DE2112923A1

DE2112923A1 - Process for the production of single crystals of cubic boron nitride

Info

Publication number: DE2112923A1
Application number: DE19712112923
Authority: DE
Inventors: Ponomarenko Wale Alexejewitsch; Rybakow Wladimir Alexejewitsch; Warzanow Michail Andrejewitsch; Loschtschinin Wal Borisowitsch; Jefros Michail Grigorewitsch; Kondakow Wiktor Grigorewitsch; Feldgun Leon Israilewitsch; Filonenko-Boroditsc Jewjenewna; Dawidenko Waler Michajlowitsch; Lysanow Wladisla Sergejewitsch; Digonskij Wiktor Wasilewitsch
Original assignee: VNI S KIJ I OBRASIWOW I SCHLIF
Current assignee: VNI S KIJ I OBRASIWOW I SCHLIF
Priority date: 1970-08-17
Filing date: 1971-03-17
Publication date: 1972-02-24
Also published as: PL76524B1; ZA712103B; BG17856A1; CH561154A5; FR2083234A5; GB1316045A; DE2112923B2; CS155465B1

Description

DA-7251DA-7251

Beschrebung 2110923Procurement 2110923

zu derto the

Patentanmeldung
desPatent application
of

Wsesojusnyo nautschno-issledowatelskij institut obrasivrow i schlifowanija, SSSR, Leningrad, Beloostrowskaja uliza, 17Vzezojusnyo nautschno-issledovatelsky institute obrasivrow i schlifowanija, SSSR, Leningrad, Beloostrovskaya ulitsa, 17

■betreffend■ concerning

ERFAHREN ZUR HMiSTKLLUNG VON EINFJiISTALLENEXPERIENCE IN THE FOLDING OF SINGLE FJISTALS

VON ICUBISGHEM BORN IThID Priorität vom 17. August.1970 UdSSR Nr. 1474799BY ICUBISGHEM BORN IThID Priority dated August 17, 1970 USSR No. 1474799

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Weiterentwicklung der Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid , insbesondere auf Verfahren zur Herstellung von Einkristallen des kubischen Bornitrid >, die eine breite Anwendung z.B. in der Schleifmittelindustrie für die Herstellung von Schleifwerkzeugen finden, die eine hohe Beständigkeit Deim Schleifen auf v/eisen.The present invention relates to a further development of the method for the production of cubic boron nitride, in particular on the method for the production of Single crystals of cubic boron nitride> which have wide application e.g. in the abrasives industry for manufacturing of grinding tools that have a high resistance Deim grinding on v / iron.

is sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von kubischem Bornitrid bekannt. Diese Verfahren bestehen darin, daß ein iieakiionsgeu-isch, das Quellen von Bor und 3 ο ic κ-;. L off (am häufigsten haxa^onaiws bornitrid) enthält,is are different methods of manufacture known from cubic boron nitride. These methods consist in that a iieakiionsgeu-isch, the swelling of boron and 3 ο ic κ- ;. L off (most commonly haxa ^ onaiws boron nitride) contains

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einer Temperatur von über 100O⁰G und einem Druck von über kbar in Gegenwart von Katalysator (am häufigsten Metalle der Alkali- und Erdalkaligruppe) aussetzt. Diese Katalysatoren machen es möglich, aus dem hexagonal en Bornitrid kubisches Bornitrid herzustellen· Das auf diese Weise erhaltene Bornitrid besteht im wesentlichen aus polykristallinen Vereines
wachsungen und unbedeutenden fcenge einzelner Kristalle, die keine reguläre kristallo>"graphische Form aufweisen. Aus diesem Grunde besitzt das Schleifkorn, das aus einem solchen kubischen Bornitrid hergestellt wird, nicht immer genügend hohe mechanische Festigkeit und zerfällt selbst bei der Aufbewahrung in einem feuchtem kedium infolge der Hydrolyse der intergranularen Stoffeinschlüsse, die die Synthese des kubischen Bornitrids nach dem oben beschriebenen Verfahren begleiten, verhältnismäßig leicht.a temperature of over 100O ⁰ G and a pressure of over kbar in the presence of a catalyst (most commonly metals of the alkali and alkaline earth groups). These catalysts make it possible to produce cubic boron nitride from the hexagonal boron nitride. The boron nitride obtained in this way consists essentially of polycrystalline compounds
Growth and insignificant fineness of individual crystals that do not have a regular crystallographic shape. For this reason, the abrasive grain made from such a cubic boron nitride does not always have sufficiently high mechanical strength and disintegrates even when stored in a moist medium the hydrolysis of the intergranular material inclusions, which accompany the synthesis of the cubic boron nitride according to the process described above, is relatively easy.

