JP2003145416A - 窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料 - Google Patents
窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料Info
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- C09G1/00—Polishing compositions
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ケイ素及びサイアロンセラミックスのト
ライボケミカル反応による研磨を高能率で行うことを可
能とする新しい研磨材料及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 被研磨材である窒化ケイ素セラミックス
あるいはサイアロンセラミックスのトライボケミカル反
応による研磨を行うための研磨材料であって、当該研磨
材料は、セラミックス焼結体で構成されており、その焼
結体の粒界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研
磨セラミックスを溶解反応させる元素を含むことを特徴
とする上記研磨材料、及びその製造方法。
ライボケミカル反応による研磨を高能率で行うことを可
能とする新しい研磨材料及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 被研磨材である窒化ケイ素セラミックス
あるいはサイアロンセラミックスのトライボケミカル反
応による研磨を行うための研磨材料であって、当該研磨
材料は、セラミックス焼結体で構成されており、その焼
結体の粒界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研
磨セラミックスを溶解反応させる元素を含むことを特徴
とする上記研磨材料、及びその製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ケイ素セラミ
ックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料に関する
ものであり、更に詳しくは、被研磨材である窒化ケイ素
セラミックス及びサイアロンセラミックスのトライボケ
ミカル反応による研磨を高能率で行うことを可能とする
新しい研磨材料及びその製造方法に関するものである。
ックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料に関する
ものであり、更に詳しくは、被研磨材である窒化ケイ素
セラミックス及びサイアロンセラミックスのトライボケ
ミカル反応による研磨を高能率で行うことを可能とする
新しい研磨材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、摩擦し合う表面は、その摩擦熱
で化学反応が著しく促進される現象、即ち、トライボケ
ミカル反応が起こるが、この現象をセラミックスの研磨
に利用する技術として、水中にてセラミックス同士を摩
擦させて、一方の摩擦面を研磨する技術が知られてい
る。
で化学反応が著しく促進される現象、即ち、トライボケ
ミカル反応が起こるが、この現象をセラミックスの研磨
に利用する技術として、水中にてセラミックス同士を摩
擦させて、一方の摩擦面を研磨する技術が知られてい
る。
【０００３】例えば、窒化ケイ素セラミックスを、砥粒
番手＃４００程度で研削し、その研削面同士を水中で摩
擦させると、研削表面粗さの突起部分は、トライボケミ
カル反応（窒化ケイ素セラミックスは水と反応して水和
物となる）によって溶解するため、その突起高さは非常
に小さくなり、その結果、滑らかな表面が得られる。
番手＃４００程度で研削し、その研削面同士を水中で摩
擦させると、研削表面粗さの突起部分は、トライボケミ
カル反応（窒化ケイ素セラミックスは水と反応して水和
物となる）によって溶解するため、その突起高さは非常
に小さくなり、その結果、滑らかな表面が得られる。
【０００４】特に、トライボケミカル反応による研磨
は、従来の研磨粒子（ダイヤモンド、シリカ等）を使わ
ない研磨方法であるために、高面圧下でも、研磨粒子に
よる傷を残さずに滑らかな表面を得ることができる。そ
の結果、この研磨方法は、従来よりも短時間（従来の１
／５〜１／１０）で研磨を完了することが可能であるこ
とを特徴としている。これらの先行技術を示す文献とし
て、S. R. Hah and T. E. Fischer, "Tribochemical Po
lishing of Silicon Nitride", J. Electrochem. Soc.,
145, 5 (1998) 1708 、H. Tomizawa and T. E. Fische
r, "Friction and Wear of Silicon Nitride and Silic
on Carbide in water", ASLE Trans., 30, 1 (1987) 4
1. 等が挙げられる。
は、従来の研磨粒子（ダイヤモンド、シリカ等）を使わ
ない研磨方法であるために、高面圧下でも、研磨粒子に
よる傷を残さずに滑らかな表面を得ることができる。そ
の結果、この研磨方法は、従来よりも短時間（従来の１
／５〜１／１０）で研磨を完了することが可能であるこ
とを特徴としている。これらの先行技術を示す文献とし
て、S. R. Hah and T. E. Fischer, "Tribochemical Po
