JP5519772B2 - セリウム系粒子組成物およびその調製 - Google Patents

Description

本発明はセリウム系粒子組成物に関する。特に、本発明は、液晶ディスプレイおよびハード記録媒体用ガラスを艶出研磨するための研磨材に関する。

セリウム系研磨材は、光学ガラスの従来の艶出研磨においてだけでなく、液晶ディスプレイおよびハード記録媒体用ガラスを艶出研磨するためにも使用される。この種の研磨材は、高い艶出研磨速度を有しかつ優れた品質を具えた研磨された表面を製造することが求められる。

一般に、セリウム系艶出研磨用粉末は以下の方法によって製造される：希土類元素（セリウムおよび任意にランタン、および任意にさらなる希土類元素を含む）の炭酸塩がスラリー化され、湿式粉砕され、ＨＦなどの鉱酸で処理される。得られるスラリーは濾過され、乾燥され、そして焙焼され、次いで所望の粒径を得るためにその後の粉状化および分級が行われる。このプロセスは、研磨材の組成を調整できないという短所を有し、それゆえ艶出研磨速度および研磨された表面の品質は大きくは改善され得ない。

特許文献１は、総希土類元素酸化物（ＴＲＥＯ）に対する酸化セリウム含量が９０質量％以上であるセリウム艶出研磨材を開示する。このセリウム艶出研磨材は、Ｔｉおよび８０以下の原子番号を有する第５〜１２族元素からなる群から選択される少なくとも１つの特定の元素が艶出研磨速度の総質量に対して０．００１〜２．０質量％の量で含有されるということを特徴とする。

特許文献２は、研磨材として使用することができるセリウムの酸化物から主に構成される酸化物固溶体粉末を記載する。カルシウムの酸化物が主に酸化セリウムから構成される希土類元素酸化物の中に固溶体として溶解している酸化物固溶体粉末を使用することによって、ガラス基材などのガラス材料が艶出研磨されるとき、この酸化物固溶体粉末は、研磨された表面の高度な正確さを有する研磨された表面を提供することができ、そして研磨材に適している。

特許文献３は、Ｆを含まず、かつ高研磨速度でおよび良好な研磨精度で働くセリウム系研磨材を開示する。得られた研磨材は、０．５重量％以下のＦ含量、ならびに０．３〜５重量％（元素に関する）のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の含量またはアルカリ金属およびアルカリ土類金属の総含量を有する。

要求される高艶出研磨速度および優れた表面品質を満たすために、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＣａなどのいくつかの遷移金属元素およびアルカリ土類金属元素が研磨材で使用された。しかしながら、高艶出研磨速度を得るために、９０％を超えるセリウム含量を有することが要求された。いくつかの場合には、固溶体を得るために、そして高艶出研磨速度および研磨された表面の高い品質の両方を同時に得るために、上記元素のうちの２以上が必要とされた。

国際公開第２００７／０５２５５５（Ａ１）号パンフレット 欧州特許出願公開第１７０７５３４（Ａ１）号明細書 特開２００７−９２１４号公報

より高い艶出研磨速度および優れた研磨された表面の要求を満足するために、本発明は、液晶ディスプレイおよびハード記録媒体用ガラスを艶出研磨するのに適した研磨材を提供する。

本発明は、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｍｎなどを含む一連のセリウム系艶出研磨用研磨材を開発する。この研磨材は、反応時間、ｐＨ、温度などの制御された沈殿条件下で製造され、次いで焼成、湿式粉砕、ふるい分けなど従来の仕上げ工程にかけられる。得られた最終の研磨材は、高艶出研磨速度および優れた研磨された表面品質の両方を有する。

本発明の上記の目的および他の目的は、添付の図面と併用して読まれると、以下の説明からより明確に理解されるであろう。

本発明の比較の実施形態のうちの１つにおける組成物からの得られた生成物粒子のＳＥＭ写真である。 本発明の好ましい実施形態における種々の組成物からの得られた生成物の粒子のＳＥＭ写真である。 本発明の好ましい実施形態における種々の組成物からの得られた生成物の粒子のＳＥＭ写真である。 本発明の好ましい実施形態における種々の組成物からの得られた生成物の粒子のＳＥＭ写真である。 本発明の好ましい実施形態における種々の組成物からの得られた生成物の粒子のＳＥＭ写真である。 本発明の好ましい実施形態における種々の組成物からの得られた生成物の粒子のＳＥＭ写真である。 本発明の好ましい実施形態における種々の組成物からの得られた生成物の粒子のＳＥＭ写真である。

