Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung von kubischem Bornitrid aus hexagonalem Bornitrid.
Kubisches Bornitrid ist nach Diamant das zweithärteste Material,
besitzt jedoch eine höhere chemische Stabilität als Diamant und wird folglich
zunehmend wichtiger als Schleif-, Polier- und Schneidmaterial. Zur Herstellung von
kubischem Bornitrid wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Das bekannteste
dieser Verfahren, das auch in weitem Rahmen industriell verwendet wird, ist ein
Verfahren, bei dem hexagonales Bornitrid bei Bedingungen hoher Temperatur und hohen
Drucks von etwa 4,5–6,0 GPa und etwa 1400–1600 °C in Anwesenheit
eines Lösungsmittels (Katalysators) in kubisches Bornitrid umgewandelt wird.
Die allgemein bekannten Lösungsmittel (Katalysatoren) für dieses Verfahren
waren üblicherweise Nitride und Bornitride von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
(vgl. beispielsweise US 3 772 428 A.
Nichtsdestotrotz ist mit Hilfe der genannten Lösungsmitteln (Katalysatoren)
erhaltenes kubisches Bornitrid mit Problemen in Form einer geringen Zähigkeit
und Wärmebeständigkeit behaftet, die zu einem Brechen der Schleifmittel
oder einer signifikanten Abnahme der Festigkeit der Schleifmittel, wenn sie hohen
Temperaturen ausgesetzt werden, führen. Ferner besitzt das unter Verwendung
der genannten Lösungsmittel (Katalysatoren) erhaltene kubische Bornitrid eine
unregelmäßige Form oder nahezu kugelförmige Form, wobei die Ausbildung
idiomorpher Flächen schlecht ist.
DE 197 21 082 A1 beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, bei dem hexagonales Bornitrid
in kubisches Bornitrid umgewandelt wird, indem es in Gegenwart mindestens einer
Verbindung, die unter Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen ausgewählt
ist oder in Gegenwart mindestens einer Verbindung, die unter Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, und mindestens einer Verbindung, die
unter Amiden und Imiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen ausgewählt
ist, unter Temperatur- und Druckbedingungen innerhalb des Stabilitätsbereiches
von kubischem Bornitrid gehalten wird.
Die DE 44 23 987 C2
beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass man hexagonales Bornitrid unter Temperatur- und Druckbedingungen innerhalb
des Stabilitätsbereichs von kubischem Bornitrid in Gegenwart von einer oder
mehreren Verbindungen, die unter Amiden und Imiden von Elementen der Gruppen Ia
und IIa des Periodensystems ausgewählt sind, behandelt, um es in kubisches
Bornitrid überzuführen.
Die EP 04 02 672 A2
beschreibt ein Hochdruck-/Hochtemperatur-Verfahren zur Herstellung von polykristallinem
kubischen Bornitrid ausgehend von graphitischen Bornitrid in Abwesenheit von großen
Mengen an katalytisch aktivem Material, wobei das Verfahren ein Dotieren des graphitischen
Bornitrids mit Nicht-Bornitridatomen oder Clustern hiervon in einer zur Verringerung
des zur Herstellung des polykristallinem kubischen Bornitrids in Abwesenheit jener
Atome oder Cluster hiervon erforderlichen hohen Drucks ausreichenden Menge.
Die obigen Probleme lassen sich erfindungsgemäß lösen,
indem die folgenden Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid bereitgestellt
werden:
1. Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet,
dass hexagonales Bornitrid in Gegenwart von
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, und
(ii) elementarem Silicium
unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich von kubischem
Bornitrid gehalten wird.
2. Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet,
dass hexagonales Bornitrid in Gegenwart von
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist,
(ii) elementarem Silicium und
(iii) elementarem Bor
unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich von kubischem
Bornitrid gehalten wird.
3. Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet,
dass hexagonales Bornitrid in Gegenwart von
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden und Imiden von Alkalimetallen und
Erdalkalimetallen ausgewählt ist,
(ii) mindestens einer Verbindung, die aus Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
ausgewählt ist, und
(iii) elementarem Bor
unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich von kubischem
Bornitrid gehalten wird.
Bei dem als Ausgangsmaterial verwendeten hexagonalen Bornitrid kann
es sich um im Handel erhältliche Pulver von hexagonalem Bornitrid handeln.