lishing of Silicon Nitride", J. Electrochem. Soc.,
145, 5 (1998) 1708 、H. Tomizawa and T. E. Fische
r, "Friction and Wear of Silicon Nitride and Silic
on Carbide in water", ASLE Trans., 30, 1 (1987) 4
1. 等が挙げられる。
【０００５】しかし、この種の研磨方法の問題点は、研
磨材である窒化ケイ素セラミックスも同時に摩耗してし
まうことである。そのため、いかに研磨能率（被研磨材
の研磨量／研磨材の摩耗量）を向上させるかが当該技術
分野における課題であり、それを解決することを可能に
する新しい技術を開発することが当該技術分野において
強く要請されていた。
磨材である窒化ケイ素セラミックスも同時に摩耗してし
まうことである。そのため、いかに研磨能率（被研磨材
の研磨量／研磨材の摩耗量）を向上させるかが当該技術
分野における課題であり、それを解決することを可能に
する新しい技術を開発することが当該技術分野において
強く要請されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記研磨能
率（被研磨材の研磨量／研磨材の摩耗量）を向上させる
ことができる新しい方法を開発することを目標として鋭
意研究を積み重ねた結果、セラミックス焼結体で構成さ
れる研磨材料において、その焼結体の粒界、粒内、気孔
の１種以上の部分に被研磨セラミックスを溶解反応させ
る元素を含むセラミックス焼結体を研磨材として使用す
ることにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本
発明を完成するに至った。即ち、本発明は、トライボケ
ミカル反応による窒化ケイ素セラミックス及びサイアロ
ンセラミックスの研磨を高能率に行うことを可能とする
新しい研磨用セラミックス材料を提供することを目的と
するものである。また、本発明は、上記新規研磨材料を
製造する方法を提供することを目的とするものである。
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記研磨能
率（被研磨材の研磨量／研磨材の摩耗量）を向上させる
ことができる新しい方法を開発することを目標として鋭
意研究を積み重ねた結果、セラミックス焼結体で構成さ
れる研磨材料において、その焼結体の粒界、粒内、気孔
の１種以上の部分に被研磨セラミックスを溶解反応させ
る元素を含むセラミックス焼結体を研磨材として使用す
ることにより所期の目的を達成し得ることを見出し、本
発明を完成するに至った。即ち、本発明は、トライボケ
ミカル反応による窒化ケイ素セラミックス及びサイアロ
ンセラミックスの研磨を高能率に行うことを可能とする
新しい研磨用セラミックス材料を提供することを目的と
するものである。また、本発明は、上記新規研磨材料を
製造する方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は以下の技術的手段から構成される。 （１）被研磨材である窒化ケイ素セラミックスあるいは
サイアロンセラミックスのトライボケミカル反応による
研磨を行うための研磨材料であって、当該研磨材料は、
セラミックス焼結体で構成されており、その焼結体の粒
界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研磨セラミ
ックスを溶解反応させる元素を含むことを特徴とする上
記研磨材料。 （２）前記セラミックス焼結体の母相が、α型窒化ケイ
素、β型窒化ケイ素、α型サイアロン、β型サイアロン
の内から選択される１種類以上で構成されている前記
（１）に記載の研磨材料。 （３）上記被研磨セラミックスを溶解反応させる元素
が、セリウム、鉄、クロム、チタン、マンガン、ジルコ
ニウムの内から選択される１種類以上である前記（１）
に記載の研磨材料。 （４）上記被研磨セラミックスを溶解反応させる元素の
量が、酸化物量換算で上記セラミックス焼結体の５０ｖ
ｏｌ％未満である前記（１）に記載の研磨材料。 （５）上記セラミックス焼結体の気孔率が、５０ｖｏｌ
％未満である前記（１）に記載の研磨材料。 （６）上記セラミックス焼結体の平均気孔径が、１００
μｍ以下である前記（１）に記載の研磨材料。 （７）前記（１）に記載の研磨材料を製造する方法であ
って、窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセラ
ミックス粉末に、上記被研磨セラミックスを溶解反応さ
せる元素の酸化物の粉末を添加し、混合、成型した後、
１５００〜１９００℃で焼結して、その焼結体の粒界、
粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研磨セラミック
スを溶解反応させる元素を含有させたセラミックス焼結
体を作製することを特徴とする上記研磨材料の製造方
法。 （８）上記酸化物が、酸化セリウム、酸化鉄、酸化クロ
ム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウムの内
から選択された１種類以上である前記（７）に記載の研
磨材の製造方法。 （９）上記酸化物の粉末を、セラミックスの粉末に対し
５０ｖｏｌ％未満添加する前記（７）に記載の研磨材の
製造方法。
の本発明は以下の技術的手段から構成される。 （１）被研磨材である窒化ケイ素セラミックスあるいは
サイアロンセラミックスのトライボケミカル反応による
研磨を行うための研磨材料であって、当該研磨材料は、
セラミックス焼結体で構成されており、その焼結体の粒
