JP2003509579A - Al2O3 / SiC-nanocomposite abrasive particles, their production and use - Google Patents

Al2O3 / SiC-nanocomposite abrasive particles, their production and use

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JP2003509579A
JP2003509579A JP2001524930A JP2001524930A JP2003509579A JP 2003509579 A JP2003509579 A JP 2003509579A JP 2001524930 A JP2001524930 A JP 2001524930A JP 2001524930 A JP2001524930 A JP 2001524930A JP 2003509579 A JP2003509579 A JP 2003509579A
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sic
abrasive particles
nanocomposite
sintering
particles
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JP2001524930A
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メルトゲン,パウル
ビルヘルム,ピルミン
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トライバツハー・シユライフミツテル・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング
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    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
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    • C09K3/1409Abrasive particles per se
    • C09K3/1418Abrasive particles per se obtained by division of a mass agglomerated by sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111Fine ceramics
    • C04B35/117Composites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624Sol-gel processing

Abstract

(57)【要約】 本発明は、酸化アルミニウム含有ゾルをSiCナノ粒子と混合し、次いでこれをゲル化し、乾燥し、カ焼し、焼結するAl23/SiCナノ複合体研磨粒子の製造法、並びに該Al23/SiCナノ複合体研磨粒子に関する。 (57) Abstract: The present invention, aluminum oxide-containing sol is mixed with SiC nanoparticles, then gelled this, dried, calcined, of Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles to sinter The present invention relates to a production method, and the Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 本発明は特許請求の範囲請求項11の上位概念に基づく焼結されたAl23
SiCナノ複合体研摩粒子(砥粒)、特許請求の範囲請求項1に基づくその製造
法、並びに研摩材としてのその使用に関する。
The invention relates to sintered Al 2 O 3 / based on the preamble of claim 11.
The invention relates to SiC nanocomposite abrasive particles (abrasive particles), a process for their production according to claim 1 and their use as abrasives.

【0002】 Al23をベースにした研摩粒子は高い硬度、化学的に不活性な特性および高
い温度抵抗性のために工業的に大量に研摩材として加工されている。アーク放電
炉の中で比較的有利な価格で製造できる熔融コランダムの他に、最近では一定の
用途分野に対し窯業的または化学的な方法で得られる強化焼結コランダムが使用
されている。焼結コランダムの研磨技術的な利点は、やはり研磨工程における研
摩粒子の特別な摩耗機構の原因となるその微結晶構造によって得られる。特に高
い接触圧力が必要とされる用途、例えば特殊鋼、硬化鋼または機械加工が困難な
合金の加工の場合には、焼結コランダムを用いることにより研磨特性を著しく向
上させることができる。
Abrasive particles based on Al 2 O 3 are industrially processed in large quantities as abrasives because of their high hardness, their chemically inert properties and their high temperature resistance. In addition to fused corundum, which can be produced in an arc discharge furnace at a comparatively favorable price, reinforced sintered corundum, which is obtained by a ceramic or chemical method, has recently been used for certain fields of application. The abrasive technical advantage of sintered corundum is obtained by its microcrystalline structure, which also accounts for the special wear mechanism of the abrasive particles in the polishing process. Especially in applications where high contact pressure is required, for example in the processing of special steels, hardened steels or alloys that are difficult to machine, the use of sintered corundum can significantly improve the polishing properties.

【0003】 この用途に対して微結晶構造をもった焼結コランダムの粒子は微結晶構造をも
った熔融コランダムに比べて実質的に耐摩耗性が大きい。それに加えて、微結晶
構造をもったコランダムで研磨すると粒子から小さい領域が突き出して生じ、そ
のため新しい切断縁部が生じ、それが再び研磨工程に関与する。このような粒子
の自己研磨作用は微結晶構造をもった熔融コランダムの場合には起こらない。何
故ならこの場合研磨工程では粒子の機械的な負荷によって生じる亀裂は方向を変
えることができず、粒子全体に亙り結晶面に沿って進み、そのため研磨粒子の破
壊が起こるからである。
Particles of sintered corundum having a microcrystalline structure for this application have substantially higher wear resistance than fused corundum having a microcrystalline structure. In addition, polishing with corundum, which has a microcrystalline structure, causes small areas to protrude from the grains, which creates new cutting edges, which again participate in the polishing process. Such self-polishing action of particles does not occur in the case of molten corundum having a microcrystalline structure. This is because in this case the cracks caused by the mechanical loading of the particles in the polishing process cannot be redirected and travel along the crystal planes throughout the particles, which results in the destruction of the abrasive particles.

【0004】 微結晶構造をもった焼結研摩粒子を使用する場合、硬さおよび密度が同等な時
構造が細かくなるほど多くの用途において研磨工程で研磨粒子は有利な挙動をす
る傾向がある。特にゾル−ゲル法により細かい構造を得るできるが、この場合例
えば非常に細かく分散したベーマイト型の酸化アルミニウム1水和物を原料とし
て用いると、それがコロイド状に溶解した後にゲルになり、次いで乾燥、カ焼お
よび焼結の段階を経て緻密な密度の高いα−Al23焼結体に変わる。次に研摩
材粒子への調製が行われる。微結晶構造をもったコランダムを製造するためのゾ
ル−ゲル法の利点は、細かい非常に反応性をもった原料を使用し、生成した生の
成形体を比較的低い焼結温度で緻密化することができ、これが細かい構造の生成
に有利になることである。
When using sintered abrasive particles having a microcrystalline structure, the abrasive particles tend to behave more favorably in the polishing process in many applications as the structure becomes finer when hardness and density are comparable. In particular, a fine structure can be obtained by the sol-gel method. In this case, for example, when very finely dispersed boehmite type aluminum oxide monohydrate is used as a raw material, it becomes a gel after it is colloidally dissolved, and then dried. After being calcined and sintered, it is converted into a dense and dense α-Al 2 O 3 sintered body. Next, preparation into abrasive particles is performed. The advantage of the sol-gel method for producing corundum with a microcrystalline structure is that it uses fine, highly reactive raw materials and densifies the resulting green compact at relatively low sintering temperatures. Is possible, which is advantageous for producing fine structures.

【0005】 ヨーロッパ特許B−0 152 768 号には、ゾル−ゲル法により特定の
結晶化用の種子を添加して約1400℃の焼結温度で製造され、一次微結晶が大
部分または完全に1μmより小さい直径をもつ微結晶構造のコランダムが記載さ
れている。
European Patent No. B-0 152 768 was produced by the sol-gel process with the addition of certain crystallization seeds at a sintering temperature of about 1400 ° C., with the primary crystallites being largely or completely formed. Microcrystalline corundum with a diameter of less than 1 μm is described.

【0006】 焼結温度が低くまた結晶化用の種子が添加されているために、焼結過程におけ
る結晶成長は著しく抑制される。ヨーロッパ特許B−0 408 771号には
密度と硬さが共に大きい細かい構造が記載されている。該ヨーロッパ特許B−0
408 771号に従えば、やはりゾル−ゲル法により特に細かい結晶化用の
種子を添加し特定の温度プログラムおよび焼結プログラムに従って得られた結晶
の平均の大きさが0.2μmよりも小さいコランダムの研摩粒子が記載されてお
り、この場合プログラムは900〜1100℃の温度範囲において90秒よりも
短い時間行われ、次いで該材料を最高温度が1300℃を越えない温度に短時間
加熱し、次いで1000〜1300℃の範囲の該最高温度よりも低い温度で焼結
して緻密化する。この温度プログラムは、生成する焼結体またはその前駆体が結
晶成長に有利な温度に長時間露出されないようにして高い緻密化が得られるよう
に選ばれる。
Since the sintering temperature is low and seeds for crystallization are added, crystal growth during the sintering process is significantly suppressed. European patent B-0 408 771 describes a fine structure with both high density and high hardness. The European patent B-0
No. 408 771, according to sol-gel method, particularly fine seeds for crystallization were added, and the average size of the crystals obtained according to a specific temperature program and sintering program was less than 0.2 μm. Abrasive particles are described, in which the program is carried out in the temperature range from 900 to 1100 ° C. for less than 90 seconds, then the material is briefly heated to a temperature at which the maximum temperature does not exceed 1300 ° C. and then 1000 Sinter and densify at a temperature lower than the maximum temperature in the range of ˜1300 ° C. This temperature program is chosen so that the resulting sinter or its precursor is not exposed for a long time to a temperature that favors crystal growth, resulting in a high densification.

【0007】 できるだけ細かい結晶構造をもった組織を得ようとする場合、結晶化用の種子
を用いる他に結晶成長を阻止するか焼結過程を促進しそれによって間接的に大き
な結晶の生成を抑制する焼結用添加剤を用いる。Al23の焼結の際の焼結過程
および結晶成長に対する個々の添加剤の影響は「Journal of the
American Ceramic Society誌、39巻、10号、1
956年」に要約されている。ゾル−ゲル法により研摩粒子を製造するために焼
結用添加剤および焼結用添加剤の組み合わせを結晶化用の種子と組み合わせて使
用することを記載した多数の特許の中で、若干の例を挙げれば次の通りである。
ヨーロッパ特許B−0 024 099号には、スピネルまたはスピネルの製造
過程において転移したその前駆体が記載されている。ヨーロッパ特許B−0 2
00 487号には、α−Fe23結晶化用種子を、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、クロムおよび/またはチタンの酸
化物から成る群から選ばれる少なくとも1種の変性成分と組み合わせて使用する
ことが記載されている。ヨーロッパ特許B−0 373 765号には同様にα
−Fe23の結晶化用種子と組み合わせてイットリウムおよびネオジムの酸化物
並びにその化合物を変性成分として使用することが記載されている。上記の方法
で製造された研摩粒子は一定の用途に対し当業界の現状を越えた利点をもってい
る。
In order to obtain a structure having a crystal structure as fine as possible, in addition to using seeds for crystallization, crystal growth is inhibited or the sintering process is promoted, thereby indirectly suppressing the generation of large crystals. A sintering additive is used. The influence of individual additives on the sintering process and crystal growth during the sintering of Al 2 O 3 is described in “Journal of the
American Ceramic Society, Vol. 39, No. 10, 1
956 ”. Some examples among numerous patents describing the use of sintering additives and combinations of sintering additives in combination with seeds for crystallization to produce abrasive particles by the sol-gel method Is as follows.
European Patent B-0 024 099 describes spinels or their precursors which have been transformed during the manufacturing process of spinels. European Patent B-02
No. 00 487, α-Fe 2 O 3 crystallization seeds, at least one modified component selected from the group consisting of oxides of magnesium, zinc, cobalt, nickel, zirconium, hafnium, chromium and / or titanium. It is described to be used in combination with. European patent B-0 373 765 also has the same
The use of yttrium and neodymium oxides and their compounds as modifying components in combination with -Fe 2 O 3 crystallization seeds is described. Abrasive particles made by the above method have advantages over the current state of the art for certain applications.