Da in Form von Boroxid vorhandene Sauerstoffverunreinigungen oder dergleichen die
Umwandlung des hexagonalen Bornitrids in kubisches Bonitrid verzögern können,
sind die Ausgangsmaterialien mit einem geringen Sauerstoffgehalt günstig. Die
Teilchengröße des hexagonalen Bornitrids ist nicht speziell beschränkt,
jedoch ist eine solche von 150 mesh oder weniger im allgemeinen bevorzugt. Bei einer
zu großen Teilchengröße kann die Reaktivität gegenüber
dem Lösungsmittel (Katalystor) verringert sein.
Bei den Carbiden, Amiden und Imiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
handelt es sich ebenfalls – ähnlich dem hexagonalen Bornitrid des Ausgangsmaterials
– vorzugsweise um solche mit einem geringen Sauerstoffgehalt. Die Teilchengröße
ist nicht speziell beschränkt, doch werden Teilchengrößen von 1 mm
oder weniger im allgemeinen bevorzugt. Wenn die Teilchengröße dieser Verbindungen
zu groß ist, ist die Reaktivität gegenüber dem hexagonalen Bornitrid
verringert.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten Amiden und Imiden von
Alkalimetallen und Erdalkalimetallen handelt es sich grundlegend um
LiNH2, NaNH2, KNH2, RbNH2, CsNH2,
Li2NH, Na2NH, K2NH, Rb2NH, Cs2NH,
Be(NH2)2, Mg(NH2)2, Ca(NH2)2,
Sr(NH2)2, Ba(NH2)2,
BeNH, MgNH, CaNH, SrNH und BaNH;
bei den erfindungsgemäß verwendeten Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
handelt es sich grundlegend um
Li2C2, Na2C2, K2C2,
Rb2C2, Cs2C2,
Be2C, BeC2, MgC2, Mg2C3,
CaC2, SrC2 und BaC2.
Es können jedoch auch feste Lösungen, Komplexverbindungen,
nichtstöchiometrische Verbindungen u.dgl. der obigen Verbindungen unter Erreichung
ähnlicher Effekte verwendet werden.
Bei dem verwendeten elementaren Silicium bzw. elementaren Bor handelt
es sich um Si bzw. B.
Als Amide, Imide und Carbide von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
bevorzugt verwendete Verbindungen sind die Amide, Imide und Carbide von Li, Mg und
Ca. Die Amide, Imide und Carbide von von Li, Mg und Ca verschiedenen Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen gestatten eine Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches
Bornitrid lediglich bei einer Temperatur und bei einem Druck, die über denen
bei Verwendung von Amiden, Imiden und Carbiden von Li, Mg oder Ca liegen. Das unter
Verwendung von Amiden, Imiden oder Carbiden von Li, Mg oder Ca erhältliche
kubische Bornitrid zeichnet sich in stärkerem Maße bezüglich des
Schleifverhältnisses und der erforderlichen Kraft zum Schleifen, verglichen
mit dem mit Hilfe von anderen Amiden, Imiden oder Carbiden erhältlichen kubischen
Bornitrid, aus.
Bevorzugte Kombinationen aus mindestens einer ersten Verbindung aus
Amiden und Imiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen mit mindestens einer
zweiten Verbindung aus Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen sind Kombinationen
mindestens eines Amids und/oder Imids von Li, Mg und/oder Ca mit mindestens einem
Carbid von Li, Mg und/oder Ca. Die Amide, Imide und Carbide von von Li, Mg und Ca
verschiedenen Alkalimetallen und Erdalkalimetallen gestatten eine Umwandlung von
hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid lediglich bei einer Temperatur und
einem Druck, die über denen im Falle der Verwendung eines Amids oder Imids
oder Carbids von Li, Mg oder Ca liegen. Das unter Verwendung eines Amids, Imids
oder Carbids von von Li, Mg und Ca verschiedenen Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
erhältliche kubische Bornitrid besitzt ein Schleifverhältnis und eine
erforderliche Kraft zum Schleifen, die denjenigen von kubischem Bornitrid, das mit
Hilfe eines Amids, Imids oder Carbids von Li, Mg oder Ca erhältich ist, in
gewissem Maße unterlegen sind.
Eine besonders bevorzugte Kombination ist LiNH2 in Verbindung mit
CaC2. Diese Kombination ermöglicht die Herstellung von kubischem Bornitrid,
das weniger Defekte aufweist und eine ausgezeichnete Transparenz besitzt. Auf diese
Weise läßt sich kubisches Bornitrid mit besonders guten Eigenschaften
infolge des Zusatzes von Silicium und Bor unter Bedingungen einer
relativ niedrigen Temperatur und eines relativ niedrigen Drucks herstellen.
