CN106164208A - 硬质材料的研磨用组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供在研磨由硬质材料形成的研磨对象物的用途中，能以高的研磨速度进行研磨的研磨用组合物及使用该研磨用组合物的硬质材料的制造方法。本发明所提供的研磨用组合物是使由二硼化钛形成的磨粒分散在分散体中而成的。另外，本发明所提供的硬质材料的制造方法包含使用上述研磨用组合物来研磨硬质材料表面的工序。

Description

硬质材料的研磨用组合物

技术领域

本发明涉及可适宜地用于研磨由硬质材料形成的研磨对象物的用途的研磨用组合物及使用其的硬质材料的制造方法。本申请基于2014年4月4日申请的日本专利申请2014-078106号主张优先权，该申请的全部内容作为参照被并入本说明书中。

背景技术

硬质材料通常表示硬且难以加工的材料。例如，具体地指氧化铝、氧化锆、碳化硅那样的陶瓷材料、钛合金、镍合金、不锈钢那样的合金材料、碳化钨-钴(WC-Co)那样的超硬合金材料。这样的硬质材料不容易进行研磨加工。因此，通常利用金刚石、CBN、碳化硼那样的硬度高的磨粒对这些材料进行研磨(lapping)。

例如，公开了利用金刚石浆料进行研磨后，通过使用胶体二氧化硅的化学机械研磨进行镜面研磨(参照专利文献1)。另外，公开了作为研磨加工中使用的磨粒，除了金刚石磨粒以外，还可使用CBN、碳化硅、氧化铝、碳化硼(参照专利文献2)。以及公开了作为研磨中使用的磨粒，使用次氧化硼(Boron Suboxide，BxO)(参照专利文献3)。然而，利用这些硬质磨粒进行研磨时，由于金刚石非常昂贵，而且在使用胶体二氧化硅的研磨中需要非常长的时间，因此有为了得到高平滑的表面而需要许多时间和成本的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2006-249536号公报

专利文献2：日本专利申请公开2005-262350号公报

专利文献3：日本专利申请公开平7-34063号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明人进行了深入研究，结果发现通过使用使由二硼化钛(TiB₂)形成的磨粒分散在分散体中而成的研磨用组合物，能够对硬质材料以高研磨速度进行加工。本发明是基于上述见解而完成的，其目的在于，提供一种在研磨由硬质材料形成的研磨对象物(被研磨物)的用途中能够以高研磨速度进行研磨的研磨用组合物。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，本发明的研磨用组合物的特征在于，其是使由二硼化钛形成的磨粒分散在分散体中而成的。本发明的研磨用组合物优选前述分散体为溶剂，另外，本发明的研磨用组合物优选前述分散体为结合材料，前述磨粒固定于前述分散体中。另外，本发明的硬质材料的制造方法的特征在于，包含使用前述研磨用组合物来研磨硬质材料的表面的工序。

根据本发明的研磨用组合物，能够以高研磨速度研磨由硬质材料形成的研磨对象物。需要说明的是，在本说明书中，由硬质材料形成的研磨对象物是指，被研磨的面(研磨对象面)具有由硬质材料构成的部分的研磨对象物。此处公开的技术除了可适用于整体由硬质材料形成的研磨对象物，还可适用于在研磨对象面的一部分中具有由硬质材料形成的部分的研磨对象物。

具体实施方式

以下，说明本发明的一个实施方式。

本实施方式的研磨用组合物的特征在于，其是将由二硼化钛形成的磨粒分散在分散体中而成的。作为磨粒使用的二硼化钛是具有维氏硬度(Hv)为2000以上的硬度非常高的材料，作为其制造方法，已知除了使钛与硼直接反应的方法以外，还有使氧化钛与氧化硼还原的方法、使钛与硼的卤化物进行气相反应的方法等(例如参照日本专利申请公开平5-139725)。作为此处公开的技术中的二硼化钛磨粒，不受制造方法、形态的拘束，只要是通常可获得的二硼化钛磨粒就可以没有特别限制地使用。

二硼化钛通常为具有六方晶的晶体结构的结晶性成分。对上述晶体的尺寸没有限定，另外也可以包含非晶质成分。另外，只要是不对磨粒的性能造成影响的程度，则也可以包含其他元素例如碳、铁、氧、氮、硅、铝、锆等杂质。二硼化钛的纯度优选较高，具体地优选为90质量％以上、更优选为99质量％以上。二硼化钛的纯度除了例如可通过利用荧光X射线装置而得到的二硼化钛的测定值来测定以外，还可以通过基于粉末X射线衍射法而得到的衍射峰的强度来测定。需要说明的是，通过荧光X射线装置测定的纯度与根据粉末X射线衍射法测定的纯度不同时，采用更高纯度的测定结果作为该二硼化钛的纯度。

研磨用组合物中的二硼化钛的平均粒径优选为0.1μm以上、更优选为0.5μm以上、进一步优选为1μm以上。随着平均粒径变大，研磨用组合物对硬质材料的研磨速度提高。就这点而言，在二硼化钛的平均粒径为0.1μm以上、进而为0.5μm以上、更进一步为1μm以上时，容易将研磨用组合物对硬质材料的研磨速度提高到实用上特别合适的水平。

