专利名称：立方氮化硼磨粒及其制造方法以及使用了该磨粒的砂轮和砂布砂纸的制作方法
技术领域：
本发明涉及砂轮等中使用的立方氮化硼磨粒及其制造方法以及使用了该立方氮化硼磨粒的砂轮和砂布砂纸。
背景技术：
立方氮化硼(cubic boron nitride；cBN)具有仅次于金刚石的硬度和超过金钢石的化学稳定性，作为磨削·研磨·切削材料用的磨粒的需求量正在增加。
人们提出了各种立方氮化硼的制造方法，其中最广为人知、且在工业上也被广泛利用的方法是，在催化物质等的存在下，将六方氮化硼(hexagonal boron nitride；hBN)保持在约4GPa～6Gpa、约1400℃～1600℃左右的立方氮化硼的热力学稳定区域内，来使六方氮化硼转换为立方氮化硼的方法(例如，参考专利文献1～3)。
通过这样的方法获得的立方氮化硼磨粒，具有上述那样优异的硬度和化学稳定性，在电沉积砂轮、金属结合剂砂轮等中也被使用。
通过上述方法获得的立方氮化硼磨粒，其形状相对来讲是接近于球形的块状的磨粒，不适合用于像要求锋利度的使用陶瓷结合剂砂轮那样的磨削用途中。
因此，公开了，为了提高使用了立方氮化硼磨粒的砂轮的锋利度，通过使用形状上棱角鲜明并且组织结构比较致密的立方氮化硼粒子，可以保持良好的锋利度(例如，参考专利文献4)。
另外，还公开了，在陶瓷结合剂砂轮那样的有气孔的砂轮中，可以谋求增大气孔，不降低磨削比，进而可以获得更好的锋利度的磨粒(例如，参考专利文献5)。
通过使用这样的磨粒，可以制作具有良好的锋利度的砂轮。
专利文献1 特开昭58-84106号公报专利文献2 特开昭59-57905号公报专利文献3 特开昭59-73410号公报专利文献4 特开平9-169971号公报专利文献5 特开2003-64350号公报但是另一方面，在使用应用了这种磨粒的砂轮的场合中，与使用应用了现有的磨粒的砂轮的场合相比较，依然存在磨削加工后的被磨削材料的表面粗糙度不好的问题。推论其原因为，因为磨粒的形状棱角鲜明，或填充率降低，使得在砂轮整形时、砂轮修整时，或磨削加工时，磨粒有很大的缺口，从而使磨削时有效的切刃数减少。
在磨削加工领域中的零件向小型化、高精度化发展过程中，对能维持原有的良好锋利度并能提高被磨削材料的表面粗糙度的砂轮的需求变得越来越强烈，期望开发出能够制作这样的砂轮的磨粒。
发明的公开本发明人为了解决上述的问题点，而进行了深入研究，结果，通过向磨粒的合成原料中添加硼源，从而使磨粒可以具有微小破碎性。其结果，即使在使用形状棱角鲜明的磨粒，或填充率低的磨粒情况下，在砂轮整形时、砂轮修整时，或磨削加工时，也能够抑制磨粒的大破碎(大的崩刃)，从而可能制作出能够维持良好的锋利度并且能提高被磨削材料的表面粗糙度的砂轮。即本发明提供，(1)一种立方氮化硼磨粒，实质为单晶、呈黑色；(2)如(1)所述的立方氮化硼磨粒，立方氮化硼磨粒的体积密度除以立方氮化硼的真密度(3.48g/cm3)所得到的立方氮化硼磨粒的填充率，以JIS B41301998中规定的粒度分区计，
在为40/50的磨粒时，在0.536～0.282的范围内；在为50/60的磨粒时，在0.534～0.280的范围内；在为60/80的磨粒时，在0.532～0.278的范围内；在为80/100的磨粒时，在0.526～0.274的范围内；在为100/120的磨粒时，在0.520～0.269的范围内；在为120/140的磨粒时，在0.511～0.264的范围内；在为140/170的磨粒时，在0.506～0.259的范围内；在为170/200的磨粒时，在0.500～0.253的范围内；在为200/230的磨粒时，在0.497～0.246的范围内；在为230/270的磨粒时，在0.491～0.240的范围内；在为270/325的磨粒时，在0.486～0.233的范围内；在为325/400的磨粒时，在0.480～0.226的范围内；(3)一种立方氮化硼磨粒的制造方法，是实质上为单晶的呈黑色的立方氮化硼磨粒的制造方法，包括将含有硼源和六方氮化硼的原料混合物保持