JP2004504448A - Molten Al2O3-rare earth oxide-ZrO2 eutectic material, abrasive particles, abrasive article, and methods of making and using them - Google Patents

Molten Al2O3-rare earth oxide-ZrO2 eutectic material, abrasive particles, abrasive article, and methods of making and using them Download PDF

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Abstract

Al−希土類酸化物−ZrO共晶を含む溶融結晶質共晶材料。溶融共晶材料を含む有用な物品の例には、繊維および研磨剤粒子が挙げられる。被覆研磨剤、結合研磨剤、不織研磨剤および研磨剤ブラシなどの研磨剤製品に溶融研磨剤粒子を組み込むことが可能である。Al 2 O 3 - melt crystalline eutectic material comprising a rare earth oxide -ZrO 2 eutectic. Examples of useful articles that include a molten eutectic material include fibers and abrasive particles. It is possible to incorporate molten abrasive particles into abrasive products such as coated abrasives, bonded abrasives, nonwoven abrasives and abrasive brushes.

Description

【0001】
発明の分野
本発明は、Al−希土類酸化物−ZrO共晶を含む溶融材料に関する。溶融Al・希土類酸化物−ZrO共晶材料を含む有用な物品の例には、繊維および研磨剤粒子が挙げられる。結合研磨剤、被覆研磨剤、不織研磨剤および研磨剤ブラシを含む様々な研磨剤物品に溶融研磨剤粒子を組み込むことが可能である。
【0002】
関連技術の説明
二次元共晶材料および三次元共晶材料を含む様々な溶融共晶金属酸化物材料は技術上知られている。溶融共晶金属酸化物材料は、典型的には、種々の金属酸化物の供給源および他の所望の添加剤を炉に投入し、材料を材料の融点より上に加熱し、溶融物を冷却して凝固塊を生じさせることにより製造される(例えば、米国特許第1,161,620号(コールター(Coulter))、第1,192,709号(トーン(Tone))、第1,247,337号(サンダース(Saunders)ら)、第1,268,533号(アレン(Allen))、第2,424,645号(バウマン(Baumann)ら)、第3,891,408号(ローズ(Rowse)ら)、第3,781,172号(ペット(Pett)ら)、第3,893,826号(キナン(Quinan)ら)、第4,126,429号(ワトソン(Watson))、第4,457,767号(プーン(Poon)ら)、第5,143,522号(ギブソン(Gibson)ら)、第5,023,212号(ズボット(Dubots)ら)および第5,336,280号(ズボット(Dubots)ら)を参照すること)。
【0003】
しかし、従来の材料とは異なった性能特性(特性の組み合わせを含む)を提供できたり、製造するのがより容易であったり、および/または製造するのにより安価であったりする新規材料が必要とされ続けている。
【0004】
もう一つの態様において、技術上知られている様々な研磨剤粒子(例えば、ダイヤモンド粒子、立方晶窒化硼素粒子、溶融研磨剤粒子および焼結セラミック研磨剤粒子(ゾルゲル誘導研磨剤粒子を含む))が存在する。一部の研磨用途において、研磨剤粒子は粉状で用いられる一方で、他の用途において、粒子は研磨剤製品(例えば、被覆研磨剤製品、結合研磨剤製品、不織研磨剤製品および研磨剤ブラシ)に組み込まれる。特定の研磨用途のために用いられる研磨剤粒子の選択に際して用いられる基準には、研磨寿命、切削速度、基板表面仕上げ、研削効率および製品コストが挙げられる。
【0005】
およそ1900年代からおよそ1980年代半ばまで、被覆研磨剤製品および結合研磨剤製品を利用する研磨用途などの研磨用途のための最高級研磨剤粒子は典型的には溶融研磨剤粒子であった。溶融研磨剤粒子には二つの一般的種類がある。(1)溶融アルファアルミナ研磨剤粒子(例えば、米国特許第1,161,620号(コールター(Coulter))、第1,192,709号(トーン(Tone))、第1,247,337号(サンダース(Saunders)ら)、第1,268,533号(アレン(Allen))、第2,424,645号(バウマン(Baumann)ら)を参照すること)および(2)溶融(時には「共溶融」とも呼ばれる)アルミナ−ジルコニア研磨剤粒子(例えば、米国特許第3,891,408号(ローズ(Rowse)ら)、第3,781,172号(ペット(Pett)ら)、第3,893,826号(キナン(Quinan)ら)、第4,126,429号(ワトソン(Watson))、第4,457,767号(プーン(Poon)ら)および第5,143,522号(ギブソン(Gibson)ら)を参照すること)。幾つかの溶融オキシ窒化物研磨剤粒子を報告している例えば、米国特許第5,023,212号(ズボット(Dubots)ら)および第5,336,280号(ズボット(Dubots)ら)も参照すること。溶融アルミナ研磨剤粒子は、典型的には、アルミニウム鉱石またはボーキサイトなどのアルミナ源および他の所望の添加剤を炉に投入し、材料を材料の融点より上に加熱し、溶融物を冷却して凝固塊を生じさせ、凝固塊を粒子に破砕し、その後粒子を篩い選別して所望の研磨剤粒度分布をもたらすことにより製造される。溶融アルミナ−ジルコニア研磨剤粒子は、炉にアルミナ源とジルコニア源の両方を投入し、溶融アルミナ研磨剤粒子を製造するために用いられる溶融物より溶融物を迅速に冷却することを除いて、典型的には似た方式で製造される。溶融アルミナ−ジルコニア研磨剤粒子に関しては、アルミナ源の量は、典型的には約50〜80重量%であり、ジルコニアの量は50〜20重量%のジルコニアである。溶融アルミナおよび溶融アルミナ研磨剤粒子を製造するプロセスは、冷却工程の前に溶融物から不純物を除去することを含んでもよい。
【0006】
溶融アルファアルミナ研磨剤粒子および溶融アルミナ−ジルコニア研磨剤粒子は研磨用途(被覆研磨剤製品および結合研磨剤製品を利用する研磨用途を含む)においてなお広く用いられているけれども、およそ1980年代以来、多くの研磨用途向けの最高級研磨剤粒子はゾルゲル誘導アルファアルミナ粒子である(例えば、米国特許第4,314,827号(ライセイザー(Leitheiser)ら)、第4,518,397号(ライセイザー(Leitheiser)ら)、第4,623,364号(コットリンガー(Cottringer)ら)、第4,744,802号(シュワベル(Schwabel))、第4,770,671号(モンロー(Monroe)ら)、第4,881,951号(ウッド(Wood)ら)、第4,960,441号(ペロー(Pellow)ら)、第5,139,978号(ウッド(Wood))、第5,201,916号(ベルグ(Berg)ら)、第5,366,523号(ローンホースト(Rowenhorst)ら)、第5,429,647号(ラーミー(Larmie))、第5,547,479号(コンウェル(Conwell)ら)、第5,498,269号(ラーミー(Larmie))、第5,551,963号(ラーミー(Larmie))および第5,725,162号(ガルグ(Garg)ら)を参照すること)。
【0007】
ゾルゲル誘導アルファアルミナ研磨剤粒子は、添加された二次相の存在を伴って、または伴わずに非常に微細なアルファアルミナ微結晶から構成された微小構造を有してもよい。例えば、研磨剤粒子で製造された研磨剤製品の寿命によって測定されるような金属上のゾルゲル誘導研磨剤粒子の研削性能は、従来の溶融アルミナ研磨剤粒子から製造されたこうした製品より劇的に長い。
【0008】
典型的には、ゾルゲル誘導研磨剤粒子を製造するプロセスは、従来の溶融研磨剤粒子を製造するプロセスより複雑で高価である。一般に、ゾルゲル誘導研磨剤粒子は、典型的には、水、アルミナ一水和物(ベーマイト)および任意にペプタイザー(例えば、硝酸などの酸)を含む分散液またはゾルを調製し、分散液をゲル化させ、ゲル化させた分散液を乾燥させ、乾燥させた分散液を粒子に破砕し、粒子を篩って所望サイズの粒子を生じさせ、粒子を焼成して揮発分を除去し、焼成した粒子をアルミナの融点より低い温度で焼結し、粒子を篩い選別して所望の研磨剤粒度分布をもたらすことにより製造される。焼結研磨剤粒子の物理的特性および/または微小構造を変えるか、または別に修正するために、多くの場合、金属酸化物変性剤が焼結研磨剤粒子に組み込まれる。
【0009】
技術上知られている様々な研磨剤製品(「研磨剤物品」とも呼ばれる)が存在する。典型的には、研磨剤製品は、バインダーと、バインダーによって研磨剤製品内に固定された研磨剤粒子とを含む。研磨剤製品の例には、被覆研磨剤、結合研磨剤、不織研磨剤および研磨剤ブラシが挙げられる。
【0010】
