JP2000501135A - 金属炭化物被膜または金属窒化物被膜を上に有するアルミナ砥粒の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外面の少なくとも一部に金属炭化物または金属窒化物を有するアルファアルミナを主成分とする砥粒を提供する方法。この砥粒は、結合研磨製品、不織研磨製品および被覆研磨製品を含め、様々な研磨製品に組込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 金属炭化物被膜または金属窒化物被膜を上に有するアルミナ砥粒の製造方法 技術分野 発明の分野 本発明は金属炭化物被膜または金属窒化物被膜を上に有するアルファアルミナ を主成分とする砥粒の製造方法に関する。 背景技術 関連技術の説明 研磨業界全体で、現在入手できる砥粒にまさる改良された研磨力を有する砥粒 を作製することが求められている。 ダイアモンドおよび立方晶系窒化ホウ素（ＣＢＮ）は長い間、非常にすぐれた 研磨性能を有する研磨粒子または砥粒として知られてきた。残念ながら、これら の粒子は比較的高価である。 望ましいものは、高性能特性を有するが、比較的安価な砥粒である。１つのア プローチは、安価な砥粒コアに高性能被膜を配置する方法である。たとえば、米 国特許第４，５０５，７２０号（Ｇaborら）には、化学的蒸着によって、炭化ケ イ素砥粒を金属窒化物または金属炭化物を含む硬質耐熱性材料で被覆する方法が 教示されている。残念ながら、一般に、化学的蒸着法は加工費が高い。 他の参考文献では、アルミナ砥粒および非酸化物砥粒上に炭化物(炭化ケイ素 および炭化ホウ素を含む)、窒化物(窒化ホウ素を含む)、およびホウ化物が被覆 されている(たとえば、米国特許第３，５２０，６６７号(Ｔaylor)、第４，６０ ６，７３８号(Ｈayden)、第５，０８５，６７１号(Ｍartinら)、第５，０９０， ９６９号（Ｏkiら）および第５，１０６，３９２号（Ｓlutzら）を参照のこと) 。 さらに、多数の参考文献に金属酸化物被膜を上に具有する砥粒が開示されてい る(たとえば、米国特許第２，４０４，５９８号(Ｓachse)、第４，２７８，４４ ９号(Ｈelletsberger)、第４，９１３，７０８号(Ｋalinowski)、第５，０１１ ，５０８号(Ｗaldら)、第５，１３１，９２６号（Ｒostokerら）および第５，２ １３，５９１号(Ｃelikkayaら)、１９９４年２月３日に公開された国際公開第Ｗ Ｏ 94/02561号を有するＰＣＴ出願第ＰＣＴ/ＵＳ93/06784号、および１９９０年 ４月１０日に公開されたＪＰ 2-97457を参照のこと)。 しかし、高性能被膜を上に具有する比較的安価な基本粒子を有する砥粒を開発 することがまだ必要である。 発明の開示 発明の概要 本発明は、複数のアルミナを主成分とする研磨粒子であって、その各々が金属 酸化物を含む外面を有する研磨粒子を、炭素源（たとえば、微粒子炭素表面）の 存在下、金属酸化物の少なくとも一部を金属炭化物に変化するのに十分な期間、 温度、および非酸化性雰囲気条件下で加熱することを含む、アルファアルミナを 主成分とする砥粒の作製方法を提供する。 別の態様で、本発明は、複数のアルミナを主成分とする研磨粒子であって、そ の各々が金属酸化物を含む外面を有する研磨粒子を、炭素源（たとえば、微粒子 炭素表面）の存在下、金属酸化物の少なくとも一部を金属窒化物に変化するのに 十分な期間、温度、および非酸化性窒素含有雰囲気条件下（たとえば、窒素、ア ンモニアおよびその組み合わせ、他の窒素含有雰囲気も有用である）で加熱する ことを含む、アルファアルミナを主成分とする砥粒を作製する方法を提供する。 金属炭化物被膜に関して、金属酸化物は一般にチタン、ジルコニウム、アルミ ニウム、クロム、ケイ素、バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオビウムの各 酸化物、およびそれらの組合せから成る群から選択される。 金属窒化物被膜に関して、金属酸化物は一般にチタン、ジルコニウム、アルミ ニウム、クロム、ホウ素、ケイ素、バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオビ ウムの各酸化物、およびそれらの組合せから成る群から選択される。 本願で、 「アルミナを主成分とする研磨粒子」は、Ａl₂Ｏ₃として理論的酸化物に基づ いて算出すると、アルミナが少なくとも５０重量％である研磨粒子を指し、 「アルファアルミナを主成分とする研磨粒子」は、Ａl₂Ｏ₃として理論的酸化 物に基づいて算出すると、アルファアルミナが少なくとも５０重量％である研磨 粒子を指し、 「焼結アルミナを主成分とするセラミック研磨粒子」は、密度が理論値の９０％ より大きい、焼結多結晶アルファアルミナを主成分とする研磨粒子を指し、 「炭素源」は、炭素の起源(たとえば、カーボン粉末、グラファイト、および コークス)、および非酸化性雰囲気下で熱分解されるとき、炭素を提供する有機 化合物（研磨粒子の表面に被覆された有機化合物を含む）を指す。 図面の簡単な説明 図１は、被覆された研磨製品の断片的な略断面図であり、 図２は、結合された研磨製品の斜視図であり、 図３は、不織研磨製品の拡大略図である。 発明を実施するための最良の形態 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明は、アルファアルミナを主成分とする研磨粒子（好ましくは焼結多結晶 アルファアルミナを主成分とする研磨粒子）であって、各々が金属炭化物被膜ま たは金属窒化物被膜を上に具有する研磨粒子を製造する方法に関する。 砥粒の作製に適したアルファアルミナを主成分とする研磨粒子としては、溶融 アルミナおよびセラミックアルファアルミナを主成分とする研磨粒子がある。溶 融アルミナとしては、熱処理した酸化アルミニウム、(たとえば、Ｔreibacher ＧmbＨ，Ｔreibach，Ｇermanyから「ＢＦＲＰＬ」の商品名で入手可能)、褐色酸 化アルミニウム、(たとえば、Ｔreibacher ＧmbＨから「ＥＰＬ」の商品名で入 手可能)、白色溶融酸化アルミニウム、桃色酸化アルミニウム、およびアルミナ −ジルコニア、(たとえば、Ｎorton Ｃompany，Ｗorcester，ＭＡから「ＮorＺo n」の商品名で入手可能)などがある。コランダムとして知られる天然のアルミナ も本発明による方法に有用である。 研磨粒子の粒子サイズは一般に１０〜３０００μｍの範囲であり、さらに一般 的には、約１００〜１０００μｍである。別の態様で、研磨粒子の粒子サイズは ＡＮＳＩグレード２４〜８０を提供するのに十分であることが好ましい。 たとえば、ゾル−ゲル法または粉末法によって、アルファアルミナを主成分と するセラミック研磨粒子を製造することができる。典型的なゾル−ゲル法では、 アルファ酸化アルミニウム一水塩（通常ベーマイト）を水に分散させてゾルとし 、これをゲル化し、乾燥させ、粉砕し、一般に焼成し、さらに焼結させて多結晶 アルファアルミナを主成分とする研磨粒子とする。ゾル−ゲルから誘導された研 磨粒子としては、3Ｍ Ｃompany，Ｓt.Ｐaul，ＭＮから「ＣＵＢＩＴＲＯＮ」の 商品名で、またＮorton Ｃompanyから「ＳＧ」の商品名で入手可能なものなどが ある。後者は、Ｎorton Ｃompanyから被覆され結合された研磨製品で入手できる 。 溶液法によってアルファアルミナを主成分とする研磨粒子を作製することも可 能である。たとえば、一般に、アルミニウムホルモアセテート（ＡＦＡ）などの アルミニウム塩の溶液からこのような粒子を作製することができ、これをゲル化 し、乾燥させ、粉砕し、好ましくは焼成し、焼結させる。 あるいは、ゾル−ゲル法以外の方法、たとえば、米国特許第４，７８６，２９ ２号(Ｊanzら)、１９９５年５月１８日に公開された国際公開第ＷＯ 95/13251号 を有するＰＣＴ出願第ＰＣＴ/ＵＳ94/12765号、１９８７年８月１９日に公開さ れた英国特許出願第ＧＢ ２，１８６，５８５号に教示されている方法で、アル ファアルミナを主成分とするセラミック研磨粒子を製造することが可能である。 焼結多結晶アルファアルミナを主成分とするセラミック研磨粒子の作製に関す るさらなる詳細を以下に説明する。 アルミナを主成分とする研磨粒子の外面上の金属酸化物を、下記の方法をはじ めとする様々な方法で得ることができる。適当な金属酸化物物としては、チタン 、ジルコニウム、アルミニウム、クロム、バナジウム、タンタル、ハフニウム、 ニオビウムの各酸化物およびそれらの組合せなどがある。本出願のため、金属酸 化物は酸化ケイ素も指すものとする。 好ましい焼結アルファアルミナを主成分とするセラミック研磨粒子 基本粒子 たとえば、米国特許第４，８８１，９５１号(Ｗoodら)、第４，７７０，６７ １号(Ｍonroeら)、第４，７４４，８０２号(Ｓchwabel)、第４，５７４，００３ 号(Ｇerk)、第４，３１４，８２７号(Ｌeitheiserら)、第４，９６４，８８３号 (Ｍorrisら)、第５，２０１，９１６号(Ｂergら)、および第４，６２３，３６４ 号（Ｃottringerら）などに開示されているゾル−ゲル法で、適当な基本粒子を 作製することができる。 アルファ酸化アルミニウム一水塩（一般にベーマイト）を約２〜約６０重量％ 含む分散液を使用するゾル−ゲル法で前駆体アルファアルミナを主成分とする粒 子を作製することが好ましいが、他の水和物を使用してもよい。重量％は、補助 剤や添加物を顧慮せず、水和物に液体担体を加えた総量に基づく。ベーマイトは 、従来の様々な技術のいずれかによって調製するか、商業的に獲得することがで きる。適当なベーマイトは、たとえばＣondea Ｃhemie，ＧmbＨ，Ｈamburg，Ｇe rmanyから「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」の商品名で、またＶista Ｃhemical Ｃo.，Ｈou ston，ＴＸから「ＤＩＳＰＡＬ」の商品名で市販されている。これらの酸化アル ミニウム一水塩は、アルファ型であり、比較的純粋であり(あっても、一水塩以 外の水和相を比較的少量含有する)、表面積が大きい。一般的であり且つ好まし い液体担体は脱イオン水である。 解膠剤または分散助剤をベーマイト分散液に使用してさらに安定なヒドロゾル すなわちコロイド状分散液を作製することが可能である。解膠剤として使用する ことが可能な一塩基酸としては、酢酸、塩酸、蟻酸および硝酸などがある。硝酸 が好ましい。多塩基酸は、分散液を急速にゲル化し、取扱や別の成分に混合する ことが困難になるため、通常は避ける。ベーマイトの商業的起源の幾つかは、安 定した分散液の形成に役立つ酸滴定濃度（たとえば、酢酸、塩酸、蟻酸）を含む 。 一般にボールミル、ペブルミル、アトリッターミル、低剪断ミキシングなど、 機械的混合手段を使用して、分散液を完成する。あるいは、超音波エネルギーを 使用して、分散液の混合を助けることができる。 混合過程中の泡を減少させる手助けをするために、分散液に消泡剤を加えても よい。よく使用される消泡剤としては、アルコールなどがある。 