在立方氮化硼的热力学稳定的压力温度条件下的阶段；(4)如上述(3)所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述硼源是选自硼或碳化硼中的至少一种；(5)如上述(3)或(4)所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述原料混合物中含有双晶的立方氮化硼作为晶种；(6)如上述(3)～(5)的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述原料混合物中含有LiMBN2(M表示Ca、Ba或Mg)作为催化物质；(7)如上述(6)所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述催化物质LiMBN2是LiCaBN2；(8)如上述(3)～(7)的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，在上述原料混合物中，作为催化物质，除了LiMBN2(M表示Ca、Ba或Mg)之外，还含有选自碱金属或碱土类金属，或者它们的氮化物或硼氮化物中的至少一种；(9)一种立方氮化硼磨粒的制造方法，将利用上述(3)～(8)的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法而获得的氮化硼磨粒进一步粉碎；(10)如上述(9)所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，使用辊式粉碎机进行上述粉碎；(11)一种立方氮化硼磨粒的制造方法，从利用上述(3)～(10)所述的立方氮化硼磨粒的制造方法而获得的立方氮化硼磨粒中，进一步，除去设3轴径的长径为L(μm)、设厚度为T(μm)的情况下的L/T小于等于1.5的磨粒；(12)一种氮化硼磨粒，是使用上述(3)～(11)的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法获得的；(13)一种砂轮，使用结合材料将上述(1)或(2)或(12)的任一项所述的立方氮化硼磨粒进行了固化；(14)如上述(13)所述的砂轮，作为上述结合材料，使用了陶瓷结合剂；(15)如(14)所述的砂轮，上述陶瓷结合剂的配合量为10～50体积％；(16)一种砂布砂纸，使用粘结剂将上述(1)或(2)或(12)的任一项所述的立方氮化硼磨粒固定到棉布或与其相当的布纸上。
附图的简单说明
图1是模式地表示立方氮化硼的双晶的图，箭头表示优先发生生长的方向。
图2是模式地表示立方氮化硼的多重双晶的图，箭头表示优先发生生长的方向。
实施发明的最佳方式本发明的立方氮化硼磨粒，是特征在于实质上是单晶并且呈黑色的立方氮化硼磨粒。
另外，本发明的立方氮化硼磨粒，是立方氮化硼磨粒的体积密度(单位g/cm3)除以立方氮化硼的真密度(3.48g/cm3)所得到的立方氮化硼磨粒的填充率以JIS B41301998(金刚石/CBN工具-金刚石或CBN与(磨)粒的粒度)中规定的粒度分区计，在为40/50的磨粒时，在0.536～0.282的范围内；在为50/60的磨粒时，在0.534～0.280的范围内；在为60/80的磨粒时，在0.532～0.278的范围内；在为80/100的磨粒时，在0.526～0.274的范围内；在为100/120的磨粒时，在0.520～0.269的范围内；在为120/140的磨粒时，在0.511～0.264的范围内；在为140/170的磨粒时，在0.506～0.259的范围内；在为170/200的磨粒时，在0.500～0.253的范围内；在为200/230的磨粒时，在0.497～0.246的范围内；在为230/270的磨粒时，在0.491～0.240的范围内；在为270/325的磨粒时，在0.486～0.233的范围内；在为325/400的磨粒时，在0.480～0.226的范围内，实质上为单晶、黑色的立方氮化硼磨粒。如果填充率大于上述范围，则磨削时的锋利度变差，磨削动力值上升。另外，如果填充率小于上述范围，则磨削时磨粒的脱落变多，磨削比下降。