結合研磨剤製品の例には、砥石ホイール、カットオフホイールおよびホーニング砥石が挙げられる。結合研磨剤製品を製造するために用いられる接着系の主要なタイプは、樹脂状、ガラス状および金属である。樹脂状結合研磨剤は、研磨剤粒子を合わせて結合するとともに、造形塊を形成させるために有機バインダー系(例えば、フェノールバインダー系)を用いる(例えば、米国特許第4,741,743号(ナラヤナン(Narayanan)ら)、米国特許第4,800,685号(ハイネス(Haynes)ら)、第5,038,453号(ナラヤナン(Narayanan)ら)および第5,110,332号(ナラヤナン(Narayanan)ら)を参照すること)。もう一つの主要なタイプは、研磨剤粒子塊を合わせて結合するためにガラスバインダー系を用いるガラス状ホイールである(例えば、米国特許第4,543,107号(ルー(Rue))、第4,898,587号(ハイ(Hay)ら)、第4,997,461号(マークホフマテニー(Markhoff Matheny)ら)および第5,863,308号(キ(Qi)ら)を参照すること)。これらのガラス結合層(bonds)は、通常900℃〜1300℃の間の温度で熟成される。現在、ガラス状ホイールは、溶融アルミナ研磨剤粒子とゾルゲル誘導研磨剤粒子の両方を用いている。しかし、溶融アルミナ−ジルコニアは、一般に、アルミナ−ジルコニアの熱安定性にある程度起因してガラス状ホイールに組み込まれない。ガラス結合層を熟成する高温で、アルミナ−ジルコニアの物理的特性は劣化し、研磨性能の大幅な低下につながる。金属結合研磨剤製品は、典型的には、研磨剤粒子を結合するために焼結金属またはメッキ金属を用いる。
【0011】
研磨剤産業は、従来の研磨剤粒子および研磨剤製品と比べて製造するのがより容易であったり、製造するのにより安価であったり、および/または性能の利点をもたらしたりする研磨剤粒子および研磨剤製品を必要とし続けている。
【0012】
発明の概要
本発明は、少なくとも、(a)結晶質ZrOと(b)(i)結晶質Al、(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または(iii)第2の異なる(すなわち、第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物とは異なる)結晶質錯体Al・希土類酸化物材料の少なくとも2種との共晶を含む溶融結晶質共晶材料を提供する。
【0013】
本発明による一種の好ましい共晶材料は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶を含む。本発明によるもう一種の好ましい共晶材料は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶を含む。
【0014】
もう一つの態様において、本発明は、少なくとも、(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と(b)結晶質ZrOとの共晶を含む溶融結晶質共晶材料を提供する。
【0015】
もう一つの態様において、本発明による溶融結晶質材料は、好ましくは、材料の全金属酸化物含有率を基準にして少なくとも30重量%(または少なくとも40、50、60、70または80重量%さえも)のAlOを理論酸化物基準で含む。
【0016】
本発明による溶融結晶質材料は、繊維または研磨剤粒子として製造されるか、形成されるか、または繊維または研磨剤粒子に変換されることが可能である。
【0017】
もう一つの態様において、本発明は、(粒子の全金属酸化物体積を基準にして好ましくは少なくとも20、30、40、50、60、70、75、80、85、90、95、98、99または100体積%の)共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であって、前記共晶材料が少なくとも、(a)結晶質ZrOと(b)(i)結晶質Al、(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または(iii)第2の異なる(すなわち、第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物とは異なる)結晶質錯体Al・希土類酸化物材料の少なくとも2種との共晶を含む溶融結晶質研磨剤粒子を提供する。一種の好ましい共晶材料は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶を含む。もう一種の好ましい共晶材料は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶を含む。
【0018】
もう一つの態様において、本発明は、(粒子の全金属酸化物体積を基準にして好ましくは少なくとも20、30、40、50、60、70、75、80、85、90、95、98、99または100体積%の)共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であって、前記共晶材料が少なくとも、(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と(b)結晶質ZrOの共晶を含む溶融結晶質研磨剤粒子を提供する。
【0019】
好ましくは、本発明による溶融結晶質研磨剤粒子は、粒子の全金属酸化物含有率を基準にして少なくとも30重量%(または少なくとも40、50、60、70または80重量%さえも)のAlを理論酸化物基準で含む。
【0020】
もう一つの態様において、本発明は、微粒子から粗粒子までの範囲の粒度分布を有する多数の粒子の少なくとも一部が本発明による溶融結晶質研磨剤粒子である多数の粒子を提供する。
【0021】
本出願において、
「単なる金属酸化物」とは、同じ金属元素の一個以上および酸素を含む金属酸化物(例えば、AlO、CeO、MgO、SiOおよびY)を意味する。
「錯体金属酸化物」とは、異なる金属元素の二個以上および酸素を含む金属酸化物(例えば、CeAl1118、DyAl1112、MgAlおよびYAl12)を意味する。
「錯体AlO・金属酸化物」は、AlおよびAl以外の一個以上の金属元素を理論酸化物基準で含む錯体金属酸化物(例えば、CeAl1118、DyAl12、MgAlおよびYAl12)を意味する。
「錯体Al・Y」とは、AlおよびYを理論酸化物基準で含む錯体金属酸化物(例えば、YAl12)を意味する。
「錯体Al・希土類酸化物」または「錯体Al・REO」とは、Alおよび希土類酸化物を理論酸化物基準で含む錯体金属酸化物(例えば、CeAl1118およびDyAl12)を意味する。
「希土類酸化物」とは、CeO、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Pr11、Sm、Th、TmおよびYbを理論酸化物基準で意味する。
「REO」とは希土類酸化物を意味する。
「粒度」は、粒子の最長寸法である。
【0022】
もう一つの態様において、本発明は、本発明による溶融結晶質材料を製造する方法であって、溶融物を提供するために少なくとも一種のAl源、少なくとも一種の希土類酸化物源および少なくとも一種のZrO源を溶融させる工程と、前記溶融物を前記溶融結晶質材料に変換する工程とを含む方法を提供する。
【0023】
もう一つの態様において、本発明は、本発明による溶融結晶質研磨剤粒子を製造する方法であって、溶融物を提供するために少なくとも一種のAl源、少なくとも一種の希土類酸化物源および少なくとも一種のZrO源を溶融させる工程と、前記溶融物を前記溶融結晶質研磨剤粒子に変換する工程とを含む方法を提供する。
【0024】
本発明による溶融研磨剤粒子は、被覆研磨剤、結合研磨剤、不織研磨剤および研磨剤ブラシなどの種々の研磨剤製品に組み込むことが可能である。
【0025】
本発明は、本発明による少なくとも一個の溶融研磨剤粒子(好ましくは、本発明による複数の溶融研磨剤粒子)をワークピースの表面と接触させる工程と、前記表面の少なくとも一部を本発明による前記溶融研磨剤粒子で研磨するために本発明による前記溶融研磨剤粒子または前記表面の少なくとも一方を他方に対して移動させる工程とを含む表面を研磨する方法も提供する。
【0026】
本発明による好ましい溶融研磨剤粒子は、従来の溶融研磨剤粒子と比較して優れた研削性能をもたらす。本発明による好ましい溶融研磨剤粒子は、ガラス化結合系によって用いられる従来の溶融アルミナ−ジルコニア研磨剤粒子の研磨性能の大幅な低下を伴わずに本発明による好ましい溶融研磨剤粒子をガラス化結合系によって用いることを可能にするために微小構造的および化学的に十分に安定性である。
【0027】
詳細な説明
本発明による溶融結晶質材料は、繊維、強化粒子、研磨剤粒子または塗料(例えば保護塗料)として製造されるか、形成されるか、あるいは繊維、強化粒子、研磨剤粒子または塗料(例えば保護塗料)に変換されることが可能である。使用できる研磨剤粒子は、研磨剤物品に組み込まれるか、または粉状である。繊維は、例えば、複合材(例えば、セラミックマトリックス複合材、金属マトリックス複合材または高分子マトリックス複合材)中の断熱部材(member)および強化部材して有用である。
【0028】
一般に、本発明による溶融材料は、溶融物、好ましくは均質溶融物を形成させるために適切な金属酸化物源を加熱し、その後、凝固塊を生じさせるために溶融物を迅速に冷却することにより製造することが可能である。研磨剤粒子を製造するために、凝固塊は、典型的には、研磨剤粒子の所望の粒度分布を生じさせるために破砕される。
【0029】
本発明による溶融研磨剤粒子は、溶融物、好ましくは均質溶融物を形成させるために適切な金属酸化物源を加熱し、その後、凝固塊を生じさせるために溶融物を迅速に冷却することにより製造することが可能である。凝固塊は、典型的には、研磨剤粒子の所望の粒度分布を生じさせるために破砕される。
【0030】
より詳しくは、本発明による溶融材料(溶融研磨剤粒子を含む)は、(理論酸化物基準で)Al、希土類酸化物、ZrOの供給源および任意の他の添加剤(例えば、他の金属酸化物および加工助剤)を炉に投入することにより製造することが可能である。金属酸化物源は、例えば、共に炉に添加し、溶融させることが可能であるか、あるいは順次炉に添加し、溶融させることが可能である。
【0031】