【0008】 種々のAl23焼結研摩粒子がもつ多様性は、研磨自身が特に多様な過程であ
り、加工される原料並びに加工条件(接触圧力、冷却条件、等)を広く変化させ
ることができることによって説明される。種々の加工原料(種々の種類の鋼、合
金および金属、合成樹脂、木材、岩石、セラミックス等々)は設定された目的(
表面加工、材料の切削、等々)に従い種々の異なった条件下において加工される
。これに対応して使用される研磨粒子に対してなされる要求も異なり、研摩粒子
の有用性および性能は或る一定の研磨工程に対し硬さ、密度および結晶構造のよ
うな量だけで特性化することはできない。用途に従って化学的に不活性であるこ
と、熱伝導性、酸化耐性および温度抵抗性、靭性等のような他の基準も同様に大
きな役割を演じている。
The variety of various Al 2 O 3 sintered abrasive particles is that polishing itself is a particularly diverse process, and widely changes raw materials to be processed and processing conditions (contact pressure, cooling conditions, etc.). Explained by what can be done. Various processing raw materials (various types of steel, alloys and metals, synthetic resins, wood, rock, ceramics, etc.) have a set purpose (
Surface treatment, material cutting, etc.) according to a variety of different conditions. The demands placed on the abrasive particles used correspondingly also differ, with the utility and performance of abrasive particles being characterized only by such quantities as hardness, density and crystal structure for a given polishing process. You cannot do it. Other criteria, such as chemically inertness, thermal conductivity, oxidation resistance and temperature resistance, toughness, etc., play a large role as well, depending on the application.

【0009】 研磨過程における他の変数は研摩材の結合度および仕様であるが、これに関し
ては添加剤(研磨助剤、細孔生成剤等)を添加することによりさらに変えること
ができる。
Other variables in the polishing process are the degree of bond and the specifications of the abrasive, which can be further modified by adding additives (polishing aids, pore formers, etc.).

【0010】 従って過去においてもゾル−ゲル法によって製造される研磨粒子に関して、結
晶構造を細かくすることについてばかりでなく、一定の用途に対して特に有利な
性質を付与することに関する性能が研究された。ヨーロッパ特許A−0 228
856号には、ゾル−ゲル法において例えば容易に揮発する陰イオン(硝酸塩
、酢酸塩等)のイットリウム塩の形でイットリウムをα−酸化アルミニウム1水
和物の分散物に添加し、焼結の際に酸化アルミニウムと反応させてイットリウム
−アルミニウム・ガーネット(3Y23−5Al23)にすることが記載されて
いる。この材料は特にステンレス鋼、チタン、ニッケル合金、アルミニウムおよ
び他の機械加工困難な合金ばかりでなく単純な構造用鋼材の加工の際にも利点が
ある。明らかに、ガーネットの結晶構造が包含(Enlagerung)される
ことにより、この用途に対する研磨用粒子に特別な耐摩耗性が付与され、これは
高い研磨性能に反映されている。Y23ないしはその前駆体の他に、結晶化用の
種子および/または他の焼結添加剤を添加することがが記載されている。さらに
ヨーロッパ特許B−0 293 164号には、プラセオジム、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/またはこれらの幾つかの組み合わせから成る群から選ばれ
る希土類元素を添加することが記載されている。これらの希土類元素はAl23 と六方晶形のアルミン酸塩をつくり、これはAl23マトリックス中に包含され
ると明らかに研磨粒子の耐摩耗性をさらに増加させる。ヨーロッパ特許B−0
368 837号には、セリウム化合物を添加することによって得られるウィス
カー類似の結晶の生成により靭性が高くなることが記載されている。この場合も
靭性が高くなるのは構造が強化されるためである。またドイツ特許A−196
07 709号には、ゾル−ゲル法によって得られた複合体が記載されており、
これはAl23マトリックスの他に平均粒径が互いに少なくとも10倍ほど異な
った少なくとも2種の非連続的な構造部分が存在する点で前記の化合物と異なっ
ている。ヨーロッパ特許B−0 491 184号には、マトリックスを構成す
る一次結晶よりも少なくとも10倍大きいアイソメトリックな硬い材料を包含し
たAl23ベースの複合体が記載されている。
Therefore, in the past, the performance of abrasive particles produced by the sol-gel method was studied not only for making the crystal structure finer, but also for imparting particularly advantageous properties for certain applications. . European Patent A-0 228
No. 856, yttrium is added to a dispersion of α-aluminium oxide monohydrate in the form of yttrium salt of an anion (nitrate, acetate, etc.) that volatilizes easily in the sol-gel method, and the At this time, it is described that yttrium-aluminum garnet (3Y 2 O 3 -5Al 2 O 3 ) is reacted with aluminum oxide. This material has particular advantages in the processing of simple structural steels as well as stainless steel, titanium, nickel alloys, aluminum and other difficult-to-machine alloys. Obviously, the inclusion of the crystal structure of garnet gives the abrasive particles extra wear resistance for this application, which is reflected in the high polishing performance. In addition to Y 2 O 3 or its precursor, the addition of seeds for crystallization and / or other sintering additives is described. Furthermore, European Patent B-0 293 164 is to add a rare earth element selected from the group consisting of praseodymium, samarium, ytterbium, neodymium, lanthanum, gadolinium, cerium, dysprosium, erbium and / or some combination thereof. Is listed. These rare earth elements form hexagonal aluminates with Al 2 O 3 , which obviously increases the wear resistance of the abrasive particles when included in the Al 2 O 3 matrix. European Patent B-0
No. 368 837 describes that the toughness is increased by the formation of whisker-like crystals obtained by adding a cerium compound. In this case as well, the toughness is increased because the structure is strengthened. German patent A-196
No. 07 709 describes a composite obtained by the sol-gel method,
This is different from the above-mentioned compounds in that, in addition to the Al 2 O 3 matrix, there are at least two discontinuous structural portions whose average particle diameters differ from each other by at least 10 times. European Patent No. B-0 491 184 describes Al 2 O 3 -based composites containing a hard isometric material that is at least 10 times larger than the primary crystals that make up the matrix.

【0011】 上記のすべての方法および材料はゾル−ゲル法に基づいており、同時に焼結添
加剤を用いて非常に細かい、好ましくはミクロン以下の結晶構造を実現させるこ
とに成功している。或る種の用途分野に対しては研磨粒子はさらにドーピングを
行うことによって調整され最適化されることが多い。
All of the above methods and materials are based on the sol-gel method and have at the same time succeeded in achieving very fine, preferably submicron, crystal structures with sintering additives. Abrasive particles are often tuned and optimized for some applications by further doping.

【0012】 一般に研摩材ないしは研磨粒子は簡単に二つの大きな群に大別される。コラン
ダムはSiCと共にいわゆる通常の研摩材に属し、比較的以前から公知であって
価格的に有利な方法で大量に製造され使用されている。このほか最近ではダイア
モンドおよび立方晶系の窒化硼素のようないわゆる超研摩材がしばしば見出され
ている。その製造価格は通常の研摩材に比べて1000〜10,000倍になる
が、その性能のため、またそれに関連して機械の休止時間が減少し、また研摩材
自身の消耗が少ないため、或いは単位時間当たりの生産個数が増加するために、
多くの研磨操作に対して特に有利な価格/性能の関係を提供している。
Abrasives or particles are generally simply divided into two major groups. Corundum, together with SiC, belongs to the so-called conventional abrasives and has been produced and used in large quantities in a relatively well known and cost-effective way for a long time. In addition to these, so-called superabrasives such as diamond and cubic boron nitride are often found recently. The manufacturing cost is 1000 to 10,000 times higher than that of a normal abrasive, but due to its performance, the down time of the machine associated therewith is reduced, and the abrasive itself is less consumed, or In order to increase the number of products produced per unit time,
It provides a particularly favorable price / performance relationship for many polishing operations.

【0013】 超研摩材の使用には特殊な機械的設備が必要であり、それに対応する投資が前
提となり、そのためこの高性能研摩材の応用分野はなお限られている。
The use of superabrasives requires special mechanical equipment, which is subject to corresponding investment, so that the field of application of this high-performance abrasive is still limited.