Elementares Silicium bzw. elementares Bor lassen sich leicht handhaben
und sind leicht verfügbar.
Ferner besitzen sie eine hohe Reaktivität, so dass sie für
die gewünschten Effekte in einer relativ kurzen Reaktionszeit sorgen.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid
(1) in Gegenwart
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, und
(ii) von elementarem Silizium oder
(2) in Gegenwart
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden und Imiden von Alkalimetallen und
Erdalkalimetallen ausgewählt ist,
(ii) mindestens einer Verbindung, die aus Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
ausgewählt ist, und
(iii) von elementarem Bor oder
(3) in Gegenwart
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist,
(ii) von elementarem Silicium und
(iii) elementarem Bor
durchgeführt wird. Gemäß diesem erfindungsgemäßen Verfahren
kann hexagonales Bornitrid in kubisches Bornitrid mit ausgezeichneter Zähigkeit
und ausgezeichneter Wärmebeständigkeit sowie gut ausgebildetenidiomorphen
Flächen und scharfen Kanten und einer ausgezeichneten Schneidwirkung als Ergebnis
der Lösungsmittel (Katalysator)-Wirkung der obigen Verbindungen) umgewandelt
werden.
Es wird allgemein vermutet, daß das hexagonale Bornitrid mit
verschiedenen als Lösungsmittel oder Katalysator fungierenden Additiven unter
Förderung der Umwandlung in kubisches Bornitrid reagiert. In ähnlicher
Weise wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung in derselben Weise funktioniert.
Die erfindungsgemäß verwendete Menge der mindestens einen
aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen ausgewählten
Verbindung ist eine solche, daß die Gesamtzahl der das Additiv bildenden Metallatome
0,1–30, vorzugsweise 0,5–20 Teile, bezogen auf 100 Teile der Zahl
der das hexagonale Bornitrid bildenden Boratome (die Zahl der Moleküle des
hexagonalen Bornitrids) beträgt. Wenn die Menge an Additiv unter 0,1 Teilen
liegt, reicht die Wirkung des Additivs nicht aus und die Herstellung von kubischem
Bornitrid wird verschlechtert. Wenn die Menge an Additiv 30 Teile übersteigt,
umfaßt das erhaltene kubische Bornitrid Einschlüsse aus einigen Additivkomponenten,
wodurch die Schleifmittelleistungsfähigkeit verringert wird.
Das Verhältnis der mindestens einen Verbindung, die aus Carbiden
von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, zu der mindestens
einen Verbindung, die aus Amiden und Imiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
ausgewählt ist, liegt zweckmäßigerweise in einem Bereich von 70:30
bis 5:95, vorzugsweise in einem Bereich von 50:50 bis 5:95, basierend auf dem Verhältnis
der die jeweiligen Verbindungen bildenden Metallatome.
Wenn das Verhältnis der mindestens einen Verbindung, die aus
Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, zu der mindestens
einen Verbindung, die aus Amiden und Imiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
ausgewählt ist, mehr als 70:30 beträgt, umfaßt das erhaltene kubische
Bornitrid schwarze Einschlüsse, wodurch die Schleifmittelleistungsfähigkeit
verringert wird. Wenn das Verhältnis unter 5:95 liegt, ist die Lösungsmittel
(Katalysator)-Wirkung der mindestens einen aus Amiden und Imiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählten Verbindung zu hoch, so daß die erhaltenen
Teilchen von kubischem Bornitrid eine unregelmäßige Form aufweisen und
ihre Schleifmittelleistungfähigkeit beeinträchtigt ist.
Die Menge von elementarem Silicium beträgt zweckmäßigerweise
0,01–0,8, vorzugsweise 0,025–0,3 Teile, ausgedrückt als die Zahl
der Siliciumatome, bezogen auf 100 Teile von hexagonalem Bornitrid, ausgedrückt
als die Zahl der Moleküle. Wenn die Menge von elementarem Silicium 0,01 Teile
unterschreitet, reicht die Wirkung der Zugabe von elementarem Silicium
nicht aus. Wenn die Menge von elementarem Silicium 0,8 Teile übersteigt, nimmt
die Ausbeute des kubischen Bornitrids ab.
