JPH0588914B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、粒子剥離を起こしにくいセラミツク
研磨材粒子、その製造方法、及びそれを含む研磨
材製品に関する。 〔従来の技術〕 粒子剥離（shelling）とは、研磨材工業、特に
被覆された研磨材工業に精通している人々によつ
て時々用いられている言葉であり、それは、典型
的には研磨材粒子の有効寿命全体に亙つて研磨材
粒子を保持することを目的とした結合剤系から研
磨材粒子が取れるのが早すぎる現像のことを言つ
ている。「粒子剥離」と言う用語は、研磨材粒子
が結合剤系から剥がれる現像が、トウモロコシの
穀粒を取る操作中穂軸からトウモロコシの穀粒が
取れるのに似ていると考えられるため用いられて
いる。幾つかの例外はあるが、例えば、研磨材製
品がスラリーのための研磨材粒子源として用いら
れている場合、研磨材製品からの研磨材粒子の粒
子剥離は望ましくない。なぜなら、それは、研磨
材粒子が脱落により与えられる研磨性表面の損失
及び下に説明するような他の理由のために、研磨
材製品の効率が減少する効果を有するからであ
る。粒子剥離による効率の減少は、結合した研磨
材製品、例えば、砥石車及び不織研磨材製品の如
き全ゆる種類の研磨材製品で認めることができる
が、実質的に全ての研磨材粒子がシートの上に、
典型的には各粒子の一方の端が露出されているか
又は殆ど露出されているようにして結合剤系によ
つて保持されているような被覆研磨材製品で特に
顕著である。被覆研磨材製品から粒子剥離により
研磨材粒子が失われると、被覆研磨材表面に非研
磨性領域を与えることになり、研磨効率を低下さ
せ、時には不均一な表面仕上げをもたらすであろ
う。 粒子剥離問題は、研磨材製品が材料の大量除去
用に用いられた時、特に重要になることがある。
そのように使われている間、研磨材製品は大きな
圧力及び回転速度に耐え、然も、充分な切削量を
依然として与えることができなければならない。
例えば、被覆研磨材円盤は１分当たり12000回転
（rpm）旋回でき、15Kg／cm²位の高い界面圧力に
かけられる。これらの厳しい条件は、通常切削速
度を増大する結果になるので好ましいが、それら
は研磨材粒子と結合剤系との間の接着結合に大き
な負担をかけることにもなる。この結合がだめに
なると、研磨材粒子は被覆研磨材製品から極めて
大きな速度で飛ばされ（即ち、粒子剥離され）、
それは作業者に大きな怪我を与える結果になるこ
とがあり、特に研磨材粒子が大きな粒径を持つ場
合にはそうである。この危険は研磨材工業に携わ
る人達にとつては重大な関心事であり、そのこと
は、起こり得る危険への安全対策のため、潜在的
能力一杯まで使用されることのない製品を時々与
える結果になつている。 更に、多くの研磨材製品、特に被覆研磨材製品
は、水分の影響を受け易い樹脂質結合剤系を用い
ており、最も普及しているものはフエノール系樹
脂からなる。フエノール系樹脂に基づく結合剤系
は、研削条件の湿分水準が増大するに従つて、研
磨材製品の粒子剥離を起こす可能性が増大するこ
とが知られている。 粒子剥離問題に対する多くの解決法が提案され
ているが、それらは非実際的であるが、或は高価
であるか、殆ど利用性がないか、或は焼結セラミ
ツク研磨材粒子と共に用いるのに特に適している
ものではないものであつた。 特に粒子剥離問題を解決することに関する最も
早くから知られている文献は、米国特許第
1528543号明細書（ハルトマン）であり、そこに
は結晶質鉱物材料の表面に引つ掻き傷を付け、粒
子表面を粗くし、それによつてそれらの結合性を
増加するように処理する方法が記載されている。
種々の他の文献には、表面に小さな粒状材料が結
合した粒子を得るための結合剤層又は融剤を用い
ることにより、比較的小さな粒子を大きな粒子の
表面に付着させ、比表面積を増大することが記載
されている。例えば、米国特許第3269815号明細
書（クープマン）には、研磨材粒子を、炭化物及
び窒化物の如き固体材料の微粒子で、ガラスの如
きセラミツク薄膜によりそれら粒子を研磨材粒子
へ結合することにより、被覆することが記載され
ている。セラミツク薄膜は、研磨材粒子或はそれ
ら固体材料の軟化点又は融点よりも低い温度で軟
化し、それによつてそれら微粒子を研磨材粒子へ
結合し、結合研磨材物品になつている時の樹脂接
着を助長し、研磨材粒子の粒子間の結合強度を増
大させる。その外、米国特許第4472173号明細書
（ブラニングその他）には、樹脂結合研磨材へ加
工する際に研磨材粒子の接着を改良するため、粉
砕フリツト、結合剤及び微粒子の高度に研磨性の
材料で被覆したコランダム研磨材粒子が記載され
ている。 更に、或る文献には、本来大きな表面粗さを有
する小さな粒子を密に詰めたものを形成すること