【0014】 従って新規研磨粒子の開発において主要な目的は、通常の機械で使用できるが
性能水準が通常の研摩材と超研摩材との中間にある研磨粒子を得ることに設定さ
れる。この目的は部分的には多くの研磨操作において非常に有利な価格/性能関
係を用いることができる上記のゾル−ゲル法によるコランダムで達成できる。特
にゾル−ゲル法によるコランダムは製造価格ばかりでなく性能においても通常の
研摩材の種類に近いものと分類すべきであり、超研摩材の使用が妥当であるとは
認められない研磨操作の場合に通常のコランダムの種類を使用するのに非常に適
している。
Therefore, the main purpose in the development of new abrasive particles is set to obtain abrasive particles which can be used in conventional machines but have a performance level between that of conventional abrasives and superabrasives. This aim can be achieved, in part, with corundum by the sol-gel method described above, which can use very favorable price / performance relationships in many polishing operations. In particular, corundum by the sol-gel method should be classified not only in terms of manufacturing cost but also in performance, which is close to the types of ordinary abrasives, and in the case of polishing operations in which the use of superabrasives is not considered appropriate. Very suitable to use the normal corundum type.

【0015】 従って本発明の目的は、上記の当業界の技術と比較してなお良好な潜在的性能
をもった研磨粒子並びにその製造法を提供することである。本発明に従えば本発
明のこの問題は特許請求の範囲請求項11および請求項1の特徴によって解決さ
れる。請求項20は本発明の研磨粒子の適切な使用に関する。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide abrasive particles and methods of making the same that have better potential performance as compared to the techniques of the art described above. According to the invention, this problem of the invention is solved by the features of claims 11 and 1. Claim 20 relates to a suitable use of the abrasive particles of the invention.

【0016】 ナノ複合体という概念は約10年以前からセラミックスの分野に採り入れられ
た概念であり、少なくとも二つの固相から成りその少なくとも一つの相の粒子の
大きさがナノメートル(nm)の範囲にある系を意味する。
The concept of nanocomposite is a concept that has been adopted in the field of ceramics for about 10 years, and is composed of at least two solid phases, and the particle size of at least one phase is in the nanometer (nm) range. Means the system in.

【0017】 補強のためにSiC粒子がAl23マトリックスの中に組み込まれているAl 23/SiC複合体は、ヨーロッパ特許B−0 311 289号に記載されて
おり、例えばモーターまたはタービン構造物に使用するためのセラミックス材料
として考えられている。この場合複合体中で2〜10モル%の割合をなすSiC
の粒子の直径は0.5μmより小さく、他方Al23粒子の直径は5μmを越え
てはならない。Al23の粒子の中にSiC粒子が分散したこれらの材料は曲げ
破断強さおよび靭性が非常に高いことを特徴とし、良好な高温抵抗性のためにモ
ーター構造物中の構造セラミックス材として使用することができる。
[0017]   SiC particles are made of Al for reinforcement2O3Al incorporated in the matrix 2 O3/ SiC composites are described in European Patent B-0 311 289.
Materials, eg ceramic materials for use in motor or turbine structures
Is considered as. In this case, SiC in a proportion of 2 to 10 mol% in the composite.
Diameter of particles is less than 0.5 μm, while Al2O3The diameter of the particles exceeds 5 μm
must not. Al2O3These materials with SiC particles dispersed in
Characterized by very high breaking strength and toughness, it has a
It can be used as a structural ceramic material in a motor structure.

【0018】 公知のウィスカー、繊維または小板状の材料で補強された複合材料の中で良好
な高温抵抗性および酸化耐性が際立っている同様なAl23/SiCナノ複合体
は、Journal of the Ceramic Society of
Japan誌、99巻(10号)974〜982頁(1991年)のNiiha
raの論文に記載されている。非常に細かいSiC粒子がAl23マトリックス
の粒子の成長および焼結挙動に及ぼす影響はJournal of the E
uropean Ceramic Society誌、10巻(1992年)4
73〜477頁のZhaoおよびHarmerの論文に記載されている。Al2
3/Sicナノ複合体の機械的性質はJournal of the Ame
rican Ceramic Society誌、76巻(2号)503〜51
0頁(1993年)においてZhao、Harmer、Chan、Miller
およびCookによって研究されている。ゾル−ゲル法によって製造されたナノ
複合体は、Journal of the Ceramic Society
of Japan誌、102巻、312〜315頁(1994年)のAutor
en Xu、NakahiraおよびNiiharaの論文に記載されている。
Similar Al 2 O 3 / SiC nanocomposites, which are distinguished by their good high temperature resistance and oxidation resistance among the composites reinforced with known whiskers, fibers or platelet-shaped materials, are described in Journal of the Ceramic Society of
Niiha, Japan, 99 (10), 974-982 (1991).
Ra's paper. The effect of very fine SiC particles on the growth and sintering behavior of Al 2 O 3 matrix particles is described in Journal of the E
European Ceramic Society, Volume 10 (1992) 4
73-477, Zhao and Harmer. Al 2
The mechanical properties of O 3 / Sic nanocomposite are Journal of the Ame
rican Ceramic Society magazine, Volume 76 (No. 2) 503-51
Zhao, Harmer, Chan, Miller, page 0 (1993).
And Cook. The nanocomposite produced by the sol-gel method is a Journal of the Ceramic Society.
of Japan, Volume 102, pages 312-315 (1994).
En Xu, Nakahira and Niihara.

【0019】 上記の引用された文献は大部分SiCの割合が2モル%より多い複合体に関し
たものであるが、著者がWilhelmおよびWrussであるcfi/Ber
,DGK 75,40〜44(1998)の論文にはSiCの割合が少ない熱プ
レスしたAl23/SiC複合体の機械的性質が記載されている。上記に引用さ
れた文献の他に、多数の他の刊行物の中でAl23/SiCナノ複合体について
はJournal of the European Ceramic So
ciety誌、17巻(1997年)1061〜1082頁のSternizk
eの概説の中にまとめられている。この論文でもAl23/SiCナノ複合体は
研磨粒子として通常の研摩材と超研摩材との間の空白を埋めるという推測が述べ
られている。しかしこれらの推測とは対照的に、この論文に挙げられた殆どすべ
ての刊行物およびそれから引用された材料の性質は明確に構造用セラミックス材
としての用途に関するものである。このような性質としては微細構造、熱力学的
安定性、密度、硬さ、破断強度、割れ靭性、摩耗特性、およびクリープ速度が挙
げられる。これらのすべての量は研磨過程に対し確実に重要な役割を演じるが、
単独では研磨粒子としての或る材料の有用性に関して言明することは妥当ではな
い。例えば高い硬度は或る材料が研磨粒子として利用できることの確実な前提で
ある。しかし専門家の世界でしばしば引用されるB4Cは高い硬度をもっている
にも拘らず、化学的および熱的性質が不十分でまた脆性が高いために、研摩材と
して大した用途も見出されていないことからも分かるように、研摩材としての適
合性を認識するためには全体の性質を観察しなければならない。硬度が通常の研
摩材と超研摩材との間の範囲にある硬い材料も同様に研摩材として広く受け入れ
られていない。何故ならこれらの材料には靭性、熱的および化学的安定性、或い
は研磨工程に対し重要な他の必要条件のような付加的な性質が欠けているからで
ある。このように、文献に記載されたナノ複合体材料は研磨過程に必要な一定の
性質を示すが、これまで研磨粒子として成功裡に使用することはできなかったの
である。これらの材料はAl23をベースにしたセラミックスと良く似た挙動を
示し、これは例えばフライス盤または旋盤に対しては使用して大きな成功が得ら
れるが、粒子に加工されると通常の熔融コランダムまたはそれより低い水準にあ
る不満足な摩耗特性しか示さない。
The above cited references are mostly concerned with composites with a proportion of SiC greater than 2 mol%, but the authors are Wilhelm and Wruss, cfi / Ber.
, DGK 75, 40-44 (1998) describe the mechanical properties of hot pressed Al 2 O 3 / SiC composites with a low proportion of SiC. In addition to the documents cited above, among many other publications, Al 2 O 3 / SiC nanocomposites are described in the Journal of the European Ceramic So.
Cerity, Volume 17 (1997), 1061-1082, Sternizk.
e is summarized in the overview. This paper also states the speculation that Al 2 O 3 / SiC nanocomposites serve as abrasive particles to fill the void between conventional and superabrasives. However, in contrast to these speculations, the properties of almost all publications cited in this paper and the materials cited from them are clearly related to their use as structural ceramic materials. Such properties include microstructure, thermodynamic stability, density, hardness, breaking strength, crack toughness, wear properties, and creep rate. All these quantities definitely play an important role in the polishing process,
It is not valid to make a statement alone about the usefulness of a material as abrasive particles. High hardness, for example, is a reliable assumption that a material can be used as abrasive particles. However, although B 4 C, which is often quoted in the professional world, has a high hardness, but due to its insufficient chemical and thermal properties and high brittleness, it has found great use as an abrasive. As can be seen from the above, the whole property must be observed to recognize its suitability as an abrasive. Hard materials with hardnesses in the range between normal and superabrasives are likewise not widely accepted as abrasives. This is because these materials lack additional properties such as toughness, thermal and chemical stability, or other important requirements for the polishing process. Thus, while the nanocomposite materials described in the literature exhibit certain properties necessary for the polishing process, they have hitherto not been successfully used as abrasive particles. These materials behave very much like Al 2 O 3 -based ceramics, which have great success when used, for example, for milling machines or lathes, but when processed into particles the usual melting It exhibits unsatisfactory wear properties at corundum or lower levels.