錯体金属酸化物を含有する凝固溶融材料に関して、溶融金属酸化物源(すなわち溶融物)中に存在する金属酸化物の少なくとも一部は、凝固材料の形成プロセス中に反応して錯体金属酸化物を形成させる。例えば、Al源およびYb源は反応して、YbAl12を形成させることが可能である(すなわち、5Al+3Yb→2YbAl12)。同様に、例えば、Al源およびEr源は反応して、ErAlO12を形成させることが可能である。さらに、例えば、Al源およびGd源は反応して、GdAlOを形成させることが可能である(すなわち、Al+Gd→2GdAlO)。同様に、例えば、Al源およびCeO源、Dy源、Eu源、La源、Nd源、Pr源またはSm源は反応して、それぞれCeAlO、DyAl12、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOおよびSmAlOを形成させることが可能である。さらに、例えば、Al源およびLa源は反応して、LaAlO(すなわち、Al+La→2LaAlO)およびLaAl1118(すなわち、11Al+La→2LaAl1118)を形成させることが可能である。同様に、例えば、Al源およびCeO源、Eu源、Nd源、Pr源またはSm源は反応して、それぞれCeAl1118、EuAl1118、NdAl1118、PrAl1118およびSmAl1118を形成させることが可能である。
【0032】
Al、希土類酸化物および/またはZrOの相対的割合に応じて、得られた凝固材料および最終溶融材料は、
(a)結晶質Al−錯体Al・金属酸化物(錯体Al・金属酸化物は、例えば、DyAl12、ErAl12、GdAlOまたはYbAl12である)−ZrO共晶および結晶質Al
(b)結晶質Al−錯体Al・金属酸化物(再び、錯体Al・金属酸化物は、例えば、DyAl12、ErAl12、GdAlOまたはYbAl12である)−ZrO共晶
(c)結晶質Al−錯体Al・金属酸化物(再び、錯体Al・金属酸化物は、例えば、DyAl12、ErAl12、GdAlOまたはYbAl12である)−ZrO共晶および結晶質Al・金属酸化物(再び、錯体Al・金属酸化物は、例えば、DyAl12、ErAl12、GdAlOまたはYbAl12である)、および/または
(d)結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、錯体Al・金属酸化物は、例えば、DyAl12、ErAl12、GdAlOまたはYbAl12である)−ZrO共晶および結晶質ZrOを含むことが可能である。
【0033】
Alが希土類酸化物と反応して二種の錯体金属酸化物を形成させる場合、得られた凝固材料および最終溶融材料は、Alと希土類金属酸化物の相対的割合に応じて、
(a)第1の結晶質錯体Al・金属酸化物(例えば、CeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOまたはSmAlO)−第2の異なる(すなわち、第1の結晶質錯体Al・金属酸化物とは異なる)結晶質錯体Al・金属酸化物(例えば、それぞれCeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118またはSmAl1118)−ZrO共晶および第1の結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、CeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOまたはSmAlO
(b)第1の結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、CeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOまたはSmAlO)−第2の異なる結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、それぞれCeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118またはSmAl1118)−ZrO共晶
(c)第1の結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、CeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOまたはSmAlO)−第2の異なる結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、それぞれCeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118またはSmAl1118)−ZrO共晶および第2の異なる結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、CeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118またはSmAl1118)、および/または
(d)第1の結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、CeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOまたはSmAlO)−第2の異なる結晶質錯体Al・金属酸化物(再び、例えば、それぞれCeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118またはSmAl1118)−ZrO共晶および結晶質ZrO
を含むことが可能である。
【0034】
しかし、形成される特定の相が溶融物組成および凝固条件を含む幾つかのファクターに応じて決まることは言うまでもない。典型的には、溶融物の組成および凝固条件は、得られた凝固材料が共晶で占められるような組成および条件である(すなわち、凝固材料の配合が材料中に存在する種々の金属酸化物相の共晶割合に近いことに対応する)。理論によって拘束されることを望まないけれども、凝固材料の形成中の一部の不安定な条件は交互共晶の形成に導きうる。例えば、標準安定条件下で、生じる共晶がAl/DyAl12/ZrOである場合、一部の不安定な条件下で、Al/DyAlO/ZrO共晶がAl/DyAl12/ZrOの代わりに、またはAl/DyAl12/ZrOに加えて生じうる。
【0035】
錯体Al・REO(例えば、DyAl12、ErAl12、GdAlO、YbAl12またはLaAl1118)中の希土類カチオンおよび/またはアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンで置換することも本発明の範囲内である。例えば、錯体Al・REO中のAlカチオンの一部は、Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si、Coおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換してもよい。例えば、錯体Al・REO中の希土類カチオンの一部は、Y、Fe、Ti、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Mg、Ca、Srおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換してもよい。同様に、アルミナ中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも本発明の範囲内である。例えば、Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si、Coは、アルミナ構造中でアルミニウムを置換することが可能である。上述したようなカチオンの置換は、溶融材料の特性(例えば、硬度、靱性、強度、熱電導率など)に影響を及ぼしうる。
【0036】
さらに、他の共晶は本開示を精査後に当業者に対して明らかであろう。例えば、種々の共晶を描いている相図は技術上知られている。
【0037】
共晶材料を含有する本発明による溶融材料は共晶コロニーを含む。個々のコロニーは、一般に、均質微小構造特性(例えば、コロニー内の成分相の結晶の似たサイズおよび配向)を含む。典型的には、不純物が本発明による溶融結晶質材料中に存在するならば、不純物は、コロニー境界に向けて分離する傾向があり、そして結晶相および/または非晶質(ガラス)相として、単独でおよび/または反応生成物として(例えば、錯体Al・金属酸化物および/または錯体REO・金属酸化物として)存在しうる。
【0038】
一般に、共晶コロニーを構成する相は、(a)三種の異なる金属酸化物の単結晶(例えば、Al、YbAl12およびZrOの各々の単結晶)、(b)金属酸化物の二種の単結晶(例えば、単結晶Alおよび単結晶ZrO)および異なる金属酸化物の複数の結晶(例えば、多結晶質YbAl12)、(c)金属酸化物の一種の単結晶(例えば、単結晶AlまたはZrO)および異なる金属酸化物の複数の結晶(例えば、多結晶質YbAl12および多結晶ZrO)、または(d)三種の異なる多結晶質金属酸化物(例えば、多結晶質Al、多結晶質YbAl12および多結晶質ZrO)を含む。
【0039】
コロニーは、典型的には本質的に球から円柱の範囲の様々な形状のどれであってもよい。各コロニーの組成、相、および/または微小構造(例えば、結晶性(すなわち、単結晶または多結晶)および結晶サイズ)は同じであっても、または異なってもよい。コロニー内部の結晶の配向は、一つのコロニーからもう一つのコロニーまで異なってもよい。幾つかの共晶コロニーを構成する相は、例えば、棒様または小板様から「漢字文字」様などの様々な形状で存在してもよい。コロニー間のこうした相違は、隣接コロニー間で存在してさえもよい。
【0040】
微小構造は、「漢字文字」配列をとった二つの成分相の混合物であってもよく、第3の相は棒または板として存在する。あるいは、例えば、二つの成分相は、例えば、板または棒として存在する第3の相と合わせて相互貫通網目として存在してもよい。
【0041】
