在LiMBN2、碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物中，任意一种的氧含量为1％或更低。结果，显著地提高了转化为立方氮化硼的转化率，并且所得立方氮化硼显示高的机械强度。

Description

生产立方氮化硼的方法 及用此方法获得的产品
相关申请的交叉参考
本申请是基于35 U.S.C.第111(a)条的规定递交的，依照35U.S.C.第119(e)(1)条享有美国临时申请60/280,749的申请日的权益，该临时申请是根据35U.S.C.第111(b)条的规定于2001年4月3日递交的。
技术领域
本发明涉及一种由六方氮化硼生产立方氮化硼的方法，用此方法获得的立方氮化硼以及一种由该立方氮化硼形成的磨石。
背景技术
立方氮化硼的硬度仅次于金刚石而化学稳定性优于金刚石。因此，立方氮化硼越来越广泛地用作研磨材料、抛光材料和切割材料。目前已提议了多种生产立方氮化硼的方法。其中，最著名且在工业领域被最广泛使用的方法是：在催化剂物质存在下，将六方氮化硼置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下(约4.0-6.0Gpa和约1400-1600℃)，从而将六方氮化硼转变为立方氮化硼。美国专利3,772,428和JP-B SHO 61-283、JP-B HEI5-94及JP-B HEI 5-95公开，碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物均可作为催化剂物质。更确切地说，美国专利3,772,428公开Li3N和Li3BN2为特别有前途的催化剂物质。然而，使用上述任何一种催化剂物质所生产的立方氮化硼通常呈现粒径为50μm或更小而且包含未充分长大的晶面的微粒形式。因此，由这些立方氮化硼所生产的磨料还不具有满意的性能。
JP-B SHO 61-283公开LiCaBN2为最有前景的催化剂物质。使用这种催化剂物质生产的立方氮化硼通常呈半球形并具有优异的机械强度。JP-BHEI 5-94及JP-B HEI 5-95公开了一种方法，其中将LiMBN2(M代表碱土金属)和Li8SiN4或Ca5Si2N6的混合物作为催化剂物质。使用该方法生产的立方氮化硼具有完全长大的(111)晶面并具有优异的机械性能。
然而，这些方法均没有获得令人满意的六方氮化硼向立方氮化硼转化的转化率。因此，在工业过程中需要一种可以实现高转化率的催化剂物质。而且，催化剂物质也需要具有较高的机械强度。
本发明的目的之一在于解决上述传统技术中存在的问题，并提供机械强度得到改善的立方氮化硼和研磨性能得到增强的磨石。
本发明的另一个目的在于提供一种生产立方氮化硼的方法，该方法提高了六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率。
发明内容
本发明涉及一种生产立方氮化硼的方法，该方法包括在催化剂物质存在下，将六方氮化硼置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼，其中的催化剂物质含有LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质，LiMBN2中的M代表Ca、Sr、Ba、Ra、Be或Mg。
LiMBN2、碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物中任意一种的氧含量为1％或更低。
LiMBN2为LiCaBN2或LiBaBN2。
碱金属的氮化物包括Na、K、Rb、Cs和Fr的氮化物，碱土金属的氮化物包括Ra、Be和Mg的氮化物。
碱金属的氮硼化物包括Li3BN2，碱土金属的氮硼化物包括Ca3B2N4和Mg3B2N4。
催化剂物质优选含有LiCaBN2和Li3BN2。
基于1摩尔份的LiMBN2，选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的至少一种物质的量是0.3-20摩尔份。
在100质量份的六方氮化硼中加入5-50质量份的催化剂物质形成混合物，然后将该混合物置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼。
本发明还涉及使用该方法生产的立方氮化硼和用该立方氮化硼生产的磨石。
根据本发明生产立方氮化硼的方法，六方氮化硼向立方氮化硼转化的转化率远超过50％，而常规方法的转化率为约30％。而且，由于获得的立方氮化硼显示高度的形状各向异性，因此其机械强度得到提高。与传统的磨石相比，由该立方氮化硼生产的磨石具有相当优异的研磨性能。
附图简要说明
图1是用来将六方氮化硼转化为立方氮化硼的反应器的断面示意图。
实施本发明的最佳方式