虽然与上述填充率范围相类似的立方氮化硼磨粒是公知的(例如，参考上述专利文献4)，但是，实质上由单晶构成的黑色的立方氮化硼磨粒是不为人所知的。本发明者们，通过在合成立方氮化硼磨粒时，向其合成原料中添加硼源，可以合成具有满足上述填充率范围的微小破碎性的、实质上由单晶构成的黑色的磨粒的。
在立方氮化硼磨粒中，实质上由单晶构成的磨粒适合作为磨削磨粒。在立方氮化硼磨粒中，除单晶之外，还包括多晶质或微晶质等的立方氮化硼磨粒，但是在本发明中，只使用单晶。因为多晶质或微晶质的立方氮化硼磨粒相对来讲磨粒强度难以很高，所以在作为砂轮使用时，磨粒顶端的切刃容易磨损磨耗，结果是磨削动力值变高，所以不适合本发明的目标立方氮化硼磨粒。因此，在本发明中的实质上由单晶构成的磨粒的概念中，不包含多晶质或微晶质。
本发明中的“实质上为单晶”的定义意味着，上述单晶磨粒，在立方氮化硼磨粒中，以90体积％或其以上，优选95体积％或其以上，更优选99体积％或其以上的比率存在。并且，在该比率中，不包含立方氮化硼以外的杂质。
在制造立方氮化硼磨粒时，可知如特开昭59-199513号公报中所述的那样，通过使用组合有六方氮化硼、催化物质和IIIb族元素的反应体系，可以收率良好获得机械强度优异的、未发现形状恶化的优质的立方氮化硼磨粒。
本发明者们的研究结果新发现了，在立方氮化硼磨粒中，通过向合成原料中添加硼源，使得与不向合成原料中添加硼的情况相比，磨粒发生微小破碎。通过将磨粒进行微小破碎，可以产生提高被磨削面的表面粗糙度的效果。该效果只有在添加有硼源的情况下才被明显确认，在添加有其它IIIb族元素及其化合物的情况下，不能确认出同样的效果。可以推论，在硼源与其他的IIIb族元素及其化合物的情况下，效果是不同的。
现阶段还不清楚添加硼源对提高破碎性的效果，但是从通过添加硼源而生成的立方氮化硼磨粒的色调变成黑色来看，认为可能是，由于所添加的硼源被收进磨粒内而成为包合物，或者合成原料中的硼的比率变高，所以磨粒的晶格中的硼过剩或氮不足，因此发生缺陷，可以推论这样的现象有可能以某种方式对破碎性的提高产生影响。
另外，本发明的立方氮化硼磨粒的填充率，通过将立方氮化硼磨粒的体积密度(单位g/cm3)除以立方氮化硼的真密度(3.48g/cm3)而得到。体积密度的测定用依据JIS R 61262002“人造磨削材料的体积密度试验方法”的方法来进行。
下面，对该测定方法的概要进行说明，用塞子将漏斗的出口封住，将20.0±0.1g的测定样品加入漏斗内。将体积为8.0±0.1ml的量筒放置在漏斗出口的正下方(使从漏斗出口至量筒上表面的落下距离为95.0±1.0mm)。拨出塞子，使全部样品落入量筒内，之后，使用金属板如同撇除那样从量筒上表面除去凸起的样品。接着，测定量筒内残留的样品的质量，用该质量除以量筒的体积而求出体积密度。
利用上述的方法可以测定体积密度，但是为了测定准确的体积密度，除去磨粒表面的附着物、污染物等的影响，需要在测定前将磨粒利用稀盐酸或王水磨粒进行洗涤、在脱酸·干燥后测定。
本发明的立方氮化硼磨粒，以JIS B 41301998中规定的粒度分区计，其具有上述范围内的填充率，但是也可以将多个粒度分区的立方氮化硼磨粒进行混合而使用。
具有上述范围内的填充率的磨粒对砂轮的锋利度产生好结果。如果填充率不在上述范围内，则磨削时锋利度恶化，磨削动力上升，或磨削时磨粒的脱落变多，磨削比下降。
对本发明中使用的立方氮化硼磨粒的制造方法没有特别的限定，但是如果考虑到生产率，则优选在催化物质存在下，将与硼源共存的六方氮化硼保持在立方氮化硼的热力学稳定区域内，使六方氮化硼转化为立方氮化硼的方法。
作为起始原料的六方氮化硼，可以使用市售的六方氮化硼粉末。由于在六方氮化硼中混入的氧杂质延缓六方氮化硼向立方氮化硼的转化，所以优选氧含量低的六方氮化硼。