界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研磨セラミ
ックスを溶解反応させる元素を含むことを特徴とする上
記研磨材料。 （２）前記セラミックス焼結体の母相が、α型窒化ケイ
素、β型窒化ケイ素、α型サイアロン、β型サイアロン
の内から選択される１種類以上で構成されている前記
（１）に記載の研磨材料。 （３）上記被研磨セラミックスを溶解反応させる元素
が、セリウム、鉄、クロム、チタン、マンガン、ジルコ
ニウムの内から選択される１種類以上である前記（１）
に記載の研磨材料。 （４）上記被研磨セラミックスを溶解反応させる元素の
量が、酸化物量換算で上記セラミックス焼結体の５０ｖ
ｏｌ％未満である前記（１）に記載の研磨材料。 （５）上記セラミックス焼結体の気孔率が、５０ｖｏｌ
％未満である前記（１）に記載の研磨材料。 （６）上記セラミックス焼結体の平均気孔径が、１００
μｍ以下である前記（１）に記載の研磨材料。 （７）前記（１）に記載の研磨材料を製造する方法であ
って、窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセラ
ミックス粉末に、上記被研磨セラミックスを溶解反応さ
せる元素の酸化物の粉末を添加し、混合、成型した後、
１５００〜１９００℃で焼結して、その焼結体の粒界、
粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研磨セラミック
スを溶解反応させる元素を含有させたセラミックス焼結
体を作製することを特徴とする上記研磨材料の製造方
法。 （８）上記酸化物が、酸化セリウム、酸化鉄、酸化クロ
ム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニウムの内
から選択された１種類以上である前記（７）に記載の研
磨材の製造方法。 （９）上記酸化物の粉末を、セラミックスの粉末に対し
５０ｖｏｌ％未満添加する前記（７）に記載の研磨材の
製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロン
セラミックスを研磨する場合、水中におけるトライボケ
ミカル反応による研磨では、被研磨材である窒化ケイ素
セラミックスあるいはサイアロンセラミックスの表面
は、水と反応して研磨中は常にケイ素系酸化物で覆われ
ている。そのため、上記被研磨材を高能率で研磨するた
めには、その酸化物を高能率に除去することが必要であ
る。
説明する。窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロン
セラミックスを研磨する場合、水中におけるトライボケ
ミカル反応による研磨では、被研磨材である窒化ケイ素
セラミックスあるいはサイアロンセラミックスの表面
は、水と反応して研磨中は常にケイ素系酸化物で覆われ
ている。そのため、上記被研磨材を高能率で研磨するた
めには、その酸化物を高能率に除去することが必要であ
る。
【０００９】本発明者らは、ケイ素系酸化物を高能率に
除去する方法として、ケイ素系ガラスの研磨方法に着目
し、それを参考として新しい方法の開発について、種々
検討を積み重ねた。一般に、ケイ素系ガラスの研磨に
は、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化クロム、酸
化鉄等の酸化物粉末粒子に水を加えたスラリーが用いら
れている。例えば、酸化セリウム粉末のスラリーによる
研磨メカニズムは、以下の通りである。即ち、研磨中
に、ケイ素系ガラスの表面のＳｉ−ＯＨ結合と酸化セリ
ウム粒子表面のＭ−ＯＨ（Ｍはセリウム元素）が反応し
て、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合ができる。この時、酸化セリウム
粒子はケイ素系ガラスに対して相対運動しているため
に、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合中のＳｉ−Ｏ結合が切れてケイ素
系ガラスの研磨が進行する。特に、上記した酸化物粉末
粒子は、その表面にＭ−ＯＨ結合の数が多く、また、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｍ結合において、Ｓｉ−Ｏ結合力よりもＯ−Ｍ
結合力が強いために、Ｓｉ−Ｏ結合が切れて研磨が能率
良く進行する。
除去する方法として、ケイ素系ガラスの研磨方法に着目
し、それを参考として新しい方法の開発について、種々
検討を積み重ねた。一般に、ケイ素系ガラスの研磨に
は、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化クロム、酸
化鉄等の酸化物粉末粒子に水を加えたスラリーが用いら
れている。例えば、酸化セリウム粉末のスラリーによる
研磨メカニズムは、以下の通りである。即ち、研磨中
に、ケイ素系ガラスの表面のＳｉ−ＯＨ結合と酸化セリ
ウム粒子表面のＭ−ＯＨ（Ｍはセリウム元素）が反応し
て、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合ができる。この時、酸化セリウム
粒子はケイ素系ガラスに対して相対運動しているため
に、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合中のＳｉ−Ｏ結合が切れてケイ素
系ガラスの研磨が進行する。特に、上記した酸化物粉末
粒子は、その表面にＭ−ＯＨ結合の数が多く、また、Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｍ結合において、Ｓｉ−Ｏ結合力よりもＯ−Ｍ