虽然没有特别的限定，但在优选的一个方式中，二硼化钛的平均粒径可以为2μm以上、也可以为2.2μm以上、进而可以为2.5μm以上。这种尺寸的二硼化钛由于能进一步提高硬质材料的研磨速度，因此例如适合作为后述研磨中所用的磨粒。

需要说明的是，二硼化钛的平均粒径为通过激光衍射/散射式粒径分布测定装置所求得的重量平均直径(重量(体积)基准分布的平均直径)。上述平均粒径例如可以使用株式会社堀场制作所制LA-950来测定。

另外，研磨用组合物中的二硼化钛的平均粒径优选为50μm以下、更优选为10μm以下、进一步优选为8μm以下。随着平均粒径变小，研磨用组合物的分散稳定性提高，另外，使用研磨用组合物研磨后的硬质材料的划痕产生被抑制。就这点而言，在二硼化钛的平均粒径为50μm以下、进而为10μm以下、更进一步为8μm以下时，容易将研磨用组合物的分散稳定性以及使用研磨用组合物研磨后的硬质材料的表面精度提高到实用上特别合适的水平。

研磨用组合物中的二硼化钛的含量优选为0.05质量％以上、更优选为0.1质量％以上、进一步优选为0.2质量％以上。随着二硼化钛的含量变多，研磨用组合物对硬质材料的研磨速度提高。就这点而言，在研磨用组合物中的磨粒的含量为0.05质量％以上、进而为0.1质量％以上、更进一步为0.2质量％以上时，容易将研磨用组合物对硬质材料的研磨速度提高到实用上特别合适的水平。

另外，研磨用组合物中的二硼化钛的含量优选为40质量％以下、更优选为30质量％以下、进一步优选为20质量％以下。即使二硼化钛的含量变多，研磨用组合物对硬质材料的研磨速度也难以进一步提高，故不经济。就这点而言，根据此处公开的技术，即使研磨用组合物中的二硼化钛的含量为40质量％以下、进而为30质量％以下、更进一步为20质量％以下，也可以将研磨用组合物对硬质材料的研磨速度维持在实用上特别合适的水平。

研磨用组合物中的磨粒除了二硼化钛以外还可以含有其他磨粒。作为其他磨粒的例子，可举出实质上由以下的任一者构成的磨粒：金刚石；硼化锆、硼化钽、硼化铬、硼化钼、硼化钨、硼化镧等硼化物；碳化硼、碳化硅(例如绿碳化硅)等碳化物；氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化铈等氧化物；氮化硼(典型地为立方晶氮化硼)等氮化物；等。作为实质上由氧化硅形成的磨粒的例子，可举出石英等。

从研磨效率的观点来看，优选二硼化钛在磨粒中所占的比率高。具体地，磨粒中的二硼化钛的含量优选为70质量％以上、更优选为90质量％以上。此处，二硼化钛在磨粒中所占的比率是指二硼化钛在研磨用组合物中所含的磨粒的总质量中所占的比率。

作为使研磨用组合物中的磨粒分散的分散体的一个优选方式，可举出溶剂。溶剂只要能够使磨粒分散就没有特别限制。作为溶剂，除了水以外，还可以使用醇类、醚类、二醇类、各种油类等有机溶剂。上述油类的例子中包括矿物油、合成油、植物油等油剂。这样的溶剂可以单独使用1种或组合使用2种以上。其中，从没有挥发性、清洗性等问题、并且从研磨废液处理的问题来看，优选使用以水为主成分的溶剂。上述以水为主成分的溶剂优选90体积％以上为水、更优选95体积％以上(典型地99～100体积％)为水。作为水，可以使用离子交换水(去离子水)、蒸馏水、纯水等。

在研磨用组合物中，为了提高分散稳定性，可以添加分散剂。作为可添加分散剂的研磨用组合物，优选上述分散体为溶剂。作为分散剂的例子，例如可举出六偏磷酸钠、焦磷酸钠等聚磷酸盐。另外，水溶性高分子或它们的盐也可以作为分散剂使用。通过添加分散剂，研磨用组合物的分散稳定性提高，由于浆料浓度的均匀化，研磨用组合物的供给的稳定化成为可能。另一方面，过量地添加分散剂时，研磨用组合物中的磨粒在保管或输送时发生沉淀，产生的沉淀容易变坚固。因此，在使用研磨用组合物时，不容易使该沉淀分散。即，有时研磨用组合物中的磨粒的再分散性会降低。

作为可用作分散剂的水溶性高分子的例子，除了聚羧酸、聚羧酸盐、聚磺酸、聚磺酸盐、多胺、聚酰胺、多元醇、多糖类以外，还可举出它们的衍生物、共聚物等。更具体地，可举出聚苯乙烯磺酸盐、聚异戊二烯磺酸盐、聚丙烯酸盐、聚马来酸、聚衣康酸、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甘油、聚乙烯吡咯烷酮、异戊二烯磺酸与丙烯酸的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮-聚丙烯酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物、萘磺酸福尔马林缩合物的盐、二烯丙基胺盐酸盐二氧化硫共聚物、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素的盐、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、支链淀粉(pullulan)、壳聚糖、壳聚糖盐类等。