本发明涉及一种生产立方氮化硼的方法，包括在催化剂物质存在下，将六方氮化硼置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼。在实施本发明生产方法的一种方式中，六方氮化硼粉末和催化剂物质混合，然后加压(例如1-2t/cm2的压力)将混合物压制成压块。将压块放入装配有超高压发生器的容器中，并在立方氮化硼保持热力学稳定的条件下(约4-6Gpa，约1400-约1600℃)放置预定的时间(如约1秒-6小时)，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼。转化后，从超高压发生器中取出由此合成的坯料，然后从坯料中分离立方氮化硼并提纯。
在本发明中，可以使用市购六方氮化硼粉末作为六方氮化硼原料。然而，优选使用氧含量低的六方氮化硼粉末，这是因为以氧化物形式如氧化硼迁移的氧杂质通常阻碍六方氮化硼向立方氮化硼转化。特别地，优选使用氧化物含量为1％或更低的六方氮化硼粉末。关于六方氮化硼粉末的粒径，优选最大粒径为100μm或更小。粒径过大是不优选的，这是由于粒径过大将破坏六方氮化硼与催化剂物质的反应性，从而导致六方氮化硼向立方氮化硼转化的转化率降低。
本发明使用的催化剂物质含有LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质(不同于LiMBN2)。LiMBN2中的符号“M”代表Ca、Sr、Ba、Ra、Be或Mg。其中，Ca和Ba为特别优选。而且，氧杂质含量低的LiMBN2是优选的。特别是，LiMBN2优选具有1％或更小的氧含量，更优选0.5％或更小。氧杂质是不优选的，这是因为它阻碍六方氮化硼向立方氮化硼转化。
虽然没有对LiMBN2的粒径进行特别限制，但是一般而言，优选最大粒径为100μm或更小。粒径过大是不优选的，这是由于粒径过大将破坏LiMBN2和六方氮化硼的反应性，从而导致六方氮化硼向立方氮化硼转化的转化率降低。
下面将以LiCaBN2为例，详述本发明所使用的合成LiMBN2的方法。首先，将氮化锂、氮化钙和六方氮化硼的粉末作为原料。将这些粉末按照(氮化锂)∶(氮化钙)∶(六方氮化硼)为1∶1∶3的组成摩尔比进行混合。将混合物放置在惰性气体如氮气或氩气气氛中，于约1000℃保温40分钟，然后冷却，从而获得LiCaBN2固体。在惰性气体气氛中，将LiCaBN2固体磨碎以制得LiCaBN2粉末。
本发明使用的催化剂物质必须含有LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质。所选择的碱金属或碱土金属的氮化物和氮硼化物必须不同于催化剂物质中含有的LiMBN2。
特别地，碱金属包括Li、Na、K、Rb、Cs和Fr。尤其当使用Li时，可以较高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
碱土金属的实例包括Ca、Sr、Ba、Ra、Be和Mg。尤其当使用Ca或Mg时，可以较高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
碱金属氮化物的实例包括Li3N、Na3N、K3N、Rb3N、Cs3N和Fr3N。尤其当使用Na3N、K3N、Rb3N、Cs3N或Fr3N时，可以较高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
碱土金属氮化物的实例包括Ca3N2、Sr3N2、Ba3N2、Ra3N2、Be3N2和Mg3N2。尤其当使用Ra3N2、Be3N2或Mg3N2时，可以较高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
碱金属氮硼化物的实例包括Li3BN2、Na3BN2、K3BN2、Rb3BN2、Cs3BN2和Fr3BN2。尤其当使用Li3BN2时，可以较高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
碱土金属氮硼化物的实例包括Ca3B2N4、Sr3B2N4、Ba3B2N4、Ra3B2N4、Be3B2N4和Mg3B2N4。尤其当使用Ca3B2N4或Mg3B2N4时，可以较高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
用于本发明的碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物优选具有低杂质浓度。尤其是作为杂质存在的氧导致严重的反作用。因此，氧杂质含量优选控制在1％或更低，更优选地控制在0.5％或更低。高于1％的氧含量将破坏所生产的立方氮化硼的结晶度。
对用于本发明的碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的粒径没有特别限制。但是，由于过大的粒径破坏上述物质与六方氮化硼的反应性，因此，上述物质的最大粒径一般优选为100μm或更小。