結合力が強いために、Ｓｉ−Ｏ結合が切れて研磨が能率
良く進行する。
【００１０】そこで、本発明者らは、被研磨材である窒
化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセラミックス
のトライボケミカル反応による研磨において、上記酸化
物を利用した研磨の高能率化について、種々検討を重ね
た結果、本発明の研磨材料を開発するに至った。本発明
は、研磨材料である窒化ケイ素セラミックス等のセラミ
ックス焼結体に上記酸化物を含有させることを特徴とす
るものである。研磨材料に上記酸化物を含有させる１つ
の方法として、例えば、研磨材料である窒化ケイ素セラ
ミックス等のセラミックス焼結体を作る際に、その焼結
助剤として上記酸化物を利用することが例示される。本
発明において、被研磨セラミックスを溶解反応させる元
素を含むセラミックス焼結体を作製する方法について説
明すると、研磨材料として、α型窒化ケイ素、β型窒化
ケイ素、α型サイアロン、β型サイアロンの粉末を出発
原料として使用し、これらの出発原料に、被研磨セラミ
ックスを溶解反応させる元素を酸化物として添加して、
１５００〜１９００℃の高温で焼結し、その焼結体の粒
界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記元素を含有さ
せて作製するか、あるいは、予めα型窒化ケイ素やβ型
窒化ケイ素等の粉末を出発原料とした多孔質セラミック
スを作り、その後、この多孔質セラミックスの孔の部分
に上記酸化物を含浸させて、その後、これを焼結して作
製する方法が用いられる。
化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセラミックス
のトライボケミカル反応による研磨において、上記酸化
物を利用した研磨の高能率化について、種々検討を重ね
た結果、本発明の研磨材料を開発するに至った。本発明
は、研磨材料である窒化ケイ素セラミックス等のセラミ
ックス焼結体に上記酸化物を含有させることを特徴とす
るものである。研磨材料に上記酸化物を含有させる１つ
の方法として、例えば、研磨材料である窒化ケイ素セラ
ミックス等のセラミックス焼結体を作る際に、その焼結
助剤として上記酸化物を利用することが例示される。本
発明において、被研磨セラミックスを溶解反応させる元
素を含むセラミックス焼結体を作製する方法について説
明すると、研磨材料として、α型窒化ケイ素、β型窒化
ケイ素、α型サイアロン、β型サイアロンの粉末を出発
原料として使用し、これらの出発原料に、被研磨セラミ
ックスを溶解反応させる元素を酸化物として添加して、
１５００〜１９００℃の高温で焼結し、その焼結体の粒
界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記元素を含有さ
せて作製するか、あるいは、予めα型窒化ケイ素やβ型
窒化ケイ素等の粉末を出発原料とした多孔質セラミック
スを作り、その後、この多孔質セラミックスの孔の部分
に上記酸化物を含浸させて、その後、これを焼結して作
製する方法が用いられる。
【００１１】また、本発明において、酸化物としては、
酸化セリウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン、酸化
マンガン、酸化ジルコニウムの内から選択される１種類
以上が用いられる。好適には、これらの酸化物の粉末を
窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセラミック
ス粉末に対し５０ｖｏｌ％未満程度添加し、これを１５
００〜１９００℃で焼結した焼結体が研磨材として用い
られる。この場合、焼結処理は、ガス圧焼結、ホットプ
レス、通電加熱焼結、熱間加圧焼結等で行われる。ま
た、添加する酸化物量は５０ｖｏｌ％未満が望ましい
が、その理由は、酸化物量が５０ｖｏｌ％以上では、母
相自体の強度が低下するからであり、その結果、研磨中
に母相である高硬度な窒化ケイ素セラミックスあるいは
サイアロンセラミックス粒子が脱落してしまい、その脱
落粒子が研磨面に傷をつけてしまうからである。一方、
酸化物量が１００％の焼結体も考えられるが、この焼結
体は研磨面を傷つけることは無いものの、研磨材自体の
摩耗量も多いため、研磨能率（被研磨材の研磨量／研磨
材の摩耗量）は低い。
酸化セリウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン、酸化
マンガン、酸化ジルコニウムの内から選択される１種類
以上が用いられる。好適には、これらの酸化物の粉末を
窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセラミック
ス粉末に対し５０ｖｏｌ％未満程度添加し、これを１５
００〜１９００℃で焼結した焼結体が研磨材として用い
られる。この場合、焼結処理は、ガス圧焼結、ホットプ
レス、通電加熱焼結、熱間加圧焼結等で行われる。ま
た、添加する酸化物量は５０ｖｏｌ％未満が望ましい
が、その理由は、酸化物量が５０ｖｏｌ％以上では、母
相自体の強度が低下するからであり、その結果、研磨中
に母相である高硬度な窒化ケイ素セラミックスあるいは
サイアロンセラミックス粒子が脱落してしまい、その脱
落粒子が研磨面に傷をつけてしまうからである。一方、
酸化物量が１００％の焼結体も考えられるが、この焼結
体は研磨面を傷つけることは無いものの、研磨材自体の
摩耗量も多いため、研磨能率（被研磨材の研磨量／研磨
材の摩耗量）は低い。
【００１２】なお、上述の酸化物をセラミックス焼結体
の粒界、粒内、気孔の１種以上の部分に含ませる方法