对上述水溶性高分子的重均分子量(Mw)没有特别限定。从充分发挥分散稳定性提高效果的观点来看，通常Mw为约1万以上(例如超过5万)是适当的。对Mw的上限没有特别限定，从过滤性、清洗性等的观点来看，通常为约80万以下(例如60万以下，典型为30万以下)左右是适当的。需要说明的是，作为水溶性高分子的Mw，可以采用基于凝胶渗透色谱法(GPC)的值(水系、聚环氧乙烷换算)。

虽然没有特别限定，但在包含分散剂的方案的研磨用组合物中，该分散剂的含量例如设为0.001质量％以上是适当的，优选为0.005质量％以上、更优选为0.01质量％以上、进一步优选为0.02质量％以上。上述含量通常设为10质量％以下是适当的，优选为5质量％以下、例如1质量％以下。

研磨用组合物中可以进一步添加各种表面活性剂。此处所说的表面活性剂典型的是与分散剂相比为低分子量的化合物，优选为分子量小于1万的化合物。作为可添加表面活性剂的研磨用组合物，优选上述分散体为溶剂。使用表面活性剂时，能够通过吸附在磨粒表面、被研磨物的表面而改变它们的表面状态来使磨粒的分散性发生变化，或者通过在被研磨物的表面上形成保护膜来防止在被研磨物表面产生缺陷或防止缺陷的扩大。

表面活性剂可以为阴离子系及非离子系中的任意表面活性剂。作为优选的非离子系表面活性剂的例子，可举出具有多个相同或不同种类的氧化烯单元的聚合物，在该聚合物上键合有醇、烃或芳香环的化合物。更具体地，可举出聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丁烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯烷基醚、聚氧乙烯羧酸酯、聚氧乙烯羧酸二酯、聚氧乙烯聚氧丙烯羧酸酯、聚氧乙烯聚氧丁烯羧酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯羧酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物、聚氧乙烯聚氧丁烯共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯共聚物、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、单月桂酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、单棕榈酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、单硬脂酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、单油酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、三油酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、单辛酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、四油酸聚氧乙烯山梨糖醇等。

作为阴离子系表面活性剂的例子，可举出磺酸系表面活性剂，更具体地可举出烷基磺酸、烷基醚磺酸、聚氧乙烯烷基醚磺酸、烷基芳香族磺酸、烷基醚芳香族磺酸、聚氧乙烯烷基醚芳香族磺酸等。

虽然没有特别限定，但在包含表面活性剂的方案的研磨用组合物中，该表面活性剂的含量例如设为0.001质量％以上是适当的，优选为0.005质量％以上、更优选为0.01质量％以上、进一步优选为0.02质量％以上。另外，上述含量通常设为10质量％以下是适当的，优选为5质量％以下、例如1质量％以下。

需要说明的是，研磨用组合物中的分散剂、表面活性剂的含量可能也根据使用的磨粒的种类、尺寸、含量等而不同，因此优选根据需要来适宜设定最佳的含量。另外，研磨中这些分散剂、表面活性剂不仅作用于磨粒，而且还作用于被研磨物，因此根据使用的分散剂，有时会抑制被研磨物的研磨速度。考虑这种情况来选择分散剂、表面活性剂的种类、添加量为宜。

在上述分散体为溶剂的研磨用组合物中，对该研磨用组合物的pH没有特别限定。通常，研磨用组合物的pH优选为1以上。另外，研磨用组合物的pH优选为12以下。研磨用组合物的pH为上述范围内时，容易将研磨用组合物对硬质材料的研磨速度提高到实用上特别合适的水平。考虑到研磨对象物对pH的脆弱性等，优选使用恰当的pH的研磨用组合物。例如，在不锈钢的情况下，可以将研磨用组合物的pH设定在1以上且8以下、更优选设定在1以上且5以下(例如2以上且4以下)。

研磨用组合物的pH可以使用各种酸、碱或它们的盐来调整。具体地，例如优选使用柠檬酸及其他有机羧酸、有机膦酸、有机磺酸等有机酸、磷酸、亚磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、硼酸、碳酸等无机酸、四甲氧基铵氧化物、三甲醇胺、单乙醇胺等有机碱、氢氧化钾、氢氧化钠、氨等无机碱、或它们的盐。这些酸、碱或它们的盐可以单独使用1种或组合使用2种以上。

在前述酸及碱的组合中，特别是采用弱酸与强碱、强酸与弱碱、或弱酸与弱碱的组合时，可期待pH的缓冲作用。进而，在前述酸及碱的组合中，采用强酸与强碱的组合时，可以以少量调整pH以及电导率。

