JPH0230673A - 立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法 - Google Patents

立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法

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JPH0230673A
JPH0230673A JP63178647A JP17864788A JPH0230673A JP H0230673 A JPH0230673 A JP H0230673A JP 63178647 A JP63178647 A JP 63178647A JP 17864788 A JP17864788 A JP 17864788A JP H0230673 A JPH0230673 A JP H0230673A
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JP
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boron nitride
cubic
cubic boron
sintering
temperature
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JP63178647A
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Takashi Ogawa
貴史 小川
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電気絶縁材料、放熱用材料、高温電気炉材料
などとして広く用いられて熱的、化学的な安定性が高く
、かつ、硬度、耐摩耗性も優れている立方晶窒化ホウ素
焼結体の製造方法に関するものである。
[従来の技術] 立方晶窒化ホウ素(以下、c−BNという)は、ダイヤ
モンドと同様な閃亜鉛鉱型結晶構造をとり、B−Hの結
合状態は、SP3結合をとるため、高硬度であり、かつ
、熱伝導性、化学安定性、熱的安定性に優れた工業材料
であり、この優れた特性をいかして研摩工具、切削工具
をはじめとして熱伝導部材、高温利用電子部品など様々
な分野で用いられており、とくに、化学的安定性、熱的
安定性の面においては、ダイヤモンドより優れた特性を
もっているのでダイヤモンドが不得意とするような、た
とえば、N1、Coを基調とする合金鋼、鋳鉄などの研
削作業、切削作業に多く用いられている。
このように優れた特性を有するc−88の製造方法とし
ては、たとえば、第26回真空に関する連合講演会(昭
和60年11月6〜8日)予稿集に開示されたように、
中空陰極放電(HCD )によりホウ素を蒸発させ、活
性化ノズルにN2ガスを導入してN2ガスプラズマを発
生することにより、基板上にBN膜を形成させる気相析
出反応方法があるが、一般的には、叶BN粉末体にGo
などの金属を基調とした結合剤を混合し、ホットプレス
などの加圧成形装置を用いて、約70 kbaの圧力下
で1900℃以上の高温焼結を行なって製造している。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、気相析出反応法においては、製品の純度
を高め得るものの大型のものを製造するためには、長時
間を要するし、複雑な形状のものを精度高く入手するこ
とが困難であるとともに絶対強度が低いという問題があ
る。又、結合剤を混合して、これを加圧成形し高温に焼
結する方法では、製品の純度を低下させることとなり、
c−BN焼結体のもつ特性を十分に活用することができ
ず、切削加工用工具に使用した場合には、結合剤として
利用した金属相が結晶粒界に析出し、この析出した金属
相が早期に摩耗したり融解したりするために、結果的に
、工具の寿命を短縮するという問題があり、工具寿命の
延長策が望まれていた。又、c−BN焼結体を放熱用基
板に利用する場合には、結合剤の存在により熱伝導能を
大幅に劣化させてしまうという問題もあり、改善方法も
強く望まれていた。
本発明は、前記問題を解決し、硬度、耐摩耗性に優れた
立方晶窒化ホウ素焼結体を、容易に、安価に製造し得る
製造方法を得ることを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、前記問題を解決し、前記目的を達成する
ために、c−BN粉末体を焼結する際に添加する焼結助
剤及び焼結条件などについて鋭意研究を行なった結果、
原料としてc−BN粉末を用い、8−N結合を有する前
駆体モノマーを焼結助剤として添加して焼結することに
より、又、c−BNの結晶構造が不安定となる圧力、温
度域においてc−BN粉末の表面部を六方晶窒化ホウ素
(以下、h−BNという)に転換させた後、結合剤とし
てB−N結合を有する前駆体モノマーを混合した後、仮
焼成し、ついでc−BNの結晶構造が安定となる温度、
圧力領域で焼結することによって目的を達し得ることを
見出して本発明を完成するに至った。すなわち、本発明
は、立方晶窒化ホウ素粉末体に、焼結助剤としてB−N