In der gegenwärcig angenommenen Terminologie werden die Stoffe, die die Bildung des kuoischen Bornitrids begünstigen, als Katalysatoren bezeichnet. Jedoch sind im Endprodukt, im kubischen Bornitrid die Katalysatoren in reiner Form nicht anwesend, deshalb wollen wir bei der weiteren Beschreibung die Stoffe, die die Bildung des kubischen Somitrids begünstigen, als Initiatoren bezeichnen.In the terminology currently adopted, the substances that promote the formation of the Cuoic boron nitride are called catalysts. However, in the end product, in the cubic boron nitride, the catalysts are not present in their pure form, so we want to look at the next one Description The substances that promote the formation of the cubic somitride are called initiators.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die .Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von kubischem Bornitrid,The aim of the present invention is development a process for the production of cubic boron nitride,

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weiches es möglich macht, kubisches Bornitrid zu erhalten, das eine reguläre kristallographische Form und eine praktisch vollkommen*'e Naturfacettierung aufweist.which makes it possible to obtain cubic boron nitride, one regular crystallographic form and one practical has completely natural faceting.

Zum erreichen dieses Ziels wurde die Aufgabe gestellt, das hexagonale Bornitrid einer Behandlung in Gegenwart von Stoffen zu unterwerfen, die die Bildung des kubischen ßornitrids in Form von Einkristallen begünstigen.To achieve this goal, the task was set, to subject the hexagonal boron nitride to a treatment in the presence of substances which cause the formation of the cubic boron nitride favor in the form of single crystals.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man zur Herstellung von Einkristallen des kubischen Bornitrids ein Reaktionsgemisch, das Quellen von Bor und Stickstoff sowie einen Initiator enthält, erfindungsgemäß in Gegenwart von Wasserstoff bei einer Temperatur von über 100O⁰G behandelt·This object is achieved in that one containing sources of boron and nitrogen, and an initiator for the preparation of single crystals of cubic boron nitride, a reaction mixture, treated according to the invention in the presence of hydrogen at a temperature of about 100O ⁰ G ·

Wenn auch wir uns durch die Theorie nicht binden wollen, sind wir die Auffassung, daß das Vorliegen von Wasserstoff zur Bildung komplizierter beweglicher Komplexe führt, die die Ausgangskomponenten enthalten und die Kristallisation des kubischen Bornitride zu Einkristallen regulärer kristallographischer Form begünstigen·Even if we do not want to be bound by the theory, we are of the opinion that the presence of hydrogen leads to the formation of complicated mobile complexes, which contain the starting components and the crystallization of the cubic boron nitride to form single crystals more regular favor crystallographic form

Zur Bildung von freiem Wasserstoff verwendet man zweckmäßig Verbindungen, die fähig sind, Wasserstoff bei einer '.Temperatur von über 100O⁰G zu entwickeln. Als solche Stoffe kommen I» et anhydride oder Ammoniumsalze in Frage, die in einer kenge von etwa 2 bis etwa 12%, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgemisches, eingeführt werden.For the formation of free hydrogen, it is expedient to use compounds which are capable of developing hydrogen at a temperature of over 100O ⁰ G. Such substances are anhydrides or ammonium salts, which are introduced in a quantity of about 2 to about 12%, based on the weight of the reaction mixture.

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Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Beschreibung von Beispielen für die Durchführung des Verfahrens näher erläutert, aus deren Betrachtung das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich wird.The invention is explained in more detail below with the aid of a description of examples for carrying out the process explained, from their consideration the essence of the invention Procedure becomes clear.

Example 1.

Man vermischt 85 Gewichtsprozent hexagonales BornitridMixing 85 percent by weight of hexagonal boron nitride

einesone

und 15 Gewichtsprozent Magnesium zur Bildung Keaktionsgemisches. Man gibt 7% Titanhydrid, bezogen auf das Gewicht des Heaktionsgemisches, zu und rührt das Gemisch weiter. Das erhaltene Gemisch bringt man in die Kammer einer Anlage beliebiger Konstruktion ein, die die üj?zeugung eines hohen Druckes und einer hohen Temperatur ermöglicht, und unterwirft der Einwirkung eines Drucks von 45 kbar und einer Erhitzung auf eine Temperatur von 150O⁰G während 2 kinuten. Die genannte Temperatur und Zeitdauer erweist sich als ausreichend für die Entwicklung einer Wasserstoffmenge, die die Bildung von Kristallen des kubischen Bornitrids regulärer kristallographiseher Form mit Abmessungen bis 600 //m gewährleistet. and 15 weight percent magnesium to form reaction mixture. 7% of titanium hydride, based on the weight of the reaction mixture, are added and the mixture is stirred further. The resulting mixture is brought into the chamber of a plant of any construction that the Uj? Generating a high pressure and high temperature allows, and the effect of subjecting a pressure of 45 kbar and kinuten a heating to a temperature of 150o ⁰ G for 2 . The stated temperature and duration prove to be sufficient for the development of an amount of hydrogen which ensures the formation of cubic boron nitride crystals of regular crystallographic shape with dimensions of up to 600 μm.