驚くべきことに、当該研磨材の研磨品質は、セリウム系研磨材組成物に特定量の酸化ランタンを加えると、組成物中の酸化セリウムの含量が低いときでさえも非常に改善されるということが見出される。どの既存の理論にも結びつけられないが、当該酸化セリウムおよび酸化ランタンの組み合わせが艶出研磨速度および研磨された表面品質の向上を支援することになるということが理解される。

第１の態様では、本発明は、５０〜９０重量％の酸化セリウム、および少なくとも１０重量％の酸化ランタンを含むセリウム系粒子組成物を提供する。好ましくは、この組成物は、少なくとも１５重量％の酸化ランタンを含む。一般に、しかし本発明を限定するつもりはないが、本発明の組成物は３０重量％以下の酸化ランタンを含む。

本発明の好ましい実施形態のうちの１つでは、当該組成物は、１以上の遷移金属元素および／またはアルカリ土類金属元素に基づく添加剤をさらに含む。この添加剤は、生成物の形態学および結晶構造を変化させるために使用される。具体的に言うと、この添加剤は、粒子を、サイズがより均一に、そして規則的な球形に近づけるように機能し、これは、艶出研磨のためにはよいことである。

好ましくは、当該組成物は、６０〜８５重量％の酸化セリウムを含む。添加剤の重量は、当該組成物の総重量の０．２〜５％である。

当該添加剤は、Ｆｅ系添加剤、Ｚｒ系添加剤、Ｍｎ系添加剤、およびＡｌ系添加剤の群から選択される。

当該組成物中の添加剤は、上記粒子の中に固溶体として分散または溶解されている酸化物の形態にある。一般に、当該粒子組成物の粒径は０．５〜１．５μｍである。

これまでで、または本願明細書のこれ以降の箇所で特に記載されない限り、「セリウム系」、「Ｆｅ系」、または「Ａｌ系」という用語は、それぞれセリウム、ＦｅまたはＡｌという元素が、そのバルクの特性のほとんどに寄与するということを意味する。一般に、それぞれ、セリウム、Ｆｅ、またはＡｌの含有量が主要な構成要素であり、つまり、その濃度はおそらくは５０％よりも高い。「酸化セリウム」または「酸化ランタン」という用語は、それぞれセリウムまたはランタンの異なる価数状態を有する元素セリウムまたはランタンの様々な酸化物を包含し、これらは少量の他の元素を含んでいてもよい。しかしながら、好ましくは、これら酸化物は、酸化セリウムまたは酸化ランタンの純粋な化合物に向けられる。

第２の態様では、本発明は、当該セリウム系研磨材組成物を調製するための方法を提供する。この方法は、望ましい量の塩化物または硝酸塩などの水溶性のＦｅ、Ｚｒ、またはＭｎ塩を、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩および／または水酸化物とともに沈殿するＣｅＬａＣｌ_３溶液と混合して、Ｆｅ、Ｚｒ、またはＭｎがドーピングされた希土類元素炭酸塩を得ること；次いでこの炭酸塩を適切な加熱プロファイルを使用して焼成し、Ｆｅ、Ｚｒ、またはＭｎがドーピングされた希土類元素酸化物を得ることを含み、破砕し、粉砕しそしてふるい分けした後に、この生成物は、０．５〜１．５μｍの中間粒径およびアルミノホウケイ酸ガラスに対する高艶出研磨速度を有する。

第３の態様では、本発明は、当該粒子組成物を含む研磨材、およびその応用を提供する。液晶ディスプレイおよびハード記録媒体用ガラスを艶出研磨するための研磨材、特にガラス基材の工業的な艶出研磨の使用における研磨材を得るために、本発明の研磨材組成物は、任意に添加剤の存在下で水と混合することができる。