本发明的研磨用组合物也可以根据需要包含上述以外的成分。作为这样的成分的例子，例如可举出防蚀剂、螯合剂、防腐剂、防霉剂等。

作为防蚀剂的例子，可举出胺类、吡啶类、四苯基鏻盐、苯并三唑类、三唑类、四唑类、苯甲酸等。

作为螯合剂的例子，可举出葡萄糖酸等羧酸系螯合剂、乙二胺、二亚乙基三胺、三甲基四胺等胺系螯合剂、乙二胺四乙酸、次氮基三乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、二亚乙基三胺五乙酸等多氨基多羧酸系螯合剂、2-氨基乙基膦酸、1-羟基乙叉基-1,1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、甲烷羟基膦酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸等有机膦酸系螯合剂、苯酚衍生物、1,3-二酮等。

作为防腐剂的例子，可举出次氯酸钠等。作为防霉剂的例子，可举出噁唑烷-2,5-二酮等噁唑啉等。

对于本发明的研磨用组合物的制造方法，只要能够制备上述说明的研磨用组合物，就没有特别限制。例如，可以通过将磨粒及根据需要的分散剂、pH调节剂、其他成分在溶剂中搅拌混合来获得研磨用组合物。

作为使研磨用组合物中的磨粒分散的分散体的一个优选方案，可举出结合材料。具体地，如树脂结合磨石、金属结合磨石、陶瓷结合磨石、电沉积磨石，以及研磨轮的切片、研磨布纸等，通过将本发明的磨粒制成由结合材料固定的固定研磨用组合物来使用，特别是在研磨硬质材料时，能够期待得到优异的加工性能。作为前述结合材料的构成成分，没有特别的限定，可以使用通常已知的树脂、金属等。另外，前述结合材料中也可以根据需要添加各种公知的的添加剂。另外，除了二硼化钛磨粒，还可以具有别的磨粒。

这样，根据本说明书，提供硬质材料的研磨用组合物，其包含由二硼化钛形成的磨粒和使该磨粒分散的分散体。

优选的一个方式的研磨用组合物中，上述分散体为溶剂。对于像这样分散介质为溶剂的形态的研磨用组合物，例如可以以如下的方式优选用于前述硬质材料的研磨：边将该研磨用组合物供给至金属平板上，边使作为研磨对象物的硬质材料与前述平板接触，边使两者相对运动。分散介质为溶剂的形态的研磨用组合物也可以以如下的方式优选用于前述硬质材料的研磨：边将该研磨用组合物供给至粘贴于平板上的研磨垫上，边使作为研磨对象物的硬质材料与前述研磨垫接触，边使两者相对运动，由此研磨前述硬质材料。根据本说明书，提供包含这样地研磨硬质材料的工序的硬质材料的制造方法。需要说明的是，如本领域技术人员所明确的，在这些方案中，硬质材料与前述平板或前述研磨垫的接触为包含隔着上述研磨用组合物的接触(典型地为隔着该研磨用组合物中所含的磨粒的接触)的概念。

优选的另一个方案的研磨用组合物是，上述分散体为结合材料，上述磨粒固定在上述分散体中。根据本说明书，提供硬质材料的制造方法，其包含使用这样的磨粒固定在作为分散体的结合材料中的形态的研磨用组合物对硬质材料表面进行研磨的工序。

在本实施方式的硬质材料的制造方法中，硬质材料是指硬度高的材料，典型地指维氏硬度超过100HV的材料。作为硬质材料，可举出如氧化铝、氧化锆、碳化硅那样的陶瓷材料、如钛合金、镍合金、不锈钢那样的合金材料，如碳化钨-钴(WC-Co)那样的超硬合金材料等。维氏硬度表示对压入压力的坚牢程度，具体地为通过JIS Z2244：2009中记载的方法所测定的硬度。

陶瓷是将由金属的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等形成的结晶性材料经由高温下的热处理而烧结的烧结体，具体地可举出氧化铝、氧化锆、碳化硅等。

此处公开的技术可优选适用于硬质金属材料即维氏硬度超过100HV的金属材料的研磨。

钛合金系以钛为主成分，作为与主成分不同的金属种类，含有例如铝、铁及钒等。钛合金中的与主成分不同的金属种类的含量相对于合金材料整体例如为3.5～30质量％。作为钛合金，例如可举出JIS H4600：2012中记载的种类中的11～23种、50种、60种、61种及80种的钛合金。

镍合金以镍为主成分，作为与主成分不同的金属种类，含有例如选自铁、铬、钼及钴中的至少1种。镍合金中的与主成分不同的金属种类的含量相对于合金材料整体例如为20～75质量％。作为镍合金，例如可举出JIS H4551：2000中记载的合金编号中的NCF600、601、625、750、800、800H、825、NW0276、4400、6002、6022等。

不锈钢以铁为主成分，作为与主成分不同的金属种类，含有例如选自由铬、镍、钼及锰组成的组中的至少1种。不锈钢中的与主成分不同的金属种类的含量相对于合金材料整体例如为10～50质量％。作为不锈钢，例如可举出JIS G4303：2005中记载的种类的记号中的SUS201、303、303Se、304、304L、304NI、305、305JI、309S、310S、316、316L、321、347、384、XM7、303F、303C、430、430F、434、410、416、420J1、420J2、420F、420C、631J1等。