ベーマイト分散液は、場合に応じて、焼結研磨粒子の所望の特性を増強したり 、後続の加工工程（たとえば、焼結工程）の効力を高めたりする酸化物改質剤の 前駆体（たとえば、マグネシウム、亜鉛、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、 ハフニウム、鉄、リチウム、ケイ素、マンガン、クロム、イットリウム、カルシ ウム、リチウム、ナトリウム、ストロンチウム、プラセオジウム、セリウム、サ マリウム、イッテルビウム、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、エルビウム、チタンおよびそれらの混合物）を含有する。一般に 、このような前駆体は、分散液の液体担体に溶解する塩（一般に、金属塩物質） の形で導入される。一般に、前駆体は水溶性金属塩である。 分散液は、アルファアルミナ前駆体からアルファアルミナへの変換を増進する 成核物質を含んでもよい。適当な成核物質としては、アルファアルミナの細粒、 またはアルファ酸化第二鉄、クロミア、チタン酸塩、および変換の核となる他の 任意の金属の細粒または前駆体などがある。たとえば、米国特許第４，７４４， ８０２号(Ｓchwabel)、第４，９６４，８８３号(Ｍorrisら)、および第５，２１ ９，８０６号（Ｗood）に、成核材料が開示されている。 分散液中に酸化マグネシウムやその前駆体を含有することに関するさらなる詳 細については、１９９４年７月７日に公開された国際公開第Ｗ 94/14722を有す るＰＣＴ出願第ＰＣＴ/ＵＳ93/12441号を参照されたい。 任意の適当な手段によって分散液を形成することができる。たとえば、酸化ア ルミニウム一水塩、任意の添加物、および水担体を、ボールミルまたは他の満足 な混合装置に導入し、生じる分散液が条件に合うまで混合するだけで分散液を形 成することができる。いったん分散液が形成されると、これをゲル化し且つ／ま たは乾燥させる(すなわち、脱水する)。溶解するか分散させた金属含有改質用添 加物（たとえば、硝酸マグネシウム）の添加など従来の任意の技術でゲルを形成 することができ、またゾルを少なくとも部分的に脱水してゲルを形成することも できる。よく使用される脱水技術としては、オーブン内または環境条件での風乾 、真空導入、傾瀉、濾過および圧搾などがある。フリーズドライ、液体抽出、あ るいは臨界超過液使用などの技術も、分散液を脱水する適当な手段である。約１ ００℃で圧力をかけて乾燥させたり、高圧脱水技術（高圧濾過処理または高圧キ ャンドルフィルターの使用など）で乾燥させることも有用である。 結果として得られる焼結アルファアルミナを主成分とするセラミック粒子が酸 化ジルコニウムを含有することが望ましい場合、酸化ジルコニウムおよび／また は酸化セリウムを導入する好ましい方法は、ゲル形成の前に、ジルコニア粒子お よび／またはセリア粒子をアルファ酸化アルミニウム一水塩分散液に加える方法 である。これらの物質をゾルまたは微粉末として、分散液に加えることが可能で ある。このようなジルコニウムやセリアの添加に関するさらなる詳細については 、１９９４年４月１４日に公開された国際公開第ＷＯ 94/07809号を有する同時 係属ＰＣＴ出願第ＰＣＴ/ＵＳ93/08988号を参照されたい。 ゲルまたは部分的に脱水されたゲルを、不規則な形をした粒子に造形したり粉 砕したりすることができる。たとえば、棒、三角、ピラミッド、円盤、ダイアモ ンド、円錐、または類似した形で焼結研磨粒子を提供するために、圧搾、成形、 鋳造、押出または切断などの従来の手段、またはこれらの工程を幾つかの組合せ と、乾燥によってゲルの造形を完成してもよい。 棒の縦横比（すなわち、長さと幅）は約１：１であり、３：１、５：１または それ以上の縦横比であってもよい。棒またはフィラメント型の粒子を製造する方 法は、たとえば、米国特許第５，０９０，９６８号（Ｐellow）に教示されてお り、その開示内容は参照により組込まれる。 三角、四角または一般に厚さによって分類される平面を有する他の粒子は、一 般に粒子の最短面寸法と厚さの比率が約１：１、２：１、６：１およびそれ以上 である。このような形をした研磨粒子は、たとえば、米国特許第５，２０１，９ １６号（Ｂergら）および第５，３６６，５２３号（Ｒowenhorstら）に教示され ている。 さらに、不規則な形をした砥粒製品は、たとえば、乾燥ゲルを所望の粒子サイ ズに粉砕することによって、便利に提供される。従来の粉砕手段としては、ロー ル粉砕、ボールミル、およびハンマーミルなどがある。 風乾工程を使用して、造形ゲルまたは未造形ゲルのいずれからも水を除去する ことが可能である。乾燥は、たとえば、約５０〜約２００℃、好ましくは約１０ ０〜１５０℃の範囲の温度の強制空気炉内で遂行することができる。一般に、乾 燥ゲルが遊離水を１〜４０重量％、好ましくは５〜２０重量％含有するまで、乾 燥を実施する。 一般に乾燥ゲルを焼成して微量の水または溶剤をすべて除去する。焼成中、一 般に約４００〜約１０００℃、好ましくは約４００〜約８００℃の範囲の温度に 乾燥ゲルを加熱する。遊離水および好ましくは結合したあらゆる揮発性物質の９ ０％以上が除去されるまで、乾燥ゲルをこの温度範囲に維持する。乾燥ゲルが改 質剤前駆体を含有する場合、改質剤前駆体が本質的に完全に金属酸化物に変換す るのに十分な期間、乾燥ゲルを焼成することが好ましい。 基本粒子のアルファアルミナを主成分とする粒子への変換 １種以上の熱処理を加えることにより、上述の基本粒子を焼結アルファアルミ ナを主成分とするセラミック研磨粒子に変換することができる。 アルファアルミナを主成分とする粒子の物性を改良し(たとえば、その密度、 硬度、および／または靭性を高める)、且つ／または異なる研磨粒子との間の一 貫性を改良するために、基本粒子に様々な材料を含浸することができる。さらに 、結合剤に対する接着力に関して、アルファアルミナを主成分とする基本粒子の 表面を改善し、且つ／または研磨補助材料を結合するための面積を増加させるた めに、様々な方法のいずれかで、基本粒子を無機粒子で被覆することが可能であ る。 基本粒子の改質剤物質含浸 乾燥したアルミナ水和物分散液由来の粒子を含浸する一般的な方法は、たとえ ば、米国特許第５，１６４，３４８号（Ｗood）に記載されている。 一般に、基本粒子材料（焼成材料であっても未焼成材料であってもよい）は多 孔性である。たとえば、焼成基本粒子材料は一般に外面から中に伸びる直径約５ 〜１０nmの孔を有する。適当な改質剤前駆体および液体媒体を含む含浸成分を孔 に含浸させると密度が上昇し、焼結アルファアルミナを主成分とする粒子の靭性 を改良することができる。含浸用改質剤（すなわち、含浸剤）は一般に、金属の １種以上の塩（たとえば、硝酸塩または酢酸塩）の形で提供される金属酸化物の 前駆体である。アルミニウム塩を含浸させることも本発明の範囲内である。金属 塩物質を液体媒体に溶解し、得られた溶液を多孔性基本粒子材料と混合する。含 浸工程は、毛管作用によって起こると考えられる。混合工程の前に多孔性基本粒 子を真空処理に供することによって毛管作用を改良することができる。 組成物の含浸に使用される液体媒体は、好ましくは（脱イオン水をはじめとす る）水および／または有機溶剤（好ましくは非極性溶剤）である。含浸工程の前 に微粒子材料を焼成する場合、水が含浸組成物の好ましい液体媒体である。含浸 工程の前に微粒子材料を焼成しない場合、好ましい液体媒体は微粒子材料を溶解 したり軟化しないものである。 液体媒体中の塩濃度は一般に、酸化物ベースで、溶解固形分約５〜約４０％の 範囲である。一般に、多孔性の基本粒子材料１００ｇの含浸を遂行するためには 、溶液を少なくとも５０ml加えるべきであり、好ましくは基本粒子材料１００ｇ に溶液を少なくとも約６０ml加えるべきである。 場合によっては、２回以上の含浸工程を使用してもよい。反復処理で同一含浸 組成物を使用してもよく、後続の含浸組成物は同一塩類の異なる濃度を含有して も、異なる塩類、または異なる塩類の組み合わせを含有してもよい。 焼結したセラミックアルファアルミナを主成分とする粒子を形成するための含 浸基本粒子の熱処理中に、含浸剤（あるいは改質剤）がアルミナと反応して反応 生成物を形成する可能性がある。たとえば、コバルト、ニッケル、亜鉛およびマ グネシウムの各酸化物は一般にアルミナと反応してスピネル構造を形成する。一 般に、イットリアはアルミナと反応してガーネット結晶構造を有する3Ｙ₂Ｏ₃・5 Ａl₂Ｏ₃を形成する。プラセオジウム、サマリウム、イッテルビウム、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、エルビウム、およびこ れらの希土類金属類の２種以上の混合物は、アルミナと反応してガーネット、β アルミナ、またはペロブスカイト構造を示す相を形成する。ある希土類酸化物お よび二価金属酸化物はアルミナと反応して式ＬmＭＡl₁₁Ｏ₁₉で表される希土類ア ルミン酸塩を形成し、式中ＬmはＬa、Ｎd、Ｃe、Ｐr、Ｓm、ＧdまたはＥuなどの 三価金属イオンであり、ＭはＭg、Ｍn、Ｎi、Ｚn、ＦeまたはＣoなどの二価金属 陽イオンである。一般に、このような希土類アルミン酸塩はマグネット亜ナマリ 酸塩と呼ばれることもある六方晶系構造を有する。一般に、六方晶系希土類アル ミン酸塩は研磨粒子では珍しい特性を有し、存在する場合、一般にひげ結晶また は小板として研磨粒子内に存在する。このようなひげ結晶または小板は一般に長 さ約０．５〜約１μｍ、厚さ約０．５μｍ以下である。ひげ結晶または小板はひ び割れの広がりを抑制できると考えられる。これらのひげ結晶または小板は、成 核剤の非存在下で発生する公算が高い。 金属酸化物表面被膜 上述の通り、好ましくは金属酸化物で被覆された研磨粒子の外面が少なくとも 約７０％、さらに好ましくは少なくとも約８０％のアルミナ研磨粒子を使用する ことは、本発明の範囲内である。金属酸化物被膜は連続的であっても不連続であ ってもよく、かなり密で多孔性でなくても、あるいは多孔性であってもよい。金 属酸化物被膜の厚さは好ましくは約０．０５〜２０μｍの範囲であり、さらに好 ましくは約０．１〜１０μｍの範囲である。適当な金属酸化物としては、たとえ ば、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、クロム、バナジウム、タンタル、ハ フニウム、ニオビウムの各酸化物、およびそれらの組合せなどがある。本出願の ため、金属酸化物は酸化ケイ素も指すものとする。本発明に有用な様々な金属酸 化物被膜を以下に記載するが、本発明の範囲はこれらの実施態様に限定されるも のではない。 好ましい金属酸化物表面被膜 好ましい金属酸化物表面被膜は、米国特許第５，４７４，５８３号(Ｃelikkay a)に開示されている。Ｃelikkayaは、未焼結の、乾燥または焼成したアルファア ルミナを主成分とする研磨粒子前駆体を有機金属酸化物前駆体（すなわち、アル コキシド類）で被覆し、研磨粒子前駆体内の水と反応させて酸化物被膜を形成す ることによる、アルミナ粒子外面上の酸化物被膜を教示している。 さらに詳細には、Ｃelikkayaは一般に （ａ）アルファアルミナ前駆体材料を含む粒子塊を提供する工程と、 （ｂ）金属アルコキシドを含む被膜組成物を粒子に塗付して被覆された粒 子を提供する工程であって、被膜は、加熱すると、各粒子の表面に自原的に結合 する金属酸化物被膜に変換することができる工程と、 （ｃ）被膜を金属酸化物被膜に変換し、粒子を焼結する条件下で、被覆さ れた粒子を加熱する工程と を含む有機金属酸化物被膜を提供する方法を教示している。 一般に、変換は、金属水酸化物を形成するための加水分解工程と、金属酸化物 を形成するための反応工程によって実施される。