本发明中使用的催化剂物质特别优选包含LiCaBN2和下述物质之一的组合：Li、Ca、Mg、Na3N、K3N、Rb3N、Cs3N、Fr3N、Ra3N2、Be3N2、Mg3N2、Li3BN2、Ca3B2N4和Mg3B2N4。在这些组合中，最优选使用LiCaBN2和Li3BN2的组合。当使用该组合时，可以最高的转化率生产出具有优异机械强度的立方氮化硼。
在本发明中，对包含至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质的量与LiMBN2的量之比进行控制。具体地，基于1摩尔份LiMBN2，所使用的碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的总量优选为0.3-20摩尔份，更优选0.3-10摩尔份。当碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的总量小于0.3摩尔份时，就不能完全发挥这些化合物的作用，并且六方氮化硼向立方氮化硼转化的转化率降低；反之，当其总量超过20摩尔份时，立方氮化硼的形成率急剧提高，从而破坏了机械强度和形状特征，结果导致磨料性能恶化。
通过混合LiMBN2粉末和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质粉末来制备上述的催化剂物质。可选地，催化剂物质可以按下述方法制备：与按照预定组成比混合的碱金属、碱土金属及其氮化物混合，然后在惰性气体如氮气或氩气中将所得混合物在例如700-1200℃下加热。
本发明使用LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质作为催化剂物质。将这些物质和六方氮化硼混合，并将所得混合物置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼。可选地，将如碱金属、碱土金属及其氮化物或硼氮化物的物质与六方氮化硼混合，然后将得到的混合物置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，并且在该阶段将LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质混入该混合物中。
关于上述催化剂物质在本发明中的使用比例，100质量份的六方氮化硼中优选加入5-50质量份的催化剂物质，更优选10-30质量份的催化剂物质。如果催化剂物质的用量小于5质量份或超过50质量份，那么形成的立方氮化硼的机械强度和形状特征将恶化，从而导致由立方氮化硼生产的研磨材料的性能变坏。
对于催化剂物质和六方氮化硼混合物的制备方法，优选将其粉末混合在一起。作为选择，可将六方氮化硼层和催化剂物质层交替堆积在反应器中。更确切地说，在一个优选的方案中将六方氮化硼和催化剂物质混合在一起或分别在1-2t/cm2的压力下成型，然后将得到的混合物或压块放入反应器中。通过使用这种方法，原料粉末的可处理性得到提高，并且原料在反应器中的收缩率下将，从而提高生产率。
在另一个可选的方法中，预先将立方氮化硼晶种加入到上述混合物或压块中，从而以晶种为晶核促进立方氮化硼的生长。无庸质疑，该方法也在本发明的范围之内。在这种情况下，晶种表面可以涂覆催化剂物质。
将上述压块放入反应器中，并将反应器放入一个已知的高温/高压发生器中，使压块保持在一定的温度/压力条件下，该条件下立方氮化硼处于热力学稳定态。关于热力学稳定条件参见O.Fukunaga在Diamond Relat.Mater.，9，(2000)，第7-12页的描述。对于压块在该条件下的保持时间没有特别的限制，保持时间一般为1约秒到6小时。
通过将压块保持在热力学稳定条件下，六方氮化硼转化为立方氮化硼。一般生成一种含有六方氮化硼、立方氮化硼和催化剂物质的合成坯料。为了分离和提纯立方氮化硼，将由此生成的合成坯料破碎。可以使用JP-BSHO 49-27757中描述的分离和提纯方法。方法之一是：将生成的合成坯料破碎成尺寸为5mm或更小的颗粒，并在颗粒中加入氢氧化钠和少量的水。然后将混合物加热到约320℃以选择性地溶解六方氮化硼。然后将混合物冷却，酸洗未溶解的物质并过滤分离，从而得到立方氮化硼。
将由此获得的立方氮化硼按照JIS-B4130规定的粒径等级进行分级。粒径等级为100/120的氮化硼颗粒作为磨料颗粒与粘结材料和粘结剂混合。将得到混合物加压成型并在约1000℃烧结以形成磨石。与传统的磨石相比，由此获得的磨石的研磨性能有很大的改善。
下面将描述本发明的实施例。然而，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1-10：
在100质量份平均粒径为10μm、含有0.8％氧杂质和0.2％的其他杂质的六方氮化硼中，加入各种组成如下面表1所示的催化剂物质10质量份。表1中，(1)∶(2)指碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物(不同于LiMBN2)的总摩尔份数与1摩尔份LiMBN2的比值。混合物在1.5t/cm2的压力下压制成为直径为26mm、高度为32mm的压块，将每个压块放置在如图1所示的反应器中。表1