コロニーの数、コロニーのサイズおよび組成は、例えば、溶融物組成および凝固条件によって影響を受ける。理論によって拘束されることを望まないけれども、溶融物組成が厳密な共晶組成に近ければ近いほど、形成されるコロニーの数が少ないことが考えられる。しかし、もう一つの態様において、溶融物の遅い一方向凝固も形成されるコロニーの数を最小にする傾向がある一方で、比較的より高い冷却速度での多方向凝固が、形成されるコロニーの数を増やす傾向があることが考えられる。溶融物の凝固速度(すなわち冷却速度)および/または溶融物の多方向凝固は、得られた溶融材料中に存在する微小構造欠陥(例えば、穴)のタイプおよび/または数に影響を及ぼす傾向がある。例えば、理論によって拘束されることを望まないけれども、比較的迅速な凝固(すなわち、比較的高い冷却速度での凝固)および/または多方向凝固は、得られた溶融材料中に存在する微小構造欠陥(例えば、穴)のタイプおよび/または数の増加につながる傾向がある。しかし、比較的遅い凝固は、凝固材料中に存在するコロニーのサイズおよび/または結晶の増加につながる傾向がある。但し、例えば、コロニーの形成を排除することが遅い制御された冷却を通して可能でありうる。従って、冷却速度および/または多方向凝固の度合を選択するに当たって、種々の冷却速度に関連した望ましい微小構造特性と望ましくない微小構造特性の最適バランスを得るために冷却速度を上げるか、または下げる必要がありうる。
【0042】
さらに、所定の組成に関して、コロニーのサイズおよびコロニー内に存在する相は、溶融物の冷却速度を上げるにつれて減少する傾向がある。典型的には、本発明による溶融材料中の共晶コロニーは、平均で100マイクロメートル未満、好ましくは50マイクロメートル未満であり、ここで所定のコロニーに関するこうしたサイズは、走査電子顕微鏡(SEM)で観察されたように、コロニーの磨き断面から測定された二つの最大寸法の平均である。典型的には、SEMで観察されたコロニーの磨き断面から測定されたようなコロニー中の共晶を構成する結晶相の最小寸法は、10マイクロメートル以下、好ましくは5マイクロメートル以下、より好ましくは1マイクロメートル以下、または0.5マイクロメートル以下でさえある。
【0043】
本発明によるある溶融材料は、溶融材料の共晶成分を構成する金属酸化物相の少なくとも一個の一次結晶も含む。例えば、共晶部分がAl相、錯体Al・REO(例えばYbAl12)相およびZrO相から構成される場合、微小構造は、溶融材料を形成させる溶融物の組成が理論酸化物基準でそれぞれAl、YbまたはZrOに富む時に存在することが考えられるAl、YbAl12またはZrOの一次結晶も含みうる。
【0044】
一次結晶の形成は、特定の共晶割合からの偏りから生じることが考えられる。偏りが大きければ大きいほど、一次結晶の総合的な割合は大きい。一次結晶は、典型的には棒様構造から樹枝様構造の範囲の様々な形状で見られることがある。理論によって拘束されることを望まないけれども、コロニーに隣接する一次結晶の存在および/または形成が、コロニーの得られる微小構造に影響を及ぼしうることが考えられる。場合によって、溶融材料中に存在する一次結晶(例えば、一次Al結晶)を有することが有利でありうる(例えば、向上した研磨性能のために)。しかし、一次結晶のサイズが増加するにつれて研磨剤粒子の研磨性能が低下する傾向があることも考えられる。
【0045】
さらに、理論によって拘束されることを望まないけれども、共晶を構成する金属酸化物以外の金属酸化物の少量の添加(例えば5重量%未満)は、コロニー境界に影響を及ぼす可能性があり、次に溶融材料の特性(例えば、硬度および靱性)に影響を及ぼしうることが考えられる。
【0046】
本発明による溶融材料を製造するためのAlの供給源(理論酸化物基準で)には、従来の溶融アルミナ研磨剤粒子およびアルミナ−ジルコニア研磨剤粒子を製造するために技術上知られている供給源が挙げられる。市販されているAl源には、ボーキサイト(天然ボーキサイトと合成製造ボーキサイトの両方を含む)、焼成ボーキサイト、酸化アルミニウム三水和物(例えば、ベーマイトおよびギブサイト)、Bayerプロセスアルミナ、アルミニウム鉱石、ガンマアルミナ、アルファアルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウムおよびそれらの組み合わせが挙げられる。Al源はAlを含有してもよく、またはAlを生じさせるだけであってもよい。あるいは、Al源は、AlおよびAl以外の一種以上の金属酸化物(錯体Al・金属酸化物(例えば、DyAl12、YAl12、CeAl1118など)の材料を含むか、または含有する)を含有してもよく、または生じさせてもよい。
【0047】
本発明による溶融材料を製造するための希土類酸化物の市販供給源には、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱石(バストネス石およびモナザイト)、希土類塩、希土類硝酸塩および希土類炭酸塩が挙げられる。希土類酸化物源は希土類酸化物を含有してもよく、または希土類酸化物を生じさせるだけであってもよい。あるいは、希土類酸化物源は、希土類酸化物および希土類酸化物以外の一種以上の金属酸化物(錯体希土類酸化物・他の金属酸化物(例えば、DyAl12、CeAl1118など)の材料を含むか、または含有する)を含有してもよく、または生じさせてもよい。
【0048】
本発明による溶融材料を製造するためのZrOの市販供給源(理論酸化物基準で)には、酸化ジルコニウム粉末、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石およびジルコニウム塩(例えば、ジルコニウム炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物およびそれらの組み合わせ)が挙げられる。それに加えて、あるいは別法として、ZrO源は、ZrOおよびハフニアなどの他の金属酸化物を含有してもよく、または生じさせてもよい。
【0049】
任意に、本発明による溶融材料は、他の金属酸化物(すなわち、Al、希土類酸化物およびZrO以外の金属酸化物)をさらに含む。特定の金属酸化物の添加は、得られた溶融材料の結晶構造または微小構造を変えることがある。例えば、理論によって拘束されることを望まないけれども、特定の金属酸化物または金属酸化物含有化合物(比較的少量で、例えば、溶融材料の全金属酸化物含有率を基準にして0.01〜5重量%でさえも用いられる時でさえ)が共晶コロニー間の境界に存在しうることが理論上想定される。互いの反応生成物またはAl、希土類酸化物および/またはZrOとの反応生成物の形をとりうるこれらの金属酸化物の存在は、溶融材料の破断特性および/または微小構造に影響を及ぼしうるし、および/または溶融材料を含む研磨剤粒子の研削特性に影響を及ぼしうる。任意の金属酸化物は、溶融材料中の穴のサイズおよび/または数を減少させることにより、例えば、溶融材料の密度を高めるための加工助剤として機能することも可能である。任意の金属酸化物は、例えば、溶融物の効果的な溶融温度を挙げるか、あるいは下げるための加工助剤として機能することも可能である。従って、特定の金属酸化物は加工の理由で添加してもよい。
【0050】
ZrOの正方晶/立方晶の形態を安定化させることが知られている金属酸化物(例えば、Y、TiO、CaOおよびMgO)を添加することは望ましい場合がある。本発明による溶融材料の幾つかの実施形態において、結晶質ZrOは、前記結晶質錯体Al・希土類酸化物中に存在する希土類酸化物以外の酸化物によって安定化される。例えば、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶に関しては、例えばYによってZrOを安定化してよい。
【0051】
本発明による溶融材料は、溶融材料(または個々の研磨剤粒子)の全金属酸化物含有率を基準にして典型的には50重量%未満(より典型的には20重量%未満、ある場合0.01〜5重量%の範囲内、別の場合0.1〜1重量%の範囲内)の、アルミナ、希土類酸化物およびジルコニア以外の(理論酸化物基準で)金属酸化物を含む。他の金属酸化物の供給源も既に市販されている。
【0052】
任意の金属酸化物の例には、理論酸化物基準で、BaO、CaO、Cr、CoO、Fe、HfO、LiO、MgO、MnO、NiO、SiO、TiO、NaO、Sc、SrO、V、ZnO、Yおよびそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、Yに関して、本発明による溶融材料を製造するためのYの市販供給源(理論酸化物基準で)には、イットリウム酸化物粉末、イットリウム、イットリウム含有鉱石およびイットリウム塩(例えば、イットリウム炭酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物およびそれらの組み合わせ)が挙げられる。Y源はYを含有してもよく、またはYを生じさせるだけであってもよい。あるいは、Y源は、YおよびY以外の一種以上の金属酸化物(錯体Y・金属酸化物(例えばYAl12)の材料を含むか、または含有する)を含有してもよく、または生じさせてもよい。
【0053】
本発明による溶融材料を製造するための金属酸化物源には、溶融研磨剤粒子(例えば溶融アルミナ研磨剤粒子)または残りの金属酸化物源と合わせて溶融粒子の所望組成を提供する同じ組成または異なる組成を有する他の溶融材料(例えば溶融アルミナ材料)も挙げられる。
【0054】
溶融プロセス中に不純物を還元するために、炭素源などの還元剤を添加してもよい。炭素源の例には、石炭、グラファイトまたは石油コークスなどが挙げられる。炉への装填材料中に含まれる炭素の量は、装填材料の典型的には5重量%以下、より典型的には3重量%以下、より典型的には2重量%以下である。不純物の除去を助けるために、鉄も炉装填材料に添加してもよい。例えば、溶融物または破砕凝固材料から磁気的に除去されうる材料を製造するために、鉄を不純物と組み合わせることが可能である。
【0055】