基本粒子上の金属アルコキシド 含有被膜を金属酸化物被膜に変換する工程の生成物を、金属酸化物被膜を焼結ア ルファアルミナ研磨粒子に自原的に結合する焼結アルファアルミナ研磨粒子を提 供するのに十分な温度および期間、加熱する。 好ましくは、使用する基本粒子は、本願明細書の「基本粒子」に記載のゾル− ゲル法で形成されたアルミナ前駆体である。金属アルコキシド含有被膜を金属酸 化物被膜に変換する工程は、金属アルコキシドを金属水酸化物に加水分解するこ ことと、次に金属水酸化物を金属酸化物に変換することとを含むことが好ましい 。加水分解は、大気の水分および／または大気から吸収した、ゾル−ゲル法また は他の処理（たとえば、含浸）で残った、基本粒子中の残留水分で実施すること ができる。金属水酸化物の金属酸化物への変換は、被覆された基本粒子を十分に 加熱することによって、一般に４００℃以上に加熱することによって、変換を完 成することができる。変換手段を使用して焼結を達成することが可能である。 ある好ましい用途で、金属アルコキシド含有被膜を基本粒子に塗付する前に、 基本粒子を改質することができる。このような改質は一般に基本粒子内に金属酸 化物（改質剤）または金属酸化物前駆体（改質剤前駆体）を供給することを含む 。 金属アルコキシド含有被膜中の金属アルコキシドとして様々な材料を利用する ことが可能である。たとえば、ある用途（すなわち、砥粒をステンレススチール の研磨に使用する用途）では、ジルコニウムが好ましい。しかし、チタン、アル ミニウム、マグネシウム、亜鉛、コバルト、ニッケル、ケイ素、ハフニウム、鉄 、マンガン、クロム、イットリウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテルビ 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、エルビ ウムの各アルコキシド、およびそれらの２種以上の混合物が望ましい場合もある 。 以下は金属アルコキシド類： Ｚ_xＭ(ＯＲ)_n-x に好ましい式であり、 式中、Ｍは金属陽イオンであり、 ｎはＭの酸化状態であり、 ｘは０〜ｎ−１の値を有する整数であり、 ＯＲはアルコキシ基であって、Ｏは酸素であり、各Ｒ基はアルキル基で あり、 各Ｚ基は互いに独立に有機基または無機基である。 一般に、要求されるものは、上述の金属水酸化物および金属酸化物の前駆体で ある。 様々なＲ基を中に有する様々なアルコキシドを利用することが可能である。す なわち、Ｒアルキル基は様々な式のものであってもよい。一般に、各Ｒ基は炭素 原子が１〜２０個、好ましくは炭素原子が３〜６個の有機基を有する。本発明に よる一般的な方法で、アルコキシ基は副生成物（すなわち、アルコール）を生じ るため、比較的単純な（非置換、炭素原子が３〜６個）有機基が好ましい。金属 アルコキシドが２個以上のアルコキシ基を上に含む場合、各アルコキシ基は同一 であっても、物質中の他のアルコキシ基と独立に選択してもよい。 金属原子は、金属原子に直接結合した有機基または無機基を１個以上含有して もよい。アルコキシ基の有機基と同様、所望の被膜形成を妨げないことを除き、 金属に直接結合した有機基または無機基の性質に特定の制限はない。金属原子が ２個以上の無機基または有機基を上に含有するとき、各々は同じであってもよく 、他と独立に選択してもよい。金属原子は有機基と無機基の両者を上に含有して もよい。 十分な金属アルコキシド含有被膜が基本粒子上に提供されて、基本粒子の外表 面積の少なくとも７０％を覆う金属酸化物被膜を有する最終的な焼結研磨粒子を 生じることが好ましい。 本発明による好ましい方法では、焼結工程前に、時には改質剤物質とも呼ばれ る、金属塩などの金属酸化物前駆体を多孔性基本粒子に提供する。無機粒子によ る被覆と同時に、被覆前に、あるいは被覆後に、実施される含浸によって基本粒 子に金属酸化物前駆体を導入してもよい。一般に、含浸工程は、改質剤またはそ の前駆体（たとえば、金属塩）が溶解された担体液と多孔性基本粒子を混合する 工程を含む。 微粒子金属酸化物表面被膜 基本粒子上の無機金属酸化物微粒子の被膜は、結合系への接着力を改良するた めに表面積がより多い、且つ／または金属炭化物被被膜または金属窒化物被膜の ために表面積がより多い、（焼結）研磨粒子を提供する。好ましくは、焼結研磨 粒子（すなわち、研磨コア）上の微粒子金属酸化物被膜は比較的多孔性である。 好ましくは、焼結アルファアルミナを主成分とする粒子（またはコア）の表面 積の少なくとも７０％（さらに好ましくは、少なくとも８０％）が無機金属酸化 物微粒子被膜で覆われているが、被覆が９０％を超えてもよい。被覆の量に関し て、結果として得られる被覆された研磨粒子の露出した焼結粒子（コア）表面の 量に言及する。それ故、少なくとも７０％の被覆は、下にある焼結基礎粒子表面 の総面積の約３０％以下が露出している（すなわち、微粒子で覆われていない） ことを意味する。これに関連して、被覆の量は微粒子被膜の性質（たとえば、多 孔性または密度）に関連していることを意味するものではない。被膜は連続的で あっても不連続であってもよい。 金属酸化物被膜の密度は一般に理論値の９０％未満（好ましくは８０％未満） である。最も好ましくは、被膜の密度は少なくとも４０％であるが、理論値の７ ０％未満である。しかし、これは、被膜が不連続であることを意味するものでは なく、むしろ孔が被膜を通って伸びることを意味する。さらに、所与の密度値は 、被膜を構成する個々の溶融微粒子の密度ではなく、被膜の平均密度と関連して いることを意味する。(すなわち、被膜は、その間に幾らかのオープンスペース と一緒に詰められた稠密な微粒子を含有する)。 焼結中に、被膜中の無機金属酸化物粒子は互いに焼結して、すぐれた構造的完 全性を有する被膜となる。このようにして得られた被膜は２層以上の無機金属酸 化物粒子を含むと考えられる。一般に、２〜３０層、より一般的には、３〜２０ 層の微粒子が存在する。互いに積み重なった、少なくとも５〜１５層の無機金属 酸化物粒子微粒子が提供されることが好ましい。 無機金属酸化物微粒子は、たとえば、遷移性アルミニウム、アルファアルミニ ウム、水和アルミニウム、イットリア、マグネシア、希土類金属酸化物、酸化鉄 、ケイ酸塩、酸化クロム、酸化チタン、酸化ニッケル、イットリア、アルミナ、 ガーネット、六方晶系希土類アルミン酸塩、アルミナ−ジルコニア、酸化ジルコ ニウム、アルミナオキシニトライド、ケイ素アルミニウムオキシニトライド、ケ イ素アルミニウムオキシカーバイド、およびそれらの組み合わせを含んでもよい 。 米国特許第５，０１１，５０８号（Ｗaldら）には、焼成した基本粒子の表面 に細かい無機金属酸化物（たとえば、アルミナ）微粒子を自原的に結合し、次に 焼結して微粒子金属酸化物被膜を有する研磨粒子を提供することが記載されてい る。 好ましい微粒子金属酸化物表面被膜 米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃelikkayaら）には、好ましい金属酸化物 微粒子表面被膜が記載されている。さらに詳細には、Ｃelikkayaらは、コアに自 原的に結合した無機金属酸化物微粒子の被膜を有するアルファアルミナを主成分 とするコアを含むアルファアルミナを主成分とするセラミック研磨粒子を教示し ている。 好ましい方法では、無機金属酸化物微粒子および液体媒体（たとえば、水また は有機溶剤）を含む被膜組成物を焼成した基本粒子または未焼成の（すなわち乾 燥ゲル）基本粒子に適用（または塗付）する。一般に、液体媒体が水または極性 有機溶剤であれば、基本粒子を焼成させてから被膜を適用しなければならない。 しかし、液体媒体が非極性有機溶剤であれば、被覆前に基本粒子を焼成させる必 要はない。 一般に、被膜組成物は、他の添加物や保助剤を顧慮しないで微粒子に担体液体 （たとえば、水やアセトン）を加えた重量を基準にした重量％で、約０．０１〜 約２０重量％（好ましくは約０．１〜５重量％）の範囲の無機金属酸化物微粒子 を含む。被膜組成物は、一般に混合液または分散液に望ましい特性を提供するの に有効な量で、湿潤剤や沈殿防止剤などの補助剤を含んでもよい。被膜組成物は 、一般に懸濁液であり、連続ミキサー、バッチミキサー、ボールミル装置、セメ ントミキサー、バイブレーター、またはタンブラーで混合するなど、従来の任意 の手段で形成することができる。 たとえば、基本粒子を被膜組成物と混合することによって、被膜組成物を塗付 することができる。適当な混合技術としては、スクリューオーガー、バッチミキ サー、連続ミキサー、セメントミキサー、バイブレーター、またはタンブラーを 使用する技術などがある。好ましい１つの技術は、被膜組成物および基本粒子を 個々の供給流れから連続ミキサーに供給することである。 実質的に均質な無機金属酸化物微粒子の被膜を基本粒子上に供給するために、 担体液の体積と塗付すべき粒子の重量の比率は最小限であることが好ましい。基 礎粒子材料１００ｇの良好な無機金属酸化物微粒子被膜を確保するためには、一 般に少なくとも５０mlの液体体積が最小限の好ましい体積である。好ましくは、 良好な被覆および加工を確保するには、この量よりも約２０％過剰の液体体積( すなわち、基本粒子材料１００ｇ当たり液体６０ml)が望ましい。この比率は、 好ましい基本粒子材料の含浸に関する上文に示したものと同一比率であることに 留意されたい。 基本粒子は一般に多孔性である(すなわち、通常、比較的小さい孔（５〜１０n m）を含む開放性小孔を中に有する)。このような孔は、一般に無機金属酸化物微 粒子が浸透するには小さすぎる。液体は毛管作用によって孔の中に引き込まれ、 無機金属酸化物微粒子は各基本粒子の表面に導かれる。このため、十分な被膜組 成物を使用すれば所望の一様な被膜が容易に提供され、各基本粒子の外面の実質 的に完全な被覆が得られる。十分な液体を使用して基本粒子表面を飽和（あるい は少なくとも７０％飽和）することが好ましい。 被覆後、被覆された基本粒子が一緒にくっつかないように乾燥させる。一般的 な用途では、被覆された基本粒子を約１００〜約１５０℃の温度の強制空気乾燥 で乾燥させることが予測される。好ましくは、たとえば、乾燥前に傾瀉によって 過剰な液体を除去する。 乾燥被膜の厚さは一般に約０．１〜約２０μｍ（好ましくは約０．５〜約１０ μｍ）の範囲内であり、最も好ましくは、約０．５〜約２μｍの範囲である。被 膜の量も、基本粒子に相対的な被膜の重量％に基づいて算出することができる。 一般に、被膜は平均で、被覆された無機金属酸化物微粒子および無機金属酸化物 微粒子を塗付する前の基本粒子の重量に基づいて、０．０１重量％を超え、約１ ０重量％までの範囲であることが好ましい。 基本粒子上に微粒子被膜を提供する代替法が可能である。たとえば、基本粒子 が、たとえば、水で、濡れている（実質的に飽和されている、すなわち、孔体積 の少なくとも７０％、好ましくは１００％が液体で満たされており、基本粒子の 表面上に液体フィルムが存在する）場合、濡れている基本粒子または他の混合物 に無機金属酸化物微粒子を加える（たとえば、撒き散らす）ことによって被膜を 提供することができる。一般に、各基本粒子上の液体（一般に水）は、無機金属 酸化物を引き付けて維持し、その結果被膜の形成を手助けする結合剤の役割をす る。さらに、基本粒子と無機金属酸化物微粒子を一緒に混合し、乾燥させた後、 液体（一般に水）を加え、十分に混合して液体を分布させると、基本粒子上に無 機金属酸化物粒子が得られる。