JPS602245B2 - 立方晶窒化ほう素の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は菱面体晶窒化ほう素から立方晶窒化ほう素の製
造に関する。

立方晶窒化ほう素はダイヤモンド‘こ匹敵する硬度を持
ち、特に、鉄鋼に対する研削材としての性能は、ダイヤ
モンドをしのぐものである。

従来、高圧型窒化ほう素の製造法においては、出発原料
として六方晶窒化ほう素の粉末、その蟻結体を用いて来
た。

すなわち、六方晶窒化ほう素を静的高圧力あるいは衝撃
波による高圧力に曝し高圧型窒化ほう素に転換する方法
においては、生成物は大部分ウルッ鉱型窒化ほう素であ
り、少量の立方晶室化ほう素が混在するものとなる。ワ
ルツ鉱型窒化ほう素は立方晶窒化ほう素に比べて、暁縞
性が悪く、硬度が低く、努関による鋭い角が出に〈し、
などの欠点があり研削材としての性能が劣る。立方晶窒
化ほう素の収率を上げる方法として、静的高圧力と同時
に２００ぴＫ以上の高温に曝し、または数回繰り返し衝
撃加圧する方法が行われている。

しかし、この方法では高価な装置を用い、煩雑な操作を
必要とするにもかかわらず、立方晶窒化ほう素の収率は
低い欠点がある。

また、触媒の存在下で六方晶窒化ほう素を高温高圧に曝
す方法も行われている。しかし、この方法では、大粒の
立方晶窒化ほう素が得られるが、高温高圧下で長時間反
応条件を維持する必要があるため、高価な設備と技術が
必要である。本発明は前記の欠点のない立方晶窒化ほう
素を高収率で且つ安価に製造し得られる製造法を提供す
るにある。

本発明者は菱面体晶窒化ほう素と立方晶窒化ほう素とは
、結晶構造上の単純な対応関係にあることに着目し、菱
面体晶窒化ほう素を高圧に曝すと容易に立方晶窒化ほう
素に転換し得られることを知見し、この知見に基いて本
発明を完成した。

菱面体晶窒化ほう素は、第１図に示すような三層周期の
積層構造を持つ窒化ほう素で、六方晶窒化ほう素は第２
図に示すような二層周期の積層構造を持つ窒化ほう素で
、立方晶窒化ほう素は＜１１１＞方向から見れば菱面体
晶窒化ほう素と同様な三層周期の構造を持つ窒化ほう素
である。（ただし、０はほう素原子、●は窒素原子、−
は単位格子を示す。）菱面体晶窒化ほう素は六角網平面
の層間を圧縮し、さらに第１図に示す‐‐÷方向に構成
原子を移動することによって立方晶窒化ほう素に変わる
。この転換はＢＮ構成原子相互の位置の入換えないこ、
結合距離および結合角のみが変化することによっておこ
るいわゆる無拡散型転換である。このような無拡散型転
換では、二層周期の積層構造を持つ六方晶窒化ほう素は
、同じく二層周期の積層構造を持つゥルッ鉱型窒化ほう
素に転換する。

六方晶窒化ほう素を立方晶窒化ほう素に転換しようとす
れば、二層周期の積層構造をくずし、三層周期の積層構
造に変える過程が必要である。このための方法およびそ
の方法に伴う欠点は前記した通りである。本発明は無拡
散型転換を利用して、菱面体晶窒化ほう素を立方晶窒化
ほう素に転換する方法であり、従来の六方晶窒化ほう素
を原料に用いる場合に比べて単純な操作で、高収率で立
方晶窒化ほう素を製造することができる、製造原価も低
減し得られる特長を有する。

本発明の方法は菱面体晶窒化ほう素に、熱力学的安定圧
力を加えることにより立方晶窒化ほう素を製造する方法
である。

熱力学的安定圧力は、例えば爆薬の爆発によって生ずる
藤轟波で飛行板を飛ばし、試料容器に衝突させ、強い衝
撃波を発生させる。ｃＢＮの熱力学安定城は、１解＝０
．０２５の−０．８８８（ただし、Ｐ、Ｔはそれぞれ、
ＧＰａ（ギガパスカル）、（ｌＯＰａ＝１０ｋ協ｒ）絶
対温Ｋで表わされる。ｃＢＮ−船Ｎ間の平衡圧力及び温
度である。従って、各温度において、以下に示す圧力を
通過する曲線によって示される圧力以上で、園相領域（
約３０００ｑｏ以下）がｃＢＮの熱力学安定城である。
１００『Ｃ→０．８７ＧＰａ ｌ００ぴ○→３．１７ＧＰａ ２０００ｑ０→５．７３０Ｐａ これを図示すると第１０図の通りである。