が記載されている。例えば、米国特許第4252544
号明細書（高橋）には、電鋳或は高温か焼アルミ
ナ結晶粗粒子と、それらアルミナ結晶粗粒子の間
に位置するアルミナ結晶微粒子から構成されたア
ルミナ研磨材粒子が記載されている。これらの研
磨材粒子は、特別な形の粗いアルミナ粉末を形成
し、特別な形の細かいアルミナ粉末を形成し、そ
れらの粗いアルミナ粉末と細かいアルミナ粉末と
を水の存在下で、或はもし必要ならば、一次結合
剤の存在下で練り、その練つた材料を機械的押し
出し機によつて押し出し、押し出した材料を乾燥
し、その押し出した材料を予め定められた長さに
切断し、それら押し出し材料の乾燥切断片を、微
粉末にしたアルミナのか焼温度より高いが、1700
℃よりは低い温度で焼結することにより製造され
ている。 前述の文献のいずれにも、それら教示が、希望
の物理的性質を有するα−アルミナを基にしたセ
ラミツク研磨材粒子を、結合剤層又は融剤を適用
することによりそれらの性質を変えることなく又
セラミツク研磨材粒子を変性することなく、製造
することに利用できるか否かについては何も示さ
れていない。本発明により改良することが望まれ
るセラミツク研磨材粒子の種類は、例えば、本出
願人による米国特許第4744802号明細書（シユワ
ーベル）に記載されている種類である。この種の
アルミナを基にしたセラミツク研磨材粒子を製造
することについて記述した他の文献には、米国特
許第4314827号（ライゼイザーその他）、第
4518397号（ライゼイザーその他）及び第4574003
号（ジヤーク）が含まれる。 上述の文献の中で、粒子剥離を起こしにくい改
良された研磨材粒子、或はそれを含む結合研磨材
製品、不織研磨材製品及び被覆研磨材製品の如き
研磨材製品を与えるために、セラミツク粒状材料
で、その表面に小さな分離した無機材料物体が、
それ自体の溶着により結合したセラミツク粒状材
料を記載したものは一つもない。 〔本発明の要約〕 本発明によれば、セラミツク粒状材料で、その
表面に小さな個々に離れた無機材料の突出物が、
それ自体の溶着により結合したセラミツク粒状材
料からなる改良された研磨材粒子が与えられる。
「それ自体の溶着により結合した（autogenously
bonded）」と言う言葉は、融剤、ガラス状結合
剤、有機結合剤、ガラス等の如き外部からのどん
な種類の結合用媒体を用いることなく、各セラミ
ツク粒子の表面に個々に離れた表面物質が結合さ
れていることを意味する。表面粒状材料の結合
は、研磨材粒子を形成する材料の前駆物質と、無
機物質を形成する材料の前駆物質との間の結合剤
不含接着の結果だけによるものであり、その無機
物質は、セラミツク材料を形成させるため前記前
駆物質材料を焼結する焼成で永久的結合をそれら
の間に最終的に形成する。 得られる研磨材粒子の研磨特性に有害な影響を
与えることなく、焼結操作中にセラミツク研磨材
粒子上の突起物として無機表面物質を形成するこ
とができることが、全く思いがけないことに発見
された。得られる研磨材粒子は、それらの付着し
た突起物により与えられる増大した表面積を有
し、それにより従来の突起のない表面よりも粒子
剥離を起こしにくく、或は場合には思いがけない
改良された性能を有する構造体を与える。 特に本発明は、セラミツク研磨材粒子で、その
各々の粒子が、その表面に無機材料からなる多数
の小さな突起物が、それ自体の溶着により結合し
ていることを特徴とするセラミツク研磨材粒子を
製造する方法を与える。その方法は、α−アルミ
ナ前駆物質材料からなる第一粒子で、その各々の
粒子がα−アルミナを基にした研磨材粒子へ焼結
することができる第一粒子の集合物を与え、その
集合物中に、前記第一粒子よりも遥かに細かい第
二粒子を導入し、然も、前記第二粒子は、前記第
一粒子の焼結でそれ自体の溶着により前記第一粒
子の表面に結合して無機材料の堅い突起物になる
ことができ、前記粒子を焼結条件下で加熱して前
記第一粒子を焼結させ且つ前記第二粒子のそれ自
体の溶着による前記第一粒子の各々の表面への結
合を起こさせる諸工程からなる。 本方法は、第一粒子を転がし、第一粒子の表面
で摩耗を起こさせて第二粒子を生じさせることに
より第二粒子を導入することも意図している。こ
れは、第一粒子の粒径に実質的な影響を与えるこ
となく行われる。転がしは、生じた第二粒子が第
一粒子の各々の表面に付着する結果になるまで続
けられる。本方法は、第一粒子を形成する材料の
組成とは異なつた材料からなる第二粒子を第一粒
子へ添加することにより、第二粒子を導入するこ
とも意図している。その時、第二粒子は第一粒子
と一緒に転がし、第二粒子を第一粒子の表面へ付
着させるようにする。 好ましい方法は、アルミナ水和物の水性分散物
の混合物を与え、その混合物をゲル化し、ゲル化
した混合物を乾燥して乾燥固体を生成させ、その
乾燥固体を粉砕して第一粒子を製造することを含