液体は被膜の一時的結合剤の役割をするため、一 般に、上述した実質的な飽和を達成するためには、十分な液体を使用しなければ ならない。 さらに、先ず多孔性基本粒子に含浸組成物を含浸し、次に（濡れている）含浸 基本粒子を（乾燥した）無機金属酸化物微粒子で被覆することが可能である。あ るいは、先ず無機金属酸化物微粒子を被覆した後、含浸を実施することが可能な 場合もある。後者の方法は、被膜が比較的多孔性であるため、可能である。 基本粒子を、（上述した）改質材前駆体を含み、同時にその中に懸濁された（ 上述した）無機金属酸化物微粒子を有する液体媒体と混合する場合、含浸と無機 金属酸化物微粒子被膜の両者を同時に生じることができる。 無機被膜は、好ましくは焼結したコアの外面の少なくとも７０％を覆い、好ま しくは厚さ少なくとも約０．１μｍである。 焼結アルファアルミナを主成分とするセラミック粒子を提供するための、好ま しいアルファアルミナを主成分とするセラミック研磨粒子を作製する方法は、 （ａ）アルファアルミナ前駆体物質を含む多孔性基本研磨粒子の塊であっ て、その各粒子をアルファアルミナを主成分とする研磨粒子に焼結することがで きる塊を提供する工程と、 （ｂ）同一または異なる組成を有し、且つ基本粒子よりはるかに細かい、 液状の無機金属酸化物微粒子の存在下で、無機金属酸化物微粒子が各基本粒子の 外面全域に分布し、焼結すると微粒子が基本粒子の外面に自原的に結合するまで 、その塊と混合する工程と、 （ｃ）粒子を加熱して液体を除去し、基本粒子を焼結する工程であって、 無機金属酸化物微粒子が基本粒子の各々の外面に自原的に結合する工程と を含む。 一般に、工程（ｂ）は、 （Ａ）(ｉ)分散液を提供するために無機金属酸化物粒子を液体に加えるこ とと、(ii)分散液を多孔性基本粒子に加えることと、 （Ｂ）(ｉ)液体含浸粒子を提供するために液体を多孔性基本粒子に加える ことと、(ii)無機金属酸化物粒子を液体含浸粒子と混合すること から成る群から選択される。 好ましくは、無機金属酸化物微粒子の平均粒子サイズは約０．０１〜約２０μｍ の範囲であり、さらに好ましくは約１μｍ未満である。 多孔性基本粒子を被覆する工程に続いて、被覆された材料（すなわち、被覆さ れた基本粒子）を加熱して液体を除去し、焼結するとセラミック研磨粒子が得ら れる。焼結工程で各多孔性基本粒子は密なアルファアルミナを主成分とするコア に変換し、無機金属酸化物粒子は自原的に結合した被膜を上に形成する。 研磨剤技術で周知の研磨粒子の他の処理および被膜（たとえば、上述以外の酸 化物被膜）を提供する他の方法が、本発明による方法で使用する研磨粒子の作製 に有用なこともある。 焼結 基本粒子または処理した（たとえば、含浸した、崩壊した、および／または被 覆した）基本粒子は、セラミック研磨粒子の前駆体である。 従来の様々な方法で、前駆体粒子の焼結を遂行することができる。一般に、焼 結は約１２００〜約１６５０℃の範囲の温度で行われる。焼結は一般に２〜３秒 から１２０分の期間内に行われる。一般に、米国特許第４，３１４，８２７号（ Ｌeitheiserら）には、様々なタイプの基本粒子の焼結が記載されている。基本 粒子の焼結に有用な別のタイプの窯は、たとえば、米国特許第５，４８９，２０ ４号に記載されている。その中で適用されている焼結技術を応用して、本願明細 書に記載の基本粒子を処理することが可能である。不活性雰囲気中または還元雰 囲気中で焼結することも本発明の範囲内である。 炭化物被膜または窒化物被膜 本発明による方法は、炭素源の存在下、非酸化性窒素含有雰囲気条件下で(た とえば、窒素、アンモニア、およびその組み合わせ、しかし、他の窒素含有雰囲 気が有用なこともある)、アルファアルミナを主成分とする研磨粒子を加熱する ことを含む。好ましくは、炭素源は微粒子状炭素源である。別の態様では、変換 速度および／または変換の程度を高めるために、静止ガス雰囲気よりも流動ガス 雰囲気が好ましい。両者とも、陽圧のガスが好ましい。 本発明による別の方法は、炭素源の存在下、非酸化性雰囲気条件下で(たとえ ば、ヘリウム、アルゴン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、およびその組み合わ せ、しかし、他の非酸化性雰囲気が有用なこともある)、アルファアルミナを主 成分とする研磨粒子を加熱することを含む。一般に、水素が存在すると金属酸化 物が金属炭化物に変換する速度が加速される傾向があり、変換量が増加する。十 分量の窒素ガスまたはアンモニアガスが存在する場合、金属酸化物は金属窒化物 、 オキシニトライド、またはカーボンニトライドに変換する可能性がある。別の態 様では、変換速度および／または変換の程度を高めるために、静止ガス雰囲気よ りも流動ガス雰囲気が好ましい。両者とも、陽圧のガスが好ましい。 適当な微粒子状炭素源としては、グラファイト、コークス、カーボン粉末、カ ーボンブラック、非酸化性雰囲気中で熱分解したときに炭素を生じる有機物質、 およびその混合物などがある。炭素源は結晶質であっても非晶質であってもよい 。 好ましくは、微粒子状炭素源は、アルミナを主成分とする砥粒の表面に本質的 に接触する微粉末である。炭素源の平均粒子サイズは、好ましくは、約５０μｍ （〜３２５メッシュ）未満であるが、それより大きい粒子サイズも有用である。 ポリビニルアルコールや有機樹脂（たとえば、フェノール樹脂）など、適当な 炭素含有材料で研磨粒子を被覆することによって炭素源を提供することもできる 。フェノール樹脂は市販されており、Ｕnion Ｃarbide，Ｄanbury，ＣＴからＢ ＫＵＡ-2370-ＵＣＡＲの商品名で販売されているものなどがある。樹脂と研磨粒 子を一緒に混合し、樹脂を硬化させ、必要に応じて、樹脂によって結合している 研磨粒子の凝塊を穏やかに分解することを含む、従来の技術でフェノール樹脂を 研磨粒子に塗付することができる。被覆を容易にするために、樹脂を適当な溶剤 （たとえば、Ｕnion Ｃarbideのフェノール樹脂の場合、適当な溶剤は、たとえ ば、メタノールである）で希釈することを含め、従来の技術でフェノール樹脂の 粘度を調節することができる。 炭素含有物質の被膜は、金属酸化物が反応して金属炭化物または金属窒化物を 形成することが可能な、たとえば厚さおよひ／または多孔性を有すると理解され る。たとえば、被膜が厚すぎたり密すぎたりすると、金属酸化物が金属炭化物ま たは金属窒化物を形成することができる反応を妨げたり最小限に抑えたりする可 能性がある。 硬化したフェノール樹脂が炭化するように(すなわち、炭質物質を提供するた めに)、硬化した樹脂が上にある研磨粒子を真空チャンバ内で加熱することがで きる。「炭質の」または「炭質物質」は、実質的にすべての炭素が概して非晶質 である炭素母材または被膜を指す。好ましくは、炭化温度は約４００〜約６００ ℃の範囲であり、さらに好ましくは、約４５０〜約５００℃の範囲である。炭質 物質の提供に関するさらなる詳細については、たとえば、米国特許第５，４１１ ，７６３号（Ｗeaverら）を参照されたい。 炭素源を提供する別の方法は、より高い温度（たとえば、約１１００℃）で分 解して炭質層を研磨粒子上に蒸着させる炭素蒸着ガス、たとえば、炭化水素（た とえば、プロピレン、メタン、またはエタン）で研磨粒子を処理することを含む 。炭素含有ガスから炭質層を提供することに関するさらなる詳細については、た とえば、米国特許第５，４１１，７６３号（Ｗeaverら）を参照されたい。 炭素源に加えて、不活性粒子を研磨粒子と一緒に混合することが可能である。 たとえば、これらの不活性粉末は、ガスの循環を高めることができるため、変換 速度を高めることが可能である。 本発明による方法で使用するのに適した加熱装置としては、管炉、トンネルオ ーブン、回転窯、およびプッシャープレート炉などの窯や炉などがあり、その説 明は米国特許第５，４８９，２０４号（Ｃonwellら）に開示されている。有用な 市販の炉としては、Ｈarrop Ｉndustries，Ｃolumbus，ＯＨおよびＴhermal Ｔe chnology，Ｓanta Ｒose，ＣＡ,(「Ａstro-Ｆurnaces」の製造会社)のものなど がある。 研磨粒子を微粒子状炭素源と完全に混合して容器（好ましくはグラファイトる つぼまたはボート）に入れ、これを適当な加熱装置に入れることが好ましい。加 熱雰囲気の調節を容易にし、生成ガス（たとえば、ＣＯ）を逃がすことができる ように、容器は完全に包囲されていないことが好ましい。 金属酸化物を金属炭化物または金属窒化物に変換する時間と温度は一般に互い に依存している。さらに、時間および／または温度は、研磨粒子の量、個々の研 磨粒子の表面積、研磨粒子の組成、金属酸化物の有孔性、および流れおよび圧力 、および金属窒化物の場合、窒素含有ガスの窒素濃度にも依存すると考えられる 。いったん本発明を知ると、当業者は個々の実行に適切な操作条件を決定するこ と ができる。研磨粒子中の望ましくない粒子成長を避けるか最小限に抑えるために 、時間は長すぎず、温度は高すぎないことが好ましい。 一般に、金属酸化物の金属炭化物または金属窒化物への変換は、酸化物の有孔 性が高くなる（すなわち、密度が低下する）につれて、また厚さおよび微粒子の サイズ（金属酸化物が微粒子被膜を含む場合）が低減するにつれて速やかに進行 する。変換が行われる雰囲気も変換に要する時間に影響を及ぼすと考えられる。 好ましい変換時間は約５分〜約６時間（好ましくは約３０分〜約２時間）である 。 変換温度は一般に変換時間について上述した因子に左右される。一般に、変換 には約１０００℃より高い温度（一般に約１１００〜１４００℃）が必要である が、より低温およびより高温も有用なことがある。 このようにして得られた金属炭化物被膜および金属窒化物被膜は一般に最初の 金属酸化物被膜の物理的特性（たとえば、厚さ、密度、有孔性、表面被覆）を保 持している。概して、酸化物の炭化物または窒化物への変換は、変換を完了する まで行われるが、金属酸化物被膜が完全に金属炭化物または金属窒化物に変換さ れないこともある。たとえば、酸化物濃度は研磨粒子コア付近で最も高く、金属 炭化物または金属窒化物は砥粒の外面で最も高い勾配が、被膜の厚さおよび密度 に応じて、被膜の厚さ全域に存在する可能性がある。別の」態様では、一般に、 金属酸化物微粒子の密度および／またはサイズが上昇するにつれて、酸化物微粒 子は金属炭化物または金属窒化物に部分的に変換され、その結果、金属酸化物濃 度は中心で最も高い勾配が微粒子の直径全域に生じる可能性がある。 金属酸化物を金属オキシカーバイド、金属オキシニトライド、または金属カー ボニトライドに変換することは、本発明の範囲内である。さらに、金属酸化物が 金属炭化物に変換されること、または金属窒化物が金属酸化物（たとえば、酸化 ジルコニウムや酸化チタン）の組み合わせを含み、結果として得られる金属炭化 物被膜または金属窒化物被膜が炭化ジルコニウムおよび炭化チタンまたは窒化ジ ルコニウムまたは窒化チタンの異質混合物を含むことは、本発明の範囲内である 。変換が完了するまで行われる場合、結果として生じる金属炭化物被膜または金 属 窒化物被膜は一般に、酸化物として存在する金属の初期原子比と同じ炭化物また は窒化物として存在する金属の原子比を有する。 研磨製品 本発明の方法に従って作製された砥粒を、被覆研磨製品、結合研磨製品(砥石 車、切断器、研磨砥石など)、不織研磨製品、および研磨ブラシなど、従来の研 磨製品に使用することができる。