本発明による溶融結晶質材料中に金属硼化物、炭化物、窒化物およびそれらの組み合わせを含めることも本発明の範囲内である。こうした材料は、(例えば包含物として)共晶材料内に存在してさえもよい。金属硼化物、炭化物および窒化物の例には、二硼化チタニウム、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化チタニウム、窒化チタニウム、炭化珪素、炭化硼素および窒化硼素を挙げてよい。こうした材料は技術上知られており、市販されている。
【0056】
本発明による溶融材料を製造するための金属酸化物源および他の添加剤の特定の選択は、典型的には、例えば、得られる溶融材料の所望の組成および微小構造、得られる研磨剤粒子の所望の物理的特性(例えば、硬度および靱性)、好ましくない不純物の存在の回避または最少化、および/または溶融材料を調製するために用いられる特定のプロセス(溶融および/または凝固の前および/または溶融および/または凝固中の原材料の装置およびあらゆる精製を含む)を考慮に入れ、研磨剤粒子に関しては、得られる研磨剤粒子の所望の研削特性を考慮に入れてもよい。
【0057】
金属酸化物源および他の添加剤は、溶融材料を製造するために用いられるプロセスおよび装置に適するいかなる形態も取ることが可能である。原材料は、従来の溶融アルミナ材料および溶融アルミナジルコニア材料を製造するために技術上知られている技術および装置(従来の溶融アルミナジルコニア研磨剤粒子を製造するための技術および装置(例えば、米国特許第3,781,172号(ペット(Pett)ら)、第3,891,408号(ローズ(Rowse)ら)、第4,035,162号(ブラザーズ(Brothers)ら)、第4,070,796号(スコット(Scott))、第4,073,096号(ウェルツ(Ueltz)ら)、第4,126,429号(ワトソン(Watson))、第4,457,767号(プーン(Poon)ら)、第5,143,522号(ギブソン(Gibson)ら)および米国再発行特許第31,128号(ウォーカー(Walker)ら)を参照すること)を含む)を用いて溶融させることが可能である。
【0058】
金属酸化物源および他の添加剤を溶融させるための炉の例には、アーク炉、ピット炉、アークタップ炉、電気炉、電気アーク炉およびガス燃焼炉が挙げられる。適する電気炉には、「キッシングアーク」を作るように電極を配列している炉、電極の下方チップが溶融塊内に接触していない炉、および溶融物を通過する電流を介して抵抗加熱を提供するために電極を溶融塊中に沈めている炉が挙げられる。
【0059】
炉は、炉壁の内部を覆うライニング(時には「シェル」または「スケルトン」と呼ばれる)を有してもよい。ライニングは、溶融材料の組成とは似ていない材料から製造してもよい。しかし、典型的には、溶融材料の組成に似た、時には殆ど同じか、または同じ組成または材料から炉のライニングを製造することは好ましい。従って、加工中、ライニングの外(露出)面が溶融するとしても、溶融物の潜在的汚染は減るか、または最少にされる。
【0060】
一部の金属酸化物源および他の添加剤に関して、原料を炉に投入する前に、または原料を他の金属酸化物源および他の添加剤と別途に組み合わせる前に、原料を予熱することも望ましい場合がある。例えば、炭酸塩、硝酸塩または他の塩を金属酸化物源として用いる場合、それらを他の金属酸化物源材料と合わせて添加する前に、こうした材料を焼成する(例えば、約400〜1000℃において空気中でそれらを加熱することにより)ことが望ましい場合がある。
【0061】
一般に、金属酸化物源および他の添加剤が存在するならば、それらは、溶融状態に加熱され、溶融物が均質になるまで混合される。典型的には、溶融物は溶融物の融点より少なくとも50℃(好ましくは少なくとも100℃)高い温度に加熱され、その温度で保持される。溶融物の温度が低すぎる場合、溶融物の粘度は好ましくないほどに高すぎる場合があり、よって溶融物を構成する種々の金属酸化物源および他の添加剤を均質化したり、または溶融物を炉から注いだり、あるいは溶融物を炉から別な風に移送したりするのをより難しくする。溶融物の温度が高すぎるか、および/または溶融物が長すぎる間にわたって加熱される場合、エネルギーは浪費され、溶融物の成分の好ましくない揮発も生じうる。
【0062】
場合によって、金属酸化物源と他の添加剤(例えば、均質混合物または均質ブレンドを形成させるのを助ける揮発性成分(例えば、水または有機溶媒))が存在するならば、溶融物を形成させる前に、それらを混合するか、または別な風にブレンドすることが望ましい場合がある。例えば、粒状金属酸化物源は、材料を合わせて混合するため、そして粒状材料のサイズを減少させるために粉砕(ボール粉砕)することが可能である。金属酸化物源と他の添加剤が存在するならば、溶融物を形成させる前に、それらを合わせて混合するか、またはブレンドする他の技術には、高剪断ミキサー、パドルミキサー、V−ブレンダーおよびタンブラーなどが挙げられる。粉砕時間は、数分から数時間、または数日にさえ及ぶことがある。任意に、水および有機溶媒などの一過性材料は、例えば、溶融物を形成させる前に加熱によって金属酸化物源と他の添加剤の混合物またはブレンドから除去してもよい。取り扱い易くするため、金属酸化物源および他の添加剤は、それらを炉に投入する前に凝集させてもよい。
【0063】
溶融物上の雰囲気は、大気圧、大気圧より高い圧力、または大気圧より低い圧力であってもよい。但し、得られる凝固材料中の穴の数を減らすために、大気圧より低い圧力は好ましい場合がある。溶融物上の雰囲気は、溶融物の化学的性質に影響を及ぼしうる酸化雰囲気、還元雰囲気または不活性雰囲気を提供するために制御してもよい。
【0064】
溶融中の還元条件は溶融物を精製するのを助けうる。溶融物に還元剤を添加することに加えて、または溶融物に還元剤を添加するのに対する別法として、適する還元条件を電気アーク溶融炉によって炭素電極を用いて得てもよい。適する還元条件下で、幾つかの不純物(例えば、シリカ、酸化鉄およびチタニア)は、それらの個々の溶融金属形態に変換し、よって溶融物に関するより高い比重につながる。こうした遊離金属不純物は、その後、炉の底に沈む傾向があるであろう。
【0065】
もう一つの態様において、溶融物を冷却する前(例えば、溶融物を炉から移す前)に溶融物中に存在する遊離金属を酸化させることが望ましい場合がある。例えば、溶融物を炉から移す直前に、酸素ランスを溶融物に挿入してもよい(例えば、米国特許第960,712号を参照すること)。
【0066】
溶融物は、技術上知られている様々な技術のどれを用いても冷却することが可能である。吸熱器上にまたは吸熱器内に溶融物を注ぐように、典型的には、溶融物を含む炉を傾斜させることが可能である。吸熱器の例には、金属ボール(例えば、鋳鉄ボールまたは炭素鋼ボール)、金属棒、金属板および金属ロールなどが挙げられる。場合によって、これらの吸熱器材料は、速い冷却速度を達成するために内部的に冷却してもよい(例えば、水冷または適する冷媒)。吸熱器材料は、前に溶融された材料(凝固される組成と同じかまたは異なる)の一部または他の耐熱性材料であってもよい。
【0067】
さらに吸熱器に関して、複数の金属ボール上に、あるいは複数の金属ボール間に溶融物を注ぐことにより、溶融物を冷却することが可能である。ボールは、直径が典型的には約1〜50cm、より典型的には5〜25cmの範囲である。ブックモールドを用いて溶融物を冷却してもよい。適するブックモールドは、互いに比較的近く隔てられている複数の薄板(例えば、金属板またはグラファイト板)からなる。板は、通常は10cm未満、典型的には5cm未満、好ましくは1cm未満離れている。溶融物は、スラブを形成させるためにグラファイトモールドまたは鋳鉄モールドに注いでもよい。より速い冷却速度を達成するために、こうした「スラブ」が比較的薄いことが一般に好ましい。
【0068】
冷却速度は、凝固材料、従って溶融材料の微小構造および物理的特性に影響を及ぼすことが考えられる。好ましくは、溶融物は、冷却速度が上がるにつれて凝固材料の結晶相のサイズが一般に減少するので、迅速に冷却される。好ましい冷却速度は、少なくとも500℃/分、より好ましくは少なくとも1000℃/分、なおより好ましくは少なくとも1500℃/分である。冷却速度は、溶融物の化学的性質、溶融物の融点、吸熱器の型および吸熱器の材料を含む幾つかのファクターに応じて決まりうる。
【0069】
迅速な冷却は、冷却中に所望の結晶相、酸化状態などを維持したり、および/またはそれらに影響を及ぼしたりするために還元環境、中性環境または酸化環境などの制御された雰囲気下で行ってもよい。
【0070】
溶融物の冷却に関する追加の詳細は、例えば、米国再発行特許第31,128号(ウォーカー(Walker)ら)、米国特許第3,781,172号(ペット(Pett)ら)、第4,070,796号(スコット(Scott))、第4,194,887号(ウェルツ(Ueltz)ら)、第4,415,510号(リッチモンド(Richmond))、第4,439,845号(リッチモンド(Richmond))および、第5,143,522号(ギブソン(Gibson)ら)において見ることができる。
【0071】
得られた(凝固)溶融材料は、典型的には、研磨剤粒子のために望まれるサイズより大きいサイズである。溶融材料は、ロール破砕、カナリーミリング、ジョー破砕、ハンマーミリング、ボールミリング、ジェットミリングおよび衝撃破砕などを含む技術上知られている破砕技術および/または微粉砕技術を用いて、より小さい片に変換することが可能であるか、あるいは典型的には変換される。場合によって、二破砕工程または多破砕工程を有することが望ましい。例えば、溶融材料が凝固された後に、溶融材料は、比較的大きな塊状構造(例えば、5cmより大きい直径)の形を取ってもよい。第1の破砕工程は、より小さい片を形成させるために、これらの比較的大きい塊または「チャンク」を破砕することを含んでもよい。これらのチャンクのこの破砕は、ハンマーミル、衝撃破砕機またはジョー破砕機を用いて実行してもよい。その後、これらのより小さい片を引き続き破砕して、所望の粒度分布を生じさせる。所望の粒度分布(時にはグリットサイズまたはグリットグレードと呼ばれる)を生じさせるために、多破砕工程を行うことが必要でありうる。一般に、破砕条件は、所望の粒子形状および粒度分布を達成するために最適化される。