んでいる。 本方法は、第二粒子を第一粒子集合物中へ導入
する前に、少なくとも第一粒子をか焼し、結合揮
発性物質を実質的に除去する工程を含んでいても
よい。 前に述べた如く、本発明の研磨材粒子は、各研
磨材粒子上に多数の表面突起物を与えるため、無
機材料からなるそれ自体の溶着による結合物を有
するα−アルミナを基にしたセラミツク粒子から
なる。本発明による好ましい研磨材粒子は、アル
ミナ、α−アルミナ、アルミナ・ジルコニア、ジ
ルコニア、窒化珪素、稀土類金属酸化物、イツト
リア、クロミア、セリア、炭化チタン、窒化チタ
ン、珪素アルミナオキシ窒化物、珪素アルミニウ
ム オキシ炭化物、イツトリウムアルミナ・ガー
ネツト、六方晶形稀土類アルミン酸塩、アルミニ
ウムオキシ窒化物、亜鉛、マグネシウム又はニツ
ケルの酸化物及びそれらの混合物からなる群から
選択された材料からなる表面突起物を有する。 本発明による研磨材粒子は、α−アルミナを基
にしたセラミツク中に少なくとも一種類の変性用
添加物を含有している場合も考慮されている。変
性用添加物は、マグネシウム、亜鉛、ジルコニウ
ム、ハフニウム、コバルト、ニツケル、イツトリ
ウム、プラセオジム、サマリウム、イツテルビウ
ム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウ
ム、ジスプロシウム、及びエルビウムからなる群
から選択された一種類以上の金属の酸化物である
のが好ましい。 本発明は、本発明の研磨材粒子を用いて作られ
た研磨材製品も与える。研磨材製品は、被覆研磨
材製品、結合研磨材製品、例えば、砥石車、油砥
石等の形をしていてもよく、それらは粘稠性又は
非粘稠性結合剤、例えば、有機結合剤を含んでい
てもよく、或は不織研磨材製品の形をしていても
よい。 本発明によるセラミツク研磨材粒子は、増大し
た表面積を有し、そのため研磨材型製品で結合剤
系に対する接着性が改良されている結果を与えて
いる。接着性を改良することにより、研磨材製品
は、材料切削速度の増大をもたらす一層大きな圧
力で使用することができる。更に、本発明の研磨
材粒子を含む研磨材製品は、ここに記載するよう
な研磨材粒子表面の変性を行わないで製造された
対応する研磨材製品よりも、加工物品から遥かに
一層多くの部分を研削するであろう。 〔詳細な記述〕 本発明は、脱水された出発材料の焼結を達成す
るため、セラミツクの溶融温度よりも低い温度で
粒状前駆物質材料を乾燥及び焼成することにより
製造されたα−アルミナを基にしたセラミツク研
磨材粒子に関する。加熱中に、前駆物質材料は脱
水された金属酸化物構造体へ転化し、それは加熱
が続けられるに従つて緻密になつて行くであろ
う。最も一般なα−アルミナを基にしたセラミツ
クは、マグネシウム、ニツケル、亜鉛、イツトリ
ア、稀土類酸化物、ジルコニア、ハフニウム、ク
ロム等の如き金属の酸化物で変性されてもよい。
セラミツク研磨材粒子を製造する好ましい方法
は、米国特許第4314827号；第4518397号；第
4574003号；第4623364号及び第4744802号明細書
に記載された所謂ゾル・ゲル法によるものであ
る。 ゾル・ゲルアルミナに基づくセラミツク研磨材
粒子を製造するためには、約２重量％からほぼ60
重量％のα−アルミナ酸化物一水和物（例えば、
ベーマイト）からなる分散物を最初に形成する。
そのベーマイトは当分野でよく知られた種々の方
法により製造することもでき、或は数多くの業者
から商業的に得ることもでる。市販の材料の例に
は、コンデア・ケミ（Condes Chemie）GMBH
により製造されているジスペラル（Disperal）
（登録商標名）及びビスタ・ケミカル社（Vista
Chemical Co.）により製造されているキヤタパ
ル（登録商標名）が含まれる。これらの酸化アル
ミニウム一水和物はα−型で、比較的純粋であり
（もしあつたとしても、一水和物以外の水和相を
比較的僅か含んでいるだけである）、大きな比表
面積を有する。 分散物は、最終生成物の或る希望の性質を向上
させるため、或は焼結工程の効果を増大させるた
め添加させることができる変性用添加物の前駆物
質を含んでいてもよい。これらの添加物は溶解性
塩、典型的には水溶性塩の形をしており、典型的
には金属含有化合物からなり、マグネシウム、亜
鉛、コバルト、ニツケル、ジルコニウム、ハフニ
ウム、クロム、チタン、イツトリウムの酸化物、
稀土類酸化物及びそれらの混合物の前駆物質でも
よい。分散物に存在するこれら成分の正確な割合
は、本発明にとつて特に問題になるようなもので
はなく、従つて、都合の良いように変えることが
できる。 ベーマイト分散物には、通常一層安定なヒドロゾ
ル或はコロイド状分散物を生じさせるため、解膠
剤が添加される。解膠剤として用いることができ
る一塩基酸（monoprotic acid）又は酸化合物に