以下の実施例は、説明のために提供されるが、請求項に係る発明を限定するものではない。

実施例１（比較例）
鉄を添加することはなく同じセリウムおよびランタン含有量を有する生成物を調製した。塩化セリウム水溶液５２０ｍｌ、および塩化ランタン水溶液２８０ｍｌを混合し、混合物液体約８００ｍｌを得た。混合した液体中のそれぞれの希土類元素の酸化物質量に関する割当量は、６５：３５（＝ＣｅＯ_２：Ｌａ_２Ｏ_３）であった。１．２倍当量の炭酸ナトリウム水溶液８００ｍｌ（０．１４８ｇ／ｍｌ）を調製した。次いで、３００ｍｌの純水をこの反応器に加えた。撹拌しながら、これまでに得た混合物および炭酸ナトリウム水溶液を、別々に１３．３３ｍＬ／分で反応器へと供給し、その間、撹拌速度を１５０ｒｐｍに保ち、炭酸塩を含有する共沈粒子を得た。次に、この共沈した粒子を含有する懸濁液を室温で１．５時間熟成した。熟成後の懸濁液を濾過して、共沈した粒子のケーキを得て、これを、２Ｌの純水で２回リンスした。次に、得たケーキを焼成用加熱炉の中で焼成し、５時間かけて５０℃から７５０℃まで加熱し、７５０℃で１．５時間保った）。その後、希土類元素系酸化物を得た。得た研磨材の平均粒径は４．０μｍであった。破砕および粉砕後、平均粒径は０．９〜１．０μｍに減少した。図１に示すように、得られた生成物の一次粒子は、サイズおよび形状が均一ではなく、これは、艶出研磨されたガラスの表面上の擦り傷につながる。

得られた生成物を、艶出研磨速度評価のために、１５０ｇ／ｃｍ^２の作動圧力および９０ｒｍｐの回転速度でＬａｂｍａｓｔｅｒ−１５艶出研磨機（製造はＢａｉｋｏｗｓｋｉであり、モデルはＬａｂｍａｓｔｅｒ−１５である）で試験した。使用したガラスは、ＬＣＤで一般に使用されるアルミノホウケイ酸塩であった。得られた生成物は、０．７５μｍ／分の除去速度を有する。

実施例２ − Ｆｅ系添加剤を含む粒子
塩化セリウム水溶液５２０ｍｌ、塩化ランタン水溶液２８０ｍｌを混合し、そして塩化鉄六水和物３．３８ｇをさらに加えて、混合物液体約８００ｍｌを得た。混合した液体の中に含有されるそれぞれの希土類元素および鉄の酸化物質量に関する割当量は、６５：３５：１（＝ＣｅＯ_２：Ｌａ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３）であった。１．２倍当量の炭酸ナトリウム水溶液８００ｍｌ（０．１４８ｇ／ｍｌ）を調製した。次いで、３００ｍｌの純水をこの反応器に加えた。撹拌しながら、これまでに得た混合物および炭酸ナトリウム水溶液を、別々に１３．３３ｍＬ／分で反応器へと供給し、その間、撹拌速度を１５０ｒｐｍに保ち、炭酸塩を含有する共沈粒子を得た。次に、この共沈した粒子を含有する懸濁液を室温で１．５時間熟成した。熟成後の懸濁液を濾過して、共沈した粒子のケーキを得て、これを、２Ｌの純水で２回リンスした。次に、得たケーキを焼成用加熱炉の中で焼成し、５時間かけて５０℃から７５０℃まで加熱し、７５０℃で１．５時間保った）。その後、鉄を含有する希土類元素系酸化物を得た。得た研磨材の平均粒径は２．０μｍであった。図２に示すように、得られた生成物の一次粒子は、サイズおよび形状がより均一であり、含まれる添加剤がない一次粒子よりも小さく、これは、比較例（実施例１）と比較して、艶出研磨されたガラスのより良好な品質につながる可能性がある。同じことを、実施例３〜７で行った。破砕および粉砕後、平均粒径は０．９〜１．０μｍに減少した。

得られた生成物を、艶出研磨速度評価のために、１５０ｇ／ｃｍ^２の作動圧力および９０ｒｍｐの回転速度でＬａｂｍａｓｔｅｒ−１５艶出研磨機（製造はＢａｉｋｏｗｓｋｉであり、モデルはＬａｂｍａｓｔｅｒ−１５である）で試験した。使用したガラスは、ＬＣＤで一般に使用されるアルミノホウケイ酸塩であった。生成物は、１．０９μｍ／分の除去速度を有する。

実施例３ − Ｚｒ系添加剤を含む粒子
オキシ塩化ジルコニウム八水和物１３．１ｇを加えることによる以外は、実施例２と同じプロセスを使用して、ジルコニウムを含む以外は同じセリウムおよびランタン含有量を有する生成物を調製した。生成物を、実施例２に列挙したのと同じ条件下で試験した。この生成物は、１．０９μｍ／分の除去速度を有する。実施例３から得た粒子のＳＥＭ写真については、図３を参照されたい。