この衝撃波圧を原料に加えると、菱面体晶窒化ほう素は
立方晶窒化ほう素に転移する。この衝撃波圧を加えた後
、試料中に１５００ｑｏ以上の温度が残留すると、生成
した立方晶窒化ほう素が低圧型窒化ほう素に逆転移する
現象が生じ、立方晶室化ほう素の収率が悪くなる。

従って、衝撃波加圧によって発生した熱を急速に外界に
拡散させ、残留温度を低下させることが好ましい。その
方法としては、菱面体晶筆化ほう素の粉末に金属粉末例
えば鋼粉末を混合分散させて、これを成形したものを原
料とすることによって、この逆転現象を防止し得られる
。衝撃波圧による発熱は、衝撃波の圧力、被衝撃体の組
成、成形体の空孔率に依存する。

衝撃波圧は１００〜１５００ｋｂａｒであることが好ま
しい。

１００ｋ舷ｒより低いと立方晶窒化ほう素を生成する圧
力に不足し、１５００ｋｂａｒを超えると過度の昇温が
生じ、収率が低下する。

衝撃加圧法は爆薬の爆発によって生ずる濠藤波で飛行板
を飛ばし試料容器に衝突させるようにする方法が好まし
いが、他の衝撃加圧法でもよい。原料の菱面体晶窒化ほ
う素は常法で製造されたものでよいが、できるだけ純粋
で結晶性のよいものがよく、また粒度は１００ミクロン
以下、好ましくは２０ミクロン以下、特に好ましくは１
０ミクロン以下のものであることがよい。

粒度が大きいと圧力の伝達および放熱が悪く収率が低下
する。菱面体晶窒化ほう素粉末に放熱を良好にするため
に混合する金属としては放熱が良好なもの、例えば銅粉
、鉄粉等が挙げられるが特に銅が好ましい。その粒度は
２００ミクロン以下、好ましくは５０ミクロン以下のも
のがよい。その混合割合は金属粉が８の重量％以上であ
ることが好ましい。金属粉の混合割合が少ないと冷却効
果が減じ、生成した立方晶窒化ほう素が逆転移する煩向
が大きくなる。特に好ましい範囲は９５重量％以上であ
る。前記混合物の成形物の空孔率は３０％以下が好まし
い。これは圧粉体中の空孔を少なくし、温度の上昇を防
ぎ、同時に圧力の伝達を良くするためである。空孔率が
高いと発熱量が大きくなり、生成物が逆転移を起す。衝
撃加圧によって得られた生成物は、硝酸水溶液などによ
り金属を溶解した後、童液分離法などによって立方晶窒
化ほう素を禾転移の峯化ほう素と分離する。

このようにして得たものはＸ線回折、電子線回折、電子
線マイクロアナライザー等の方法により立方晶窒化ほう
素であることが確認された。本発明の方法によると、従
来法の六方晶窒化ほう素を原料として用いた衝撃加圧法
に比べて、単純な操作で、かつ高収率で立方晶窒化ほう
素を製造し得られ、さらに従釆法の加圧手段をそのまま
活用し得られ、生産コストの面からも好適である効果を
有する。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を示す。

第３図、第４図、および第５図は本発明の方法を実施す
るために使用する装置の態様を示すもので、第３図はカ
プセルの縦断面図、第４図はカプセル収納容器の平面図
、第５図は爆薬の爆発により飛行板を飛ばす構成の概略
図である。実施例 １ 太さ約１ミクロンのひげ状結晶の集合体であり、第６図
のＸ線回折図を示す菱面体晶窒化ほう素粉末１重量％に
、粒度約５０ミクロンの鋼粉末９９重量％の割合で混合
する。