は、酢酸、塩化水素酸、蟻酸及び硝酸が含まれ
る。硝酸が好ましい解膠剤である。多塩基酸
（multiprotic acid）は通常用いない。なぜなら、
それらは分散物をゲル化し、取り扱い或は付加的
成分の混合をやりにくくするからである。成る商
業的ベーマイト源は、安定な分散物を形成するの
に役立てるため、酸タイター（titer）（吸収され
た蟻酸又は硝酸の如きもの）を含んでいる。 分散物は、酸化アルミニウム一水和物と解膠剤
含有水等を混合するか、又は酸化アルミニウム一
水和物スラリーを形成し、それに解膠剤を添加す
るような簡単な適当な手段によつて形成すること
ができる。一度び分散物が形成されたならば、そ
れを次にゲル化するのが好ましい。ゲルは、溶解
又は分散した金属含有変性用添加剤、例えば、硝
酸マグネシウムの添加、分散物からの水の除去及
びそのような技術の或る組合せの如きいずれかの
慣用的方法によつて形成することができる。 分散物はα−アルミナへの転化を促進するため
核生成剤を含んでいてもよい。適当な核生成剤に
は、α−アルミナ、α−酸化第二鉄又はその前駆
物質の微細粒子及び、転移のための核となる他の
材料が含まれる。核生成剤の量は核生成を行わせ
るのに充分な量である。そのような分散物の核生
成は、本出願人による米国特許第4744802号明細
書に記載されている。 ゲルが一度び形成されたならば、プレス、成
形、被覆或は押し出しの如きいずれの便利な方法
によつて形成し、次に注意深く乾燥して乾燥固体
材料を生成させることができる。 ゲルは、便利な形に押し出すか又は単に広げ、
乾燥し、典型的にはゲルが泡立つ温度より低い温
度で乾燥することができる。溶媒抽出を含めた幾
つかの脱水法のいずれかを用いて、ゲルの遊離水
を除去して固体を形成することができる。 ゲルを乾燥した後、乾燥固体を、ハンマー又は
ボールミル又はロール粉砕機の如き適当な手段に
よつて壊し或は粉砕し、以下で前駆物質粒子とし
て言及する研磨材粒子の前駆物質粒子を形成する
ことができる。固体を粉砕するためにどのような
方法でも用いることができ、「粉砕」と言う言葉
はそのような方法の全てを含むものとして用いら
れている。 表面積の増大した本発明のセラミツク研磨材粒
子は、非焼結粒子を転がすことにより製造しても
よい。、非焼結粒子とは、乾燥されているが、完
全には焼結されていない、典型的にはそのような
状態で理論密度の60％より小さい密度を有する粒
子を指す。か焼した非焼結粒子は、理論密度の約
50％の密度を持つのが典型的である。非焼結粒子
を製造する好ましい方法は、本出願の譲受け人に
譲渡されている米国特許第4744802号明細書に記
載されている。非焼結粒子の転がしは、か焼前、
又は最終的焼成（焼結）の前に達成してもよい。
非焼結粒子は比較的柔らかいので、それらが混合
機中で一緒に転がされると、角が折れて微細な粒
子を生じ、それが研磨材粒子の表面に、転がしを
継続した時の機械的衝突によつて再付着される。
第一の態様として、非焼結粒子は混合機中で転が
され、細か粒状材料を生ずる。転がしは、混合機
に特定の量の非焼結粒子を入れることによつて行
なつてもよい。本方法のこの点では、非焼結粒子
は比較的柔らかいであろう。転がしは非焼結粒子
間の接触を起こし、それによつて微細な粒子を生
ずる。転がしを継続すると、それら微粒子が機械
的衝突によつて非焼結粒子の表面に再付着する。
最終的焼成中、微細な粒子は非焼結粒子と共に焼
結して研磨材粒子を形成する。再付着した微粒子
は研磨材粒子の表面に個々に離れた突起物を形成
し、それによつて研磨材粒子の比表面積を増大
し、それによつて結合剤系に対する接着が改良さ
れる。 第二の態様として、非焼結粒子を混合機中で、
非焼結粒子の組成とは異なつた組成を持つが、研
磨材粒子の表面に無機突起物を形成する微細な粒
子を添加して転がす。これらの微粒子は、転がし
中非焼結粒子の表面から壊れた非焼結粒子の微粒
子と共に、転がしを継続する間に非焼結粒子の表
面に再付着する。最終的焼結により、添加した微
粒子と生じた微粒子の両方が非焼結粒子と共に焼
結し、表面突起を有する研磨材粒子を形成する。
転がしを促進するため、非焼結粒子を特定の重量
比で混合機へ導入する。一般に、混合機にはその
満杯の約10〜75体積％、好ましくは約20〜50体積
％まで非焼結粒子を入れるのがよいであろう。非
焼結粒子は、それら非焼結粒子の角を望ましくな
い程丸くし、そのため焼結で、鋭い角を持つ研磨
材のように良く研削できない望ましくない丸い角
を持つ研磨材粒子を生ずることのない、適切な量
の微細な粒子を生ずるのに充分な時間転がす。非
焼結粒子を転がすのに必要な正確な時間を予測す
るのに幾らかの実験が必要であろう。なぜなら、
その時間は発生するエネルギーの関数だらかであ
る。予め焼成した又はか焼した非焼結粒子は、一