【0072】
本発明による溶融研磨剤粒子の形状は、例えば、研磨剤粒子の組成および/または微小構造、粒子を冷却した形状および凝固材料を破砕するハンマー(すなわち、用いられる破砕技術)に応じて決まる。一般に、「ずんぐりした」形状が好ましい場合、この形状を達成するために、より多いエネルギーを用いてもよい。逆に、「尖った」形状が好ましい場合、この形状を達成するために、より少ないエネルギーを用いてもよい。破砕技術は、異なる所望形状を達成するために変更してもよい。あるいは、研磨剤粒子は、溶融物をモールドに注ぐか、または溶融物をモールド内に形成させることにより直接所望の形状に成形してもよい。
【0073】
研磨剤粒子の形状は、見掛け密度およびアスペクト比を含む技術上知られている種々の技術によって測定してもよい。研磨剤粒度が大きければ大きいほど、より大きな粒度に付随した大きい塊に起因して見掛け密度は大きくなる。従って、見掛け密度を比較する時、比較は、本質的に同じ粒度を有する研磨剤粒子で行うべきである。一般に、見掛け密度数値が大きければ大きいほど、研磨剤粒子は「よりずんぐりした」形状と考えられる。逆に、見掛け密度数値が小さければ小さいほど、研磨剤粒子は「より尖った」形状と考えられる。尖り度を測定するもう一つの方法はアスペクト比による。例えば、グレード36のアスペクト比は、約1:1〜約3:1、典型的には約1.2:1〜2:1の範囲でありうる。
【0074】
研磨剤粒子の見掛け密度は、ANSI規格B74.4−1992(1992)に準拠して測定することが可能である。一般に、見掛け密度は、研磨剤粒子が自由に流れる方式で漏斗を通して落ちるように漏斗を通して研磨剤粒子サンプルを注ぐことにより測定される。収集器(典型的にはメスシリンダー)が漏斗の直下にある。所定の体積の研磨剤粒子を収集し、その後、秤量する。見掛け密度は重量/体積に関して計算する。
【0075】
本発明による研磨剤粒子は、ANSI(アメリカ規格協会)、FEPA(欧州研磨材工業連合会)、およびJIS(日本工業規格)などの産業認定格付け規格の使用を含む技術上周知されている技術を用いて篩い選別することが可能である。本発明による研磨剤粒子は、典型的には約0.1〜約5000マイクロメートル、より典型的には約1〜約2000マイクロメートル、好ましくは約5〜約1500マイクロメートル、より好ましくは約100〜約1500マイクロメートルのサイズに及び粒度の広い範囲で用いてもよい。
【0076】
所定の粒度分布において、粗粒子から微細粒子まで粒度の範囲が存在する。研磨剤技術において、この範囲は、時には「粗」部分(fraction)、「コントロール」部分および「微細」部分と呼ばれる。産業認定格付け規格に準拠して格付けされた研磨剤粒子は、数値限界内の公称グレードごとに粒度分布を規定している。こうした産業認定格付け規格には、アメリカ規格協会(ANSI)規格、欧州研磨材工業連合会(FEPA)規格および日本工業規格(JIS)規格として知られている規格が挙げられる。ANSIグレード呼称(すなわち、規定された公称グレード)には、ANSI4、ANSI6、ANSI8、ANSI16、ANSI24、ANSI36、ANSI40、ANSI50、ANSI60、ANSI80、ANSI100、ANSI120、ANSI150、ANSI180、ANSI220、ANSI240、ANSI280、ANSI320、ANSI360、ANSI400およびANSI600が挙げられる。本発明による研磨剤粒子を含む好ましいANSIグレードはANSI8〜220である。FEPAグレード呼称には、P8、P12、P16、P24、P36、P40、P50、P60、P80、P100、P120、P150、P180、P220、P320、P400、P500、P600、P800、P1000およびP1200が挙げられる。本発明による研磨剤粒子を含む好ましいFEPAグレードはP12〜P220である。JISグレード呼称には、JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000およびJIS10,000が挙げられる。本発明による研磨剤粒子を含む好ましいJISグレードはJIS8〜220である。
【0077】
破砕および篩い後に、典型的には複数の異なる研磨剤粒度分布またはグレードが存在する。これらの複数のグレードは、当該特定の時点で製造業者または供給業者のニーズに一致しない場合がある。在庫を最少化するために、要求外のグレードを再循環して溶融塊に戻すことが可能である。この再循環は、粒子が特定の分布に篩われなかった大きなチャンクまたはより小さい片(時には「ファイン」と呼ばれる)である破砕工程の後に行ってもよい。本発明による溶融研磨剤粒子を製造するための炉への装填材料は、0〜100重量%、典型的には0〜50重量%の間のどこかの再循環された溶融研磨剤粒子からなってもよい。
【0078】
典型的には、本発明による溶融材料(溶融研磨剤粒子を含む)の時には比重と呼ばれる真密度は、理論密度の典型的には少なくとも80%である。但し、より低い真密度の研磨剤粒子も研磨剤用途において有用である。本発明による溶融材料の真密度は、好ましくは理論密度の少なくとも85%、より好ましくは理論密度の少なくとも90%、なおより好ましくは理論密度の少なくとも95%である。
【0079】
典型的には、本発明による溶融材料は、少なくとも11GPa、好ましくは少なくとも12、13または14GPa、より好ましくは少なくとも15GPa、なおより好ましくは少なくとも16GPaの平均硬度(すなわち、耐変形性、「微小硬度」とも呼ばれる)を有する。もう一つの態様において、本発明による溶融材料は、典型的には少なくとも2.0MPam1/2、好ましくは少なくとも2.5MPam1/2、より好ましくは少なくとも3.0MPam1/2の平均靱性(すなわち耐破断性)を有する。
【0080】
例えば、溶融研磨剤粒子上に表面被膜を提供することも本発明の範囲内である。こうした表面被膜は、例えば、研磨剤粒子と研磨剤粒子中の結合材料との間の粘着力を改善することが知られている。表面被膜は、例えば、米国特許第1,910,444号(ニコルソン(Nicholson))、第3,041,156号(ローズ(Rowse)ら)、第4,997,461号(マークホフマテニー(Markhoff Matheny)ら)、第5,009,675号(クンツ(Kunz)ら)、第5,042,991号(クンツ(Kunz)ら)および第5,085,671号(マーチン(Martin)ら)に記載されている。さらに、場合によって、被膜の添加は研磨剤粒子の研磨特性を改善する。もう一つの態様において、表面被膜は、本発明の研磨剤粒子とバインダーとの間の粘着力を改善しうる。
【0081】
もう一つの態様において、本発明による溶融材料を製造した後に、物理的特性および/または研削性能を改善するために、溶融材料をさらに熱処理してもよい。この熱処理プロセスは酸化雰囲気内で行ってよい。この熱処理プロセスは、典型的には約1100℃〜1600℃の間、通常は約1200℃〜1400℃の間の温度で行われる。時間は、約1分〜数日、通常は約5分〜1時間の間の範囲であってもよい。
【0082】
本発明による溶融材料を製造するために適する他の調製技術は、本明細書の開示および例えばそれぞれ2000年2月2日出願の米国特許出願09/459,978号、09/496,422号、09/496,638号および09/496,713号ならびにそれぞれ2000年7月19日出願の09/618,876号、09/618,879号、09/619,106号、09/619,191号、09/619,215号、09/619,289号、09/619,563号、09/619,729号および09/620,262号の出願を精査した後に当業者に対して明らかでありうる。
【0083】
本発明によるある溶融材料に関して、コロニーを構成する共晶相(例えば、Al−YbAl12−ZrO)は、一つの結晶相(例えば、アルミナ結晶)が三方晶形状を示すラメラ配列を有する。さらに、隣接ラメラの少なくとも一部の配向(すなわち、共晶結晶化の配向)は、約120度の角度での三方晶(形状相)輪郭の配向に従う。理論によって拘束されることを望まないが、三次元共晶でのまたは三次元共晶付近での組成の溶融物の結晶化中に、一つの相(例えばアルミナ)の一次結晶が三方晶形状を取ったシードとして最初に結晶化しうることが考えられる。ラメラの形をとった共晶の結果としての連結成長は、少なくとも初期的にシードの配向に従う。次に、共晶コロニーは、共晶ラメラ成長と共に同じ配向のシード(例えばアルミナシード)(または単一シード)を含む。さらに、コロニー境界は、比較例Aに関して観察された相粗大化などの、二次元共晶で観察されたような相粗大化(コロニー境界の直近の共晶相の結晶の著しい粗大化によって現れる)を示さない場合がある。
【0084】
本発明による好ましい溶融材料は、従来の溶融アルミナジルコニア材料(マサツセッチュ州ウスターのNorton Companyから商品名「NORZON」で入手できるアルミナ−ジルコニア研磨剤粒子を含む)と比較して、高温で熱安定性である。マサツセッチュ州ウスターのNorton Companyから商品名「NORZON」で入手できるアルミナ−ジルコニア共晶研磨剤粒子を例えば少なくとも約350℃に空気中で加熱する時、ジルコニアの典型的には少なくとも一部は、正方晶および/または立方晶から単斜晶への相転移を受ける。この相転移は、通常は、ジルコニア結晶相への体積変化を伴うのでアルミナ−ジルコニア材料の構造的一体性に有害である。さらに、こうした相転移は、共晶コロニーの境界で優先的に起きることが観察されており、よって相転移は境界を弱体化させる傾向があり、次に、材料の機械的特性(すなわち、硬度、強度など)の著しい劣化につながる傾向がある。さらに、典型的には溶融物の凝固中に共晶コロニー境界に分離される種々の不純物も体積的構造変化(例えば酸化による)を受ける場合があり、材料の機械的特性(すなわち、硬度、強度など)の一層の劣化につながる。