この混合粉体２をステンレスカプセルーに充填し、プレ
ス加圧により圧縮して空孔率２０％のものとし、その後
ネジ部３においてねじ締めする。次にカプセルーを鉄製
の収納容器４のカプセル挿入孔５に挿入する。

金属榛６と爆薬７とをはり合せた起爆剤の爆発によって
、金属綾６を飛ばし、爆薬８に衝突させて起爆、飛行板
９を飛ばす。飛行板９は同時に主爆薬１０に衝突すると
共に、全面同時に起爆して、平面衝撃波を金属板１１に
与え、金属板１１を飛ばし、混合粉体２に平面衝突させ
る。これによりステンレスカプセル１中の混合粉体２に
衝撃波を与える。この圧力の計算値は約６０皿舷ｒであ
った。加圧処理後、試料を取り出し、硝酸１０％水溶液
中に浸して銅を溶解し沈殿物を採取する。

得られた窒化ほう素の回収率は約８の重量％であった。
沈殿物の主成分は第７図のＸ線回折図に示すように、Ｘ
線回折線の強度からｃＢＮの含有率は９０％以上で、少
量の未転換室化ほう素が含まれていたが、ウルツ鉱型Ｂ
Ｎは含まれていなかった。共存物質を童液分離法により
除去し、灰色の高純度の立方晶峯化ほう素が得られた。
実施例 ２ 酸化ほう素とシアン化カリウムの混合融液を用いて合成
した第８図に示すような菱面体晶窒化ほう素のほかに２
０％の六方晶室化ほう素を含む窒化ほう素の粉末４重量
％に、銅粉９亀重量％の割合で混合して空孔率２０％の
成形物とし、以下実施例１と同様にして衝撃加圧して生
成物を得た。

その生成物のｃＢＮの含有率は約８の重量％であった。
生成物は第９図に示すような主成分が立方晶窒化ほう素
で約１０％のウルッ鉱型窒化ほう素と未転換の窒化ほう
素を含んでいた。ウルツ鉱型窒化ほう素は原料中に混在
していた六方晶窒化ほう素が加圧により転換したもので
ある。生成物を実施例１と同様にして灰色の高純度の立
方晶窒化ほう素が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は菱面体晶窒化ほう素の結晶構造、第２図は六方
晶窒化ほう素の結晶構造、第３図、第４図および第５図
は本発明の方法を実施するために使用する装置の態様を
示すもので、第３図はカプセルの縦断面図、第４図はカ
プセル収納容器の平面図、第５図は爆薬の爆発により飛
行板を飛ばす構成の概要図、第６図、第７図、第８図お
よび第９図は実施例に用いた原料および加圧生成物の銅
ＫＱ線によるＸ線回折図、第１０図はｃＢＮの熱力学安
定城図である。 第１図および第２図中における、０：ほう素原子、●：
窒素原子、−−：単位格子、１：カプセル、２：試料、
３：ネジ部、４：カプセル収納容器、５：カプセル挿入
孔、６：金属棒、７：起爆剤、８：爆薬、９：飛行板、
１０：主爆薬。 なお、第８図の４２．６ｏと４５．がは菱面体晶窒化ほ
う素による、又、４１．６０と４３．９０ は六方晶窒
化ほう素によるそれぞれのＸ線回折線である。一方第９
図の４３．３ｏと５０．４０は立方晶窒化ほう素による
、又、４０．８０と４２．？はウルツ型鉱窒化ほう素に
よるＸ線回折線である。紫イ図 粥３図 第４図 第２図 第６図 ※５図 第７図 第９図 第６図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 菱面体晶窒化ほう素に熱力学的安定圧力を加えて菱
   面体晶窒化ほう素を立方晶窒化ほう素に転換することを
   特徴とする立方晶窒化ほう素の製造法。 ２ 熱力学的圧力が衝撃波加圧で、その圧力が１００ｋ
   ｂａｒ〜１５００ｋｂａｒである特許請求の範囲第１項
   記載の製造法。 ３ 衝撃波加圧が爆発により試料容器に飛行板を衝突さ
   せることによる圧である特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の製造法。 ４ 菱面体晶窒化ほう素粉末に金属粉末を混合し、成形
   したものを原料とする特許請求の範囲第１項記載の製造
   法。