層長い転がし時間を必要とする。なぜなら、それ
らの粒子は非か焼粒子よりも堅いからである。転
がし時間は当業者によつて容易に決定することが
できるであろう。一般に与えられた時間で発生す
るエネルギーが多い程、必要な転がし時間は少な
くなる。このエネルギーは、互いに作用する非焼
結粒子によつて発生する機械的エネルギーである
が、混合機の構造の関数でもある。発生するエネ
ルギーを増加するため緩衝板或はフランジを具え
た混合機を用い、それによつて転がし時間を減少
させることも好ましい。どのような型の混合機を
用いてもよいが、微細な粒子の損失をさけるため
密閉系が好ましい。どのような混合機の構造で
も、機械的衝突によつて微細な粒子を非焼結粒子
へ付着させるのに必要な条件を与えるとは限らな
い。例えば、振動ミルは、微粒子を非焼結粒子か
ら折り、それらを非焼結粒子へ付着させるのに必
要な粒子間の相互作用を与えることはない。好ま
しい混合機の構造は研磨媒体をもたないボールミ
ルである。典型的な転がし時間は、５〜180分、
好ましくは20〜50分位である。 第一の態様では、非焼結粒子と同じ化学的組成
を持つ微粒子を生じさせるため、非焼結粒子だけ
を転がす。第二の態様では、異なつた組成の添加
微粒子と一緒に非焼結粒子を転がし、非焼結粒子
が転がされるのに従つて生ずる同じ化学的組成の
微粒子とそれら添加微粒子との混合物を形成す
る。第二の態様は、非焼結粒子と一緒に転がされ
る適当な微細な粒子を選択することにより、特定
の要求に合わせた研磨材粒子表面の製造を可能に
している点で予想外の利点を有する。研磨材粒子
の表面が、研削操作で用いられている間重要な役
割を有することは当分野でよく知られている。 粉砕（及び、もしこの時点で行われるならば、
転がし）の後で、乾燥ゲル粒子をか焼して実質的
に全ての揮発性物質を除去し、粒子の種々の成分
をセラミツクへ転化する。乾燥デル粒子は、一般
に約400℃〜約800℃の温度に加熱（か焼）し、こ
の温度範囲内に、遊離水及び結合水の90重量％以
上が除去されるまで維持する。 転がしは最終焼成工程前に行われる限り、か焼
工程の前或は後で行うことができる。取り扱いの
容易さから、転がしはか焼工程前に行われるのが
好ましい。 か焼した粒子を次に約1000℃〜約1650℃の温度
に加熱し、この温度範囲内にα−アルミナ前駆物
質材料（例えば、α−アルミナ一水和物）の実質
的に全てがα−アルミナに転化するまで保持する
ことにより焼結する。勿論、この水準の転化を達
成するため、セラミツクを焼結温度へ曝さなけれ
ばならない時間の長さは、種々の因子に依存する
であろうが、通常約５〜約30分間で充分である。 この方法には、か焼温度から焼結温度へ材料を
迅速に加熱すること、粒状材料をサイジング
（sizing）すること、分散物を遠心分離にかけて
スラツジ廃棄物を除去すること等の如き他の工程
を含ませることができる。更に、この方法は、も
し望むならば、個々に記述した工程の二つ以上を
組合せることにより変更することができる。 セラミツク研磨材粒子を幾つかの高温焼成工程
に通すことも考えられる。転がしは、最後即ち焼
結焼成工程の前に行わなければならない。転がし
過程は焼結後に行うべきではない。なぜなら、そ
れは、研磨材粒子の僅かな部分を破壊するが、そ
れらを研磨材粒子表面へ焼結する手だてがなくな
るからである。 第１図は、本発明による研磨材粒子の突起を有
する表面を示しているが、対照として第２図は従
来の研磨材粒子の非常に滑らかな表面を示してい
ることは、研磨材粒子の気孔率の増大によるもの
ではないことに注意すべきである。本発明の研磨
材粒子は理論値の少なくとも90％の密度を有する
のが好ましい。多孔質研磨材粒子は大きな比表面
積を持つ傾向があるが、それらの性能は強度及び
一体性が低下しているため実質的に劣つている。 表面積比は、本発明の研磨材粒子は特徴ずける
一つの手段である。本発明の研磨材粒子を特徴ず
ける一つの手段である。本発明の研磨材粒子は少
なくとも1.5、好ましくは少なくとも2.0の表面積
比を有する。表面積比は、研磨材粒子の表面積の
増大の尺度であり、本発明の研磨材粒子の表面積
を、与えられた等級のものについて、標準的未処
理研磨材粒子の表面積によつて割ることにより決
定される。表面積比は、表面積の増大な特徴ずけ
る一層意味のある方法である。なぜなら、各等級
の研磨材粒子は異なつた粒径を有し、従つて、異
なつた表面積を有するからである。研磨材粒子を
等級ずける基準は、アメリカン・ナシヨナル・ス
タンダード・インステイテユート（ANSI）基準
No.B74.18（1984）に見ることができる。表面積比
を計算するためには、与えられた等級についての
粗い部分及び対照部分を用いた。等級づけられた
未処理等級標準研磨材粒子は、商標名キユービト
ロン（Cubitron）研磨材粒子としてミネソタ州