一般に、研磨製品（すなわち、研磨用物品）は 、結合剤および研磨粒子を含み、その少なくとも一部は本発明の方法に従って作 製されて、結合剤で研磨製品内に固定された砥粒である。このような研磨製品を 作製する方法は、当業者に周知である。さらに、本発明の方法に従って作製され た砥粒を、研磨化合物（たとえば、艶出化合物）のスラリーを利用する用途に使 用することができる。 被覆研磨製品は一般にバッキング、砥粒、および砥粒をバッキング上に保持す るための少なくとも１種の結合剤を含む。バッキングは、布、ポリマーフィルム 、繊維、不織ウェブ、紙、それらの組み合わせ、およびそれらの処理バージョン を含め、適当な任意の材料であってもよい。結合剤は、無機結合剤または有機結 合剤を含め、適当な任意の結合剤であってもよい。砥粒は、被覆研磨製品の１層 または２層に存在してもよい。たとえば、米国特許第４，７３４，１０４号（Ｂ roberg）および第４，７３７，１６３号（Ｌarkey）には、被覆研磨製品を作製 する好ましい方法が記載されている。 被覆研磨製品を支持パッドや裏打ちパッドに固定するために、被覆研磨製品は その背面に取付け手段を有してもよい。このような取り付け手段は、たとえば、 感圧接着剤、ホックとループ取付けのためのメリヤス生地であってもよい。被覆 研磨製品の背面は、滑り止めや摩擦被膜も含んでもよい。このような被膜の例と しては、接着剤中に分散された無機微粒子材料（たとえば、炭酸カルシウムや石 英）などがある。 被覆研磨製品の１例を図１に描写する。この図を参照すると、被覆研磨製品１ ０はバッキング（基材）１２および研磨層１３を有する。研磨層１３は、構成被 膜１５およびサイズ被膜１６によってバッキング１２の主要表面に固定された砥 粒１４を含む。超大型被膜（表示せず）を使用する場合もある。 結合研磨製品は一般に有機結合剤、金属結合剤、またはガラス質結合剤によっ て結合された砥粒の造形塊を含む。このような造形塊は、たとえば、砥石車や切 断器など、車の形であってもよい。このような造形塊は、たとえば、研磨砥石や 他の従来の結合研磨剤の形であってもよい。砥石車の形が好ましい。図２に、本 発明の方法に従って少なくとも一部を作製し、車に成形し、ハブ２２に取付けた 砥粒２１を含む車２０を描写する。結合研磨製品に関するさらなる詳細について は、たとえば、米国特許第４，９９７，４６１号（Ｍarkhoff-Ｍathenyら）を参 照されたい。使用することができる好ましい結合剤は砥粒に悪影響を与えない温 度および条件で硬化できる。 不織研磨製品は一般に、構造全体に分布し、且つ有機結合剤によって構造中に 接着された砥粒を有する開放多孔性ロフティポリマーフィラメント構造である。 フィラメントの例としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、およびポリア ラミド繊維などがある。図３に、典型的な不織研磨製品の約１００倍に拡大した 略図を提供する。このような不織研磨製品は、基材としての繊維性マット３０、 およびその上の砥粒３２を含み、その少なくとも一部は本発明の方法に従って作 製された砥粒であり、結合剤３４によって接着されている。不織研磨製品に関す るさらなる詳細については、たとえば、米国特許第２,９５８,５９３号(Ｈoover ら)を参照されたい。 研磨製品に適当な有機結合剤としては、熱硬化性有機ポリマーなどがある。適 当な熱硬化性有機ポリマーの例としては、フェノール樹脂、尿素−ホルムアルデ ヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂 、ポリエステル樹脂、ペンダントα,β−不飽和カルボニル基を有するアミノプ ラスト樹脂、エポキシ樹脂、およびそれらの組み合わせなどがある。結合剤およ び／または研磨製品は、繊維、潤滑油、湿潤剤、チキソトロープ物質、界面活性 剤、 顔料、色素、帯電防止剤(たとえば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラ ファイトなど)、カップリング剤(たとえば、シラン類、チタン酸塩類、ジルコア ルミネート類、など)、可塑剤、沈殿防止剤、等々の添加物も含んでもよい。こ れらの任意の添加物は、所望の特性を提供するように選択される。カップリング 剤は砥粒および／またはフィラーへの接着力を改良することができる。 結合剤は、一般に微粒子材料の形のフィラー材料または研磨助剤も含んでもよ い。一般に微粒子材料は無機物質である。フィラーの役割をする微粒子材料の例 としては、金属炭酸塩、ケイ酸塩、金属硫酸塩、および金属酸化物などがある。 研磨助剤の役割をする微粒子状材料の例としては、塩化ナトリウム、塩化カリウ ム、ナトリウム氷晶石およびカリウムテトラフルオロボレートなどのハロゲン化 物塩類、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、鉄およびチタンなどの諸 金属、ポリ塩化ビニルやテトラクロロナフタレンなどの有機ハロゲン化物、イオ ウおよびイオウ化合物、およびグラファイトなどがある。研磨助剤は、化学的研 磨方法および物理的研磨方法にかなりの影響を及ぼし、結果として性能を改善す る材料である。被覆研磨製品の場合、研磨助剤は一般に砥粒の表面全体に塗付さ れる超巨大被膜に使用されるが、サイズ被膜に加えることもできる。一般に、研 磨助剤は要望に応じて約５０〜３００g/被覆研磨製品ｍ²（好ましくは、約８０ 〜１６０g/被覆研磨製品ｍ²）の量で使用される。 研磨製品は本発明の方法に従って作製された１００％砥粒を含んでもよく、こ のような砥粒と従来の研磨粒子および／または希釈粒子との配合物を含んでもよ い。しかし、研磨製品中の研磨粒子の少なくとも約１５重量％、好ましくは約５ ０〜１００重量％は本発明の方法に従って作製された砥粒でなければならない。 適当な従来の研磨粒子としては、溶融酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ガーネッ ト、溶融アルミナジルコニア、およびゾル−ゲル誘導性研磨粒子などがある。適 当な希釈粒子としては、大理石、石膏、フリント、ケイ酸塩、酸化鉄、ケイ酸ア ルミニウム、ガラス、金属酸化物バブル、中空粘土球、多孔性粘土ペレット、中 実または中空のガラス球、発泡材料、中空または中実の樹脂球、および希釈凝塊 などがある。本発明の方法に従って作製された砥粒は、研磨凝塊と一体化させた り結合させたりすることもできる。米国特許第４，３１１，４８９号(Ｋressner )、第４，６５２，２７５号(Ｂloecherら)、および第４，７９９，９３９号(Ｂl oecherら)には、研磨凝塊の１例が記載されている。 本発明の目的および利点は以下の実施例によってさらに例証されるが、これら の実施例に具陳した個々の材料およびその量、ならびに他の条件および詳細は、 本発明を不当に制限するものと考えてはならない。他に記載がなければ、部およ びパーセントはすべて重量である。 産業上の利用可能性 実施例 金属炭化物被膜 比較例Ａおよび実施例１ 酸性化した水（脱イオン水６９．８部に硝酸２．３部を加えることによって調 製）７２．１部にベーマイト（Ｃondea Ｃhemicalから「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」の 商品名で市販されている）２８．５部を分散させることにより、比較例Ａ研磨粒 子を調製した。得られたゾルを２４時間乾燥させると砕け易い固体が生じ、これ を粉砕機（Ｂraun Ｃorp.，Ｌos Ａngeles，ＣＡが製造したＵ.Ａ.型）で粉砕し 、約０．１２５〜２mmに選別した。選別された乾燥ゾルを、約６５０℃の回転窯 （長さ１２２cm、内径１５．２４cm、ステンレススチール管）内で、滞留時間１ 分、６５０℃で焼成すると、結合した揮発性物質が実質的に除去された。 硝酸ランタン溶液、硝酸ネオジム溶液、および硝酸イットリウム溶液（20.5% Ｌa(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、20.1% Ｎd(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、および26.1% Ｙ(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂ Ｏ、Ｍolycorp，Ｌourviers，ＣＯから入手可能）を、硝酸マグネシウム溶液（ 11% Ｍg(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、 Ｍallinckrodt Ｃhemical，Ｐaris，ＫＹから入手可能)および硝酸コバルト溶液 (15% Ｃo(ＮＯ₃)₂・6Ｈ₂Ｏ、Ｈall Ｃhemical，Ｗickliffe，ＯＨから入手可能) の十分量と配合することによって希土類酸化物溶液を調製し、Ｎd(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂ Ｏ 約5.8%、Ｙ(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ約7.1%、Ｍg(ＮＯ₃)₂・6Ｈ₂Ｏ約14.4%、Ｃo(ＮＯ₃ )₂・6Ｈ₂Ｏ約0.4%およびバランス脱イオン水を含有する溶液とした。 焼成したアルミナ粒子約１０００ｇに希土類酸化物溶液５００mlを含浸させ、 送風機を使用して部分的に乾燥させた。得られた物質は含浸アルミナ粒子であっ た。この含浸アルミナ粒子１０００ｇとジルコニウム-n-プロポキシド溶液１５ ０mlを混合することにより、イソプロピルアルコール中にジルコニウム-n-プロ ポキシド（Ａlfa，Ｄanver，ＭＡから市販されている）２５ｇを含有する溶液１ ５０mlを含浸アルミニウム粒子に被覆した。このようにして得られた被覆粒子を 乾燥させた。含浸させ、ジルコニウムを被覆し、乾燥させたアルミナ粒子を瞬間 焼成し、１４００℃の回転窯（長さ１２２cm、内径７６．２cm、炭化ケイ素管） 内で５分間焼結させた。このようにして得られた焼結研磨粒子はＺrＯ₂被膜を有 し、ＡＮＳＩ Ｇrade 50に選別した。 グラファイトるつぼ（長さ約１５cm、幅６．５cm、深さ１．５cm）中で、比較 例Ａ研磨粒子５０ｇとグラファイト粉末（Ｆisher サイズ約１．９５μｍ、貯蔵 番号 6-1059でＣerac，Ｉnc.,Ｍilwaukee，ＷＩから市販されている）１０ｇを 配合することによって実施例１砥粒を作製した。るつぼおよびその内容物をムラ イト管加熱炉に入れた。管炉を密閉し、真空吸引して空気をすべて除去した。管 炉中に、約２．０７Ｎ/cm²（３psi）の陽圧を有する、90/10 アルゴン／水素の 流動雰囲気を確立した。管炉の温度を約１３２５℃（内部温度）に上昇させ、２ 時間維持した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部は、メタリックシルバー色を有する ＺrＣに変換していた。得られた砥粒はネズミ色であった。 ＡＮＳＩ Ｇrade 50比較例Ａ研磨粒子および実施例１砥粒を各々被覆研磨ディ スクに組込んだ。被覆研磨粒子は、従来の被覆研磨材作製方法に従って作製した 。直径１７．８cmで、且つ２．２cmのセンター穴がある加硫繊維バッキングに 研磨粒子または砥粒を接着した。構成樹脂は従来の炭酸カルシウム添加フェノー ル樹脂であった。研磨粒子または砥粒を構成樹脂に静電塗付し、これを８８℃で ９０分間前硬化させた。