は、上記方法に限らず、適宜の方法を用いることが可能
であり、本発明においては、上述のように、例えば、上
記酸化物を多孔質窒化ケイ素セラミックス焼結体へ含浸
法により含浸させる方法などの方法を使用することが可
能である。本発明において、上記酸化物をセラミックス
焼結体の粒界、粒内、気孔の１種以上の部分に含ませる
とは、その酸化物が粒界及び気孔にガラス相あるいは結
晶相として存在し、また、粒内にはその酸化物の金属元
素が固溶体として存在することを意味する。
の粒界、粒内、気孔の１種以上の部分に含ませる方法
は、上記方法に限らず、適宜の方法を用いることが可能
であり、本発明においては、上述のように、例えば、上
記酸化物を多孔質窒化ケイ素セラミックス焼結体へ含浸
法により含浸させる方法などの方法を使用することが可
能である。本発明において、上記酸化物をセラミックス
焼結体の粒界、粒内、気孔の１種以上の部分に含ませる
とは、その酸化物が粒界及び気孔にガラス相あるいは結
晶相として存在し、また、粒内にはその酸化物の金属元
素が固溶体として存在することを意味する。
【００１３】また、研磨中の被研磨材の溶解物を研磨面
外に効率よく排出するために、研磨材に気孔部を残すこ
とも可能であり、その方法として、例えば、母相７０ｖ
ｏｌ％、酸化物１０ｖｏｌ％、気孔２０ｖｏｌ％のよう
にすることが例示される。ただし、その気孔径は１００
μｍ以下、かつ気孔率は５０ｖｏｌ％未満が望ましい。
その理由は、上記範囲外では母相の強度が低下して、母
相からの脱落粒子が研磨面を傷つけるからである。
外に効率よく排出するために、研磨材に気孔部を残すこ
とも可能であり、その方法として、例えば、母相７０ｖ
ｏｌ％、酸化物１０ｖｏｌ％、気孔２０ｖｏｌ％のよう
にすることが例示される。ただし、その気孔径は１００
μｍ以下、かつ気孔率は５０ｖｏｌ％未満が望ましい。
その理由は、上記範囲外では母相の強度が低下して、母
相からの脱落粒子が研磨面を傷つけるからである。
【００１４】また、前述のように、本発明の研磨材料に
用いるセラミックス材質としては、研磨表面に被研磨材
との反応物を生成させないために、被研磨材と同等の母
相組成の窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセ
ラミックス焼結体が好適であるが、それらと同効のもの
であれば同様に使用することができる。
用いるセラミックス材質としては、研磨表面に被研磨材
との反応物を生成させないために、被研磨材と同等の母
相組成の窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロンセ
ラミックス焼結体が好適であるが、それらと同効のもの
であれば同様に使用することができる。
【００１５】
【作用】本発明は、研磨材料である窒化ケイ素セラミッ
クスあるいはサイアロンセラミックス焼結体に上記酸化
物を含有させることを特徴とするものであり、この研磨
材料を用いることにより、トライボケミカル反応による
被研磨材の窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラ
ミックスの研磨を高い研磨能率で行うことができる。そ
の研磨メカニズムは、以下の通りである。水中にて研磨
を行うと、例えば、被研磨材である窒化ケイ素セラミッ
クス（Ｓｉ−Ｎ）の研磨表面は、研磨中、常に研磨材料
に擦られていることから、その表面では酸化（Ｓｉ−
Ｏ）及び水和反応（Ｓｉ−ＯＨ）が起こる。この時、本
発明の研磨材料を用いると、被研磨セラミックスを溶解
させる元素（Ｍ）が含まれているために、元素（Ｍ）と
Ｓｉ−ＯＨ結合とが反応してＳｉ−Ｏ−Ｍ結合を作る。
そして、被研磨セラミックスと研磨材料は相対運動して
いるために、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合中のＳｉ−Ｏ結合が切れ
て研磨が効率良く進むと考えられる。もし、被研磨セラ
ミックスを溶解させる元素（Ｍ）が研磨材料に含まれて
いなければ、そのＳｉ−Ｏ−Ｍ結合を作る反応が起こら
ないために、研磨効率は悪い。本発明によって、従来と
同じ研磨条件（研磨圧力、速度条件）においても研磨量
は従来の４倍であり、同時に、研磨材料であるセラミッ
クス焼結体の摩耗量も従来の１／６となり、その結果、
研磨能率は２４倍に大幅に向上する。
クスあるいはサイアロンセラミックス焼結体に上記酸化
物を含有させることを特徴とするものであり、この研磨
材料を用いることにより、トライボケミカル反応による
被研磨材の窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラ
ミックスの研磨を高い研磨能率で行うことができる。そ
の研磨メカニズムは、以下の通りである。水中にて研磨
を行うと、例えば、被研磨材である窒化ケイ素セラミッ
クス（Ｓｉ−Ｎ）の研磨表面は、研磨中、常に研磨材料
に擦られていることから、その表面では酸化（Ｓｉ−
Ｏ）及び水和反応（Ｓｉ−ＯＨ）が起こる。この時、本
発明の研磨材料を用いると、被研磨セラミックスを溶解
させる元素（Ｍ）が含まれているために、元素（Ｍ）と
Ｓｉ−ＯＨ結合とが反応してＳｉ−Ｏ−Ｍ結合を作る。
そして、被研磨セラミックスと研磨材料は相対運動して
いるために、Ｓｉ−Ｏ−Ｍ結合中のＳｉ−Ｏ結合が切れ
て研磨が効率良く進むと考えられる。もし、被研磨セラ
ミックスを溶解させる元素（Ｍ）が研磨材料に含まれて
いなければ、そのＳｉ−Ｏ−Ｍ結合を作る反応が起こら
ないために、研磨効率は悪い。本発明によって、従来と
同じ研磨条件（研磨圧力、速度条件）においても研磨量
は従来の４倍であり、同時に、研磨材料であるセラミッ