【0020】 それだけ、研磨過程に有効な作用を及ぼすことが知られている或る一定の材料
特性だけを観察し、それに基づいて研磨粒子の使用可能性または期待される研磨
挙動特性を特性付けることは、現在実際問題として極めて困難なことが分かって
いる。研磨工具によって材料を研磨する際実際に摩耗が行なわれる機構に対する
理論は、従来は研磨過程の後の加工製品および研磨工具の変化に基づいてのみ発
展させることができた。研磨挙動特性に対する影響は研磨粒子の他に当然研磨工
具の状態(結合性、多孔性、添加物質等)および加工すべき製品自身によるから
、或る一定の研磨結果を研磨粒子の或る一定の材料特性と関連させるのは後にな
ってからでも困難なことが多い。研摩材の応用技術的な試験によってはじめて、
或いはむしろかなりの財政的なおよび時間的なコストがかかる実用試験または現
場試験によってはじめて最終的な結論が得られる。
To that extent, observing only certain material properties that are known to have an effective effect on the polishing process, and on the basis of which to characterize the availability or expected polishing behavior properties of the abrasive particles. Is currently found to be extremely difficult in practice. The theory of the actual wear that occurs when a material is abraded by an abrasive tool has heretofore been developed only on the basis of changes in the work product and the abrasive tool after the abrading process. Since the influence on the polishing behavior characteristics depends not only on the abrasive particles but also on the condition of the polishing tool (bondability, porosity, additive substance, etc.) and the product itself to be processed, a certain polishing result can be obtained according to a certain abrasive particle It is often difficult later to relate material properties. For the first time, through an applied technical test of abrasives,
Alternatively, the final conclusions can only be reached by practical or field tests, which are quite financially and time consuming.

【0021】 従って或る材料の使用可能性に関して直接言及できる独立した測定方法および
量を見出すことは、やる価値のあることである。最近では実際上いわゆる単一粒
子試験(図1:単一粒子スクラッチ試験)がますます行われるようになった。こ
の試験では研磨過程で課されるできるだけ実際に近い条件下で試験が行われる。
試験装置は研磨スピンドルの上に研磨用の砥石車の代わりにスクラッチディスク
が取り付けられた改造フライス盤研磨機である。実際的な見地から比較的軽く且
つ容易に加工し得る加工材料(例えばアルミニウム)からつくられているスクラ
ッチディスクは、その周囲に半田付けされた研磨粒子をもつ支持体が装着された
保持装置をもっている。掻き傷を付ける際にはスクラッチ装置の支持台の上に加
工部品を取付け、回転するスクラッチディスクの下方で回転方向に対してx方向
に動かす。y方向における予め定められた送り込み(Zustellung)に
基づいてディスクの周を越えて突き出した研磨粒子は各回転毎に加工部品に掻き
傷の跡をつける。掻き傷の長さおよび掻き傷を付ける時間が増加するにつれ、研
磨粒子の摩耗のために掻き傷の深さおよび断面は減少し、最後にはy方向におけ
る送り込みの量だけ研磨粒子の先端が擦り減り、掻き傷の跡が全く残らないよう
になる。掻き傷の跡は表面測定装置で検査し評価することができる。測定原理は
図1および2に示されており、次に参照番号を用いて説明する。
It is therefore worthwhile to find an independent measuring method and quantity that can be directly mentioned with regard to the availability of a material. In recent years, the so-called single particle test (Fig. 1: single particle scratch test) has become more and more practical in practice. This test is conducted under conditions that are as close as practical to those imposed during the polishing process.
The test equipment is a modified milling machine polishing machine in which a scratch disk is mounted on the polishing spindle instead of the grinding wheel for polishing. From a practical standpoint, a scratch disk made of a processing material (eg aluminium) which is relatively light and easy to machine has a holding device around which a support with soldered abrasive particles is mounted. . When scratching, the work piece is mounted on the support of the scratch device and moved below the rotating scratch disk in the x direction relative to the direction of rotation. Abrasive particles protruding beyond the circumference of the disk based on a predetermined Zustellung in the y-direction scratch the work piece with each revolution. As the scratch length and scratching time increase, the scratch depth and cross section decrease due to abrasive particle wear, and finally the abrasive particle tip rubs by the amount of feed in the y direction. It will decrease and no scratch marks will remain. Traces of scratches can be inspected and evaluated with a surface measuring device. The measuring principle is shown in FIGS. 1 and 2 and will be described below using the reference numbers.

【0022】 図1はスクラッチディスク(1)および掻き傷を付けるための粒子(2)、x
、yおよびz−方向に移動可能な車軸(3、4、5)、加工部品(6)、試験機
の架台(7)および研磨スピンドルのヘッド(8)を備えた試験機の原理的な構
造を示す。測定自身を行うためには研磨操作の可能性に合わせた切断速度vc
加工部品速度vwおよび送り込みaeに対し、後で研磨粒子に対して使用しようと
する標準条件を定義する。さらに加工部品および冷却用潤滑材の使用を決めなけ
ればならない。
FIG. 1 shows a scratch disk (1) and particles for scratching (2), x
Fundamental structure of a tester with axles (3, 4, 5) movable in the y, z and z-directions, workpieces (6), tester stand (7) and polishing spindle head (8) Indicates. In order to perform the measurement itself, the cutting speed v c according to the possibility of polishing operation,
For the workpiece speed v w and the feed a e , we define the standard conditions that we will later use for the abrasive particles. In addition, the use of machined parts and cooling lubricants must be decided.

【0023】 評価の原理は種々の研磨粒子の種類に対する例示的な実行曲線(図2)を参照
すれば理解できるであろう。この図には掻き傷の長さIRに対して掻き傷の断面
の変化ARn/AR0がプロットされている。ここでAR0は最初傷をつけた際の掻き
傷の断面であり、ARnはn mmの長さの掻き傷をつけた後での掻き傷の断面で
ある。
The rationale for the evaluation will be understood by reference to an exemplary run curve (FIG. 2) for various abrasive particle types. In this figure, the change in scratch cross-section A Rn / A R0 is plotted against the scratch length I R. Here, A R0 is the cross section of the scratch when the scratch is first made, and A Rn is the cross section of the scratch after the scratch having a length of n mm is made.

【0024】 単一粒子に対する性能因子LF25は、単一の粒子の種類に対する特性曲線が掻
き傷の長さ25mmのところで縦軸と交わる交点から得られ、掻き傷の断面の変
化AR0/AR25に相当する。性能因子は粒子の摩耗が全く起こらずAR25=AR0
ある理論的な場合に関する%として表される。典型的な曲線の形では、粒子が最
もひどく摩耗する、曲線の最初の部分の勾配が著しく急な領域が含まれているか
ら、掻き傷の長さ25mmの所における評価が選ばれている。この領域は送り込
みaeに関しても実際の研磨過程に近似しており、研磨粒子の性能を非常に良く
表すことができる。さらに進むと曲線は平らになる。何故なら粒子は送り込みが
減少するためにそれほど使われずあまり速く摩耗することがないからである。研
磨粒子に対する代表的な結果を得るためには、1種類の粒子に対し少なくとも2
0個の粒子を測定し、個々の測定点の平均値から摩耗曲線をつくらなければなら
ない。
The performance factor LF 25 for a single particle is obtained from the point of intersection of the characteristic curve for a single particle type with the vertical axis at a scratch length of 25 mm, the change in the cross section of the scratch A R0 / A Equivalent to R25 . The performance factor is expressed as a% for the theoretical case where no wear of the particles occurs and A R25 = A R0 . A typical curve shape was chosen for evaluation at a scratch length of 25 mm, as it contains a region of the first part of the curve where the particle wears most severely and has a significantly steeper slope. This region is similar to the actual polishing process in terms of the feed a e , and the performance of the polishing particles can be represented very well. As you go further, the curve becomes flat. This is because the particles are not used so much due to the reduced feed and do not wear too fast. To obtain typical results for abrasive particles, at least 2 for each particle type.
Zero particles must be measured and the wear curve must be constructed from the average of the individual measurement points.

【0025】 単一粒子スクラッチ試験は、実際の結果と良く一致して、研磨粒子の適合性を
評価することができ、ここで研磨過程に関連したすべての量、例えば硬さ、靭性
、密度、強度、クリープ速度、熱的および化学的安定性、結晶構造等は間接的に
全体の中に入ってくるので、或る性質または或る性質の組み合わせが知られてい
るか分かっている必要はなく、またそれに応じてそれらを考慮する必要はない。
勿論すべての性質に対して或る一定の最低限度の必要条件が満たされていなけれ
ばならず、それに従って一つの材料が一般的に研磨粒子として問題にされる。例
えば研摩材の通常の硬さよりも硬さが著しく低い材料は、他のすべての性質が優
れていても研磨には適さないであろう。
The single particle scratch test is able to evaluate the suitability of abrasive particles in good agreement with actual results, where all quantities associated with the polishing process, such as hardness, toughness, density, Since strength, creep rate, thermal and chemical stability, crystal structure, etc. come indirectly into the whole, there is no need to know if a property or combination of properties is known. Nor do they have to be considered accordingly.
Of course, certain minimum requirements must be met for all properties, so that one material is generally problematic as abrasive particles. For example, a material whose hardness is significantly less than the normal hardness of the abrasive would not be suitable for polishing, despite all other properties.

【0026】 驚くべきことには、結晶化用の種子を加えて直接ゾル−ゲル法でつくられたS
iCの割合が5モル%よりも少ないAl23/SiCに対し、上記の方法で見出
だされた性能因子は従来Al23/SiCナノ複合体に対して見出されていた性
能因子よりも明らかに優れていた。本発明のナノ複合体の性能値は公知の純粋な
或いはドーピングを行ったゾル−ゲル−コランダムの値よりも優れており、従っ
て通常の研磨粒子と超研摩材との間の到達目標範囲にある。
Surprisingly, S made directly by the sol-gel method with the addition of seeds for crystallization
For Al 2 O 3 / SiC in which the proportion of iC is less than 5 mol%, the performance factors found by the above method are the performances conventionally found for Al 2 O 3 / SiC nanocomposites. It was clearly superior to the factor. The performance values of the nanocomposites of the present invention are superior to the known values of pure or doped sol-gel-corundum and are therefore in the target range between conventional abrasive particles and superabrasives. .