サイズ樹脂は従来の氷晶石添加フェノール樹脂であり、 これを研磨粒子または砥粒に塗付し、８８℃で９０分間前硬化させた後、１００ ℃で１０時間最終硬化させた。硬化後、繊維ディスクを曲げた。 試験用に、被覆研磨ディスクを傾斜裏打ちパッドに取り付け、３０４ステンレ ススチール１．２５cm×１８cm加工物の面を研磨するのに使用した。ディスクを ５５００rpmで操縦し、裏打ちパッドのはす縁の上にあるディスクの一部を約６k gの負荷で加工物に接触させた。他に記載がなければ、各ディスクを使用して、 別個の加工物を１分間隔で計１０分間研磨した。切断総量は、試験期間を通して 除去された金属の量の合計であった。 比較例Ａ研磨粒子が中に組込まれた被覆研磨ディスクの切断総量は１７９ｇで あった。実施例１砥粒が中に組込まれたディスクの切断総量は１８４ｇであった 。 比較例Ｂおよび実施例２ 焼成アルミナ粒子（比較例Ａに記載の通りに作製）１０００ｇに、ＺrＯ₂ゾル （２０重量％ＺrＯ₂、Ｔhe ＰＱ Ｃorporationから「ＮＹＡＣＯＬ Ｚr 150/20 」の商品名で入手）９０ｇを混合しておいた希土類酸化物溶液（比較例Ａに記載 の通りに調製）５００mlを含浸させることによって比較例Ｂを作製した。含浸ア ルミナ粒子を部分的に乾燥させ、瞬間焼成させ、１４００℃の回転窯で５分間焼 結させた。得られた研磨粒子には、その外面の被膜として約１．５％のＺrＯ₂が 存在していた。 比較例Ｂ研磨粒子５０ｇをグラファイト粉末１０ｇと配合したことと、炉雰囲 気がアルゴンであったこと以外は、実施例１に記載の通りに実施例２砥粒を作製 した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部はＺrＣに変換されていた。 実施例３ ＺrＯ₂ゾル２０重量％の代わりにＺrＯ₂−硝酸塩ゾル（粒子サイズ５〜１０nm 、Ｎyacol から「Ｎyacol 10/20」の商品名で入手可能）を使用したこと、およ びカーボン粉末１０ｇの代わりにグラファイト粉末７ｇと窒化ホウ素粉末２ｇ（ 両者ともＣerac，Ｉnc.から市販されている）の混合物を使用したこと以外は実 施例２に記載の通りに実施例３砥粒を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部は ＺrＣに変換されていた。 金属窒化物被膜 実施例４および５ 酸性化した水（脱イオン水６９．８部に硝酸２．３部を加えることによって調 製）７２．１部にベーマイト（「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」）２８．５部を分散させるこ とにより、実施例４砥粒および実施例５砥粒を調製した。得られたゾルを２４時 間乾燥させると砕け易い固体が生じ、これを粉砕機（Ｂraun Ｃorp.が製造した Ｕ.Ａ.型）で粉砕し、約０．１２５〜２mmに選別した。選別された乾燥ゾルを、 約６５０℃の回転窯（長さ１２２cm、内径１５．２４cm、ステンレススチール管 ）内で、滞留時間１分、６５０℃で焼成すると、結合した揮発性物質が実質的に 除去された。この粒子は、焼成アルミナ粒子と呼ばれる。 硝酸ランタン溶液、硝酸ネオジム溶液、および硝酸イットリウム溶液（20.5% Ｌa(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、20.1% Ｎd(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、および26.1% Ｙ(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂ Ｏ、Ｍolycorp，Ｌourviers，ＣＯから入手可能）を、硝酸マグネシウム溶液(1 1% Ｍg(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ、Ｍallinckrodt Ｃhemical，Ｐaris，ＫＹから入手可能 )および硝酸コバルト溶液(15% Ｃo(ＮＯ₃)₂・6Ｈ₂Ｏ、Ｈall Ｃhemical，Ｗickli ffe，ＯＨから入手可能)の十分量と配合することによって希土類酸化物溶液を調 製し、Ｎd(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ約5.8%、Ｙ(ＮＯ₃)₃・6Ｈ₂Ｏ約7.1%、Ｍg(ＮＯ₃)₂・6Ｈ₂ Ｏ約14.4%、Ｃo(ＮＯ₃)₂・6Ｈ₂Ｏ約0.4%およびバランス脱イオン水を含有する溶 液とした。 この焼成アルミナ粒子２５０ｇに希土類酸化物溶液１２５mlを含浸させ、送 風機を使用して部分的に乾燥させた。得られた物質を１５０℃で約１時間乾燥さ せ、回転窯内で約６５０で１分間、再度焼成させ、１４００℃の回転窯（内径７ ．５cm、長さ１２０cmの回転ＳiＣ管）内で５分間焼結させた。 上で作製した研磨粒子１０ｇを、Ｆisherサイズが１．９５μｍのグラファイ ト粉末（貯蔵番号6-1059でＣerac，Ｉnc.から市販されている）とグラファイト るつぼ（長さ約７．５cm、幅２．５cm、深さ２cm）内で配合することによって、 実施例４砥粒を作製した。るつぼをムライト管炉に入れた。管炉は長さ約１１７ cm、外径７．６cmであった。管炉を密閉し、窒素ガスを２時間流した。管炉中に 、約２．０７Ｎ/cm²（３psi）の陽圧を有する窒素流動雰囲気を確立させた。管 炉の温度を約１２２５℃（内部温度）に上昇させ、１時間維持した。炉を室温ま で冷却させた後、るつぼを取り出し、スクリーニングによってグラファイト粉末 と砥粒を分けた。このようにして得られた砥粒は灰色／金色であった。 研磨粒子２０ｇをグラファイト粉末５ｇと混合し、約１３２５℃で９０分間加 熱したこと以外は実施例４に記載の通りに実施例５砥粒を作製した。得られた砥 粒の外観は輝いた灰色／金色であった。 比較例Ｃおよび実施例６ 実施例４および５に使用した研磨粒子に関する記載の通りに比較例Ｃ研磨粒子 を作製した。 比較例Ｃ研磨粒子５０ｇをグラファイト粉末１０ｇと配合することによって、 実施例６砥粒を作製した。この混合物をグラファイトるつぼ（長さ約１５cm、幅 約６．５cm、深さ１．５cm）に入れ、これをムライト管炉に入れた。管炉を密閉 し、真空吸引して空気をすべて除去し、約２．０７Ｎ/cm²（３psi）の窒素ガス 圧を確立した。管炉およびその内容物を約１３２５℃に加熱し、その温度に２時 間維持した。２時間の終わりに、粉末を遮断し、炉を室温まで冷却させた。加熱 中、２．０７Ｎ/cm²（３psi）の背圧を有する窒素ガスの流れを維持した。スク リーニングによって砥粒をグラファイトと分け、水で洗浄して乾燥させた。 ＡＮＳＩ Ｇrade 50比較例Ｃ研磨粒子および実施例６砥粒を各々研磨ディスク に組込んだ。被覆研磨粒子は、従来の被覆研磨材作製方法に従って作製した。直 径１７．８cmで、且つ２．２cmのセンター穴がある加硫繊維バッキングに研磨粒 子または砥粒を接着した。構成樹脂は従来の炭酸カルシウム添加フェノール樹脂 であった。研磨粒子または砥粒を構成樹脂に静電塗付し、これを８８℃で９０分 間前硬化させた。サイズ樹脂は従来の氷晶石添加フェノール樹脂であり、これを 研磨粒子または砥粒に塗付し、８８℃で９０分間前硬化させた後、１００℃で１ ０時間最終硬化させた。硬化後、繊維ディスクを曲げた。 試験用に、被覆研磨ディスクを傾斜裏打ちパッドに取り付け、ステンレススチ ール１．２５cm×１８cm加工物の面を研磨するのに使用した。ディスクを５５０ ０rpmで操縦し、裏打ちパッドのはす縁の上にあるディスクの一部を約６kgの負 荷で加工物に接触させた。他に記載がなければ、各ディスクを使用して、別個の ３０４ステンレススチール加工物を１分間隔で計１０分間研磨した。切断総量は 、試験期間を通して除去された金属の量の合計であった。 実施例６も比較例Ｃもディスク２枚を試験し、そのぞれの結果を平均した。実 施例６被覆研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｃ被覆研磨ディスクＣの切断総 量の１０７％であった。 比較例Ｄ、実施例７および具体例Ｉ 焼成アルミナ粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）５００ｇに、８％ Ｃo(ＮＯ₃)を含む溶液を提供するためにＣo(ＮＯ₃)₂・6Ｈ₂Ｏを加えておいた希土 類酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに調製）２５０mlを含浸させるこ とによって比較例Ｄ研磨粒子を作製した。含浸アルミナ粒子を瞬間焼成し、１４ ００℃で５分間焼結させた。このようにして得られた粒子はＣoＯが約１％の被 膜を有し、ＡＮＳＩ Ｇrade 36に選別した。 グラファイトるつぼ（内径約６．５cm×高さ約１５cm）に、その約半分に比較 例Ｄ研磨粒子を満たすことによって具体例Ｉ砥粒を作製した。上に蓋をのせ、 Ａstro（ＴＭ）炉（Ｓanta Ｒose，ＣＡから入手）内、流動窒素雰囲気下、２． ０７Ｎ/cm²（３psi）の背圧で、るつぼおよびその内容物を１５００℃に６０分 間加熱した。得られた砥粒は金色ではなく、一様灰色であったが、これはグラフ ァイトるつぼの上の蓋のために、窒素を利用できなかった結果と思われる。 比較例Ｃ研磨粒子ではなく比較例Ｄ研磨粒子５０ｇを使用したこと以外は実施 例６に記載の通りに、実施例７砥粒を作製した。 ＡＮＳＩ Ｇrade 36比較例Ｄ研磨粒子および具体例Ｉ砥粒を、各々上述の研磨 ディスクに組込んだ。比較例Ｄの場合はディスク１枚を試験し、具体例Ｉの場合 はディスク２枚を試験した。 具体例Ｉを被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｄ研磨ディスクの切 断総量の７０％であった。 比較例Ｄ研磨粒子および実施例７砥粒を各々被覆研磨ディスクに組込み、上述 の通り３０４ステンレススチール加工物で試験した。 実施例７を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｄ研磨ディスクの切 断総量の１０７％であった。 実施例８および９ 焼成アルミナ粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）２５０ｇを希土類 酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに作製）１２５mlと配合し、送風機 で部分的に乾燥させた。この含浸アルミナ粒子２５０ｇをアルコキシド溶液と混 合することによって、イソプロピルアルコール中にチタンテトラブチルアルコキ シド５０ｇを含有する溶液２００mlを含浸アルミナ粒子に塗付した。この粒子を １５０℃で約１時間乾燥させた。乾燥粒子を約６５０℃で瞬間焼成し、１４００ ℃の回転窯内で５分間焼結させた。このようにして得られた焼結研磨粒子はＴi Ｏ₂の被膜を含んでいた。 ＴiＯ₂を被覆した研磨粒子（前段に記載の通り作製）１０ｇをグラファイト粉 末１０ｇと混合し、実施例３に記載の通りに加熱することにより、施例８砥粒を 作 製した。このようにして得られた砥粒は灰色／金色であった。 ＴiＯ₂を被覆した研磨粒子２０ｇをグラファイト粉末５ｇと混合し、１３２５ ℃に２時間加熱したこと以外は実施例８に記載の通りに実施例９砥粒を作製した 。このようにして得られた砥粒は灰色／金色であった。 