对粒度没有特别的限定，一般优选以JIS R 60011998中规定的粒度计为小于等于F150。如果粒度过大，则有可能降低与催化物质的反应性。
对在将六方氮化硼转化为立方氮化硼时使用的催化剂没有特别的限定，已知的催化剂都可以使用。例如可以使用，碱金属(Li等)和它们的氮化物(Li3N等)及硼氮化物(Li3BN2等)、碱土类金属(Ca，Mg，Sr，Ba等)和它们的氮化物(Ca3N2、Mg3N2、Sr3N2、Ba3N2等)及硼氮化物(Ca3B2N4，Mg3B2N4、Sr3B2N4、Ba3B2N4等)，碱金属与碱土类金属的复合硼氮化物(LiCaBN2、LiBaBN2等)。对催化剂的粒度没有特别的限定，但是优选小于等于F150。这是因为如果粒度过大，与六方氮化硼之间的反应性有可能降低。另外，催化物质向六方氮化硼中的配合比率，相对于100质量份的六方氮化硼，优选在5～50质量份的范围内混合催化物质。作为使催化物质与六方氮化硼共存的方法，有将它们的粉末进行混合的方法，但是也可以在反应器中使六方氮化硼层与催化物质层交替层压那样来配置。
作为硼源没有特别的限定，可以使用硼和硼化合物。对硼源的粒度没有特别的限定，但是优选小于等于F150。这是因为如果粒度过大，则有可能由于原料中硼源分布不均匀而导致生成的磨粒变得不均匀。另外，硼源的配合比率，相对于100质量份的六方氮化硼，优选在0.01～10质量份的范围内混合硼源。如果少于0.01质量份，则不能充分获得添加物质的效果。另一方面，如果超过10质量份，则阻碍向立方氮化硼的转化反应，收率下降。
作为使硼源与六方氮化硼共存的方法，有将它们的粉末混合的方法。另外，虽然作为使硼源与催化物质共存的方法有将它们的粉末混合的方法，但是也可以预先与催化物质一起加热·使其反应。当然也可以将六方氮化硼、催化物质、硼源的粉末混合使用。
实际上，优选在将六方氮化硼、催化物质、硼源混合后，或在将六方氮化硼、催化物质分别在1～2ton/cm2左右的压力下成型后，充填到反应容器中。在将六方氮化硼和催化物质分别成型的场合下，优选预先将硼源与六方氮化硼、催化物质中的任意一种混合。通过这样操作，在使原料粉末的可处理性提高的同时，还减少在反应容器内的收缩量，从而具有提高立方氮化硼磨粒的生产率的效果。
另外，在本发明中，还可以使用，预先向上述成型体或层压体中添加立方氮化硼来作为晶种，以其作为晶核来促进立方氮化硼的结晶成长的方法。这种场合下，也可以使上述催化物质被覆在立方氮化硼的晶种表面上。
将上述催化物质与六方氮化硼等的成型体等，填充到反应容器中，并并装填到公知的高温高压发生装置中，保持在立方氮化硼的热力学稳定区域内的温度压力条件下。关于该热力学稳定区域，如O.Fukunaga，Diamond Relat.Mater.，9(2000)，7-12所示，一般在约4～约6Gpa、约1400～约1600℃的范围内，另外，保持时间一般为约1秒～约6小时左右。
通过保持在上述的立方氮化硼的热力学稳定区域中，使得六方氮化硼转化为立方氮化硼，获得一般由六方氮化硼、立方氮化硼、硼源和催化物质构成的合成块。将该合成块破碎，分离精制立方氮化硼。
关于分离精制的方法，可以使用例如特公昭49-27757号公报中公开的方法，该方法是，在将合成块破碎为5mm或其以下后，加入氢氧化钠和少量的水，并加热到300℃左右，使六方氮化硼选择性地溶解。在将其冷却后，用酸进行洗涤，水洗后，通过过滤来回收立方氮化硼磨粒。
这样获得的立方氮化硼磨粒中适合本发明的是实质上由单晶构成的磨粒。单晶立方氮化硼的判定，例如，可以通过X射线衍射来进行。
在将通过上述方法获得的实质上由单晶构成的立方氮化硼磨粒分级成JIS B 41301998中规定的粒度分区后，在每个粒度分区中，使用形状分离器等来除去块状磨粒，由此可以获得满足了本发明的填充率的立方氮化硼磨粒。
所谓的块状磨粒是指，晶粒的形状呈现接近球形的形状，具体的是指，在设晶粒的3轴径的长径为L(μm)、设厚度为T(μm)的情况下，L/T的值接近1的磨粒。这里所谓3轴径是指，将形状不规则的粒子换算成长方体来将粒子形状进行定量化的方法，其在粉体工程学会编制的，昭和61年第一版第一次印刷发行的粉体工程学手册的第一页中有记载。