在此，将研磨由硬质材料中的不锈钢形成的基板(研磨对象物)的工序作为一例进行记载。

对于使用本发明的研磨用组合物的由不锈钢形成的基板的研磨，可以使用通常的研磨装置进行。作为研磨装置，例如有单面研磨装置、双面研磨装置。在单面研磨装置中，使用被称为承载器的保持工具保持基板，边供给研磨用组合物，边在基板的单面按压平板，使平板旋转，由此研磨基板的单面。在双面研磨装置中，使用被称为承载器的保持工具保持基板，边自上方供给研磨用组合物，边在基板的相向面按压平板，使它们沿相对方向旋转，由此同时研磨基板的双面。此时，将使用平板表面直接研磨基板的方法称为研磨(lapping)，将在平板表面上贴附研磨垫并在所贴附的研磨垫表面与基板之间进行研磨的方法称为抛光(polishing)。此时，可以进行基于平板或研磨垫与研磨用组合物和基板的摩擦带来的物理作用的加工，及通过研磨用组合物给基板带来的化学作用来研磨基板的所谓化学机械研磨(CMP)。

需要说明的是，对上述研磨工序的研磨条件没有特别限定，但从提高研磨速度的观点来看，优选将对基板的研磨压力及线速度设定在特定的范围。

具体地，研磨压力优选每1cm²加工面积为50g以上，更优选每1cm²加工面积为100g以上。并且，研磨压力优选每1cm²加工面积为1000g以下。由于研磨压力的增大，在研磨时研磨用组合物中的磨粒与基板的接触点增加，摩擦力变大。因此，在高负荷的压力下，研磨速度有变高的倾向。

线速度通常为根据平板转速、承载器的转速、基板的大小、基板的数量等的影响而变化的值。线速度大时，施加于基板的摩擦力变大，因此边缘被机械研磨的作用变大。另外，因摩擦而产生摩擦热，有研磨用组合物的化学作用提高的倾向。

在本实施方式中，线速度优选为10m/分钟以上、更优选为30m/分钟以上。并且，线速度优选为300m/分钟以下、更优选为200m/分钟以下。由于线速度的增大，可得到高的研磨速度。若线速度过低，则有难以得到充分的研磨速度的倾向，若线速度过高，则有时由于摩擦而使基板、研磨垫表面破损，或者对基板的摩擦没有充分地传递、形成所谓基板滑动的状态而无法充分研磨。

研磨时的研磨用组合物的供给量也根据研磨的基板的种类、研磨装置、其他研磨条件等而不同，但只要是足以在基板与平板之间没有不均地整面供给研磨用组合物的量即可。研磨用组合物的供给量过少时，有时研磨用组合物无法供给至整个基板、或研磨用组合物干燥凝固而在基板表面产生缺陷。另外，研磨用组合物的供给量过多时，不仅不经济，而且有时因过量的研磨用组合物(特别是水等介质)而妨碍摩擦，研磨受到阻碍。

对于使用前述实施方式的研磨用组合物的研磨工序中所使用的平板，在未贴附研磨垫的研磨的情况下，为了维持平板面的精度，要求容易进行加工。因此，例如适合使用上述平板面由铸铁、锡、铜或铜合金等金属材料形成的平板。以研磨用组合物的稳定供给或调整加工压力为目的，有时使用在这些平板的表面(平板面)带槽的平板。槽的形状、深度为任意，例如可以刻有格子状、放射状的槽。

上述平板优选具有能使磨粒的加工力高效率地作用于研磨对象物的表面状态。例如，可优选使用在平板面上形成有多个微小的槽(以下也称为“微小槽”)的平板。通过这样的在平板面上具有微小槽的平板，在对研磨对象物进行研磨时，部分磨粒嵌入上述微小槽中，由此能够将该磨粒暂时固定(保持)于平板面。由此，能够使磨粒的加工力高效率地作用于研磨对象物。通过使用这样的平板进行研磨，变得容易得到良好的研磨效率。对上述微小槽的形状没有特别限定。例如，对上述微小槽的长宽比没有特别限制。因此，此处所说的微小槽的概念中，可包含通常称为凹坑或凹陷的形状的微小槽。

虽然没有特别限定，但通过适度地增大上述微小槽的宽度，磨粒有容易嵌入该微小槽中的倾向。基于这样的观点，微小槽的平均宽度例如可以设为0.3μm以上，通常设为0.5μm以上，典型地超过0.5μm是适当的，优选为1μm以上、更优选为2μm以上。另外，通过适度地减小微小槽的宽度，有使嵌入该微小槽中的磨粒的加工力容易作用于研磨对象物的倾向。基于这样的观点，微小槽的平均宽度例如可以设为100μm以下，通常50μm以下是适当的，优选为20μm以下、更优选为10μm以下、进一步优选为5μm以下。上述微小槽的平均宽度例如可以对平均粒径为1～20μm左右的磨粒优选适用。