クス焼結体の摩耗量も従来の１／６となり、その結果、
研磨能率は２４倍に大幅に向上する。
【００１６】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定され
るものではない。 実施例 （１）窒化ケイ素セラミックス製研磨材の作製 α−窒化ケイ素原料粉末に、酸化セリウムを３．８ｖｏ
ｌ％及び酸化マグネシウムを１．９ｖｏｌ％添加し、メ
タノールを分散媒として、窒化ケイ素製ボールとポット
を用い、遊星ミルを用いて３０分間混合を行った。次
に、真空エバポレーターを用いてメタノールを除去後、
１００℃で乾燥し、１２５メッシュの篩を用いて造粒粉
末とした。造粒粉末はφ３０ｍｍカーボン型に充填し、
通電加熱焼結法にて１７００℃で焼結を行った。焼結条
件は、窒素雰囲気中（０．１ＭＰａ）、プレス圧力は３
０ＭＰａとした。得られた焼結体は、研削後、砥粒サイ
ズ０．２５μｍダイアモンドでラッピングを行い、φ３
０ｍｍ、厚さ５ｍｍ形状の研磨材を完成させた。また、
比較材として、市販の窒化ケイ素セラミックス焼結体を
用いた。
明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定され
るものではない。 実施例 （１）窒化ケイ素セラミックス製研磨材の作製 α−窒化ケイ素原料粉末に、酸化セリウムを３．８ｖｏ
ｌ％及び酸化マグネシウムを１．９ｖｏｌ％添加し、メ
タノールを分散媒として、窒化ケイ素製ボールとポット
を用い、遊星ミルを用いて３０分間混合を行った。次
に、真空エバポレーターを用いてメタノールを除去後、
１００℃で乾燥し、１２５メッシュの篩を用いて造粒粉
末とした。造粒粉末はφ３０ｍｍカーボン型に充填し、
通電加熱焼結法にて１７００℃で焼結を行った。焼結条
件は、窒素雰囲気中（０．１ＭＰａ）、プレス圧力は３
０ＭＰａとした。得られた焼結体は、研削後、砥粒サイ
ズ０．２５μｍダイアモンドでラッピングを行い、φ３
０ｍｍ、厚さ５ｍｍ形状の研磨材を完成させた。また、
比較材として、市販の窒化ケイ素セラミックス焼結体を
用いた。
【００１７】（２）窒化ケイ素セラミックスの研磨
トライボケミカル反応による窒化ケイ素セラミックスの
研磨は、図１に示すボールオンディスク方式の摩擦摩耗
試験方法を用い、蒸留水中にて負荷１５Ｎ、周速０．１
８ｍ／ｓｅｃで１時間行った。即ち、セラミックス製被
研磨ボール３をセラミックス製被研磨ボールの保持器２
で保持し、研磨面圧の負荷方向１に負荷し、一方、セラ
ミックス製研磨材５をセラミックス製研磨材保持器６に
セットし、この保持器を所定の保持器回転方向７に回転
させ、蒸留水４中にて研磨を行った。蒸留水の温度は１
５℃であり、３０ｍＬ／ｍｉｎの水量で連続的に流し続
けた。被研磨材はφ１０ｍｍの研磨された窒化ケイ素セ
ラミック製ボールとした。
研磨は、図１に示すボールオンディスク方式の摩擦摩耗
試験方法を用い、蒸留水中にて負荷１５Ｎ、周速０．１
８ｍ／ｓｅｃで１時間行った。即ち、セラミックス製被
研磨ボール３をセラミックス製被研磨ボールの保持器２
で保持し、研磨面圧の負荷方向１に負荷し、一方、セラ
ミックス製研磨材５をセラミックス製研磨材保持器６に
セットし、この保持器を所定の保持器回転方向７に回転
させ、蒸留水４中にて研磨を行った。蒸留水の温度は１
５℃であり、３０ｍＬ／ｍｉｎの水量で連続的に流し続
けた。被研磨材はφ１０ｍｍの研磨された窒化ケイ素セ
ラミック製ボールとした。
【００１８】（３）研磨面の摩耗特性の評価方法
研磨量の評価方法として、ボール表面の研磨されたボー
ル体積摩耗量を研磨量とした。また、同時に、研磨材の
体積摩耗量を研磨時の磨耗量とした。その結果を図２〜
４に示す。図２に示すように、本発明のセラミックス研
磨材は、市販のセラミックスに比べて研磨量は４倍であ
る。また、図３に示すように、研磨材自体の摩耗量は従
来材の１／６まで大幅に減少している。その結果、図４
に示すように、研磨能率（研磨量／摩耗量）は、従来材
の２４倍という高能率化を達成した。
ル体積摩耗量を研磨量とした。また、同時に、研磨材の
体積摩耗量を研磨時の磨耗量とした。その結果を図２〜
４に示す。図２に示すように、本発明のセラミックス研
磨材は、市販のセラミックスに比べて研磨量は４倍であ
る。また、図３に示すように、研磨材自体の摩耗量は従
来材の１／６まで大幅に減少している。その結果、図４
に示すように、研磨能率（研磨量／摩耗量）は、従来材
の２４倍という高能率化を達成した。
【００１９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、窒化ケ
イ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材
料に係るものであり、本発明により、１）被研磨材であ
る窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックス
のトライボケミカル反応による研磨を高い研磨能率で行
うことができる新しい研磨材料を提供することができ
る、２）従来材と同じ研磨条件において、研磨量が４
倍、研磨材であるセラミックス焼結体の磨耗量が１／
６、研磨能率が２４倍となる、３）研磨に要する時間を
大幅に短縮することができる、４）滑らかな研磨表面が
得られる、５）研磨粒子（ダイヤモンド等）を使わない
ので、研磨コストを低減できる、という格別の効果が奏
される。
イ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材
料に係るものであり、本発明により、１）被研磨材であ
る窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックス
のトライボケミカル反応による研磨を高い研磨能率で行
うことができる新しい研磨材料を提供することができ
る、２）従来材と同じ研磨条件において、研磨量が４
倍、研磨材であるセラミックス焼結体の磨耗量が１／
６、研磨能率が２４倍となる、３）研磨に要する時間を
大幅に短縮することができる、４）滑らかな研磨表面が
得られる、５）研磨粒子（ダイヤモンド等）を使わない
ので、研磨コストを低減できる、という格別の効果が奏
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における、窒化ケイ素セラミッ
クス焼結体の研磨方法を示す説明図である。
クス焼結体の研磨方法を示す説明図である。
【図２】各研磨材における被研磨ボールの研磨量を示す
説明図である。
説明図である。
【図３】ボールの研磨時における各研磨材の磨耗量を示
す説明図である。
す説明図である。
【図４】各研磨材における研磨能率を示す説明図であ
る。
る。
１ 研磨面圧の負荷方向
２ セラミックス製被研磨ボールの保持器
３ セラミックス製被研磨ボール
４ 水
５ セラミックス製研磨材
６ セラミックス製研磨材保持器
７ 保持器回転方向
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｇ
１０２Ａ
３０２Ｎ
３０２Ｌ
３０２Ａ
(72)発明者 阪口 修司
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2266−98 独立行政法人産業技術総合研
究所中部センター内
(72)発明者 山内 幸彦
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2266−98 独立行政法人産業技術総合研
究所中部センター内
(72)発明者 神崎 修三
愛知県名古屋市守山区大字下志段味字穴ケ
洞2266−98 独立行政法人産業技術総合研
究所中部センター内
(72)発明者 佐藤 武
愛知県名古屋市守山区大字下志段味穴ヶ洞
2268−１ 志段味ヒューマンサイエンスパ
ーク先端技術連携リサーチセンター ファ
インセラミックス技術研究組合シナジーセ
ラミックス研究所内
Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 CA05 CB03 DA02
3C063 AA02 AB05 BA02 BA40 BD01
BG07 CC04 CC05 EE16 EE26
FF23
4G001 BA01 BA11 BA13 BA14 BA32
BA52 BA53 BB01 BB11 BB13
BB14 BB32 BB52 BD11 BE02
BE03 BE13 BE26 BE34
Claims (9)
- 【請求項１】 被研磨材である窒化ケイ素セラミックス
あるいはサイアロンセラミックスのトライボケミカル反
応による研磨を行うための研磨材料であって、当該研磨
材料は、セラミックス焼結体で構成されており、その焼
結体の粒界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研
磨セラミックスを溶解反応させる元素を含むことを特徴
とする上記研磨材料。 - 【請求項２】 前記セラミックス焼結体の母相が、α型
窒化ケイ素、β型窒化ケイ素、α型サイアロン、β型サ
イアロンの内から選択される１種類以上で構成されてい
る請求項１に記載の研磨材料。 - 【請求項３】 上記被研磨セラミックスを溶解反応させ
る元素が、セリウム、鉄、クロム、チタン、マンガン、
ジルコニウムの内から選択される１種類以上である請求
項１に記載の研磨材料。 - 【請求項４】 上記被研磨セラミックスを溶解反応させ
る元素の量が、酸化物量換算で上記セラミックス焼結体
の５０ｖｏｌ％未満である請求項１に記載の研磨材料。 - 【請求項５】 上記セラミックス焼結体の気孔率が、５
０ｖｏｌ％未満である請求項１に記載の研磨材料。 - 【請求項６】 上記セラミックス焼結体の平均気孔径
が、１００μｍ以下である請求項１に記載の研磨材料。 - 【請求項７】 請求項１に記載の研磨材料を製造する方
法であって、窒化ケイ素セラミックスあるいはサイアロ
ンセラミックス粉末に、上記被研磨セラミックスを溶解
反応させる元素の酸化物の粉末を添加し、混合、成型し
た後、１５００〜１９００℃で焼結して、その焼結体の
粒界、粒内、気孔の１種類以上の部分に上記被研磨セラ
ミックスを溶解反応させる元素を含有させたセラミック
ス焼結体を作製することを特徴とする上記研磨材料の製
造方法。 - 【請求項８】 上記酸化物が、酸化セリウム、酸化鉄、
酸化クロム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ジルコニ
ウムの内から選択された１種類以上である請求項７に記
載の研磨材の製造方法。 - 【請求項９】 上記酸化物の粉末を、セラミックスの粉
末に対し５０ｖｏｌ％未満添加する請求項７に記載の研
磨材の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001348455A JP3689730B2 (ja) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | 窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料 |