【0085】
それに反して、本発明による好ましい溶融材料は、典型的には、空気中で1000℃に至るまで(場合によって、1400℃に至るまでさえ)加熱された時に共晶相の相転移を示さず、従って、熱的に安定性である。理論によって拘束されることを望まないけれども、この熱安定性が、こうした溶融材料をガラス化結合物品(例えば、ガラス化結合研磨剤)に組み込むことを可能にすることが考えられる。
【0086】
本発明による特定の好ましい溶融材料の熱安定性は、示差走査熱分析(DTA)、熱重量分析(TGA)、X線回折、硬度測定、微小構造分析、色変化およびガラス結合層との相互作用を含む様々な異なる技術を用いて測定してもよく、あるいは例示してもよい。溶融材料の熱安定性は、例えば、組成、溶融材料の化学的性質および加工条件に応じて決まりうる。
【0087】
本発明による特定の好ましい溶融材料の熱安定性を測定するための一つの試験において、溶融材料の平均硬度は、空気中で1000℃において4時間にわたり加熱される前および加熱された後に測定される(試験のより完全な説明については比較例B(以下)を参照すること)。1000℃において空気中で4時間にわたり加熱された後に平均微小硬度の多少の劣化がありうるけれども、1000℃において空気中で4時間にわたり加熱された後の本発明による好ましい溶融材料の平均硬度は、こうした加熱の前の溶融材料の平均微小硬度の少なくとも85%(好ましくは少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%、なおより好ましくは少なくとも100%以上)である。
【0088】
本発明による特定の好ましい溶融材料の熱安定性は、溶融材料の平均微小構造(例えば、ポロシティ、結晶構造、コロニーサイズおよび結晶サイズ(存在するならば、共晶および一次結晶))および一体性を空気中で1000℃において4時間にわたり加熱される前および加熱された後に検査する走査電子顕微鏡(SEM)を用いて観察してもよい。本発明による特定の好ましい溶融材料の微小構造は、空気中で1000℃において4時間にわたり加熱される前および加熱された後に本質的に同じである。
【0089】
さらに、本発明による特定の好ましい溶融材料の熱安定性は、空気中で1000℃において4時間にわたり加熱される前および加熱された後に溶融材料の色を比較することにより例示してもよい。本発明による特定の好ましい溶融材料の微小構造は、空気中で1000℃において4時間にわたり加熱される前および加熱された後に本質的に同じである。
【0090】
本発明による特定の好ましい溶融材料の熱安定性は、空気中で1000℃において4時間にわたり加熱される前および加熱された後に溶融材料の粉末XRD結果を比較することにより例示してもよい。上で論じたように、アルミナ−ジルコニア共晶材料を空気中で加熱する時、ジルコニアの典型的には少なくとも一部は、正方晶および/または立方晶から単斜晶への相転移を受ける。この相転移の影響は、典型的には、粉末XRDを介して観察するのに十分に著しい。それに反して、本発明による特定の好ましい溶融材料の共晶相は、空気中で1000℃に加熱された時、こうした相転移を示さず、従って、共晶相のこうした転移はXRD結果で観察されない。
【0091】
本発明による溶融研磨剤粒子は、被覆研磨剤製品、結合研磨剤製品(ガラス化結合砥石ホイール、樹脂状結合砥石ホイールおよび金属結合砥石ホイール、カットオフホイールおよびホーニング砥石を含む)、不織研磨剤製品および研磨剤ブラシなどの従来の研磨剤製品中で用いることが可能である。典型的には、研磨剤製品(すなわち研磨剤物品)はバインダーおよび研磨剤粒子を含み、その少なくとも一部はバインダーによって研磨剤製品内で固定された本発明による溶融研磨剤粒子である。こうした研磨剤製品を製造する方法および研磨剤製品を使用する方法は当業者に周知されている。さらに、本発明による溶融研磨剤粒子は、研磨化合物(例えば、磨き化合物)、ミリング媒体、ショットブラスト媒体および振動ミル媒体などのスラリーなどの紛状研磨剤粒子を利用する研磨剤用途において用いることが可能である。
【0092】
被覆研磨剤製品は、一般に、裏地、研磨剤粒子および裏地上に研磨剤粒子を保持するための少なくとも一種のバインダーを含む。裏地は、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された変種を含む適するいかなる材料であることも可能である。バインダーは、無機バインダーまたは有機バインダー(熱硬化性樹脂および反応硬化性樹脂を含む)を含む適するいかなるバインダーであることも可能である。研磨剤粒子は、被覆研磨剤製品の一層または二層中に存在することが可能である。
【0093】
被覆研磨剤製品の例を図1に描いている。この図を参照すると、被覆研磨剤製品1は裏地(基板)2および研磨剤層3を有する。研磨剤層3は、メイクコート5およびサイズコート6によって裏地2の主面に固定された本発明による溶融研磨剤粒子4を含む。場合によって、スーパーサイズコート(図示していない)が用いられる。
【0094】
結合研磨剤製品は、典型的には、有機バインダー、金属バインダーまたはガラス状バインダーによって結合された研磨剤粒子の造形塊を含む。こうした造形塊は、例えば、砥石ホイールまたはカットオフホイールなどのホイールの形を取ることが可能である。砥石ホイールの直径は、典型的には約1cmから1メートルより大である。カットオフホイールの直径は約1cmから80cmより大(より典型的には3cm〜50cm)である。カットオフホイールの厚さは、典型的には約0.5mm〜約5cm、より典型的には約0.5mm〜約2cmである。造形塊は、例えば、ホーニング砥石、セグメント、固定点、ディスク(例えば二重ディスクグラインダー)または他の従来の結合研磨剤形状の形を取ることも可能である。結合研磨剤製品は、結合研磨剤製品の全体積を基準にして、典型的には、約3〜50体積%の結合材料、約30〜90体積%の研磨剤粒子(または研磨剤粒子ブレンド)、50体積%以下の添加剤(研削助剤を含む)および70体積%以下の穴を含む。
【0095】
好ましい形は砥石ホイールである。図2を参照すると、ホイールに成形されハブ12上に取り付けられた本発明による溶融研磨剤粒子11を含む砥石ホイール10が描かれている。
【0096】
不織研磨剤製品は、典型的には、構造全体を通して分配され有機バインダーによって構造に接着結合された本発明による溶融研磨剤粒子を有する開放多孔質ロフティポリマーフィラメント構造を含む。フィラメントの例には、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が挙げられる。図3において、典型的な不織研磨剤製品の約100倍に拡大された概略図が示されている。こうした不織研磨剤製品は基板として繊維状マット50を含み、マット上で本発明による溶融研磨剤粒子52はバインダー54によって接着されている。
【0097】
有用な研磨剤ブラシには、裏地と一体の複数の剛毛を有するブラシが挙げられる(例えば、米国特許第5,427,595号(フィル(Pihl)ら)、第5,443,906号(フィル(Pihl)ら)、第5,679,067号(ジョンソン(Johnson)ら)および第5,903,951号(イオンタ(Ionta)ら)を参照すること)。好ましくは、こうしたブラシは、ポリマーと研磨剤粒子の混合物を射出成形することにより製造される。
【0098】
研磨剤製品を製造するために適する有機バインダーには、熱硬化性有機ポリマーが挙げられる。適する熱硬化性有機ポリマーの例には、フェノール樹脂、ユリアホロムアルデヒド樹脂、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、側鎖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、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシおよびそれらの組み合わせが挙げられる。バインダーおよび/または研磨剤製品は、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロープ材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤(例えば、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(例えば、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤)、可塑剤および懸濁剤などの添加剤も含んでもよい。これらの任意の添加剤の量は所望の特性を付与するように選択される。カップリング剤は、研磨剤粒子および/または充填剤への粘着力を改善することが可能である。バインダー化学成分は、熱硬化、放射線硬化してもよく、またはそれらの組み合わせで硬化してもよい。バインダー化学に関する追加の詳細は、米国特許第4,588,419号(カウル(Caul)ら)、第4,751,137号(ツミー(Tumey)ら)および第5,436,063号(フォレット(Follett)ら)において見ることができる。
【0099】
ガラス化結合研磨剤に関してより詳しくは、非晶質構造を示し典型的には硬いガラス化結合材料は技術上周知されている。場合によって、ガラス化結合材料は結晶相を含む。本発明によるガラス状研磨剤製品は、ホイール(カットオフホイールを含む)、ホーニング砥石、固定点または他の従来の結合研磨剤形状の形状を取ってもよい。本発明による好ましいガラス化結合研磨剤製品は砥石ホイールである。
【0100】