此处公开的研磨方法或硬质材料的制造方法可以以如下的方式优选实施：根据平板面具有的微小槽的宽度，使用具有适合该微小槽的宽度的平均粒径的磨粒来对研磨对象物进行研磨。上述研磨对象物可以为此处公开的任意硬质材料(例如硬质金属材料)。在优选的一个方式中，可以使用以相对于上述微小槽的平均宽度，研磨对象物的研磨中使用的磨粒的平均粒径成为0.2～3倍、更优选0.3～2.5倍、进一步优选0.5～2倍，例如成为0.5～1.8倍的方式选定的研磨用组合物。相对于平板面具有的微小槽的平均宽度满足上述关系的磨粒有大量包含容易嵌入上述微小槽中的尺寸的颗粒的倾向。因此，通过包含这样的磨粒的研磨用组合物，能够使该磨粒的加工力高效率地作用于研磨对象物。即，能够更有效地活用平板面的微小槽，即使对硬质材料也能够实现良好的研磨效率。

虽然没有特别限定，但在使用形成于平板面的微小槽的平均宽度为1～10μm(例如2～5μm)的平板的研磨中，可优选采用含有平均粒径为0.1～50μm的二硼化钛作为磨粒的研磨用组合物。上述二硼化钛的平均粒径更优选为0.5～20μm、进一步优选为1～15μm，例如可以为2～10μm。作为上述方案的优选研磨对象，可例示不锈钢及其他硬质金属材料。

对平板面具有的微小槽的深度没有特别限定。通常，将微小槽的平均深度设为50μm以下是适当的，从平板面的清洗性、磨粒的利用性的观点来看，优选设为10μm以下、更优选设为5μm以下，例如可以设为2μm以下。另外，通过适度地增大微小槽的平均深度，有磨粒容易嵌入该微小槽中并且使所嵌入的磨粒容易作用于研磨对象物的倾向。基于这样的观点，微小槽的平均深度通常设为0.1μm以上是适当的，优选为0.2μm以上、更优选为0.5μm以上、进一步优选为超过0.5μm。

对在平板面上形成这样形状的微小槽的方法没有特别限制。例如，可优选采用如下的方法：使用与目标微小槽的尺寸、平板面的材质相应的适当的磨粒(平板面调整用磨粒)来调整平板的表面状态。作为在上述那样的由金属材料形成的平板的表面调整中可优选使用的磨粒，例如可例示绿碳化硅磨粒(以下也称“GC磨粒”)、二硼化钛磨粒、碳化硼磨粒等高硬度磨粒。其中，优选为GC磨粒。

在上述平板面的表面调整中，上述平板面调整用磨粒可以以该磨粒分散于溶剂中的平板面调整用浆料的形态作为游离磨粒而应用，也可以以该磨粒被固体状的结合材料固定的形态作为固定磨粒而应用。通常优选使用平板面调整用浆料来进行表面调整。作为调节平板面上所形成的微小槽的宽度的方法，可采用：将作为平板面调整用磨粒使用的磨粒变更为平均粒径不同的磨粒的方法、将粒径不同的2种以上磨粒以适当的比率混合而使用的方法、变更平板面调整用磨粒的材质的方法、变更进行平板的表面调整时的条件的方法等。作为调节平板面上所形成的微小槽的深度的方法，可采用：变更平板面调整用磨粒的材质的方法、变更进行平板的表面调整时的条件的方法等。此处，进行平板的表面调整时的条件例如包括加工压力、加工时间、平板速度等条件。

上述平板面调整用磨粒的尺寸可根据目标的微小槽的宽度等来适宜选择。虽然没有特别限定，但在此处公开的技术的一个方式中，可以优选采用平均粒径为25～120μm、更优选为35～75μm的磨粒(例如GC磨粒)作为上述平板面调整用磨粒。上述平板面调整用磨粒也可以将尺寸及材质中的一者或两者不同的2种以上磨粒混合使用。

对上述平板面调整用浆料中的平板面调整用磨粒的浓度、使用该浆料的研磨平板的表面调整中的加工条件没有特别限定，可以以得到期望的表面状态的方式适宜设定。例如，可以将上述平板面调整用浆料中的平板面调整用磨粒的浓度设定在5～20质量％(例如10～15质量％)左右。

由上述说明及后述的实施例可理解，在本说明书所公开的事项中包含研磨平板的表面调整中使用的磨粒(平板面调整用磨粒)。另外，还包含含有该磨粒的平板面调整用浆料。作为上述平板面调整用磨粒，可优选采用平均粒径为25～120μm(更优选为35～75μm)的磨粒。上述磨粒可包含GC磨粒、二硼化钛磨粒及碳化硼磨粒的至少一种。其中，优选为GC磨粒。

此处公开的硬质材料的制造方法可包含使用此处公开的任意种分散体为溶剂的研磨用组合物来研磨硬质材料的工序、以及对该研磨工序中所使用的金属平板的表面进行调整的工序。在上述金属平板的表面调整中，可以优选使用此处公开的任意种平板面调整用磨粒。上述平板面调整用磨粒优选作为以游离磨粒的形态包含该平板面调整用磨粒的平板面调整用浆料使用。