結合を有する前駆体モノマーを添加し、焼結させる立方
晶窒化ホウ素焼結体の製造方法であり、1200℃以上
2000℃以下の温度域で、かつ、立方晶窒化ホウ素が
不安定な圧力領域で加熱処理され、表面が3容量%以上
25容量%以下の範囲で六方晶窒化ホウ素に転換された
立方晶窒化ホウ素粉末体に、焼結助剤としてB−N結合
を有する前駆体モノマーを添加し、焼結させる立方晶窒
化ホウ素焼結体の製造方法であり、1200℃以上20
00℃以下の温度域で、かつ、立方晶窒化ホウ素が不安
定な圧力領域で加熱処理され、表面が3容量%以上25
容量%以下の範囲で六方晶窒化ホウ素に転換された立方
晶窒化ホウ素粉末体に、焼結助剤としてB−N結合を有
する前駆体モノマーを、5重量%以上50重量%以下添
加し、成形した後、100℃以上500℃以下の温度で
仮焼成した後、1000℃以上の温度域で、かつ、立方
晶窒化ホウ素体が安定な圧力領域で焼結する立方晶窒化
ホウ素焼結体の製造方法である。
原料としてのc−BN粉末体は、市販のc−BN粉末体
をそのまま使用し得、又、第1図に示したように、c−
BN結晶構造の維持に安定度を欠く圧力、温度の相関関
係域において処理することにより、c−BN粉末の表面
部を一部h−BNに転換させたものを使用すると、焼結
に際して焼結し易く、焼結作業時の成形性を大幅に高め
得るものである。
結合剤としてのB−N結合を有する前駆体モノマーとし
ては、たとえば、B−トリアミノ−N−フェニルボラジ
ン(以下、APRという)、ヘキサフェニルボラゾール
、ヘキサメチルボラゾールなどがあげられる。
次に、本発明における諸条件の数値限定理由について述
べる。
c−BN粉末体の表面部のh−BNへの転換度を、3容
量%以上25容量%以下と限定したのは、3容量%未満
では、緻密な焼結体を得にくく、25容量%を超えると
、焼結の処理時間をいたずらに長くするばかりでなく、
最終製品の一部にh−BNが存在し、加工目的を十分に
達し得ないからである。
又、このようなc−BN粉末体を得るためには、120
0℃以上2000℃以下の処理温度で、かつ、立方晶窒
化ホウ素が不安定な圧力領域で加熱処理するものであっ
て、これは、1200℃未満では、反応の速度が遅く、
2000℃を超えると処理費用がいたずらに嵩み、いず
れも実用的でないからである。
次に、c−BN粉末体を前記温度・圧力範囲の条件で加
熱処理して表面を10容量%h−BNI造に転換したc
−BN粉末体(粒径5ミクロン)及びh−BN転換をし
ないc−BN粉末体(粒径5ミクロン〉を使用し、これ
らに、それぞれAPBを1重量%乃至70重量%の範囲
に変化させて混合した後、プレス成形し、窒素雰囲気中
300℃で1時間の仮焼成を行ない、ついで、47 k
ba、1500℃で1時間焼成して焼結体を製造し、得
られた焼結体のビッカース硬度をビッカース硬度計によ
って測定し、周速157m/分、切込み015m、送り
0.061 mm/ reVとし、20分間、SKD 
61!lを対象とした切削作業を行ない工具の逃げ面の
摩耗幅を測定した。結果は第1表に示すように、APR
の添加率が5重量%乃至50重量%については、ビッカ
ース硬度が4800を超え、市販品の4500を上層る
性能を示すとともに、摩耗幅も市販品の0.18mmに
対して大幅に改善されていることがわかり、この結果か
ら、結合剤としてのB−N結合を有する前駆体モノマー
の添加量を5重量%以上50重量%以下と限定したもの
であって、添加量が5重量%未満では、製品に十分な熱
縮合が得られず、50重量%を超えると、製品の表面に
亀裂を発生する恐れがあるからである。
次に、APRの添加量を50重量%の一定とし、仮焼成
の焼成温度を100〜500℃に変化させてそれぞれ1
時間仮焼成し、その後の焼結条件を47 kba、15
00℃、1時間の一定として焼結体を製造し、製品のビ
ッカース硬度を測定しな。結果を第2表に示す。
上表に示されるように、100〜500℃の仮焼成を行
なった場合にだけ市販品の硬度を上層る製品が得られる
ことが認められ、この結果から仮焼成温度は、100℃
以上500℃以下と限定したものであって、この温度範
囲を外れると、縮合反応が十分におこらなかったり、あ
るいは、息激に進行したりして、前駆体モノマーを均一
に熱縮合し得なくなるからである。しかして、仮焼成は
、あらかじめ前駆体モノマーを熱縮合によりポリマー化
させることにより焼結時に焼結体に気泡が取込まれたり
、亀裂が入ったりすることを防ぐために行なうものであ
る。
さらに、APBの添加量を50重量%、仮焼成を300
℃で1時間とそれぞれ一定とし、焼結温度を800〜1
500’Cに変化させて1時間焼成して焼結体を製造し
、製品のビッカース硬度を測定した、結果を第3表に示
す。
第  3 表 上表に示されるように、焼結温度が1000′C以上の
場合に、市販品工具の硬度4500kg/mm 2を超
える優れたものが得られることが認められ、以上の結果
から、焼結温度を1000’C以上としたものであり、
かつ、立方晶窒化ホウ素体が安定な圧力領域で焼結する
ものであって、焼結温度が1ooo℃未満では、仮焼成
により熱縮合された前駆体ポリマーが十分に重合されず
、緻密な焼結体が得られないからである。