実施例４ − Ｍｎ系添加剤を含む粒子
塩化マンガン四水和物５．５８ｇを加えることによる以外は、実施例２と同じプロセスを使用して、マンガンを含む以外は同じセリウムおよびランタン含有量を有する生成物を調製した。生成物を、実施例２に列挙したのと同じ条件下で試験した。この生成物は、０．９６μｍ／分の除去速度を有する。実施例４から得た粒子のＳＥＭ写真については、図４を参照されたい。

実施例５ − Ａｌ系添加剤を含む粒子
焼成前にアルミニウム２ｇを加えることによる以外は、実施例２と同じプロセスを使用して、アルミニウムを含む以外は同じセリウムおよびランタン含有量を有する生成物を調製した。生成物を、実施例２に列挙したのと同じ条件下で試験した。この生成物は、０．４μｍ／分の除去速度を有する。実施例５から得た粒子のＳＥＭ写真については、図５を参照されたい。

塩化鉄六水和物０．６７６ｇを加えることによる以外は、実施例２と同じプロセスを使用して調製した、異なる量の鉄を含む以外は同じセリウムおよびランタン含有量を有する生成物など異なる量の添加剤に関するデータを提示することも、考えられるかもしれない。この生成物は、０．９１μｍ／分の除去速度を有する。

実施例６ − 低い割合のＬａを有するＦｅ系添加剤を含む粒子
塩化セリウム水溶液７２０ｍｌ、および塩化ランタン水溶液８０ｍｌを混合し、そして塩化鉄六水和物３．３８ｇをさらに加えて、混合物液体約８００ｍｌを得た。混合した液体の中に含有されるそれぞれの希土類元素および鉄の酸化物質量に関する割当量は、９０：１０：１（＝ＣｅＯ_２：Ｌａ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３）であった。実施例２と同じプロセスを使用して粉末を調製し、得られた生成物を、実施例２に記載したのと同じ条件下で試験した。この粉末は、０．５６μｍ／分の除去速度を有する。実施例６から得た粒子のＳＥＭ写真については、図６を参照されたい。

実施例７ − 高い割合のＬａを有するＦｅ系添加剤を含む粒子
塩化セリウム水溶液４００ｍｌ、塩化ランタン水溶液４００ｍｌを混合し、そして塩化鉄六水和物３．３８ｇをさらに加えて、混合物液体約８００ｍｌを得た。混合した液体の中に含有されるそれぞれの希土類元素および鉄の酸化物質量に関する割当量は、５０：５０：１（＝ＣｅＯ_２：Ｌａ_２Ｏ_３：Ｆｅ_２Ｏ_３）であった。実施例２と同じプロセスを使用して粉末を調製し、得られた生成物を、実施例２に記載したのと同じ条件下で試験した。この粉末は、０．５６μｍ／分の除去速度を有する。実施例７から得た粒子のＳＥＭ写真については、図７を参照されたい。

Claims (7)

1. セリウム系粒子組成物であって、前記組成物は、５０〜９０重量％の酸化セリウム、少なくとも１０重量％の酸化ランタン、並びに、Ｆｅ系添加剤、Ｚｒ系添加剤、Ｍｎ系添加剤、およびＡｌ系添加剤の群から選択される０．２〜５重量％の前記添加剤を含み、
   前記添加剤は、前記粒子の中に固溶体として分散または溶解されている酸化物の形態にある、セリウム系粒子組成物。
2. 前記組成物は、少なくとも１５重量％の酸化ランタンを含む、請求項１に記載の粒子組成物。
3. 前記粒子組成物の粒径は０．５〜１．５μｍである、請求項１または請求項２に記載の粒子組成物。
4. 前記組成物は、６０〜８５重量％の酸化セリウムを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粒子組成物。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粒子組成物を調製するための方法であって、
   遷移金属元素および／またはアルカリ金属元素の１以上の水溶性の塩を、ＣｅＬａＣｌ_３溶液と混合することと；
   混合された前記溶液を、炭酸塩および／または水酸化物と沈殿させて、前記１以上の遷移金属元素および／またはアルカリ金属元素によってドーピングされた希土類元素炭酸塩を得ることと；
   前記炭酸塩を焼成し、前記１以上の遷移金属元素および／またはアルカリ金属元素によってドーピングされた希土類元素金属酸化物を得ることと；
   前記希土類元素金属酸化物を破砕して、前記粒子組成物を得ることと、
   を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粒子組成物を含むことを特徴とするセリウム系研磨材。
7. 請求項６に記載のセリウム系研磨材を使用することを特徴とする、ガラス基材を艶出研磨する方法。

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