催化剂物质(1)   催化剂物质(2) (1)的氧含量 (2)的氧含量     (1)∶(2)     转化率(％)     韧度值(％)     形状各向异性
实施例1     LiCaBN2     Li     0.37     0.12     1∶5     51     64     1.85
实施例2     LiCaBN2     Li3N     0.37     0.26     1∶5     59     62     1.81
实施例3     LiCaBN2     Li3BN2     0.37     0.24     1∶7     56     64     1.80
实施例4     LiCaBN2     Ca3B2N4     0.37     0.21     1∶7     52     67     1.84
实施例5     LiCaBN2     Li3BN2-Ca3B2N4     0.37     0.24-0.21     1∶2∶5     51     63     1.84
实施例6     LiCaBN2     Mg     0.37     0.18     1∶5     58     63     1.82
实施例7     LiBaBN2     Li3BN2     0.38     0.24     1∶7     42     59     1.86
实施例8     LiBaBN2     Ca3B2N4     0.38     0.21     1∶7     47     57     1.88
实施例9     LiCaBN2     K3N     0.37     0.26     1∶5     50     67     1.81
实施例10     LiCaBN2     Mg3N2     0.37     0.22     1∶5     55     64     1.83
对比例1     LiCaBN2     --     0.37     --     1∶0     32     49     1.91
对比例2     Li3BN2     --     0.24     --     1∶0     22     35     1.75
对比例3     Ca3B2N4     --     0.21     --     1∶0     23     38     1.74
对比例4     Mg     --     0.18     --     1∶0     29     30     1.70
对比例5     LiCaBN2     Li8SiN4     0.37     0.17     1∶0.04     32     55     1.88
对比例6     LiCaBN2     Ca5Si2N6     0.37     0.15     1∶0.03     32     54     1.89
图1所示的反应器中，具有作为传压介质的由叶腊石制造的中空、圆筒形外壁1，其中放置着由石墨制造的中空圆筒形加热器2，该加热器与外壁的内表面接触，并且在加热器的表面上放置着用作隔离元件的叶腊石构件。反应器的顶部和底部分别装配着上部和下部通电钢环3以及顶部和底部通电钢板4。在顶部和底部钢板之下装有烧结刚玉板5，在顶部钢板和上部钢环之下以及在底部钢板和下部钢环之上装有两个作为传压介质的叶腊石板6。叶腊石板6和叶腊石构件8限定了放置原料的容纳室7。
反应器放置在超高压发生器中，并将10个压块在5Gpa的压力、1450℃的条件下处理10分钟。
处理结束之后，从超高压发生器中取出合成的坯料，并且将每一个坯料的一部分破碎成尺寸为5mm或更小的颗粒。在颗粒中加入氢氧化钠和少量的水后，将混合物加热到大约320℃，然后冷却。用酸清洗冷却的混合物并过滤，以分离提纯立方氮化硼。
为了进行分析，使用研钵将所述合成坯料的另一部分研磨成粉末，并使用X射线衍射仪对所得粉末进行X射线分析，从而确定立方氮化硼(111)衍射线(相对于CuKα射线)和六方氮化硼(002)衍射线(相对于CuKα射线)的相对强度。通过测试，基于下面的公式计算六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率：{(归因于立方氮化硼的强度)/(归因于立方氮化硼的强度+归因于六方氮化硼的强度)}×100(％)。
利用韧度指数对所得立方氮化硼的机械强度进行评价。通过下面的方式获得韧度指数。具体地，将所制得的立方氮化硼的粒径调整到JIS-B4130规定的粒径等级120/140。将预定量的样品和一个钢球一起放入容积为2ml的容器中。使用振动器以3000±100/分钟的频率振动该容器30.0±0.3秒，从而用钢球将容器中的立方氮化硼大颗粒粉碎。用90μm的筛子筛分制得的粉末。称量筛上残留物的重量，所得重量以占粉磨后所得全部粉末重量的百分比表示。