具体地说是，相对于稳定地放置在任意的平面上的粒子向平面上的投影图形，使平行线从两侧与该投影图形相接近，测定与该投影图形接触时的平行线的间隔。以该间隔最长的平行线之间的距离为粒子的长径L(μm)，以与粒子的长径成垂直方向的投影图形相接的平行线间隔距离为短径B(μm)。设从稳定地放置有粒子的面到该粒子顶点的距离为高度H(μm)。关于本发明的3轴径的厚度T(μm)，以粒子的短径B(μm)和粒子的高度H(μm)之中的数值小的作为厚度T(μm)。
即，在本发明中，通过使用形状分离器等，使L/T小于等于1.5的磨粒的比率减少，从而可以获得满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒。另外，本发明的制造方法的所谓的“除去L/T小于等于1.5的磨粒”的工序是指，“使L/T小于等于1.5的磨粒的比率减少”的工序。
作为形状分离器，只要能达到上述目的，就都可以使用，例如，可列举通过振动将L/T的比值小的磨粒分离的方法。
表1示出JIS B41301998“金刚石/CBN工具-金刚石或CBN和(磨)粒的粒度”中规定的粒度分区中、与本发明相关的粒度分区。另外，表1中显示利用电刻筛子获得的粒度分布。
表1
另外，为了提高满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒的收率，优选在立方氮化硼磨粒的制造工序中包含将立方氮化硼磨粒进行粉碎的工序。作为具体的粉碎方法，优选将立方氮化硼磨粒压破那样的粉碎方法，具体地优选通过辊式粉碎机进行粉碎。
所谓通过辊式粉碎机进行粉碎的方法是指，将磨粒夹入两个辊子之间来粉碎磨粒的方法。该方法是，向磨粒施加压缩和剪切力来进行粉碎的方法，因为用比较强的力在短时间内进行粉碎，所以很少发生过度的微细化或磨粒的棱角被除去而形成块状的现象，可以提高满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒的收率。
作为直接获得满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒的方法，还可以使用在催化物质的存在下将六方氮化硼在超高压高温的条件下转换为立方氮化硼的方法(参考专利文献5)。具体的为，在通过将含有六方氮化硼和立方氮化硼晶种的混合物保持在立方氮化硼的热力学稳定的压力温度条件下，来制造立方氮化硼磨粒时，通过使用双晶或多重双晶作为立方氮化硼的晶种，可以获得满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒。
所谓双晶是指，具有两个具有相互对称的关系的部分的结晶。图1，2模式地示出双晶的具体的结晶形态。
例如，在图1那样的双晶中，优先发生三个箭头所指方向的成长。另外，在使用以图2那样的具有两个或其以上的双晶面的多重双晶作为晶种时，具有凹入角的面增加，与使用图1那样的结晶比较，满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒更容易成长。
认为通过使用双晶作为晶种，可以获得满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒的原因是，因为在双晶具有的凹入角上，晶核形成是一维的，即朝着一个结晶方位进行，所以与向其他的结晶方位的结晶成长比较，成长速度容易产生差异，各向异性成长的结晶粒子变多。其结果可知，不规则的磨粒变得容易成长，满足本发明的填充率的立方氮化硼磨粒变得容易获得。
如果使用本发明的立方氮化硼磨粒，则可以制作出能够以维持良好的锋利度的状态来提高被磨削材料的表面粗糙度的砂轮。特别在有气孔的陶瓷结合剂砂轮的情况中，该效果变得显著。另外可知，作为向合成原料中添加硼源所伴随的效果，是由于本发明的立方氮化硼磨粒与陶瓷结合剂的反应性(润湿性)得到了改善，磨粒的保持力提高，所以磨削比也提高。