在本说明书所公开的事项中，还包含一种研磨用组合物套组(set)，其包含此处公开的任一种平板面调整用浆料(A)、和此处公开的任一种分散体为溶剂的研磨用组合物(B)作为套组内容。在上述研磨用组合物套组中，平板面调整用浆料(A)与研磨用组合物(B)互相分开地保管。这样的研磨用组合物套组中所含有的平板面调整用浆料(A)可优选用于例如在此处公开的任一种硬质材料制造方法中用于硬质材料的研磨的金属平板的表面调整。上述研磨用组合物套组中所含有的研磨用组合物(B)可优选用于例如在此处公开的任一种硬质材料制造方法中研磨硬质材料的工序。上述研磨用组合物套组也可以为代替上述平板面调整用浆料(A)而含有构成该浆料的磨粒的方案。另外，也可以为代替上述研磨用组合物(B)而含有构成该组合物的磨粒的方案。

虽然没有特别限定，但作为上述研磨用组合物套组的一个合适例，可举出如下研磨用组合物套组，其包含含有平均粒径为25～120μm(优选为35～75μm)的平板面调整用磨粒的平板面调整用浆料(A)、和含有平均粒径为0.1～50μm(更优选为0.5～20μm、进一步优选为1～15μm，例如为2～10μm)的磨粒的研磨用组合物(B)作为套组内容。上述平板面调整用磨粒可包含GC磨粒、二硼化钛磨粒及碳化硼磨粒中的至少一种。其中，优选为GC磨粒。作为上述研磨用组合物(B)的磨粒，可优选利用此处公开的任一种二硼化钛。

另一方面，在贴附研磨垫的抛光的情况下，对平板的材质没有特别限定，但适合使用强度高、耐化学药品性优异的不锈钢等。另外，贴附在平板上的研磨垫不受其材质、厚度或硬度等物性的限定。例如，可以使用具有各种硬度、厚度的聚氨酯型、无纺布型、绒面革型、包含磨粒的研磨垫、不含磨粒的研磨垫等任意的研磨垫。在研磨垫中，由于要求在高压下使用，因此更优选在加工中的压力下变形少的研磨垫、换言之为硬度高的研磨垫。具体地，优选在日本工业标准(JIS)K6253规定的使用了Shore-A硬度计的硬度的测定中具有70以上的硬度的研磨垫。

具体地，通过使用所谓的硬质聚氨酯等提高了垫的表观密度的研磨垫，可提高研磨垫的硬度。

根据本实施方式，可得到以下优点。

本实施方式的研磨用组合物的特征在于，其是使由二硼化钛形成的磨粒分散在分散体中而成的。通过该研磨用组合物，能够以高研磨速度研磨硬质材料。

在抛光、研磨中使用的研磨用组合物可以回收并进行再利用(循环使用)。更具体地，可以将自研磨装置排出的使用过的研磨用组合物暂时回收到容器(tank)内，并从自容器内再次供给至研磨装置。此时，由于将使用过的研磨用组合物作为废液处理的必要减少，因此能够减少环境负担和降低成本。

循环使用研磨用组合物时，也可以进行因用于研磨而消耗或损失的研磨用组合物中的磨粒等成分中的至少任一种减少成分的补充。补充的成分可以分别添加到使用过的研磨用组合物中，或者也可以以含有任意浓度的二种以上的成分的混合物的形式添加到使用过的研磨用组合物中。

研磨用组合物相对于研磨装置的供给速度根据研磨的硬质材料的种类、研磨装置的种类、研磨条件来适宜设定。但是，优选为足以对平板或研磨垫的整体没有不均地供给研磨用组合物的速度。

在硬质材料中，在电子材料基板、结晶材料制造用基板等要求特别高的面精度的基板的情况下，优选在使用前述实施方式的研磨用组合物进行研磨后，进行精研磨。在精研磨中，使用含有磨粒的研磨用组合物即精研磨用组合物。对于精研磨用组合物中的磨粒，从减少基板表面的波纹、粗糙度、缺陷的观点来看，优选具有0.15μm以下的平均粒径、更优选为0.10μm以下、进一步优选为0.07μm以下。另外，从提高研磨速度的观点来看，精研磨用组合物中的磨粒的平均粒径优选为0.01μm以上、更优选为0.02μm以上。适合用于精研磨用组合物的磨粒为胶体二氧化硅等胶体状氧化物颗粒。精研磨用组合物中的磨粒的平均粒径例如可以使用日机装株式会社制NanotracUPA-UT151，通过动态光散射法来测定。

精研磨用组合物的pH优选为1～4或9～11。精研磨用组合物的pH的调节与前述实施方式的研磨用组合物的情况同样，可以使用各种酸、碱或它们的盐进行。

在前述精研磨用组合物中也可以根据需要添加螯合剂、水溶性高分子、表面活性剂、防腐剂、防霉剂、防锈剂等添加剂。

前述实施方式的研磨用组合物及精研磨用组合物可以通过用水稀释各自的组合物的原液来制备。

接着，对硬质材料的研磨时的研磨用组合物的作用进行记载。研磨用组合物在分散体中分散有由二硼化钛形成的磨粒。通过上述研磨用组合物，能够以高研磨速度研磨硬质材料。尽管二硼化钛硬度比金刚石低，却得到高的研磨速度，虽然其原因尚不明确，但推测是因为：金刚石由于研磨中的摩擦热而表面发生碳化变质，表面硬度变低，与此相对，虽然二硼化钛的硬度没有金刚石那么高，但在研磨时不变性，稳定地具有用于加工的充分的硬度。