基于堆积比重对所得立方氮化硼的形状各向异性进行评价。具体是：用所得立方氮化硼的堆积比重除以立方氮化硼的真比重(3.48g/cm3)计算形状各向异性值。当计算值小时，形状各向异性高，反之，当计算值大时，形状各向异性低。
每个实施例所得合成坯料的转化率、韧度值和形状各向异性值如前面表1所示。对比例1-6
将组成如前面表1所示的每种催化剂物质加入到六方氮化硼中。在与实施例1-10同样的条件下，使用与实施1-10同样的反应器处理混合物以制得合成坯料。合成坯料的转化率、韧度值和形状各向异性值如前面表1所示。
在对比例中制得的立方氮化硼的晶体呈接近球形的形状。与之相反，使用本发明方法可以很容易地制得形状各向异性(即偏离圆度，为细长或扁平形状)的晶体。使用这种形状高度各向异性的晶体制得的研磨工具、切割工具等显示高研磨或切割性能。在大部分实施例中，转化率超过了50％。然而在对比例中，转化率仅仅达到约30％。
实施例11和对比例7
将通过实施例1和对比例1方法制得的立方氮化硼均按照JIS-B4130规定的粒径等级进行分级。使用粒径等级为100/120的磨料制备磨石片。确切地说是将50体积％的磨料、18体积％的用作粘结剂的硼硅酸盐玻璃胶凝材料和20体积％的粘结剂(酚醛树脂)混合。所得混合物在150℃加压成型，然后将所得压块置于大气氛中在1000℃烧成。所用粘结剂在生产磨石片的烧成过程中燃烧，从而形成气孔。将由此制得的磨石片与铝合金基体结合以形成磨石，并依据下列条件对磨石进行研磨测试。
砂轮：1Al型，180D×5U×3X×76.2H
研磨机：水平轴表面研磨机(砂轮主轴电机：3.7KW)
工件：SKD-11(HRc＝62-64)
工件表面积：200mm×100mm
研磨方式：湿表面横向研磨
研磨条件：
砂轮圆周速度：1800m/min
工作台速度：15m/min
横梁进刀量：每次2mm
切割深度：25μm
研磨流体：
JIS W2，立方氮化硼专用(稀释50倍)
用量：9L/min
对实施例1和对比例1制得的磨料的评价结果分别以实施例11和对比例7示于下表2。在下表2中，“研磨比”指的是使用磨石进行研磨的工件的体积与磨石的磨损体积之比，“研磨功率”指的是研磨机在研磨过程中消耗的电功率。换言之，研磨比越高或研磨功率越低，磨石的研磨性能越好。
                    表2
    研磨比   研磨功率(W)
  实施例11     1282     464
  对比例7     1215     507
工业适用性
依据本发明，可以将六方氮化硼转化为具有优异机械强度的立方氮化硼，而且六方氮化硼转化为立方氮化硼的转化率较高。由此制得的立方氮化硼具有高度的形状各向异性，可以用于生产多种要求具有锋利的切削质量的磨料。

Claims (15)

1.一种生产立方氮化硼的方法，包括在催化剂物质存在下，将六方氮化硼置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼，其中的催化剂物质含有LiMBN2和至少一种选自碱金属、碱土金属及其氮化物和氮硼化物的物质，所述LiMBN2中的M代表Ca、Sr、Ba、Ra、Be或Mg。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述LiMBN2的氧含量为1％或更低。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种物质的氧含量为1％或更低。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中所述LiMBN2为LiCaBN2或LiBaBN2。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中碱金属的氮化物包括Na、K、Rb、Cs和Fr的氮化物。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中碱土金属的氮化物包括Ra、Be和Mg的氮化物。
7.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中碱土金属的氮化物是Mg的氮化物。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的方法，其中碱金属的氮硼化物包括Li3BN2。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的方法，其中碱土金属的氮硼化物包括Ca3B2N4和Mg3B2N4。
10.如权利要求1-9中任意一项所述的方法，其中碱土金属的氮硼化物是Ca3B2N4。
11.如权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中催化剂物质含有LiCaBN2和Li3BN2。
12.如权利要求1-11中任意一项所述的方法，其中基于1摩尔份的LiMBN2，所述至少一种物质的量为0.3-20摩尔份。