【0027】 粉末技術を用い原料を混合した後に緻密化(例えば熱プレス、無圧力焼結およ
び加熱アイソスタティックプレス法により)および焼結を行って製造された公知
のAl23ナノ複合体とは対照的に、本発明の研磨粒子は直接ゾル−ゲル法を用
い結晶化用の種子を加えて湿式化学的に製造される。Xu、Nakahiraお
よびNiiharaは、Journal Ceramic Society o
f Japan誌、1994、102、312〜315頁所載の彼らの論文の中
で、Al23/SiCナノ複合体の製造においてゾル−ゲル法を用いることを記
載している。しかし彼らは単に粒子の予めつくられたコロイド溶液全体に亙りナ
ノ粉末をできるだけ均一に混合するためにこの技術を使っているに過ぎない。次
いでゾルを乾燥しカ焼して超微粒子のAl23およびSiC粉末から成る混合物
にし、これを次に通常の粉末技術と同様に窒素下において30MPaの圧力と1
600℃の温度をかけて加熱プレスを行っている。
A known Al 2 O 3 nanocomposite produced by mixing the raw materials using powder technology, followed by densification (eg by hot pressing, pressureless sintering and hot isostatic pressing) and sintering. In contrast, the abrasive particles of the present invention are produced wet-chemically using the direct sol-gel method with the addition of seeds for crystallization. Xu, Nakahira and Niihara are Journal Ceramic Society o
f Japan magazine, in their paper 1994,102,312~315 page Shosai sol in the production of Al 2 O 3 / SiC nanocomposite - describes the use gel method. However, they simply use this technique to mix the nanopowder as homogeneously as possible over the pre-made colloidal solution of particles. The sol is then dried and calcined to give a mixture of ultrafine Al 2 O 3 and SiC powders, which is then subjected to a pressure of 30 MPa and 1 N under nitrogen as in conventional powder technology.
The hot press is performed at a temperature of 600 ° C.

【0028】 中間生成物として粉末を分離し、次いで通常の粉末技術的後処理を行なうこと
により、一定の、研磨粒子の製造に対して重要なゾル−ゲル法の利点は失われる
。従って上記の方法によって製造された複合体の研磨技術的な特性は前以て予期
されたナノ複合体の特性に相当している。さらに経済的な観点がこれに加わる。
何故なら加熱プレス法では経済的に有利な大規模工業での研磨粒子の大量生産は
実現できないからである。
By separating the powder as an intermediate product and then subjecting it to the usual powder-technical work-up, certain advantages of the sol-gel process which are important for the production of abrasive particles are lost. The abrasive technical properties of the composites produced by the above method therefore correspond to the properties of the previously expected nanocomposites. A further economic perspective is added to this.
This is because the hot press method cannot realize economically advantageous mass production of abrasive particles in a large-scale industry.

【0029】 これに対しAl23/SiCナノ複合体を製造するための本発明の直接ゾル−
ゲル法では、最初に通常の方法でAl23ゾルを製造する。酸化アルミニウム含
有のゾルに対する固体成分としては分散装置を用い激しく撹拌するか或いは超音
波を用いて微粒状に分散したベーマイト型の酸化アルミニウム1水和物、アルミ
ニウムアルコキシド、ハロゲン化アルミニウムおよび/または硝酸アルミニウム
が有利である。懸濁液の固体分含量は5〜60重量%が好適である。この懸濁液
に、できるだけ均一に分散させるために好ましくはやはり分散液の形で、Al2
3として計算した混合物のアルミニウム含量に関し0.1モル%以上で5モル
%より少ない、好ましくは0.3〜2.5モル%の範囲のSiCを加える。勿論
SiCを固体として予めつくった懸濁液に加えることもできる。表3の実施例に
示すように、比較的少量のSiCを用いて良好な結果が得られる。SiC原料と
しては、Acheson法で得られるか、或いは気相において熱およびレーザー
で支えられる反応或いは種々のプラズマ法で製造された微粉末状のSiC粉末が
用いられる。
In contrast, the direct sol of the present invention for producing an Al 2 O 3 / SiC nanocomposite-
In the gel method, first, an Al 2 O 3 sol is manufactured by a usual method. As a solid component for a sol containing aluminum oxide, boehmite-type aluminum oxide monohydrate, aluminum alkoxide, aluminum halide and / or aluminum nitrate which is vigorously stirred using a dispersing device or finely dispersed by using ultrasonic waves is used. Is advantageous. The solid content of the suspension is preferably 5 to 60% by weight. In order to disperse in this suspension as uniformly as possible, Al 2
SiC is added in an amount of greater than or equal to 0.1 mol% and less than 5 mol%, preferably in the range 0.3 to 2.5 mol%, based on the aluminum content of the mixture calculated as O 3 . Of course, SiC can also be added as a solid to a preformed suspension. As shown in the examples in Table 3, good results are obtained with relatively small amounts of SiC. As the SiC raw material, finely powdered SiC powder obtained by the Acheson method or manufactured by a reaction supported by heat and laser in a gas phase or various plasma methods is used.

【0030】 後の焼結工程に良い影響を与えるために、ゲル化を行う前に結晶化用の種子、
結晶成長抑制剤および/または他の変性成分の形でさらに焼結添加剤を加えるこ
とが有利である。これについては特に公知のすべてのAl23に対する焼結添加
剤、例えばCo、Mg、NiおよびZnのスピネル生成酸化物、Ce、Cu、B
、Ba、Hf、K、Li、Nb、Si、Sr、Ti、Y、Zrまたは希土類元素
の酸化物或いはその前駆体、および結晶化用の種子として作用する例えばFe2
3、Cr23、Al23等のようなコランダム類似の構造をもった酸化物を用
いることができる。勿論研磨粒子の或る一定の性質を得るためにこれらの組み合
わせを用いることもできる。
Seeds for crystallization before gelling in order to have a positive effect on the subsequent sintering process,
It is advantageous to add further sintering additives in the form of crystal growth inhibitors and / or other modifying components. For this purpose, in particular all known sintering additives for Al 2 O 3 , such as spinel-forming oxides of Co, Mg, Ni and Zn, Ce, Cu, B.
, Ba, Hf, K, Li, Nb, Si, Sr, Ti, Y, Zr or an oxide of a rare earth element or a precursor thereof, and Fe 2 acting as a seed for crystallization, for example.
Oxides having a corundum-like structure, such as O 3 , Cr 2 O 3 , and Al 2 O 3 can be used. Of course, combinations of these can also be used to obtain certain properties of the abrasive particles.

【0031】 SiCを添加する前に、Al23ゾルを微粒子状のα−Al23の水性懸濁液
と混合することが好ましい。結晶化用の種子として用いるα−Al23粒子の最
大粒径は好ましくは0.2μmよりも小さい。種子材料の使用量は最終生成物中
のAl23含量に関し0.5〜10重量%である。細かさの他に種子の数が重要
であるから、非常に細かい場合焼結工程を促進する上において僅かな量の種子で
既に十分である。
Prior to the addition of SiC, it is preferred to mix the Al 2 O 3 sol with an aqueous suspension of particulate α-Al 2 O 3 . The maximum particle size of α-Al 2 O 3 particles used as seeds for crystallization is preferably smaller than 0.2 μm. The amount of seed material used is 0.5 to 10% by weight, based on the Al 2 O 3 content in the final product. In addition to the fineness, the number of seeds is important, so that in very fine cases a small amount of seeds is already sufficient to accelerate the sintering process.

【0032】 つくられた懸濁液を次に加熱沸騰させ、好ましくは酸を加えてゲル化させる。
この場合も他の公知の任意のゲル化法(老化、電解質の添加、温度の上昇、懸濁
液の濃縮等)を用いることができる。ゲルの乾燥(冷却後の)は50〜120℃
の範囲の温度で行う。次いで500〜800℃の温度範囲でカ焼を行い、残留し
た水および酸を蒸発させる。カ焼後、複合体は直径が最高数mmの生の成形体に
なり、次にこれを焼結させる。直接緻密化を行う方法の利点は、乾燥しカ焼した
生の成形体が特に高い焼結活性をもっていることであり、原料はこの生の成形体
の中で既に互いに化学的に結合しており、緻密化および硬質化が実質的に効果的
且つ有利に行われ、仕上げられた複合体が得られる。
The suspension formed is then heated to boiling and preferably gelled by addition of acid.
Also in this case, any other known gelation method (aging, addition of electrolyte, increase in temperature, concentration of suspension, etc.) can be used. Drying gel (after cooling) is 50-120 ℃
At a temperature in the range. Then, calcination is performed in a temperature range of 500 to 800 ° C. to evaporate residual water and acid. After calcination, the composite becomes a green compact with a diameter of up to a few mm, which is then sintered. The advantage of the method of direct densification is that the dried and calcined green compact has a particularly high sintering activity, the raw materials being already chemically bound to one another in this green compact. The densification and hardening are carried out substantially effectively and advantageously and a finished composite is obtained.

【0033】 これに加えて焼結添加剤または結晶化用の種子を用いることにより、この工程
を、またそれによって生成物の品質を改善することができる。カ焼されたゲルの
焼結は、好ましくは1300〜1600℃の温度において、好ましくは不活性条
件(例えば窒素雰囲気中)において、特に好ましくは気密にした回転管状炉の中
で行い、生成物をできるだけ迅速に加熱し短い焼結時間で焼結が行われるように
する。こうすれば研磨粒子の構造に、従ってその性能に特に有利な効果が得られ
ることが観測されている。別法として迅速な加熱速度と高い温度が得られる任意
の公知の型の炉を用いることができる。焼結は非常に迅速に行われるから、真空
下での或いは酸化雰囲気中の作業さえも可能である。何故ならばSiCナノ粒子
の大部分はマトリックス中に閉じ込められており、従って酸化から保護されてい
るからである。
In addition to this, the use of sintering additives or seeds for crystallization makes it possible to improve this step and thus the product quality. Sintering of the calcined gel is preferably carried out at a temperature of 1300 to 1600 ° C., preferably under inert conditions (for example in a nitrogen atmosphere), particularly preferably in a hermetically sealed rotary tube furnace, to give the product Heat as quickly as possible so that the sintering takes place in a short sintering time. It has been observed that this has a particularly advantageous effect on the structure of the abrasive particles and thus on their performance. Alternatively, any known type of furnace that provides rapid heating rates and high temperatures can be used. Sintering is so rapid that it is possible to work under vacuum or even in an oxidizing atmosphere. Because most of the SiC nanoparticles are confined in the matrix and thus protected from oxidation.