作为陶瓷结合剂砂轮的结合材料，根据使用目的可以使用通常作为立方氮化硼磨粒而使用的结合材料。作为结合材料，例如可以列举出以SiO2、Al2O3为基础的结合材料。另外，砂轮中的结合材料的配合量优选在10～50体积％的范围内。如果结合材料的配合量小于10体积％，则磨粒的保持力下降，其结果是磨粒的脱落增多，磨削比下降，不适合作为磨削工具。另一方面，如果结合材料的配合量超过50体积％，则成为气孔减少、锋利度降低了的砂轮，同时砂轮烧成时的体积膨胀(发泡现象)变得容易发生，因此不优选。
其他的构架材料、辅助结合材料等，通常可以使用在制造使用了立方氮化硼磨粒的砂轮时所使用的添加剂等。
本发明的立方氮化硼磨粒，除了上述的陶瓷结合剂砂轮之外，还适合用于使用了其他种类的结合剂的砂轮或砂布砂纸等。所谓砂布砂纸是指，使用粘结剂将磨粒固定在布上而形成的物品，具体是指，通过使用动物质的胶、明胶、合成树脂等作为粘结剂来固定在棉布或与其相当的布上制造的。
实施例下面，通过实施例来说明本发明，但本发明不仅限于这些实施例。
(实施例1)相对于100质量份的hBN(昭和电工(株)制UHP-1(TM)，平均粒径为8～10μm，纯度为98％)，添加15质量份的LiCaNB2作为cBN合成用催化剂，添加1.5质量份的无定形的硼作为硼源，使原料混合物样品成型。原料混合物样品的成型密度为1.92g/cm3。将成型了的原料混合物样品填充到反应容器中，并装填到高温高压发生装置中，在5GPa、1500℃保持15分钟来进行合成。在合成后，从装置中取出合成块，将合成块破碎为5mm或其以下后，加入氢氧化钠和少量的水，并加热到300℃左右，使六方氮化硼选择性地溶解。将其冷却后，进行酸洗、水洗，然后通过过滤来分离精制立方氮化硼磨粒。
所获得的立方氮化硼磨粒是黑色的，是单晶占99％或其以上的立方氮化硼磨粒。
(实施例2)除了在实施例1中，添加0.5质量份平均粒度为30μm、含有大量图1所示的双晶的立方氮化硼磨粒作为立方氮化硼的晶种来制作样品之外，其他条件与实施例1相同，来合成立方氮化硼，并进行分离精制。
另外，所获得的立方氮化硼磨粒是黑色的，是单晶占99％或其以上的立方氮化硼磨粒。
(实施例3)将实施例1中获得的立方氮化硼磨粒分级成JIS B 41301998中规定的粒度分区，对粒度分区为120/140的磨粒，使用上述的形状分离器来除去块状磨粒。
形状分离器使用，使用了一边的边长约为1米的正三角形的振动板的形状分离器。振动板(设各顶点为A、B、C)，以AC边为轴使顶点B向上那样倾斜18°，进而，从使顶点A朝向顶点C成为俯角那样倾斜5°。
使用该形状分离器，来减少立方氮化硼磨粒中含有的L/T小于等于1.5的磨粒的比率，然后，用稀盐酸洗涤该立方氮化硼磨粒，脱酸·干燥后，测定体积密度，求出填充率。
体积密度测定，用塞子将漏斗的出口封住，将20.0g立方氮化硼磨粒加入漏斗内。将体积为8.0ml的量筒配置在漏斗出口的正下方，另外，使从漏斗出口至量筒上表面的落下距离为95.0mm。拨出塞子，使全部样品落入量筒内，之后，使用金属板如同撇除那样从量筒上表面除去凸起的立方氮化硼磨粒。接着，测定量筒内残留的立方氮化硼磨粒的质量，用该质量除以量筒的体积而求出体积密度。
表2示出粒度分区为120/140的磨粒的填充率。
表2
(实施例4)用辊式粉碎机将在实施例1中获得的立方氮化硼磨粒粉碎。
辊式粉碎机，使用吉田制作所制造的辊式压碎机。辊子是直径140mm、长140mm的淬火钢辊子，在辊子上施加50kgf的荷重(490N)，向旋转速度为100rpm的辊子中，以20g/分的速度供给立方氮化硼磨粒，进行粉碎。
将立方氮化硼磨粒粉碎后，分级成JIS B 41301998中规定的粒度分区，对粒度分区为120/140的磨粒，用稀盐酸洗涤，脱酸·干燥后，用与实施例3相同的方法测定体积密度，求出填充率。
表2示出粒度分区为120/140的磨粒的填充率。