Die Menge von elementarem Bor beträgt zweckmäßigerweise
0,05–15, vorzugsweise 0,1–5 Teile, ausgedrückt als die Zahl der
Boratome, bezogen auf 100 Teile hexagonales Bornitrid, ausgedrückt als die
Zahl der Moleküle. Wenn die Menge von elementarem Bor 0,05 Teile unterschreitet,
reicht die Wirkung der Zugabe des Bors nicht aus. Wenn die Menge von elementarem
Bor 15 Teile übersteigt, nimmt die Ausbeute an kubischem Borntrid ab.
Ein bevorzugter Weg der Vereinigung der oben genannten Additive mit
dem hexagonalen Bornitrid besteht darin, daß ihre Pulver miteinander gemischt
werden. Es können jedoch auch Schichten des hexagonalen Bornitrids und der
Additive alternierend in einem Reaktionsbehälter übereinander schichtartig
angeordnet werden.
In der Tat werden das hexagonale Bornitrid und die Additive entweder
getrennt oder nach Einfüllen in den Reaktionsbehälter zweckmäßigerweise
bei einem Druck von etwa 1–2 t/cm2 verdichtet. Dies bewirkt eine
Verbesserung der Handhabbarkeit der rohen Pulver unter gleichzeitiger Erhöhung
der Produktivität durch Verringern des Schwindmaßes im Reaktionsbehälter.
Der obige Preßling oder das obige Laminat kann zuvor mit feinen
Teilchen von kubischem Bornitrid als Keime vereinigt werden. Dadurch wird das Kristallwachstum
von kubischem Bornitrid beschleunigt, wobei die obigen zugesetzten feinen Teilchen
von kubischem Bornitrid als Keime wirken. Diese Ausführungsform fällt
unter die vorliegende Erfindung. In diesem Fall können die teilchenförmigen
Keime mit dem (den) Additiv(en) aus dem Carbid, Amid und/oder Imid gemäß
der vorliegenden Erfindung beschichtet sein.
Der Reaktionsbehälter kann ein Hochtemperaturhochdruckgenerator
mit der Fähigkeit, rohe Pulver (hexagonales Bornitrid und Additive) oder ihre
Preßlinge usw. unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich
von kubischem Bornitrid zu halten, sein. Dieser Stabilitätsbereich (Temperatur
und Druck) wird bei P. Bundy, R.H. Wentorf, J. Chem. Phys. 38(5), S. 1144–1149
(1963) angegeben. In den meisten Fällen sind eine Minimaltemperatur von 1100
°C und ein Minimaldruck von 3,8 GPa wirksam. Dies kann jedoch in Abhängigkeit
von den Typen und der Kombination der Additive (Lösungsmittel, Katalysator)
schwanken. Die Verweilzeit unterliegt keinen speziellen Einschränkungen und
sollte lang genug sein, um die gewünschte Umwandlungsrate, die erreicht werden
soll, zu gewährleisten. In den meisten Fällen liegt die Verweilzeit zwischen
etwa 1 s und 6 h.
Das hexagonale Bornitrid wird durch Halten in dem oben genannten Stabilitätsbereich
in kubisches Bornitrid umgewandelt, wobei bei extrem hohen Temperatur- und Druckbedingungen
eine Umwandlungsrate nahe 100% erreicht werden kann. Üblicherweise wird jedoch
ein Mischklumpen, der ein Gemisch aus hexagonalem und kubischem Bornitrid enthält,
erhalten.
Der Mischklumpen wird zerstoßen, um das kubische Bornitrid zu
isolieren. Das zur Isolierung verwendete Verfahren kann das in der geprüften
japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 49-27757 beschriebene Verfahren
sein. Dabei wird beispielsweise der Mischklumpen auf eine Größe von 5
mm oder kleiner, vorzugsweise 1 mm oder kleiner, zerstoßen. Danach werden Natriumhydroxid
und eine kleine Menge Wasser zugesetzt und das Gemisch auf etwa 300 °C erwärmt,
um das hexagonale Bornitrid selektiv zu lösen. Das kubische Bornitrid wird
nach Abkühlen, Reinigen mit Säure und Filtrieren erhalten.
Die beigefügte 1 zeigt einen Querschnitt
eines in den Beispielen zur Umwandlung von hexagonalem Bornitrid in kubisches Bornitrid
verwendeten Reaktionsbehälters.