セントポールのミネソタ・ツイニング・アンド・
マニユフアクチユアリング社（3M）から購入す
ることができる。転がされた研磨材粒子は、米国
特許第4744802号明細書の教示に従つてつくられ
た。但し研磨材粒子は、予め焼成する前に、粉砕
或は研磨媒体の入つていないボールミルで20分間
転がされた。ボールミルは長さが約1.82ｍで内径
が1.82ｍであり、16rpmで廻転された。緩衝板
（長さ5.1cm、厚さ5.1cm）は約46cm間隔でボール
ミルの内壁に沿つて配置されていた。残りの工程
は米国特許第4744802号明細書に教示されている
ものと同じであつた。 未処理ANSI標準等級付け研磨材粒子の比表面
積及び本発明によりつくられた転がされた研磨材
粒子及び計算された表面積比が下に列挙されてい
る。表面積は、ニユーヨーク州シユゼツトのクワ
ンスクロム社（Quanthchrme Co.）から得られ
たクワントソーブ（Quantosorb）QS13型表面積
測定装置で測定された。試験する前に試料は20分
間窒素ガス中に浸漬された。

〔実施例〕

次の実施例により本発明を更に例示するが、そ
れによつて限定されるものではない。 対照例及び実施例１〜３ 対照例及び実施例１〜３により、研磨材粒子の
性能に対する転がしの効果を比較して示す。 対照例 対照例は、微粒子と共に転がすことなく慣用的
方法によつてつくられた研磨材粒子を示す。 対照例の粒子は、次の手順によりつくられた。
連続的混合機中に、12000mlの脱イオン水、282.5
ｇの11Nの分析試薬級硝酸、ジスペラル
（Disperal）の商標名で売られている固形物78％
のα−酸化アルミニウム一水和物4780ｇ及び固形
物10％のα−酸化鉄前駆物質水溶液761ｇを導入
した。導入物を、均質な溶液が得られるまで分散
させた。 得られた分散物及び硝酸マグネシウム ［Ng（NO₃）₂・6H₂Ｏ］の水溶液を、インライ
ン（in line）混合機を通して計量して送り、最
終焼成後次の組成を与えるような量でゲルを形成
した：93.5％のα−アルミナ、4.5％のMgO及び
２％のFe₂O₃。得られたゲルを次に150℃より高
い温度の送風空気中で乾燥し、脆い固体にした。 得られた乾燥材料を、衝撃ハンマーミル及びロ
ール粉砕機を用いて粉砕した。 乾燥し、篩分けし、粉砕したゲルを、キルンの
一端へ供給することによりか焼した。そのキルン
は2.9ｍの高温領域を有する直径23cm、長さ4.3ｍ
のステンレス鋼管であり、その管は水平に対し
2.4°傾き、7rpmで回転し、約15分間の内部滞留時
間を与えるものであつた。そのか焼器は、入り口
温度が350℃で、出口温度が800℃の高温領域を持
つていた。か焼器からのか焼生成物を1390℃のキ
ルン中へ供給した。そのキルンは直径10.1cm、長
さ1.53ｍの炭化珪素管で、水平に対し4.4°傾斜し、
76cmの高温領域を有し、10rpmで回転し、約3.8
分の内部滞留時間を与えるものであつた。研磨材
粒子はキルンを出て室温の空気中へ入り、そこで
金属容器中へ収集され、室温へ冷却された。研磨
材粒子は従来の等級36で、700μmの平均粒径を持
つていた。 研磨材円盤の製造 研磨材粒子を製造した後、それを被覆研磨材円
盤に用いた。それらの円盤は、従来の被覆研磨材
製造方法を用い、慣用的0.76mmの加硫繊維裏材、
慣用的炭酸カルシウム充填フエノール系メーク樹
脂及び慣用的氷晶石充填フエノール系サイズ樹脂
を用いて製造した。平均メーク重量は172ｇ／m²
であり、平均サイズ粒子重量は696ｇ／m²であつ
た。メーク樹脂は88℃で90分間前硬化し、サイズ
樹脂は88℃で90分間前硬化し、次に100℃で10時
間最終的に硬化した。被覆は従来の方法を用いて
一つの流れ操作で行われ、硬化は強制送風炉で行
われた。硬化された円盤は最初に普通に曲げ、堅
い結合樹脂を制御しながら壊した。粒子剥離試験
についての試験結果は表１に、切削試験について
の試験結果は表２に見ることができる。 粒子剥離試験 粒子剥離試験は、研磨材粒子が被覆研磨材円盤
から取れるのに要した時間を測定することからな
つている。試験装置には、2.22cmの取付け孔を有
する直径17.8cmの試験被覆研磨材円盤を、その孔
によつて直径16.5cm、厚さ1.57mmの硬質フエノー
ル系補強当て物に取り付け、その当て物を今度は
直径15.2cmの鋼フランジに取り付けることにより
配置した。そのように支持した試験円盤を
3550rpmで反時計方向に回転した。研磨材円盤に
対し直角の位置から18.5°傾け、2rpmで反時計方
向に回転させた直径25cmの1010炭素鋼円板型加工
片の1.8mmの外周縁を、2.9Kgの荷重をかけて研磨
材円盤の研磨表面と接触させて置いた。試験の終
了点は20分又は円盤が粒子剥離を起こし始めた