【0034】 所望の粒子の大きさまで細粒化するために焼結の前または後において通常の細
粒化装置を用いることができる。カ焼したゲルを生の状態で調製することが有利
である。何故なら焼結後では緻密化され硬くなった複合材料を細粒化するために
は実質的に大きなエネルギーを費さなければならないからである。
Conventional atomizing equipment can be used before or after sintering to atomize to the desired particle size. It is advantageous to prepare the calcined gel in the raw state. This is because, after sintering, a substantial amount of energy must be consumed in order to reduce the size of the densified and hardened composite material.

【0035】 焼結の際、ナノ・スケールのSiCはAl23マトリックスに対する結晶化用
の種子として作用するが、同時に生の成形体の緻密化を遅らせるから、純粋な酸
化アルミニウム・ベースのゾル−ゲル材料に対しては、好ましくは高い焼結温度
を使用し、材料が十分に緻密化され、結晶成長が僅かしか起こらない事態に陥ら
ないようにしなければならない。約1400℃において既に増強された大きな結
晶が生じるようにする。この現象は既に米国特許4,623,364号に記載さ
れている。この特許では、そうでなければ細かいマトリックスの中に大きな結晶
の出現する望ましくない現象は不純物に原因があるとされている。該特許では大
きな部分ができるだけ少ない微結晶のマトリックスを得ることが目標とされ、こ
れはまた冒頭に引用した特許に開示されまた当業界の現状に対応している。
During sintering, nanoscale SiC acts as a crystallization seed for the Al 2 O 3 matrix, but at the same time delays the densification of the green compact, so that a pure aluminum oxide-based sol. -For gel materials, preferably high sintering temperatures must be used so that the material is sufficiently densified and crystal growth does not occur insignificantly. At about 1400 ° C. large crystals are formed, which are already enhanced. This phenomenon has already been described in US Pat. No. 4,623,364. In this patent, the undesirable phenomenon of the appearance of large crystals in an otherwise fine matrix is attributed to impurities. The patent aims to obtain a matrix of crystallites with the greatest possible proportion, which is also disclosed in the patent cited at the beginning and corresponds to the state of the art.

【0036】 驚くべきことに本発明においては、マトリックス中において長さが最大20μ
m、平均直径が2μmよりも、好ましくは5μmよりも大きい大きな結晶が一定
の割合で存在する場合、本発明のナノ複合体研磨粒子の研磨性能が特に高いこと
が見出された。その研磨特性は、平均の結晶の大きさが0.2〜0.3μmであ
って全体の結晶はミクロン以下の範囲、好ましくは0.4μm以下の範囲にある
微結晶の純粋なゾル−ゲル法によるAl23研磨粒子よりも明らかに高い。この
ことは非常に驚くべきことである。何故なら当業界の専門家の間では、焼結コラ
ンダムの研磨特性は構造が細かくなるにつれ、特にd50領域が0.5μmより小
さい場合、著しく高くなることが知られているからである。
Surprisingly, in the present invention, the maximum length in the matrix is 20 μm.
It has been found that the polishing performance of the nanocomposite abrasive particles of the present invention is particularly high when a large proportion of large crystals having a m, average diameter of more than 2 μm, preferably more than 5 μm are present. Its polishing property is a pure sol-gel method of fine crystals having an average crystal size of 0.2 to 0.3 μm and the whole crystal in the range of submicron, preferably 0.4 μm or less. Clearly higher than the Al 2 O 3 abrasive particles according to. This is very surprising. This is because it is known by experts in the art that the polishing properties of sintered corundum increase significantly as the structure becomes finer, especially when the d 50 region is smaller than 0.5 μm.

【0037】 焼結コランダムの構造および研磨強度に対する焼結条件の影響を記載した実施
例1〜6および対照例7〜11に示すように、Al23/SiCナノ複合体の性
能曲線は直線にならず、1400〜1450℃の間に最大値を示す。この温度領
域においては、保持時間(Haltezeit)が30分の場合マトリックスの
中に最初の粗い結晶および茎状の結晶が生じる。この粗いAl23の結晶は好ま
しくは長さ対幅の比が2:1〜10:1、特に好ましくは4:1〜6:1の細長
い形を示す。粗い結晶を含んだマトリックスの典型的な図が添付図面の図3およ
び4に電子顕微鏡写真として示されている。1400℃よりも低い温度では、純
粋なミクロン以下の構造が生成し、この際粒子全体は1μmより小さい、好まし
くは0.5μmより小さい範囲にある。この材料の研磨強度はやはり当業界の現
状に従った純粋なゾル−ゲル法のコランダムよりも大きいが、驚くべきことには
上記の温度領域で得られた材料の中に粗い結晶を含んだものよりも小さい。粗い
結晶がさらに生成するようなこれよりも高い焼結温度では、研磨強度は再び低下
する。
The performance curves of Al 2 O 3 / SiC nanocomposites are linear as shown in Examples 1-6 and Controls 7-11 which describe the effect of sintering conditions on the structure and polishing strength of sintered corundum. However, the maximum value is shown between 1400 and 1450 ° C. In this temperature range, the first coarse crystals and stalk-like crystals are formed in the matrix when the holding time (Haltezeit) is 30 minutes. The coarse Al 2 O 3 crystals preferably exhibit elongated shapes with a length to width ratio of 2: 1 to 10: 1, particularly preferably 4: 1 to 6: 1. A typical view of a matrix containing coarse crystals is shown as an electron micrograph in Figures 3 and 4 of the accompanying drawings. At temperatures below 1400 ° C., pure submicron structures are produced, where the total particles are in the range of less than 1 μm, preferably less than 0.5 μm. The polishing strength of this material is still greater than that of pure sol-gel corundum according to the state of the art, but surprisingly the material obtained in the above temperature range contains coarse crystals. Smaller than. At higher sintering temperatures, where more coarse crystals are formed, the polishing strength decreases again.

【0038】 しかし粗い結晶が大きな割合で存在する1500℃の温度領域においても、最
良の純粋なゾル−ゲル・コランダムがもつ研磨性能の水準に到している。これに
対し純粋なゾル−ゲル・コランダムでは、研磨能力は構造の細かさとほぼ直線関
係にあることが認められ、ミクロン以下の領域では結晶の平均の大きさd50が0
.4μmより小さいところで始めて良好な性能に達する。
However, even in the temperature range of 1500 ° C. where a large proportion of coarse crystals are present, the level of polishing performance of the best pure sol-gel corundum is reached. On the other hand, in the pure sol-gel corundum, the polishing ability was found to be almost linearly related to the fineness of the structure, and the average crystal size d 50 was 0 in the region of micron or less.
. Good performance is reached only below 4 μm.

【0039】 明らかにナノ複合体の場合粗い結晶は粒子の研磨挙動特性に積極的に作用する
或る種の構造強化作用を及ぼしており、また粒子の成長に基づいて期待される性
能の低下を相殺しているばかりでなく、包含されたナノ・スケールのSiC粒子
と組み合わされて研磨粒子に対し明白に性能の向上を助けている。
[0039] Apparently in the case of nanocomposites, the coarse crystals exert some kind of structure-enhancing effect which positively influences the polishing behavior properties of the particles, and also the expected degradation of performance based on particle growth. Not only does it offset, but in combination with the included nanoscale SiC particles, it clearly helps improve performance over abrasive particles.

【0040】 表4の例から分かるように、SiC粒子を包含することによる製品の改善はナ
ノ・スケールのSiC粉末を用いる場合だけに止まらず、比較的粗いSiCを包
含した粒子を用いても優れた研磨性能が得られる。しかし使用したSiC粉末が
細かいほど研磨性能はさらに改善される傾向があることは明らかである。工業的
な見地および入手可能性からすれば、本発明の研磨粒子を製造する場合、Ach
eson法によって得られる工業用のSiCをできるだけ細かく粉砕して得られ
る下記実施例に挙げた粉末だけを専ら使用する。しかしさらに細かい粉末を使用
する際上記の傾向は持続するということから出発することができる。
As can be seen from the example in Table 4, the improvement of the product by including the SiC particles is not limited to the case of using the nano-scale SiC powder, and the use of the particles including the relatively coarse SiC is also excellent. Excellent polishing performance can be obtained. However, it is clear that the finer the SiC powder used, the more the polishing performance tends to be improved. From an industrial point of view and availability, when producing the abrasive particles of the present invention, Ach
Only the powders mentioned in the examples below, which are obtained by grinding the industrial SiC obtained by the eson method as finely as possible, are used exclusively. However, one can start with the fact that the above tendency persists when using finer powders.

【0041】 本発明のナノ複合体におけるSiC粒子はAl23マトリックス粒子中におい
て粒子内粒子として配置され、またAl23粒子の間の境界において粒子間粒子
として配置されており、この場合これよりも小さい粒子は好ましくは粒子内粒子
として組み込まれていることが観測されている。SiCのどのような種類の包含
が研磨性能にどのような影響を及ぼすかはさらに進んだ研究の対象であり、現在
のところ推測に基づく考察ができるに過ぎない。
The SiC particles in the nanocomposite of the present invention are arranged as intraparticles in the Al 2 O 3 matrix particles and as interparticles at the boundaries between the Al 2 O 3 particles, in this case It has been observed that particles smaller than this are preferably incorporated as intraparticles. What kind of inclusion of SiC affects the polishing performance is the subject of further study and at present only speculative considerations are possible.