(实施例5)将在实施例2中获得的立方氮化硼磨粒粉碎后，分级成JIS B41301998中规定的粒度分区，对粒度分区为120/140的磨粒，用稀盐酸洗涤，脱酸·干燥后，用与实施例3相同的方法测定体积密度，求出填充率。
表2示出粒度分区为120/140的磨粒的填充率。
(比较例1)相对于100质量份的hBN(昭和电工(株)制UHP-1(TM)，平均粒径为8～10μm，纯度为98％)，添加15质量份的LiCaNB2作为cBN合成用催化剂，制作样品，其他条件与实施例1相同，来合成立方氮化硼，并进行分离精制。
所获得的立方氮化硼磨粒是黄色的，且单晶占99％或其以上的立方氮化硼磨粒。
(比较例2)除了在比较例1中，添加0.5质量份平均粒度为30μm、含有大量图1或图2所示的双晶的立方氮化硼磨粒作为立方氮化硼的晶种来制作样品之外，其他条件与实施例1相同，来合成立方氮化硼，并进行分离精制。
另外，所获得的立方氮化硼磨粒是黄色的，且单晶占99％或其以上的立方氮化硼磨粒。
(比较例3)将比较例1中获得的立方氮化硼磨粒分级成JIS B 41301998中规定的粒度分区，对粒度分区为120/140的磨粒，与实施例3同样操作，使用形状分离器来除去块状磨粒。
用稀盐酸洗涤所获得的立方氮化硼磨粒，脱酸·干燥后，用实施例3相同的方法来测定体积密度，求出填充率。
表2示出粒度分区为120/140的磨粒的填充率。
(比较例4)用与实施例4相同的方法，使用辊式粉碎机，将比较例1中所获得的立方氮化硼磨粒进行粉碎。
在将立方氮化硼磨粒粉碎后，将其分级成JIS B 41301998中规定的粒度分区，对粒度分区为120/140的磨粒，用稀盐酸洗涤，脱酸·干燥后，用与实施例3相同的方法来测定体积密度，求出填充率。
表2示出粒度分区为120/140的磨粒的填充率。
(比较例5)将比较例2中获得的立方氮化硼磨粒分级成JIS B 41301998中规定的粒度分区，对粒度分区为120/140的磨粒，用稀盐酸洗涤，脱酸·干燥后，用与实施例3相同的方法来测定体积密度，求出填充率。
表2示出粒度分区为120/140的磨粒的填充率。
(实施例6、比较例6)使用实施例5和比较例5的磨粒来制作砂轮片段。调制作为磨粒、结合剂的硼硅酸类玻璃质结合材料、粘结剂(酚类树脂)的混合物，在150℃进行加压成型，然后在1000℃(大气气氛)下进行烧成。所使用的粘结剂在砂轮烧成时燃烧而形成气孔。配合比率为，磨粒为50体积％，结合剂为20体积％，粘结剂为10体积％，烧成后的气孔率为30体积％。表3示出这样获得的砂轮片段的抗折力。
表3
(实施例7、比较例7)在将上述实施例6和比较例6中制得的砂轮片段结合到铝制基底金属上形成砂轮后，在下述磨削条件下进行磨削试验。
a.砂轮1A1型、150D×10U×3X×76.2Hb.磨削盘横轴平面磨削盘(砂轮轴发动机3.7kW)c.被磨削材料高速度工具钢JIS SKH-51(HRc＝62～64)被磨削材料面长200mm×宽100mmd.磨削方式湿式平面纵向磨削方式e.磨削条件砂轮圆周速度1800m/分工作台转速 15m/分横向进给5mm/次进刀量 25μmf.磨削液cBN专用液(水溶性，50倍稀释)
另外，砂轮形状的记号是根据JIS B 41311998“金刚石/CBN工具-金刚石或CBN孔”进行标记的，被磨削材料的记号是根据JIS G 4403“高速度工具钢钢材”进行标记的。
表4示出磨削结果。
表4
工业可利用性使用了本发明的立方氮化硼磨粒的砂轮，与以往的使用了为了提高锋利度而开发出的磨粒的砂轮具有同等的锋利度，具有其磨削加工时的被磨削材料的表面粗糙度比现有砂轮更高的特性。因此，通过使用本发明的立方氮化硼磨粒，可以制作在磨削加工时能够以保持良好的锋利度的状态来提高被磨削材料的表面粗糙度的砂轮。
特别地，本发明的立方氮化硼磨粒适用于陶瓷结合剂砂轮，使用了本发明的立方氮化硼磨粒的陶瓷结合剂砂轮，作为有气孔的砂轮，具有优异的磨削特性。另外，还可以用作砂布砂纸。
权利要求
1.一种立方氮化硼磨粒，实质为单晶、呈黑色。