Beispiele
Hexagonales Bornitrid mit einer Körnigkeit von 150 mesh oder
weniger, das als Verunreinigungen 0,8 Gew.-% Sauerstoff und 0,2 Gew.-% einer von
Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen verschiedenen Metallverunreinigung enthält,
wurde mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Mengen verschiedener Additive
oder elementarer Metalle versetzt. Die in der Tabelle angegebenen Additivmengen
sind der Anteil der Gesamtzahl der das zugesetzte Additiv oder elementare Metall
bildenden Metallatome, bezogen auf 100 Teile in Form der Zahl der Moleküle
von hexagonalem Bornitrid. Dieses Gemisch wurde einem Druck von 1,5 t/cm2
unterzogen, um einen Preßling (26 mmϕ × 32 mmh) eines Durchmesssers
von 26 mm und einer Höhe von 32 mm herzustellen. Dieser wurde in dem in
1 dargestellten Reaktionsbehälter gehalten.
In dem in 1 dargestellten Reaktionsbehälter
besteht die Außenwand 1 des Behälters aus Pyrophyllit als Druckübertragungsmedium
und besitzt eine zylindrische Form. Die Innenwand des Behälters ist mit einer
Heizvorrichtung 2 versehen, die aus einem Graphitzylinder und Pyrophyllit
8 als Trennmaterial besteht. Ferner sind das obere und untere Ende des
Behälters jeweils mit einem leitenden Stahlring 3 und einer leitenden
Stahlplatte 4 versehen, während die Innenflächen des Behälters
mit einer Sinteraluminiumoxidplatte 5 und Pyrophyllit 6 als Druckübertragungsmedium
versehen sind. Der durch dieses Pyrophyllit 6 und das als Trennmaterial
verwendete Pyrophyllit 8 umschlossene Raum wird als Behälterkammer
7 zur Aufnahme der Rohmaterialien für die Reaktion verwendet.
Der oben erwähnte Preßling wurde 10 min in diesem Reaktionsbehälter
unter den in der Tabelle angegebenen Bedingungen behandelt.
Das kubische Bornitrid kann durch Zugabe von Natriumhydroxid und einer
kleinen Menge Wasser zu dem durch Zerstoßen in einem Mörser o.dgl. auf
eine Größe von 1 mm oder weniger hergestellten Prüflings, Erwärmen
desselben auf 300 °C und anschließendes Abkühlen, Reinigen mit destilliertem
Wasser und Salzsäure sowie Filtrieren und anschließendes Trocknen des
filtrierten Rückstands isoliert (gereinigt) werden.
Das erhaltene kubische Bornitrid wurde gemäß japanischer
Industrienorm B4130 zu einer Grobsandgrößenfraktion 120/140 gesiebt, worauf
der Zähigkeitsindex und der Wärmezähigkeitsindex des Produkts gemessen
wurden.
Der "Zähigkeitsindex" (toughness Index) ist wie folgt definiert:
Eine bestimmte Menge Grobsand, die durch ein Sieb einer Maschenweite von 139 &mgr;m
hindurchtritt und auf einem sieb einer-Maschenweite von 107 &mgr;m zurückgehalten
wird (entspricht einer Grobsandgröße 120/140) wird zusammen mit einer
Stahlkugel in eine 2-ml-Kapsel gegeben und eine bestimmte Zeitdauer (30,0 ±
0,3 s) vermahlen und anschließend durch ein Sieb einer Maschenweite von 90
&mgr;m gesiebt. Die auf dem Sieb einer Maschenweite von 90 &mgr;m zurückbleibende
Grobsandmenge wird als Gew.-%, bezogen auf die Ausgangsgrobsandmenge, ausgedrückt.
Der "thermische Zähigkeitsindex" (thermal toughness Index) ist
als der wie oben gemessene Zähigkeitsindex nach 1-stündigem Erwärmen
der Probe an Luft auf 1050 °C und anschließendem Waschen mit verdünnter
Salzsäure sowie Trocknen definiert.
Je höher der gemessene Zähigkeitsindex ist, umso höher
ist die Zähigkeit des Schleifmittels. Je höher der gemessene thermische
Zähigkeitsindex ist, desto höher ist die Wärmebeständigkeit
des Schleifmittels.
Unter Verwendung der erhaltenen kubischen Bornitride wurden Glasbindungsschleifscheiben
(vitreous bond grinding wheels) hergestellt. Die Schleifscheiben besaßen die
folgenden Zusammensetzungen und Formen:
Grobsandgröße des kubischen BornitridsNr. 120/140Konzentration 100 (Rate der Schleifscheibe 25 Vol.-%)Porosität30 Vol.-%Bindungsprozentsatz25 Vol.-%Füllstoff (weißes Alundum WA # 200)30%Form der Schleifscheibe Durchmesser 205 mm und
5 mmU 76,2 H
Das kubische Bornitrid wurde mit Borosilicatglas und einem Füllstoff
vermischt, zu einer Form einer Größe von etwa 5 mm × 3 mm ×
30 mm ausgeformt und 10 h an Luft bei 1050°C gebrannt. Die gebrannten Körper
wurden an dem Rand einer Aluminiumscheibe zur Herstellung einer Schleifscheibe gebunden.