【0042】 既に引用した刊行物で議論されているいくつかの理論は、この場合も複合体材
料の一つの性質だけに関するものであり、研磨性能に対応する性質全体の効果を
考慮してはいない。特に実施例14〜17には、包含された粒子の大きさが減少
すると研磨性能が上昇する傾向が明らかに示されている。このことから特に研磨
性能の改善には粒子内に包含されたSiCが大きく寄与しているという結論が得
られる。
Some theories discussed in the publications cited above again relate only to one property of the composite material and do not consider the effect of the overall property on the polishing performance. . In particular, Examples 14-17 clearly show a tendency for polishing performance to increase as the size of the included particles decreases. From this, it can be concluded that the SiC contained in the particles greatly contributes to the improvement of the polishing performance.

【0043】 従って本発明によれば、SiCナノ粒子が主として粒子内粒子として包含され
ているAl23をベースにしたナノ複合体研磨粒子であって、硬さ(HV0.2
が18GPaより大きく、密度は理論密度の95%より高く、研磨性能はLF25 >75%である複合体研磨粒子が提供される。(ここでLF25は加工材料100
Cr6(HRc=62)について20回測定した平均値であり、この場合の条件
は切断速度30m/秒、送り込み20μm、加工材料速度0.5mm/秒であり
、冷却剤として3%の乳化液を加えた。) 次に下記実施例により本発明を例示する。これらの実施例は本発明を限定する
ものではない。
Therefore, according to the present invention, there are provided Al 2 O 3 -based nanocomposite abrasive particles, in which SiC nanoparticles are mainly included as intraparticles, having a hardness (HV 0.2 ).
Is greater than 18 GPa, the density is greater than 95% of theoretical density, and the polishing performance is LF 25 > 75%. (Here, LF 25 is processing material 100
Cr6 (HRc = 62) is an average value measured 20 times. The conditions in this case are a cutting speed of 30 m / sec, a feed rate of 20 μm, a processing material speed of 0.5 mm / sec, and a 3% emulsion as a coolant. added. ) Next, the present invention will be illustrated by the following examples. These examples do not limit the invention.

【0044】 実施例1〜6 懸濁液A(ベーマイト・ゾル) 10kgのプソイドベーマイト(Disperal、Condea社)を、分
散装置(Megatron MT型、1−90、Kinematica社)を用
い、約300mlの濃硝酸を加えてpHを2.4に調節した50リットルの蒸溜
水の中に分散させた。この分散液にやはり分散剤を加え最大粒径がdmax=0.
4μmのα−Al23を50%含有した種子スラリを加えた。この種子スラリは
細かいα−Al23粉末(CS400M、Martinswerk社)を湿式摩
砕した後遠心分離にかけて得られたものである。種子スラリを加えた後ゾルの中
には約2重量%のAl23の結晶化用種子が存在していた。
Examples 1 to 6 Suspension A (boehmite sol) 10 kg of pseudoboehmite (Disperal, Condea) was added to a dispersion device (Megatron MT type 1-90, Kinematica) of about 300 ml. It was dispersed in 50 liters of distilled water whose pH was adjusted to 2.4 by adding concentrated nitric acid. A dispersant was also added to this dispersion so that the maximum particle size was d max = 0.
Seed slurry containing 50% of 4 μm α-Al 2 O 3 was added. This seed slurry was obtained by wet-milling fine α-Al 2 O 3 powder (CS400M, Martinswer) and then centrifuging. About 2% by weight of Al 2 O 3 crystallization seeds were present in the sol after the seed slurry was added.

【0045】 懸濁液B(SiC懸濁液) 50%のポリエチレンアミン懸濁液(Fluka社)1.5gを激しく撹拌し
ながら600mlの蒸溜水に加える。次にこの希釈した懸濁液の中に30gのナ
ノ・スケールのSiC(UF 45、H.C.Starck社)を撹拌して加え
た。
Suspension B (SiC suspension ) 1.5 g of 50% polyethyleneamine suspension (Fluka) are added to 600 ml of distilled water with vigorous stirring. Then 30 g of nanoscale SiC (UF 45, HC Starck) was added to this diluted suspension with stirring.

【0046】 懸濁液Bを撹拌しながらベーマイト・ゾル(懸濁液A)に加え、硝酸を用いて
この混合物のpH値を1.8に調節した。次に絶えず撹拌しながらこの混合物を
95℃に加熱し、さらに硝酸を滴下することによりゲル化を開始する。このゲル
を冷却した後乾燥器の中で85℃において乾燥した。乾燥したゲルを粒径が5m
mより小さくなるまで細粒化し、次いで500℃においてカ焼した。
Suspension B was added to the boehmite sol (Suspension A) with stirring and the pH value of this mixture was adjusted to 1.8 with nitric acid. The mixture is then heated to 95 ° C. with constant stirring and nitric acid is added dropwise to initiate gelation. The gel was cooled and then dried in an oven at 85 ° C. Particle size of dried gel is 5m
Granulated until smaller than m and then calcined at 500 ° C.

【0047】 実施例1〜6においては焼結温度だけを変化させた。表1に焼結条件に依存し
た硬さの測定値、研磨因子および微結晶構造を示す。
In Examples 1 to 6, only the sintering temperature was changed. Table 1 shows the measured hardness, the polishing factor, and the microcrystalline structure depending on the sintering conditions.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】 対照例7〜11(SiC包含成分なし) 10kgのプソイドベーマイト(Disperal、Condea社)を、分
散装置(Megatron MT型、1−90、Kinematica社)を用
い、約300mlの濃硝酸を加えてpHを2.4に調節した50リットルの蒸溜
水の中に分散させた。この分散液にやはり分散剤を加え最大粒径がdmax=0.
4μmのα−Al23を50%含有した種子スラリを加えた。この種子スラリは
細かいα−Al23粉末(CS400M、Martinswerk社)を湿式摩
砕した後遠心分離にかけて得られたものである。種子スラリを加えた後ゾルの中
には約2重量%のAl23の結晶化用の種子が存在していた。
Control Examples 7 to 11 (without SiC inclusion component) About 300 ml of concentrated nitric acid was prepared by using 10 kg of pseudoboehmite (Disperal, Condea) and a disperser (Megatron MT type, 1-90, Kinematica). In addition, it was dispersed in 50 liters of distilled water whose pH was adjusted to 2.4. A dispersant was also added to this dispersion to give a maximum particle size d max = 0.
Seed slurry containing 50% of 4 μm α-Al 2 O 3 was added. This seed slurry was obtained by wet-milling fine α-Al 2 O 3 powder (CS400M, Martinswer) and then centrifuging. After adding the seed slurry, about 2% by weight of Al 2 O 3 seeds for crystallization were present in the sol.

【0050】 硝酸を用いてこの混合物のpH値を1.8に調節した。次に絶えず撹拌しなが
らこの混合物を95℃に加熱し、さらに硝酸を滴下することによりゲル化を開始
する。このゲルを冷却した後乾燥器の中で85℃において乾燥した。乾燥したゲ
ルを粒径が5mmより小さくなるまで細粒化し、次いで500℃においてカ焼し
た。
The pH value of this mixture was adjusted to 1.8 with nitric acid. The mixture is then heated to 95 ° C. with constant stirring and nitric acid is added dropwise to initiate gelation. The gel was cooled and then dried in an oven at 85 ° C. The dried gel was granulated until the particle size was less than 5 mm and then calcined at 500 ° C.

【0051】 対照例7〜11においても、焼結温度だけを変化させた。表2に焼結条件に依
存した硬さの測定値、研磨因子および微結晶構造を示す。
Also in Comparative Examples 7 to 11, only the sintering temperature was changed. Table 2 shows the measured hardness, the polishing factor and the microcrystalline structure depending on the sintering conditions.

【0052】[0052]

【表2】 [Table 2]

【0053】 実施例12 実施例1〜6と同様にして実施例12の製造を行った。しかし75gのナノ・
スケールのSiC UF45を用いた。
Example 12 Example 12 was manufactured in the same manner as in Examples 1-6. But 75g of nano
A scale SiC UF45 was used.

【0054】 実施例13 実施例12と同様にして製造を行った。しかしナノ・スケールのSiC UF
45を75gではなく150g用いた。表3にはSiCの濃度に依存した性能因
子を示す。
Example 13 Production was carried out in the same manner as in Example 12. But nano-scale SiC UF
150 g of 45 was used instead of 75 g. Table 3 shows performance factors depending on the concentration of SiC.

【0055】[0055]

【表3】 [Table 3]

【0056】 実施例14 実施例4と同様にして実施例14の製造を行った。SiC UF45の代わ
りにやや粗いSIC UF25(H.C.Starck社)を用いた。窒素雰囲
気中で1400℃において焼結した。加熱速度は毎分60℃であり、保持時間は
30分であった。
Example 14 Example 14 was manufactured in the same manner as Example 4. Instead of the SiC UF45, a slightly coarser SIC UF25 (HC Starck) was used. Sintering was performed at 1400 ° C. in a nitrogen atmosphere. The heating rate was 60 ° C. per minute and the holding time was 30 minutes.

【0057】 実施例15 実施例14と同様にして実施例15の製造を行った。SiC UF25の代わ
りに粗いSIC UF15(H.C.Starck社)を用いた。
Example 15 Example 15 was manufactured in the same manner as Example 14. Coarse SIC UF15 (HC Starck) was used instead of SiC UF25.