| US10/292,491 US20030136057A1 (en) | 2001-11-14 | 2002-11-13 | Polishing material for silicon nitride and sialon ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001348455A JP3689730B2 (ja) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | 窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003145416A true JP2003145416A (ja) | 2003-05-20 |
| JP3689730B2 JP3689730B2 (ja) | 2005-08-31 |
Family
ID=19161273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001348455A Expired - Lifetime JP3689730B2 (ja) | 2001-11-14 | 2001-11-14 | 窒化ケイ素セラミックス及びサイアロンセラミックスの研磨材料 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030136057A1 (ja) |
| JP (1) | JP3689730B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011148762A1 (ja) | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 富士フイルム株式会社 | 鏡枠部品、レンズ組立体、撮像装置、および鏡枠部品の製造方法 |
| JP2012056081A (ja) * | 2011-12-20 | 2012-03-22 | Ntn Corp | ラッピング加工方法および加工装置 |
| CN112694321A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-04-23 | 安徽致磨新材料科技有限公司 | 一种高强度超细研磨介质及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101823083B1 (ko) * | 2016-09-07 | 2018-01-30 | 주식회사 케이씨텍 | 표면개질된 콜로이달 세리아 연마입자, 그의 제조방법 및 그를 포함하는 연마 슬러리 조성물 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60204672A (ja) * | 1984-03-29 | 1985-10-16 | 株式会社東芝 | セラミツクス粉末材料の製造方法 |
| DE3514284A1 (de) * | 1985-04-19 | 1986-10-23 | Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, 8000 München | Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus reaktionsgebundenem siliciumnitrid durch nitridierung unter hohem stickstoffgasdruck |
| US5510304A (en) * | 1993-09-17 | 1996-04-23 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramic Corporation | Coarse reaction bonded silicon nitride |
-
2001
- 2001-11-14 JP JP2001348455A patent/JP3689730B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-11-13 US US10/292,491 patent/US20030136057A1/en not_active Abandoned
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011148762A1 (ja) | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 富士フイルム株式会社 | 鏡枠部品、レンズ組立体、撮像装置、および鏡枠部品の製造方法 |
| US8520330B2 (en) | 2010-05-27 | 2013-08-27 | Fujifilm Corporation | Lens barrel part, lens assembly, imaging device, and lens barrel part manufacturing method |
| JP2012056081A (ja) * | 2011-12-20 | 2012-03-22 | Ntn Corp | ラッピング加工方法および加工装置 |
| CN112694321A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-04-23 | 安徽致磨新材料科技有限公司 | 一种高强度超细研磨介质及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3689730B2 (ja) | 2005-08-31 |
| US20030136057A1 (en) | 2003-07-24 |
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