Mit den erhaltenen Schleifscheiben wurden unter Verwendung eines Oberflächenschleifmittels
unter den folgenden Bedingungen Schleiftests durchgeführt:
Schleifen senkrecht zur naßen OberflächeUmfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe1500 m/minTischgeschwindigkeit15 m/minKreuzzuspeisrate2 mm/DurchlaufTiefeneinstellung20 &mgr;mSchleifmaterialSKH-51
Das Schleiverhältnis (Einsatzmaterial/Schleifscheibenabnutzung)
und die hierfür verwendete Kraft wurden gemessen und sind in der folgenden
Tabelle angegeben.
Ein Teil des erhaltenen umgewandelten Klumpens wurde in einem Mörser
zerstoßen. Ein Röntgenbeugungsinstrument wurde verwendet, um die Umwandlungsrate
in kubisches Bornitrid aus dem Intensitätsverhältnis der gebeugten Strahlen
von kubischem Bornitrid (111) und hexagonalem Bornitrid (002) mit Hilfe von CuK-&agr;-Strahlung
zur Bestimmung der Umwandlungsrate zu bestimmen.
Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet,
dass hexagonales Bornitrid in Gegenwart von
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist, und
(ii) elementarem Silicium
unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich von kubischem
Bornitrid gehalten wird.Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet,
dass hexagonales Bornitrid in Gegenwart von
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden, Imiden und Carbiden von Alkalimetallen
und Erdalkalimetallen ausgewählt ist,
(ii) elementarem Silicium und
(iii) elementarem Bor
unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich von kubischem
Bornitrid gehalten wird.Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid, dadurch gekennzeichnet,
dass hexagonales Bornitrid in Gegenwart von
(i) mindestens einer Verbindung, die aus Amiden und Imiden von Alkalimetallen und
Erdalkalimetallen ausgewählt ist,
(ii) mindestens einer Verbindung, die aus Carbiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen
ausgewählt ist, und
(iii) elementarem Bor
unter Temperatur- und Druckbedingungen im Stabilitätsbereich von kubischem
Bornitrid gehalten wird.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Verbindung,
die aus Amiden, Imiden und Carbiden ausgewählt wird, derart verwendet wird,
dass die Gesamtzahl der die mindestens eine Verbindung bildenden Metallatome in
einem Bereich von 0,1–30 Teilen, bezogen auf 100 Teile der Zahl der Moleküle
des hexagonalen Bornitrids, liegt.Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis des mindestens
einen Carbids zu dem mindestens einen Amid und/oder Imid in einem Bereich von 70:30
bis 5:95, bezogen auf die Gesamtzahl der die Verbindungen bildenden Metallatome,
liegt.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elementare Silicium derart
verwendet wird, dass die Gesamtzahl der das elementare Silicium bildenden Siliciumatome
in einem Bereich von 0,01–0,8 Teilen pro 100 Teile der Zahl der Moleküle
des hexagonalen Bornitrids liegt.Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das elementare Bor in einer
derartigen Menge verwendet wird, dass die Gesamtzahl der das elementare Bor bildenden
Boratome in einem Bereich von 0,05–15 Teilen pro 100 Teile der Zahl der Moleküle
des hexagonalen Bornitrids liegt.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stabilitätsbereich
von kubischem Bornitrid so gewählt ist, dass die Temperatur 1100°C oder
mehr und der Druck 3,8 GPa oder mehr betragen.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein das
umgewandelte kubische Bornitrid und das nicht umgewandelte hexagonale Bornitrid
enthaltender Klumpen erhalten wird und der Klumpen zerstoßen wird, danach Natriumhydroxid
und Wasser zugegeben werden und Wärme angewandt wird, um das hexagonale Bornitrid
selektiv zu lösen, und anschließend ein Abkühlen, Reinigen mit Säure
und Filtrieren erfolgt, um das kubische Bornitrid zu isolieren.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Verbindung
aus Amiden, Imiden und Carbiden mindestens eine von Amiden, Imiden und Carbiden
von Lithium, Magnesium und Calcium ist.