【0058】 対照例16 実施例15と同様にして実施例16の製造を行った。SiC UF15の代わ
りにSIC UF1000(Elektroschmelzwerk Kemp
ten社)を用いた。
Comparative Example 16 Example 16 was prepared in the same manner as in Example 15. SIC UF1000 (Elektroschmelzwerk Kemp instead of SiC UF15)
(Ten company) was used.

【0059】 対照例17 実施例16と同様にして実施例17の製造を行った。SiC UF1000の
代わりにSIC UF600(Elektroschmelzwerk Kem
pten社)を用いた。
Comparative Example 17 Example 17 was prepared in the same manner as in Example 16. SIC UF600 (Elektroschmelzwerk Chem instead of SiC UF1000)
Pten) was used.

【0060】 表4は包含されたSiCの粒径に依存するナノ複合体の性能因子を示す。[0060]   Table 4 shows the nanocomposite performance factors depending on the particle size of the included SiC.

【0061】[0061]

【表4】 [Table 4]

【0062】 研磨試験 スクラッチ試験に加えて若干の実施例に関し帯状研磨材の形で研磨試験を行っ
た。この試験の結果を表5にまとめる。
Abrasive Test In addition to scratch tests, abrasive tests were conducted in the form of strip abrasives for some examples. The results of this test are summarized in Table 5.

【0063】[0063]

【表5】 [Table 5]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 単一粒子によるスクラッチ試験機の原理的構造。[Figure 1]   Principle structure of scratch tester with single particles.

【図2】 若干の典型的な研磨粒子と比較したAl23/SiOナノ複合体の摩耗曲線
FIG. 2 Abrasion curves of Al 2 O 3 / SiO nanocomposite compared to some typical abrasive particles.

【図3および4】 本発明の複合体研磨粒子のマトリックスの電子顕微鏡写真。3 and 4   An electron micrograph of a matrix of the composite abrasive particles of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C058 AA07 CB01 CB02 CB05 DA02 4G076 AA02 AA24 AB02 BF10 CA04 CA26 CA29 DA30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 3C058 AA07 CB01 CB02 CB05 DA02                 4G076 AA02 AA24 AB02 BF10 CA04                       CA26 CA29 DA30

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化アルミニウム含有ゾルをSiCナノ粒子と混合し、次い
でゲル化、乾燥、カ焼および焼結を行うことを特徴とするAl23/SiCナノ
複合体研磨粒子を製造する方法。
1. A method for producing Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles, which comprises mixing an aluminum oxide-containing sol with SiC nanoparticles and then subjecting to gelling, drying, calcination and sintering. .
【請求項2】 酸化アルミニウム含有ゾルは固体成分として非常に細かく分
散したベーマイト型の酸化アルミニウム1水和物、アルミニウムアルコキシド、
ハロゲン化アルミニウムおよび/または硝酸アルミニウムを含んでいることを特
徴とする請求項1記載の方法。
2. The aluminum oxide-containing sol comprises a boehmite-type aluminum oxide monohydrate, an aluminum alkoxide, which is very finely dispersed as a solid component.
A method according to claim 1, characterized in that it comprises aluminum halide and / or aluminum nitrate.
【請求項3】 Al23として計算した混合物のアルミニウム含量に関し0
.1モル%以上で5モル%より少ない量の、好ましくは0.3〜2.5モル%の
、SiCナノ粒子を添加することを特徴とする請求項1または2記載の方法。
3. The aluminum content of the mixture calculated as Al 2 O 3 is 0.
. Method according to claim 1 or 2, characterized in that SiC nanoparticles are added in an amount of 1 mol% or more and less than 5 mol%, preferably 0.3-2.5 mol%.
【請求項4】 ゲル化を行う前に、焼結過程に影響を及ぼす結晶化の種子、
結晶成長抑制剤および/または他の変性成分の形で焼結添加剤を添加することを
特徴とする請求項1〜3記載の方法。
4. Crystallized seeds that influence the sintering process before gelling,
Method according to claims 1 to 3, characterized in that sintering additives are added in the form of crystal growth inhibitors and / or other modifying components.
【請求項5】 結晶化の種子として微粉末のα−酸化アルミニウム用いるこ
とを特徴とする請求項4記載の方法。
5. The method according to claim 4, characterized in that finely powdered α-aluminum oxide is used as crystallization seeds.
【請求項6】 pH値の上昇または低下、老化、電解質の添加、温度の上昇
および/または溶液の濃縮により懸濁液のゲル化を行うことを特徴とする請求項
1〜5記載の方法。
6. The method according to claim 1, wherein the gelation of the suspension is carried out by raising or lowering the pH value, aging, adding an electrolyte, raising the temperature and / or concentrating the solution.
【請求項7】 ゲルの乾燥は50〜120℃の温度範囲で行い、次いでカ焼
は500〜800℃の温度範囲で行い、焼結は1300〜1600℃の温度範囲
で行うことを特徴とする請求項1〜6記載の方法。
7. The gel is dried in a temperature range of 50 to 120 ° C., calcination is then performed in a temperature range of 500 to 800 ° C., and sintering is performed in a temperature range of 1300 to 1600 ° C. The method according to claim 1.
【請求項8】 焼結は1380〜1500℃の温度範囲で行うことを特徴と
する請求項7記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the sintering is performed in a temperature range of 1380 to 1500 ° C.
【請求項9】 焼結は不活性条件下で行うことを特徴とする請求項7記載の
方法。
9. The method of claim 7, wherein the sintering is performed under inert conditions.
【請求項10】 所望の粒径への細粒化は焼結の前または後で行うことを特
徴とする請求項1〜9記載の方法。
10. The method according to claim 1, wherein the grain size reduction to a desired grain size is performed before or after sintering.
【請求項11】 硬さが16GPaより大きく、密度が理論値の95%より
大きく、Al23マトリックスに関するSiCの割合が0.1モル%以上で5モ
ル%より小さいAl23/SiCナノ複合体研磨粒子において、Al23マトリ
ックスの中でSiC粒子は粒子間粒子および粒子内粒子として存在し、該研磨粒
子は単一粒子スクラッチ試験でLF25>75%の性能を示すことを特徴とするA
23/SiCナノ複合体研磨粒子。
11. Al 2 O 3 / SiC having a hardness of more than 16 GPa, a density of more than 95% of the theoretical value, and a proportion of SiC in the Al 2 O 3 matrix of 0.1 mol% or more and less than 5 mol%. In nanocomposite abrasive particles, SiC particles were present as interparticle and intraparticle particles in an Al 2 O 3 matrix, the abrasive particles exhibiting LF 25 > 75% performance in a single particle scratch test. Characteristic A
l 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles.
【請求項12】 SiCの割合はAl23マトリックスに関し0.3〜2.
5モル%であることを特徴とする請求項11記載のAl23/SiCナノ複合体
研磨粒子。
12. The proportion of SiC is between 0.3 and 2. with respect to the Al 2 O 3 matrix.
Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles according to claim 11, wherein from 5 mol%.
【請求項13】 SiC粒子はAl23マトリックスの中で主として粒子内
粒子として存在することを特徴とする請求項11または12記載のAl23/S
iCナノ複合体研磨粒子。
13. The Al 2 O 3 / S according to claim 11 or 12, characterized in that the SiC particles are mainly present as intraparticles in the Al 2 O 3 matrix.
iC nanocomposite abrasive particles.
【請求項14】 マトリックスのAl23結晶は平均直径が0.2〜20μ
mであることを特徴とする請求項11〜13記載のAl23/SiCナノ複合体
研磨粒子。
14. The matrix Al 2 O 3 crystal has an average diameter of 0.2 to 20 μm.
The Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles according to claim 11, wherein m is m.
【請求項15】 Al23マトリックスはミクロン以下の構造をもち、平均
の粒子の大きさは1μmより、好ましくは0.5μmより小さいことを特徴とす
る請求項11〜13記載のAl23/SiCナノ複合体研磨粒子。
15. Al 2 O 3 matrix has the following structure microns, the average size is from 1 [mu] m, Al 2 O according to claim 11 to 13, wherein preferably characterized in that less than 0.5μm 3 / SiC nanocomposite abrasive particles.
【請求項16】 ミクロン以下のAl23マトリックスの中に粗いAl23 結晶が生じていることを特徴とする請求項15記載のAl23/SiCナノ複合
体研磨粒子。
16. The Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles according to claim 15, wherein coarse Al 2 O 3 crystals are formed in a submicron Al 2 O 3 matrix.
【請求項17】 粗いAl23結晶は平均の直径が2μmより、好ましくは
5μmより大きいことを特徴とする請求項16記載のAl23/SiCナノ複合
体研磨粒子。
17. Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles according to claim 16, characterized in that the coarse Al 2 O 3 crystals have an average diameter of more than 2 μm, preferably more than 5 μm.
【請求項18】 粗いAl23結晶は細長い形をしていることを特徴とする
請求項17記載のAl23/SiCナノ複合体研磨粒子。
18. The Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles according to claim 17, wherein the coarse Al 2 O 3 crystals have an elongated shape.
【請求項19】 粗いAl23結晶は長さ対幅の比が2;1〜10:1、好
ましくは4:1〜6:1であることを特徴とする請求項16〜18記載のAl2
3/SiCナノ複合体研磨粒子。
19. A coarse Al 2 O 3 crystal having a length-to-width ratio of 2: 1 to 10: 1, preferably 4: 1 to 6: 1. Al 2
O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles.
【請求項20】 研磨用テープおよび研磨用ディスクを製造するための請求
項11〜19記載のAl23/SiCナノ複合体研磨粒子の使用。
20. Use of Al 2 O 3 / SiC nanocomposite abrasive particles according to claims 11 to 19 for the production of abrasive tapes and disks.
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