这样的效果为以往的研磨用组合物所没有的性质，上述研磨用组合物与各种现有技术划清界线。

根据以上详述的本实施方式，发挥如下的效果。

(1)与以往的利用金刚石的研磨相比，能够以高效率进行研磨。

(2)研磨浆料的磨粒的小粒径化、低浓度化成为可能，能够降低加工成本。

接着，举出实施例及比较例更具体地说明本发明，但是，本发明不受所述具体例的限定。

首先，准备表1中记载的各种磨粒。使这些磨粒分散在水中，分别添加柠檬酸5g/L及聚丙烯酸10g/L，将pH调节至约3.5，由此分别制作实施例1～9及比较例1～8的各研磨用组合物。表2中示出各研磨用组合物的详细情况。

在表1的“平均粒径”栏中，示出测定各种磨粒的平均粒径的结果。平均粒径的测定值表示使用株式会社堀场制作所制LA-950所求得的重量平均直径(重量(体积)基准分布的平均直径)。

在表1的“硬度”栏中，示出各种磨粒中使用的材料的维氏硬度的值(Hv)。维氏硬度的值可以使用株式会社岛津制作所制HMV-G来测定。

在表1的“真密度”栏中，示出各种磨粒中使用的材料的通过JIS R1620气体置换法中规定的方法所测定的真比重的值(g/cm³)。真密度的值可以使用株式会社岛津制作所制Micromeritics Accupyc 1330来测定。

[表1]

[表2]

接着，使用实施例1～6及比较例1～6的研磨用组合物，根据表3中所示的研磨条件A，进行由SUS304形成的被研磨物的研磨。作为研磨中使用的平板，使用通过预先用平板面调整用浆料进行研磨而在平板面上形成有宽度2～5μm、深度0.8～2μm的微小槽的平板。作为上述平板面调整用浆料，使用以1：1的质量比、合计13质量％的浓度含有粒度#320的GC磨粒和粒度#240的GC磨粒的浆料。上述平板的各部的尺寸为：直径20cm、中心部的直径2.8cm、半径(不包括中心部)8.6cm，有效面积为307.8456cm²。

另外，使用实施例7～9、比较例7及比较例8的研磨用组合物，根据表4中所示的研磨条件B，进行由SUS304形成的被研磨物的抛光。

将在研磨前后测定被研磨物的质量，由研磨前后的质量差计算而求得的研磨速度、以及使用KEYENCE CORPORATION制的形状测量激光显微镜VK-100/X200对被研磨物的表面粗糙度(Ra)的值进行测定而得到的平均值分别示于表2的“研磨速度”、“表面粗糙度”的栏中。

另外，在表2的“成本”栏中，将由磨粒的价格和研磨速度相对地求得的成本效益的值以将比较例2作为1时的相对值的形式求得。成本效益越好则值越大，可知研磨的费用越少。

[表3]

[表4]

由上述表2明确可知，在研磨由SUS304形成的被研磨物时，实施例1～6的研磨用组合物具有较比较例1～6的研磨用组合物更高的研磨速度，实施例7～9的研磨用组合物具有较比较例7、比较例8的研磨用组合物更高的研磨速度。需要说明的是，比较例6所使用的WB(硼化钨)磨粒由于磨粒的真密度非常大，因此产生沉淀等在供给研磨用组合物时产生障碍的可能性大。

以上，详细地说明了本发明的具体例，但这些不过是例示，并不限定本申请的专利范围。在专利范围记载的技术中包含将以上例示的具体例进行各式各样的变形、变更。

Claims (7)

1.一种硬质材料的研磨用组合物，其特征在于，其是使由二硼化钛形成的磨粒分散在分散体中而成的。

2.根据权利要求1所述的研磨用组合物，其中，所述分散体为溶剂。

3.根据权利要求1所述的研磨用组合物，其中，所述分散体为结合材料，所述磨粒固定于所述分散体中。

4.一种硬质材料的制造方法，其包含如下工序：边将权利要求2所述的研磨用组合物供给至金属平板上，边使硬质材料与所述平板接触，边使两者相对运动，由此研磨所述硬质材料。

5.一种硬质材料的制造方法，其包含如下工序：边将权利要求2所述的研磨用组合物供给至粘贴于平板上的研磨垫上，边使硬质材料与所述研磨垫接触，边使两者相对运动，由此研磨所述硬质材料。

6.一种硬质材料的制造方法，其包含使用权利要求3所述的研磨用组合物来研磨硬质材料表面的工序。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的硬质材料的制造方法，其中，所述硬质材料为不锈钢。