実施例１０ 焼成アルミナ粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）５００ｇを、Ｚr Ｏ₂ゾル（ＺrＯ₂ ２０重量％、「Ｎyacol Ｚr 150/20"」の商品名でＰＱ Ｃorp orationから入手可能）４０ｇを混合しておいた希土類酸化物溶液（実施例４お よび５に記載の通りに作製）２５０mlと混合することによって実施例１０砥粒を 作製した。含浸アルミナ粒子を部分的に乾燥させ、瞬間焼成し、１４００℃の回 転窯内で５分間焼結させた。このようにして得られた研磨粒子には、約１．５％ のＺrＯ₂が被膜として存在していた。このＺrＯ₂を被覆した研磨粒子２０ｇをグ ラファイト粉末５ｇと混合し、実施例５の条件で２時間加熱した。得られた砥粒 は金色のＺrＮ被膜を有する灰色の外面を有していた。 比較例Ｅおよび実施例１１ 実施例１０の１．５％ＺrＯ₂被覆研磨粒子と同じ方式で比較例Ｅ研磨粒子を作 製し、ＡＮＳＩ Ｇrade 50に選別した。 比較例Ｅ研磨粒子５０ｇを使用したこと以外は実施例９に記載の通りに実施例 １１砥粒を作製した。生じた砥粒は金色／ブロンズ色で、ＺrＯ₂被膜の少なくと も一部がＺrＮに変換したことがわかった。 比較例Ｅ研磨粒子および実施例１１砥粒を各々被覆研磨ディスクに組込み、金 属窒化物被膜に関するセクションに上述した通り３０４ステンレススチール加工 物で試験した。 実施例１１を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｅ研磨ディスクの 切断総量の１１９％であった。 比較例ＦおよびＧならびに実施例１２および１３ 焼成アルミナ粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）１０００ｇに希土 類酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに作製）５００mlを含浸させるこ とによって比較例Ｆ研磨粒子を作製した。この含浸アルミナ粒子１０００ｇをジ ルコニウム−ｎ−プロポキシド溶液と混合することによって、イソプロピルアル コール中にジルコニウム−ｎ−プロポキシド（Ａlfa，Ｄanver，ＭＡから市販さ れている）２５ｇを含有する溶液１５０mlを含浸アルミナ粒子に塗付した。送風 機で粒子を乾燥させた。アルコキシを被覆した、含浸アルミナ粒子を瞬間焼成し 、１４００℃の回転窯内で５分間焼結させた。このようにして得られたＺrＯ₂の 被膜を有する研磨粒子をＡＮＳＩ Ｇrade 50に選別した。 焼成アルミナ粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）５００ｇに希土類 酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに作製）２５０mlを含浸させること によって比較例Ｇ研磨粒子を作製した。チタンイソプロポキシド３５ｇをイソプ ロピルアルコールと混合して最終体積１５０mlとした。この溶液を含浸して部分 的に乾燥した研磨粒子に塗付した。含浸した、被覆研磨粒子を瞬間焼成し、１４ ００℃の回転窯で５分間焼結させた。このようにして得られた研磨粒子はＴiＯ₂ の被膜を有しており、これをＡＮＳＩ Ｇrade 50に選別した。 比較例Ｆ研磨粒子５０ｇをグラファイト粉末１０ｇと混合したこと以外は実施 例９に記載の通りに実施例１２砥粒を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部は ＺrＮに変換され、金色／ブロンズ色を有していた。砥粒は全体に灰色であった 。 比較例Ｇ研磨粒子５０ｇを使用し、加熱および冷却を窒素雰囲気下で行い、浸 漬はＮＨ₃雰囲気下であったこと以外は実施例１２に記載の通りに実施例１３砥 粒を作製した。ＴiＯ₂被膜の少なくとも一部は琥珀色／金色を有するＴiＮに変 換されていた。砥粒は全体に灰色であった。 比較例Ｆ研磨粒子および実施例１２砥粒を各々被覆研磨ディスクに組込み、上 述の通り３０４ステンレススチール加工物で試験した。 実施例１２を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｆ研磨ディスクの 切断総量の１３０％であった。 比較例Ｇ研磨粒子および実施例１３砥粒を研磨ディスクに組込み、金属窒化物 被膜に関するセクションに上述した通り、１２分間エンドポイントまで１０１８ 軟鋼加工物で試験した。 実施例１３を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｇ被覆研磨ディス クの切断総量の１１７％であった。 実施例Ｈおよび比較例１４および１５ 焼成した研磨粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）１０００ｇに希土 類酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに作製）５００mlを含浸させ、こ れにＺrＯ₂ゾル（ＺrＯ₂ ２０重量％、「Ｎyacol Ｚr 150/20」の商品名でＮyac olから入手可能）９０ｇを加えることによって比較例Ｈ研磨粒子を作製した。含 浸した材料を瞬間焼成し、１４００℃の回転窯内で５分間焼結させた。このよう にして得られた研磨粒子には、約１．５％のＺrＯ₂が被膜として存在しており、 これをＡＮＳＩ Ｇrade 40に選別した。 比較例Ｈ研磨粒子５０ｇを使用したこと以外は実施例１３に記載の通りに実施 例１４砥粒を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部は金色を有するＺrＮに変 換されていた。砥粒は全体に灰色であった。 加熱、浸漬、および冷却が９０／１０ 窒素／水素雰囲気下であったこと以外 は実施例１４に記載の通りに実施例１５砥粒を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくと も一部は金色を有するＺrＮに変換されていた。砥粒は全体に灰色であった。 ＡＮＳＩ Ｇrade 40比較例Ｈ研磨粒子および実施例１５砥粒を各々研磨ディス クに組込み、金属窒化物被膜に関するセクションで上述した通り、４分間エンド ポイントまでチタン加工物で試験し、１０分間エンドポイントまで３０４ステン レススチール加工物で試験した。 チタンの場合、実施例１５を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例 Ｈ研磨ディスクの切断総量の１４２％であった。ステンレススチールの場合、実 施例１６を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｈ研磨ディスクの切断 総量の１０６％であった。 別の実験で、ＡＮＳＩ Ｇrade 40比較例Ｈ研磨粒子を可溶性デンプン粉末１０ ｇと混合し、さらに雰囲気が１００％窒素であったこと以外は実施例１４に記載 の通りに処理した。しかし、加熱中のほぼ中間にムライト管が割れたため、実験 は完了しなかった。デンプンは発泡してるつぼから流れ出たが、研磨粒子を被覆 した。 比較例Ｉおよび実施例１６〜１９ 粒子サイズがさらに細かいＺrＯ₂−硝酸塩ゾル（５〜１０nm、「Ｎyacol Ｚr1 0/20"」の商品名でＮyacolから入手可能）を使用したこと以外は比較例Ｈに記載 の通りに比較例Ｉ研磨粒子を作製した。このようにして得られた研磨粒子はＺr Ｏ₂被膜を有し、これをＡＮＳＩ Ｇrade 50に選別した。 比較例Ｉ研磨粒子５０ｇを使用し、加熱が８５／１５ 窒素／水素雰囲気中で あったこと以外は実施例１５に記載の通りに実施例１６砥粒を作製した。ＺrＯ₂ 被膜の少なくとも一部は金色／褐色を有するＺrＮに変換されていた。 グラファイト５ｇを使用し、加熱が３０分間であったこと以外は実施例１６に 記載の通りに実施例１７砥粒を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部はＺrＮ に変換されていた。 加熱が６０分間であったこと以外は実施例１７に記載の通りに実施例１８砥粒 を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部はＺrＮに変換されていた。 比較例Ｉ研磨粒子１２５ｇを使用したこと以外は実施例１６に記載の通りに実 施例１９砥粒を作製した。ＺrＯ₂被膜の少なくとも一部はＺrＮに変換されてい た。 比較例Ｉおよび実施例１７、１８、および１９の研磨粒子／砥粒を各々上述の 研磨ディスクに組込んだ。金属窒化物被膜に関するセクションに上述した通り、 １２分間エンドポイントまで１０１８軟鋼加工物で試験した。 実施例１７を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｉ被覆研磨ディス クの切断総量の１０２％であり、実施例１８を被覆した研磨ディスクの平均切断 総量は比較例Ｉ被覆研磨ディスクの切断総量の１０８％であり、実施例１９を被 覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｉ被覆研磨ディスクの切断総量の１ ０５％であった。 比較例Ｊおよび実施例２０ 焼成アルミナ粒子（実施例４および５に記載の通りに作製）５００ｇに希土類 酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに作製）２５０mlを含浸させ、これ にヒュームドＴiＯ₂粉末（ＤeＧussa Ｃorp.,Ｔeterboro，ＮＪから「ＴＩＴＡ ＮＤＩＯＸＩＤ Ｐ-25"」の商品名で入手可能）３．５ｇおよび２０重量％ Ｚr Ｏ₂ゾル１４ｇを加えることによって比較例Ｊ研磨粒子を作製した。含浸した粒 子を１４００℃の回転窯内で５分間焼成させた。このようにして得られた粒子を ＴiＯ₂／ＺrＯ₂混合物で被覆し、ＡＮＳＩ Ｇrade 36に選別した。 比較例Ｊ研磨粒子５０ｇを使用したこと以外は実施例１８に記載の通りに実施 例２０砥粒を作製した。ＴiＯ₂／ＺrＯ₂被膜は金色を有するＴiＮ／ＺrＮ被膜に 変換されていた。 比較例Ｊ研磨粒子および実施例２０砥粒を各々研磨ディスクに組込み、金属窒 化物被膜に関するセクションに上述した通り、１２分間エンドポイントまで１０ １８軟鋼加工物で試験した。 実施例２０を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｊ被覆研磨ディス クの切断総量の１０６％であった。 比較例Ｋおよび実施例２１ 比較例Ｋ研磨粒子は、「ＮＺＸ」の商品名でＮorton Ｃo.から市販されている ＡＮＳＩ Ｇrade 60溶融アルミナ−ジルコニア研磨粒子であった。 比較例Ｋ研磨粒子５０ｇを使用したこと以外は実施例１８に記載の通りに実施 例２１砥粒を作製した。ＺrＯ₂が金色／褐色を有するＺrＮに変換された、表層 が形成された。 ＡＮＳＩ Ｇrade 60比較例Ｋ研磨粒子および実施例２１砥粒を研磨ディスクに 組込み、金属窒化物被膜に関するセクションに上述した通り、１２分間エンドポ イントまで１０１８軟鋼加工物で試験した。 実施例２１を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｋ被覆研磨ディス クの切断総量の１０８％であった。 比較例Ｌおよび実施例２２ 比較例Ｌ研磨粒子は「ＦＳＸ」の商品名でＮorton Ｃo.から市販されているＡ ＮＳＩ Ｇrade 40青色溶融アルミナ研磨粒子であり、その上にＴiＯ₂層を被覆し た。