時、即ち、円盤からその研磨材粒子の実質的部分
が飛び出した時のどちらかが起きた時であつた。
試験が終わつた時、加工片を秤量し、加工片から
削り取られた（切削された）金属の量を決定し
た。下の表及びに示した湿度水準で試験する
前に、円盤を一周間湿らせた。 切削試験 切削試験のために2.22cmの中心孔を持つ直径
17.8cmの円盤を傾斜した（beveled）縁を有する
補強当て物に取り付け、2.5cm×18cmの1018軟鋼
加工片の面を研削するのに用いた。円盤は
5500rpmで回転させ、補強当て物の傾斜した縁に
重なる円盤部分を5.92Kgの圧力で加工片に接触さ
せ、約140cm²の円盤摩耗路を生じさせた。各円盤
を、個々の加工片を１回分で夫々合計12分の時間
研削するか、又はどの１分間の研削でも削除され
る金属の量が５ｇ以下になるまで１分ずつ充分な
回数研削するのに用いた。 実施例 １ 実施例１の研磨材粒子を、対照例と同じやり方
で製造し且つ試験した。但し研磨材粒子はか焼す
る前に転がした。研磨或は粉砕媒体の入つていな
いボールミルへ、約1200Kgの乾燥ゲルを入れた。
ボールミルは、幅約1.82ｍで、内径が1.82ｍであ
り、16rpmで回転させた。緩衝板（高さ5.1cm×
厚さ5.1cm）は、ボールミルの内壁に沿つて46cm
間隔で配置されていた。乾燥ゲルの非焼結粒子を
10分間転がした。転がした後の残りの工程は、対
照例の場合と同じであつた。 実施例 ２ 実施例２の研磨材粒子を、実施例１と同じやり
方で製造し且つ試験した。但し転がし時間は20分
であつた。

【表】

【表】 上に列挙したデーターから、粒子剥離試験で、
特に高湿度で、性能の劇的な改良があり、実施例
１及び２による結合剤系と研磨材粒子との間の接
着が、対照例の場合よりも改良されていることを
示している。接着剤系と研磨材粒子との間の接着
が臨界的でない切削試験結果は、実施例１及び２
の性能が対照例よりも幾らか改良されていること
を示している。 実施例 ３〜５ 実施例３〜５は、添加された微細な粒子が前駆
物質と共に転がされる本発明の第二の態様を例示
している。得られた研磨材粒子は、それら添加微
粒子及び前駆体粒子から生じた微粒子の両方がそ
の表面に直接焼結された。 実施例 ３ 実施例３の研磨材粒子及び被覆研磨材円盤を、
対照例と同じやり方で製造し且つ試験した。但し
アルミナ及びジルコニアの酸化物を含む微粒子
は、か焼前に研磨材粒子前駆物質粒子と共に転が
した。研磨材粒子は、米国特許第4324827号明細
書の実施例１に従つて製造された。乾燥ゲルの前
駆物質粒子約5000ｇ、アルミナ及びジルコニアの
酸化物を含む微粒子500ｇを混合機へ入れた。微
粒子は大きさが0.25〜3μmの範囲にあつた。混合
機は1.15m³の体積を持ち、イースト、ストラウズ
バーグのパターソン・ケラー社（Patterson−
Keller Co.Inc.）から型＃Ｐ・Ｋ・232213として
得られた。混合機はその内部に緩衝板又はフラン
ジは持つていなかつた。微粒子及び、乾燥し篩分
けした粉砕ゲル前駆物質粒子は１時間転がした。
研磨材粒子及び被覆研磨材をつくるための残りの
工程は、対照例と同じであつた。試験結果は表
に見ることができる。 実施例 ４ 実施例４の研磨材粒子及び被覆研磨材円盤を、
対照例と同じやり方で製造し試験した。但し微細
無機粒子は、アルミナ、イツトリア及びマグネシ
ウムの酸化物を含み、アルミナジルコニアは含ま
ない研磨材微粒子であつた。研磨材微粒子は、米
国特許第4770671号明細書に従つて製造され、90
％のα−アルミナ、8.5％の酸化イツトリウム及
び1.5％の酸化マグネシウムを含んでいた。最終
焼成中、微粒子中のマグネシウムは研磨材粒子中
のα−アルミナと共反応し、スピネルを形成し
た。同時にイツトリアがα−アルミナと共反応
し、3Y₂O₃・5Al₂O₃を形成した。 実施例 ５ 実施例５の研磨材粒子及び被覆研磨材円盤を、
対照例と同じやり方で製造し、試験した。但し窒
化珪素微粒子を、か焼前の研磨材粒子前駆物質粒
子と一緒に転がした。実施例５でも、窒化珪素微
粒子のために必要な異なつたか焼及び焼成条件に
かけた。転がした後、得られた被覆前駆物質粒子
を直径５cm、長さ30cmのアルミナ管中に詰め、そ
れを直径7.5cmの静止管状炉中に入れ、その炉を
窒素雰囲気中1050℃のか焼温度へ加熱し、然る
後、窒素95％／水素５％の雰囲気を維持した。温
度を数時間に亙つて1350℃へ増加し、そこで30分
間保持して研磨材粒子を焼結し、次に数時間に亙
つて室温へ冷却した。 研磨材粒子を用いて研磨材円盤をつくり、それ
を上で述べた如く試験した。粒子剥離試験結果を
表に示す。

【表】 添加した微粒子自体の溶融により結合したそれ
ら微粒子が、研磨材粒子と結合用樹脂との間の接
着を向上させたことは、表に示したデーターか