Example 2.

Man führt den Prozeß nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methodik durch, man verwendet aber Zirkoniumhydrid in einer kenge von 2%, bezogen auf das Gewicht des Realetionsgemisches. The process described in Example 1 is followed Methodology, but one uses zirconium hydride in a kenge of 2%, based on the weight of the Realetionsgemisches.

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Example 3 »

Lan wiederholt die in Beispiel 1 beschriebene laethodik init einer Ausnahme, das das Titanhydrid durch Nickelhydrid in einer Lenge von 12%, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsge.:.isches, ersetzt wird. Aus dein Reaktionsgemisch erhielt man bei einem Druck von 50 kbar und einer Temperatur von 155O⁰G vollkommene Einkristalle des kubischen Bornitrids mit Abmessungen bis 550 ß&. Lan repeats the method described in Example 1 with one exception that the titanium hydride is replaced by nickel hydride in a length of 12%, based on the weight of the reaction mixture. From your reaction mixture at a pressure of 50 kilobars was obtained and a temperature of 155o ⁰ G perfect single crystals of cubic boron nitride having dimensions up to 550 & ß.

Example 4.

L-an vermischt 90% hexagonales Bornitrid und 10% Magnesium zur Bildung von Reaktionsgemisch. Man gibt 2% Ammoniummolybdat hinzu. Das erhaltene Gemisch unterwirft man einer Einwirkung eines Druckes von 4715 kbar und einer Erhitzung auf eine Temperatur von 150O⁰C während 1,5 Minuten. Die genannte Temperatur und Zeitdauer erweisen sich als ausreichend für die Ausscheidung aus dem Ammoniummolybdat einer solchen Wassers Ioffmenge, die die Bildung von Kristallen des kubischen 3ornitrids gewährleistet, die eine reguläre kristallographische Form und Abmessungen bis 500 Λπι aufweisen·L-an mixes 90% hexagonal boron nitride and 10% magnesium to form reaction mixture. Add 2% ammonium molybdate. The resulting mixture is subjected to an action of a pressure of 4715 kilobars and heated to a temperature of 150o ⁰ C for 1.5 minutes. Said temperature and period of time prove that ensures the formation of crystals of the cubic 3ornitrids that have a regular crystallographic shape and dimensions to 500 Λπι offmenge than adequate for the elimination from the ammonium molybdate such water I, ·

Example 5 »

lxlan wiederholt die in Beispiel 4 beschriebene Methodik mit einer Ausnahme, daß das Ammoniummolybdat durch Ammoniumvanadat in einer Menge von 6%, bezogen auf das Gewicht des lxlan repeats the methodology described in Example 4 with the exception that the ammonium molybdate by ammonium vanadate in an amount of 6%, based on the weight of the

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Beaktionsgeinisches, ersetzt wird.
Beispiel 6. Beaktionsgeinisches, is replaced.
Example 6.

Man wiederholt die in Beispiel 4 beschriebene Methodik mit einer Ausnahme, daß das Anmoniummolybdat durch Ammoniumphosphat in einer Iaenge von 12%, bezogen auf das Gewicht des Reaktionsgeinisches, ersetzt wird. Das Gemisch setzt man einer Einwirkung eines Druckes von 45,0 kbar und einer Erhitzung auf eine Temperatur von 1500⁰G während 2,5 Minuten aus. Die erhaltenen Einkristalle des kubischen Bornitrids weisen eine Größe bis 600 uva. auf.The method described in Example 4 is repeated with one exception that the ammonium molybdate is replaced by ammonium phosphate in an amount of 12%, based on the weight of the reaction mixture. The mixture was constitutes an action of a pressure of 45.0 kbar, and from a heating to a temperature of 1500 ⁰ G for 2.5 minutes. The resulting single crystals of cubic boron nitride have a size of up to 600 and many more. on.

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Claims

2110923 PATENT CLAIMS!

1. A process for producing single crystals of cubic boron nitride which consists in being a reaction

mixture containing ßorquelle, nitrogen source and an initiator, which favors ^{the formation of the cubic boron nitride, subjected to a treatment at a temperature of over 100Q P} C and a pressure which is sufficient for the formation of cubic boron nitride, characterized in that the treatment in the presence carried out by hydrogen.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction mixture in addition to the The ingredients mentioned contain compounds which are capable of generating free hydrogen at the temperatures and pressures mentioned to develop.

Process according to Claim 2, characterized in that the compounds which evolve free hydrogen are lethal hydrides, the said compounds being introduced in an amount of about 2% to about 12%, based on the weight of the reaction mixture.

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4. The method according to claim 2, characterized in that oxygen-containing ammonium salts are used as compounds which evolve free hydrogen, said compounds being introduced in a narrow range of 2% to about 12%, based on the weight of the reaction mixture.

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