13.如权利要求1-11中任意一项所述的方法，其中在100质量份的六方氮化硼中加入5-50质量份的催化剂物质以形成混合物，并且将该混合物置于立方氮化硼保持热力学稳定的条件下，从而将六方氮化硼转化为立方氮化硼。
14.通过权利要求1-13中任意一项所述方法生产的立方氮化硼。
15.一种使用权利要求14所述立方氮化硼生产的磨石。
CN 02801387 2001-03-27 2002-03-27 生产立方氮化硼的方法及用此方法获得的产品 Expired - Lifetime CN1200908C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001089029A JP3855671B2 (ja) 2001-03-27 2001-03-27 立方晶窒化ホウ素の製造方法
JP089029/2001 2001-03-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1462260A true CN1462260A (zh) 2003-12-17
CN1200908C CN1200908C (zh) 2005-05-11

Family

ID=18944021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 02801387 Expired - Lifetime CN1200908C (zh) 2001-03-27 2002-03-27 生产立方氮化硼的方法及用此方法获得的产品

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP3855671B2 (zh)
CN (1) CN1200908C (zh)
ZA (1) ZA200209614B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100391586C (zh) * 2005-03-25 2008-06-04 吉林大学 用碱土金属氟化物合成立方氮化硼的方法
CN101323438B (zh) * 2008-06-06 2010-04-21 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种立方氮化硼合成方法
CN102557647A (zh) * 2011-12-13 2012-07-11 河南富耐克超硬材料股份有限公司 一种立方氮化硼聚晶复合材料
CN103406072A (zh) * 2013-08-28 2013-11-27 郑州中南杰特超硬材料有限公司 六方氮化硼粉末柱成型工艺及所用的橡胶模具
CN108529572A (zh) * 2017-03-06 2018-09-14 海南大学 一种致密六方氮化硼块体的制备方法
CN110467469A (zh) * 2019-08-28 2019-11-19 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种合成多晶立方氮化硼用前驱物的制备方法
CN111164047A (zh) * 2018-09-07 2020-05-15 昭和电工株式会社 六方晶氮化硼粉末及其制造方法、以及使用了该粉末的组合物和散热材料
CN114014279A (zh) * 2021-11-19 2022-02-08 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种多孔多晶立方氮化硼的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7214359B2 (en) 2003-02-03 2007-05-08 Showa Denko K.K. Cubic boron nitride, catalyst for synthesizing cubic boron nitride, and method for producing cubic boron nitride
CN107051370B (zh) * 2017-05-24 2019-08-09 成都理工大学 非晶态o掺杂的bn纳米片的制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100391586C (zh) * 2005-03-25 2008-06-04 吉林大学 用碱土金属氟化物合成立方氮化硼的方法
CN101323438B (zh) * 2008-06-06 2010-04-21 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种立方氮化硼合成方法
CN102557647A (zh) * 2011-12-13 2012-07-11 河南富耐克超硬材料股份有限公司 一种立方氮化硼聚晶复合材料