又、c−BNからh−BNへの転換処理時間は、30分
〜2時間、仮焼成時間は、20〜40分、焼結時間は、
1〜2時間が好適である。
なお、C−BN粉末体と、B−N結合を有する前駆体モ
ノマーとの混合物の成形は、ラバープレス法、通常プレ
ス法、静水加圧法などにより所望の特定形状に成形する
ことができる。
[実施例] 次に、本発明の実施例を述べる。
実施例 (1)前駆体モノマーAPBの調製 ドライアイス及びメタノールを入れた還流コンデンサー
をつけた三つロフラスコ内を窒素置換した後、クロルベ
ンゼン125m、I!と三塩化ホウ素50gを入れ、0
℃でかきまぜながら15gのアニリンを20分間で滴下
させ、その後、温度を室温まで上昇させ、120℃で1
0時間、還流し、B−トリクロルN−トリフェニルボラ
ジンを合成しな。次に、三つロフラスコにトルエン50
II1.Qをいれ、−78℃に冷却、かきまぜながら前
記のようにして合成しなり一トリクロルーN−トリフェ
ニルボラジン32gをトルエンに溶解した溶液を2時間
かけて滴下させ、その後、温度を室温まで上昇させるこ
とにより、アンモニアを還流した後、白色固体のB〜ト
リクロル−N−トリフェニルボラジン(APR) 10
gを得た。
(2)表面h−BN転換C−BN粉末体の調製c−BN
粉末体を、真空、圧力I Torr、温度1200’C
の条件で30分間加熱して、表面部の15容量%をh−
BNjfR造に転換させなc−BN粉末体く平均粒径5
ミクロン)を調製した。
(3) c−BN焼結体の製造 (2)で調製した表面h−BN転換c−BN粉末体に、
(1)で調製したAPBを50重量%添加し、ラバープ
レス成形し、窒素雰囲気中において、300℃で1時間
の仮焼成を行ない、その後、47 kba、1500’
Cの条件で1時間焼結して、9.5 X9.5 x3.
2 rllT+の焼結体を製造しな。
(4)各種試験結果 得られた焼結体について、硬度をビッカース硬度計によ
ってビッカース硬度として求め、周速157m/分、切
込み0.5mm、送り0.061 nw/ reVの切
削条件で20分間、SKD 61鋼を対象とした切削作
業を行ない工具逃げ面の摩耗幅を測定した。この結果は
、ビッカース硬度は、5500kg/rrrm’であり
、逃げ面摩耗幅は、0.10mmであった。
比較例 市販のc−BN焼結体について、実施例と同様な諸試験
を行なった結果、ビッカース硬度は、4500kg/I
TffI+2であり、逃げ面摩耗幅は、0.18+mn
であった。
[発明の効果] 本発明は、特殊な焼結助剤を添加して焼結するものであ
り、又、特殊な原料c−BN粉末体を使用するものであ
り、又、特殊条件で焼結するものであるから、本発明に
よって得られるC−BN焼結体は、高硬度、かつ、切削
加工における工具の損傷がきわめて低く、とくに、難加
工材の切削作業に関して優れた特性を示すなどきわめて
優れた効果が認められる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、横軸に温度(℃)、縦軸に圧力(kba)を
とって示す立方晶窒化ホウ素の状態図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)立方晶窒化ホウ素粉末体に、焼結助剤としてB−N
    結合を有する前駆体モノマーを添加し、焼結させること
    を特徴とする立方晶窒化ホウ素焼結体の製造方法。 2)1200℃以上2000℃以下の温度域で、かつ、
    立方晶窒化ホウ素が不安定な圧力領域で加熱処理され、
    表面が、3容量%以上25容量%以下の範囲で六方晶窒
    化ホウ素に転換された立方晶窒化ホウ素粉末体に、焼結
    助剤としてB−N結合を有する前駆体モノマーを添加し
    、焼結させることを特徴とする立方晶窒化ホウ素焼結体
    の製造方法。 3)1200℃以上2000℃以下の温度域で、かつ、
    立方晶窒化ホウ素が不安定な圧力領域で加熱処理され、
    表面が、3容量%以上25容量%以下の範囲で六方晶窒
    化ホウ素に転換された立方晶窒化ホウ素粉末体に、焼結
    助剤としてB−N結合を有する前駆体モノマーを、5重
    量%以上50重量%以下添加し、成形した後、100℃
    以上500℃以下の温度で仮焼成した後、1000℃以
    上の温度域で、かつ、立方晶窒化ホウ素が安定な圧力領
    域で焼結することを特徴とする立方晶窒化ホウ素焼結体
    の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04345572A (ja) * 1991-05-23 1992-12-01 Tokimec Inc 移動***置検出システム
JPH0587904A (ja) * 1991-06-27 1993-04-09 Nippon Keisoku Sochi Kk カード型位置検出装置
WO2018066261A1 (ja) * 2016-10-06 2018-04-12 住友電気工業株式会社 窒化ホウ素多結晶体の製造方法、窒化ホウ素多結晶体、切削工具、耐摩工具および研削工具

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