2.如权利要求1所述的立方氮化硼磨粒，立方氮化硼磨粒的体积密度除以立方氮化硼的真密度(3.48g/cm3)所得到的立方氮化硼磨粒的填充率，以JIS B41301998中规定的粒度分区计，在为40/50的磨粒时，在0.536～0.282的范围内；在为50/60的磨粒时，在0.534～0.280的范围内；在为60/80的磨粒时，在0.532～0.278的范围内；在为80/100的磨粒时，在0.526～0.274的范围内；在为100/120的磨粒时，在0.520～0.269的范围内；在为120/140的磨粒时，在0.511～0.264的范围内；在为140/170的磨粒时，在0.506～0.259的范围内；在为170/200的磨粒时，在0.500～0.253的范围内；在为200/230的磨粒时，在0.497～0.246的范围内；在为230/270的磨粒时，在0.491～0.240的范围内；在为270/325的磨粒时，在0.486～0.233的范围内；在为325/400的磨粒时，在0.480～0.226的范围内。
3.一种立方氮化硼磨粒的制造方法，是实质上为单晶的呈黑色的立方氮化硼磨粒的制造方法，包括将含有硼源和六方氮化硼的原料混合物保持在立方氮化硼的热力学稳定的压力温度条件下的阶段。
4.如权利要求3所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述硼源是选自硼或碳化硼中的至少一种。
5.如权利要求3或4所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述原料混合物中含有双晶的立方氮化硼作为晶种。
6.如权利要求3～5的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述原料混合物中含有LiMBN2(M表示Ca、Ba或Mg)作为催化物质。
7.如权利要求6所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，上述催化物质LiMBN2是LiCaBN2。
8.如权利要求3～7的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，在上述原料混合物中，作为催化物质，除了LiMBN2(M表示Ca、Ba或Mg)之外，还含有选自碱金属或碱土类金属，或者它们的氮化物或硼氮化物中的至少一种。
9.一种立方氮化硼磨粒的制造方法，将利用上述权利要求3～8的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法而获得的氮化硼磨粒进一步粉碎。
10.如权利要求9所述的立方氮化硼磨粒的制造方法，使用辊式粉碎机进行上述粉碎。
11.一种立方氮化硼磨粒的制造方法，从利用上述权利要求3～10所述的立方氮化硼磨粒的制造方法而获得的立方氮化硼磨粒中，进一步，除去设3轴径的长径为L(μm)、设厚度为T(μm)的情况下的L/T小于等于1.5的磨粒。
12.一种氮化硼磨粒，是使用上述权利要求3～11的任一项所述的立方氮化硼磨粒的制造方法获得的。
13.一种砂轮，使用结合材料将上述权利要求1或2或12的任一项所述的立方氮化硼磨粒进行了固化。
14.如权利要求13所述的砂轮，作为上述结合材料，使用了陶瓷结合剂。
15.如权利要求14所述的砂轮，上述陶瓷结合剂的配合量为10～50体积％。
16.一种砂布砂纸，用粘结剂将上述1或2或12的任一项所述的立方氮化硼磨粒固定到棉布或与其相当的布纸上。
全文摘要
本发明提供一种实质上是单晶的、呈黑色的立方氮化硼磨粒。这样的磨粒优选具有特定的填充率。这样的磨粒，通过在合成立方氮化硼时加入硼源的方法来获得。如果使用这样的磨粒，则可以以保持良好的锋利度的状态来形成可以提高被磨削材料的表面粗糙度的砂轮或砂布砂纸。
文档编号B24D3/00GK1748014SQ20048000347
公开日2006年3月15日 申请日期2004年1月6日 优先权日2003年1月6日
发明者井原荣治, 大坪裕彦, 清水达也 申请人:昭和电工株式会社