CN103406072A (zh) * 2013-08-28 2013-11-27 郑州中南杰特超硬材料有限公司 六方氮化硼粉末柱成型工艺及所用的橡胶模具
CN103406072B (zh) * 2013-08-28 2015-10-07 郑州中南杰特超硬材料有限公司 六方氮化硼粉末柱成型工艺及所用的橡胶模具
CN108529572A (zh) * 2017-03-06 2018-09-14 海南大学 一种致密六方氮化硼块体的制备方法
CN108529572B (zh) * 2017-03-06 2022-07-15 海南大学 一种致密六方氮化硼块体的制备方法
CN111164047A (zh) * 2018-09-07 2020-05-15 昭和电工株式会社 六方晶氮化硼粉末及其制造方法、以及使用了该粉末的组合物和散热材料
US11078080B2 (en) 2018-09-07 2021-08-03 Showa Denko K.K. Hexagonal boron nitride powder and method for producing the same, and composition and heat dissipation material using the same
CN111164047B (zh) * 2018-09-07 2022-01-11 昭和电工株式会社 六方晶氮化硼粉末及其制造方法、以及使用了该粉末的组合物和散热材料
CN110467469A (zh) * 2019-08-28 2019-11-19 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种合成多晶立方氮化硼用前驱物的制备方法
CN114014279A (zh) * 2021-11-19 2022-02-08 郑州中南杰特超硬材料有限公司 一种多孔多晶立方氮化硼的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
ZA200209614B (en) 2004-03-09
CN1200908C (zh) 2005-05-11
JP3855671B2 (ja) 2006-12-13
JP2002284511A (ja) 2002-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4684599B2 (ja) 立方晶窒化ホウ素の製造方法
CN1006630B (zh) 再烧结富硼多晶立方氮化硼的制造方法
CN1200908C (zh) 生产立方氮化硼的方法及用此方法获得的产品
CN1086201A (zh) 陶瓷磨粒料及其制造方法和磨削制品
WO2005065809A1 (ja) 高硬度導電性ダイヤモンド多結晶体およびその製造方法
CN102209766A (zh) 具有独特特征部分的磨粒
JP6281955B2 (ja) 立方晶窒化ホウ素の機能化及びその製造方法
EP1373163B1 (en) Method for producing cubic boron nitride
KR100736291B1 (ko) 입방정 질화붕소 및 입방정 질화붕소의 합성 촉매 및입방정 질화붕소의 제조 방법
JPH09308821A (ja) 立方晶窒化ホウ素の製造方法
CN103272529A (zh) 合成立方氮化硼聚晶颗粒的方法
JP4223518B2 (ja) 立方晶窒化ホウ素砥粒および立方晶窒化ホウ素砥粒の製造方法
RU2223220C2 (ru) Способ получения алмазных частиц, способ получения алмазных кристаллов и способ получения содержащих алмазные частицы заготовок
JP2015531317A (ja) 研削中の微小破砕を特徴とする単結晶ダイヤモンド又はｃｂｎ
CN1686601A (zh) 用碱金属氟化物合成立方氮化硼的方法
JP4110339B2 (ja) 立方晶窒化ホウ素焼結体
JP4110338B2 (ja) 立方晶窒化ホウ素焼結体
KR100903910B1 (ko) 입방정 질화붕소 및 이를 사용하는 연삭 지석
CN1317230C (zh) 立方氮化硼磨料颗粒的生产方法
JPH0269354A (ja) ダイヤモンド焼結体並びにその製造方法
JPH06279115A (ja) ダイヤモンド質焼結体の製造方法
RU2449831C1 (ru) Способ получения поликристаллического материала на основе кубического нитрида бора
JPH0450273B2 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20050511

CX01 Expiry of patent term