ら全く明らかである。 実施例６及び７ 実施例６及び７は、か焼前及び後に転がした研
磨材粒子を比較している。試験結果は表に見る
ことができる。 実施例 ６ 実施例６の研磨材粒子を実施例１と同じやり方
で製造し、試験した。但し研磨材粒子を転がすた
め異なつたボールミルを用いた。約182ｇの乾燥
ゲルを、研磨或は粉砕媒体の入つていないボール
ミルへ入れた。ボールミルは、内径が約1.82ｍ
で、幅が0.3ｍであつた。高さ5.1cm×厚さ5.1cmの
緩衝板が、ボールミルの内壁に沿つて約46cmの間
隔で配置されていた。ボールミルは16rpmで回転
した。非焼結粒子を20分間転がした。転がした後
の残りの工程は、実施例１と同じであつた。実施
例６の非焼結粒子は、転がす前にか焼しなかつ
た。 実施例 ７ 実施例７の研磨材粒子を実施例６と同じやり方
で製造し且つ試験した。但し非焼結粒子は転がす
前にか焼した。

【表】 か焼前又はか焼後に転がすと、被覆研磨材製品
の粒子剥離抵抗が著しく向上することが、上記デ
ーターから結論される。 本発明を特定の態様に関して記述してきたが、
更に変更できることは理解されるべきである。特
許請求の範囲は、当業者がここで述べてきたこと
と同等と認めるであろう変更を含むものと考えら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、走査電子顕微鏡を用いて撮つた、本
発明による研磨材粒子の表面の粒子構造の700倍
の顕微鏡写真である。第２図は、第１図の粒子と
同じ組成であるが、本発明による表面変性を行つ
ていない市販セラミツク研磨材粒子の表面の粒子
構造を示す700倍の顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無機材料の個々の突出物がそれ自体の溶着に
   より表面に結合していることを特徴とするセラミ
   ツク研磨材粒子の製造方法において、 (a) α−アルミナ前駆物質材料からなる第一粒子
   の集合物で、それらの各粒子はα−アルミナを
   基にした研磨材粒子へ焼結することができる第
   一粒子集合物を与え、 (b) 前記第一粒子よりも遥かに細かい第二粒子
   で、前記第一粒子の焼結で前記第一粒子の表面
   へ第二粒子自体の溶着で結合することができる
   第二粒子を前記集合物へ導入し、そして (c) 前記粒子を焼結条件下で加熱して前記第一粒
   子を焼結し且つ前記第一粒子の各々の表面へ前
   記第二粒子をそれ自体の溶着により結合させ
   る、諸工程からなるセラミツク研磨材粒子の製
   造方法。 ２ 第二粒子が、前記第一粒子を転がして前記第
   一粒子をそれらの表面で摩耗させて、前記第一粒
   子の粒径に実質的な影響を与えることなく前記第
   二粒子を発生させ、その第二粒子を前記第一粒子
   の各々の表面へ付着させることにより導入される
   請求項１に記載の方法。 ３ 導入が第二粒子の添加によつて行われ、前記
   第二粒子が前記第一粒子を形成する材料の組成と
   は異なつている材料からなる請求項１に記載の方
   法。 ４ 第二粒子と第一粒子を転がして、前記第二粒
   子を前記第一粒子の各々の表面へ付着させる請求
   項３に記載の方法。 ５ 第一粒子が、 (d) アルミナ水和物の水性分散物の混合物を与
   え、 (e) 前記混合物をゲル化し、 (f) 前記ゲル化した混合物を乾燥して乾燥された
   固体を生成させ、そして (g) 前記乾燥した固体を粉砕して前記第一粒子を
   生成させる、 ことにより製造される請求項１に記載の方法。 ６ 工程(b)の前に、少なくとも第一粒子をか焼し
   て結合揮発性材料を実質的に除去する工程を更に
   含む請求項１に記載の方法。 ７ 表面に、無機材料の個々の突出物がそれ自体
   の溶着により結合したアルミナを基にしたセラミ
   ツク粒子からなる研磨材粒子。 ８ 請求項７に記載の研磨材粒子を少なくとも一
   部分として含む研磨材粒子からなる研磨材製品。 ９ 裏打に、少なくともその一方の側に研磨材粒
   子が接着結合したものからなる被覆研磨材製品と
   しての請求項８に記載の研磨材製品。 １０ 研磨材粒子の成形物体からなる結合研磨材
   製品としての請求項８に記載の研磨材製品。 １１ 成形物体が砥石車の形をしている請求項１
   ０に記載の研磨材製品。 １２ 開口多孔質弾力性重合体単繊維構造体に、
   その全体に亙つて研磨材粒子を分布させ、その構
   造体中に接着剤によつて接着結合したものからな
   る弾力性不織研磨材製品としての請求項８に記載
   の研磨材製品。 １３ 実質的に各々の研磨材粒子が少なくとも
   1.5の表面積比を有する請求項７に記載の研磨材
   粒子。 １４ 表面積比が少なくとも2.0である請求項１
   ３に記載の研磨材粒子。