ヒュームドＴiＯ₂（「ＴＩＴＡＮＤＩＯＸＩＤ Ｐ-25」）３．５ｇを水２５ｇ に混合することによってＴiＯ₂層を作製した。この分散液を溶融アルミナ研磨粒 子１００ｇと混合した。この研磨粒子を乾燥させ、１３００℃で３０分間焼成し た。このようにして得られた研磨粒子はＴiＯ₂被膜を有していた。 比較例Ｌ研磨粒子５０ｇを使用し、２時間加熱したこと以外は実施例１８に記 載の通りに実施例２２砥粒を作製した。 ＡＮＳＩ Ｇrade 40比較例Ｌ研磨粒子および実施例２２砥粒を各々研磨ディス クに組込み、金属窒化物被膜に関するセクションに上述した通り、１２分間エン ドポイントまで１０１８軟鋼加工物で試験した。 実施例２２を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｌ被覆研磨ディス クの切断総量の１０９％であった。 比較例Ｍおよび実施例２３ 比較例Ｍ研磨粒子は「ＦＳＸ」の商品名でＮorton Ｃo.から市販されているＡ ＮＳＩ Ｇrade 40青色溶融アルミナ研磨粒子であり、その上にＺrＯ₂層を被覆し た。水中で２０重量％のＺrＳＯ₂ゾル１８ｇ（ＺrＳＯ₂ ３．５ｇを与える）を 混合すること によってＺrＳＯ₂層を作製した。この分散液を青色溶融アルミナ研磨粒子１００ ｇに加えた。この研磨粒子を乾燥させ、１３００℃で３０分間焼成した。このよ うにして得られた研磨粒子はＺrＯ₂被膜を有していた。 比較例Ｍ研磨粒子５０ｇを使用したこと以外は実施例２２に記載の通りに実施 例２３砥粒を作製した。 ＡＮＳＩ Ｇrade 40比較例Ｍ研磨粒子および実施例２３砥粒を各々研磨ディス クに組込み、金属窒化物被膜に関するセクションに上述した通り、１２分間エン ドポイントまで１０１８軟鋼加工物で試験した。 実施例２３を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｍ被覆研磨ディス クの切断総量の１００％であった。 比較例Ｎおよび実施例２４ 焼成前に、米国特許第５，２０１，９１６号（Ｂergら）に教示されている通 りにゲルを三角に造形したこと以外は、実施例４および５に記載の通りに比較例 Ｎ研磨粒子を作製した。この焼成アルミナ三角１５０ｇに、２０重量％のＺrＯ₂ ゾル１２ｇを加えておいた希土類酸化物溶液（実施例４および５に記載の通りに 作製）７５mlを含浸させた。このようにして得られた含浸流子を乾燥させ、１４ ００℃で５分間焼成した。 比較例Ｍ研磨粒子６０ｇをグラファイト１０ｇと混合したこと以外は実施例１ ８に記載の通りに実施例２４砥粒を作製した。得られた砥粒はＺrＮで被覆され ていた。 ＡＮＳＩ Ｇrade 24比較例Ｍ研磨粒子および実施例２４砥粒を各々研磨ディス クに組込み、金属窒化物被膜に関するセクションに上述した通り、１２分間エン ドポイントまで１０１８軟鋼加工物で試験した。 実施例２４を被覆した研磨ディスクの平均切断総量は比較例Ｍ被覆研磨ディス クの切断総量の１０３％であった。 実施例２５ ゲルが酸化鉄成核物質を含有しており、棒状に押出したこと以外は、比較例Ｍ に記載の通りに実施例２５の作製に使用した研磨粒子を作製した。酸化鉄成核物 質は鉄オキシヒドロキシド(γ−ＦeＯＯＨ)、鱗繊石、平均粒子サイズが約０． ０５〜０．１μｍの針状粒子の水性分散液であった。得られた棒は、理論ベース で、２％のＦe₂Ｏ₃を含んでいた。上述の酸化鉄含有砥粒（棒）６０ｇを使用し たこと以外は実施例２４に記載の通りに窒化物被覆砥粒を作製した。このように して得られた砥粒はＺrＮで被覆されていた。 本発明の様々な修正および変更は、半発明の範囲および精神から逸脱すること なく、当業者に明白になるであろう。本発明は、本願明細書に記載の例示的実施 態様に不当に限定されないと理解すきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数のアルファアルミナを主成分とする研磨粒子であって、その各々が金 属酸化物を含有する外面を有する研磨粒子を、炭素源の存在下、前記金属酸化物 の少なくとも一部を金属炭化物に変換するのに十分な時間、温度、および非酸化 性雰囲気下で、加熱することを含む、アルファアルミナを主成分とする砥粒を作 製する方法。 ２．前記炭素源が微粒子炭素源である、請求項１に記載の方法。 ３．前記アルファアルミナを主成分とする研磨粒子の少なくとも一部が、各々 が外面およびコアの前記外面の少なくとも一部を覆う金属酸化物被膜を有するア ルファアルミナを主成分とするコアを含む、請求項２に記載の方法。 ４．前記金属酸化物被膜の平均の厚さが約０．１〜約２０μｍの範囲である、 請求項３に記載の方法。 ５．前記金属酸化物被膜が金属酸化物微粒子を含む、請求項３に記載の方法。 ６．前記金属酸化物被膜が前記コアの前記外面の少なくとも７０％を覆う、請 求項５に記載の方法。 ７．前記被膜の厚さが約０．１〜約２０μｍの範囲である、請求項５に記載の 方法。 ８．前記金属酸化物微粒子が前記コアの前記外面に自原的に結合する、請求項 ５に記載の方法。 ９．前記金属酸化物被膜が前記コアの前記外面の少なくとも７０％を覆う、請 求項３に記載の方法。 １０．前記金属酸化物被膜がチタン、ジルコニウム、アルミニウム、クロム、 ケイ素、バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオビウムの各酸化物、およびそ れらの組み合わせから成る群から選択される、請求項３に記載の方法。 １１．前記アルファアルミナを主成分とする研磨粒子の少なくとも一部が、焼 結された、多結晶アルファアルミナを主成分とするセラミック粒子である、請求 項２に記載の方法。 １２．前記研磨粒子の少なくとも一部が、各々外面および前記コアの前記外面 の少なくとも一部を覆う金属酸化物被膜を有する焼結された、多結晶アルファア ルミナを主成分とするセラミックコアを含む、請求項２に記載の方法。 １３．前記金属酸化物がチタン、ジルコニウム、アルミニウム、クロム、ケイ 素、バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオビウムの各酸化物およびそれらの 混合物から成る群から選択される、請求項２に記載の方法。 １４．前記金属酸化物がコアの前記外面の少なくとも７０％を覆う、請求項２ に記載の方法。 １５．前記微粒子炭素源がグラファイト粉末である、請求項２に記載の方法。 １６．前記微粒子炭素源がカーボン粉末である、請求項２に記載の方法。 １７．前記雰囲気がヘリウム、アルゴン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素およ びその組み合わせから成る群から選択される、請求項２に記載の方法。 １８．前記炭素源が前記研磨粒子の前記外面に存在する炭質材料である、請求 項１に記載の方法。 １９．前記炭素源が前記研磨粒子の前記外面に存在する硬化したフェノール樹 脂である、請求項１に記載の方法。 ２０．研磨用物品（１０、２０）を製造する方法であって、 （ａ）複数のアルファアルミナを主成分とする研磨粒子であって、各々が 金属酸化物を含有する外面を有する研磨粒子を、炭素源の存在下で、前記金属酸 化物の少なくとも一部を金属炭化物に変換して、その少なくとも一部が前記金属 炭化物を含む外面を有する複数の砥粒（１４、２１、３２）を提供するのに十分 な時間、温度、および非酸化性雰囲気下で加熱する工程と、 （ｂ）前記砥粒（１４、２１、３２）を結合剤（１５、１６、３４）を含 む研磨用物品（１０、２０）に組込む工程と を含む方法。 ２１．前記結合剤（１５、１６、３４）が有機結合剤である請求項２０に記載 の研磨用物品（１０、２０）を製造する方法。 ２２．複数のアルファアルミナを主成分とする研磨粒子であって、各々が金属 酸化物を含有する外面を有する研磨粒子を、炭素源の存在下で、前記金属酸化物 の少なくとも一部を金属窒化物に変換するのに十分な時間、温度、および非酸化 性窒素含有雰囲気下で加熱する工程を含む、アルファアルミナを主成分とする砥 粒を製造する方法。 ２３．前記炭素源が微粒子炭素源である、請求項２２に記載の方法。 ２４．前記アルファアルミナを主成分とする研磨粒子の少なくとも一部が、各 々外面および前記コアの前記外面の少なくとも一部を覆う金属酸化物被膜を有す るアルファアルミナを主成分とするコアを含む、請求項２３に記載の方法。 ２５．前記金属酸化物被膜の平均の厚さが約０．１〜約２０μｍの範囲である 、請求項２４に記載の方法。 ２６．前記金属酸化物被膜が金属酸化物微粒子を含む、請求項２４に記載の方 法。 ２７．前記金属酸化物被膜が前記コアの前記外面の少なくとも７０％を覆う、 請求項２６に記載の方法。 ２８．前記被膜の厚さが約０．１〜約２０μｍの範囲である、請求項２６に記 載の方法。 ２９．前記金属酸化物微粒子が前記コアの前記外面に自原的に結合する、請求 項２６に記載の方法。 ３０．前記金属酸化物被膜が前記コアの前記外面の少なくとも７０％を覆う、 請求項２４に記載の方法。 ３１．前記金属酸化物被膜がチタン、ジルコニウム、アルミニウム、ホウ素、 クロム、ケイ素、バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオビウムの各酸化物お よびそれらの混合物から成る群から選択される、請求項２４に記載の方法。 ３２．前記アルファアルミナを主成分とする研磨粒子の少なくとも一部が、焼 結した、多結晶アルファアルミナを主成分とするセラミック粒子である、請求項 ２３に記載の方法。 ３３．前記研磨粒子の少なくとも一部が、各々外面および前記コアの前記外面 の少なくとも一部を覆う金属酸化物被膜を有する焼結した多結晶アルファアルミ ナを主成分とするセラミックコアを含む、請求項２３に記載の方法。 ３４．前記金属酸化物が、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、クロム、ホ ウ素、ケイ素、バナジウム、タンタル、ハフニウム、ニオビウムの各酸化物およ びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項２３に記載の方法。 ３５．前記金属酸化物が前記コアの前記外面の少なくとも７０％を覆う、請求 項２３に記載の方法。 ３６．前記微粒子炭素源がグラファイト粉末である、請求項２３に記載の方法 。 ３７．前記微粒子炭素源がカーボン粉末である、請求項２３に記載の方法。 ３８．前記雰囲気が窒素、アンモニウム、およびその組み合わせから成る群か ら選択される、請求項２３に記載の方法。 ３９．前記炭素源が前記研磨粒子の前記外面に存在する炭質材料である、請求 項２２に記載の方法。 ４０．前記炭素源が前記研磨粒子の前記外面に存在する硬化したフェノール樹 脂である、請求項２２に記載の方法。 ４１．研磨用物品（１０、２０）を製造する方法であって、 （ａ）複数のアルファアルミナを主成分とする研磨粒子であって、各々が 金属酸化物を含有する外面を有する研磨粒子を、炭素源の存在下、前記金属酸化 物の少なくとも一部を金属窒化物に変換して、その少なくとも一部が前記金属窒 化物を含む外面を有する複数の砥粒（１４、２１、３２）を提供するのに十分な 時間、温度、および非酸化性窒素含有雰囲気下で加熱する工程と、 （ｂ）前記砥粒（１４、２１、３２）を結合剤（１５、１６、３４）を含 む研磨用物品（１０、２０）に組込む工程と を含む方法。 ４２．前記結合剤（１５、１６、３４）が有機結合剤である請求項４１に記載 の研磨用物品（１０、２０）を製造する方法。