ガラス化結合材料を形成させるために用いられる金属酸化物の例には、シリカ、シリケート、アルミナ、ソーダ、カルシア、ポタシア、チタニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化リチウム、マグネシア、ボリア、珪酸アルミニウム、硼珪酸ガラス、リチウム珪酸アルミニウムおよびそれらの組み合わせなどが挙げられる。典型的には、ガラス化結合材料は、10〜100%のガラスフリットを含む組成物から形成することが可能である。但し、より典型的には、組成物は20%〜80%のガラスフリット、または30%〜70%のガラスフリットを含む。ガラス化結合材料の残りの部分は非フリット材料であることが可能である。あるいは、ガラス化結合層は非フリット含有組成物から誘導してもよい。ガラス化結合材料は、典型的には約700℃〜約1500℃の範囲内、通常は約800℃〜約1300℃の範囲内、時によっては約900℃〜約1200℃の範囲内、約950℃〜約1100℃の範囲内でさえある温度で熟成される。結合層が熟成される実際の温度は、例えば、特定の結合層の化学的性質に応じて決まる。
【0101】
好ましいガラス化結合材料には、シリカ、アルミナ(好ましくは、少なくとも10重量%のアルミナ)およびボリア(好ましくは、少なくとも10重量%のボリア)を含む材料が挙げられる。殆どの場合、ガラス化結合材料は、アルカリ金属酸化物(例えば、NaOおよびKO)(場合によって、少なくとも10重量%のアルカリ金属酸化物)をさらに含む。
【0102】
結合材料は、典型的には粒状材料の形をとった充填剤材料または研削助剤も含有してよい。典型的には、粒状材料は無機材料である。本発明のために有用な充填剤の例には、金属炭酸塩(例えば、炭酸カルシウム(例えば、チョーク、方解石、泥灰岩、トラバーチン、大理石および石灰岩)、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム)、シリカ(例えば、石英、ガラスビーズ、ガラスバブルおよびガラス繊維)、シリケート(例えば、タルク、クレー、(モンモリロナイト)長石、マイカ、珪酸カルシウム、メタ珪酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸ナトリウム)、金属硫酸塩(例えば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム)、石膏、蛭石、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物(例えば、酸化カルシウム(石灰)、酸化アルミニウム、二酸化チタン)および金属亜硫酸塩(例えば、亜硫酸カルシウム)が挙げられる。
【0103】
一般に、研削助剤の添加は研磨剤製品の有効寿命を伸ばす。研削助剤は、研磨の化学的および物理的プロセスに、改善された性能をもたらす著しい効果を及ぼす材料である。理論によって拘束されることを望まないけれども、研削助剤が、(a)研磨剤粒子と研磨されているワークピースとの間の摩擦を低下させたり、(b)研磨剤粒子が「キャッピング」しないようにしたり(すなわち、金属粒子が研磨剤粒子の上に融着することにならないようにする)、または少なくとも研磨剤粒子が蓋を取る傾向を減らしたり、(c)研磨剤粒子とワークピースとの間の界面温度を低下させたり、および/または(d)研削力を低下させたりすることが考えられる。
【0104】
研削助剤は広い範囲の異なる材料を包含し、無機系または有機系であることが可能である。研削助剤の化学群の例には、ワックス、ハロゲン化有機化合物、ハロゲン化物塩、金属および金属の合金が挙げられる。ハロゲン化有機化合物は、典型的には研磨中に分解し、ハロゲン酸または気体ハロゲン化化合物を放出する。こうした材料の例には、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンのような塩素化ワックスおよびポリ塩化ビニルが挙げられる。ハロゲン化物塩の例には、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロ硼酸カリウム、テトラフルオロ硼酸ナトリウム、弗化珪素、塩化カリウムおよび塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例には、錫、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウムおよび鉄チタニウムが挙げられる。雑多な他の研削助剤には、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイトおよび金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを用いることも本発明の範囲内であり、場合によって、これは相乗効果をもたらす場合がある。好ましい研削助剤は氷晶石であり、最も好ましい研削助剤はテトラフルオロ硼酸カリウムである。
【0105】
研削助剤は、被覆研磨剤製品および結合研磨剤製品において特に有用であることが可能である。被覆研磨剤製品において、研削助剤は、典型的には、研磨剤粒子の表面上に塗布されるスーパーサイズコート中で用いられる。しかし、時には、研削助剤はサイズコートに添加される。被覆研磨剤製品に組み込まれる研削助剤の量は、典型的には約50〜300g/m(好ましくは約80〜160g/m)である。ガラス化結合研磨剤製品において、研削助剤は、典型的には製品の穴に含浸される。
【0106】
研磨剤製品は、本発明による溶融研磨剤粒子100%またはこうした研磨剤粒子と他の研磨剤粒子および/または希釈剤粒子のブレンドを含有することが可能である。しかし、研磨剤製品中の研磨剤粒子の少なくとも約2重量%、好ましくは少なくとも約5重量%、より好ましくは少なくとも約30〜100重量%は、本発明による研磨剤粒子であるべきである。場合によって、本発明による研磨剤粒子は、5対75重量%、約25対75重量%、約40対60重量%または約50対50重量%(すなわち、重量で等量)の間の比で別の研磨剤粒子および/または希釈剤粒子とブレンドしてもよい。適する従来の研磨剤粒子の例には、溶融酸化アルミニウム(白色溶融アルミナ、熱処理酸化アルミニウムおよび褐色酸化アルミニウムを含む)、炭化珪素、炭化硼素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化硼素、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研磨剤粒子などが挙げられる。ゾルゲル誘導研磨剤粒子はシード型または非シード型であってもよい。同様に、ゾルゲル誘導研磨剤粒子は、ランダムに造形されていてもよく、あるいは棒または三角形などの粒子に関連した形状を有してもよい。ゾルゲル誘導研磨剤粒子の例には、米国特許第4,314,827号(ライセイザー(Leitheiser)ら)、第4,518,397号(ライセイザー(Leitheiser)ら)、第4,623,364号(コットリンガー(Cottringer)ら)、第4,744,802号(シュワベル(Schwabel))、第4,770,671号(モンロー(Monroe)ら)、第4,881,951号(ウッド(Wood)ら)、第5,011,508号(ワルド(Wald)ら)、第5,090,968号(ペロー(Pellow))、第5,139,978号(ウッド(Wood))、第5,201,916号(ベルグ(Berg)ら)、第5,227,104号(バウアー(Bauer))、第5,366,523号(ローエンホースト(Rowenhorst)ら)、第5,429,647号(ラーミー(Larmie))、第5,498,269号(ラーミー(Larmie))および第5,551,963号(ラーミー(Larmie))に記載された粒子が挙げられる。原材料源としてアルミナ粉末を用いることにより製造された焼結アルミナ研磨剤粒子に関する追加の詳細は、米国特許第5,259,147号(ファルツ(Falz))、第5,593,467号(モンロー(Monroe))および第5,665,127号(モルゲン(Moltgen))にも見ることができる。場合によって、研磨剤粒子のブレンドは、研磨剤粒子のいずれかのタイプ100%を含む研磨剤粒子と比べて改善された研削性能を示す研磨剤物品をもたらすことがある。
【0107】
研磨剤粒子のブレンドが存在する場合、ブレンドを形成する研磨剤粒子のタイプは同じサイズのタイプであってもよい。あるいは、研磨剤粒子のタイプは異なる粒度のタイプであってもよい。例えば、より大きなサイズの研磨剤粒子が、より小さいサイズの粒子である別の研磨剤粒子タイプと合わせた本発明による研磨剤粒子であってもよい。逆に、例えば、より小さいサイズの研磨剤粒子が、より大きいサイズの粒子である別の研磨剤粒子タイプと合わせた本発明による研磨剤粒子であってもよい。
【0108】
適する希釈剤粒子の例には、大理石、石膏、火打石、シリカ、酸化鉄、珪酸アルミニウム、ガラス(ガラスバブルおよびガラスビーズを含む)、アルミナバブル、アルミナビーズおよび希釈剤凝集物が挙げられる。本発明による溶融研磨剤粒子は、研磨剤凝集物に混ぜ合わされるか、研磨剤凝集物と組み合わされることも可能である。研磨剤凝集物粒子は、典型的には、複数の研磨剤粒子、バインダーおよび任意の添加剤を含む。バインダーは有機および/または無機であってもよい。研磨剤凝集物は、ランダムに造形されていてもよく、あるいは粒子に関連した所定の形状を有してもよい。形状は、ブロック、円柱体、角錐、コインまたは正方形などであってもよい。研磨剤凝集物粒子は、典型的には、約100〜約500マイクロメートル、典型的には約250〜約2500マイクロメートルの範囲の粒度を有する。研磨剤凝集物粒子に関する追加の詳細は、例えば、米国特許第4,311,489号(クレスナー(Kressner))、第4,652,275号(ブローチャー(Bloecher)ら)、第4,799,939号(ブローチャー(Bloecher)ら)、第5,549,962号(ホームス(Holmes)ら)および第5,975,988号(クリスチャンソン(Christianson))において見ることができる。
【0109】
研磨剤粒子は、研磨剤物品中で均一に分配されてもよく、あるいは研磨剤物品の選択された領域または部分で濃縮されてもよい。例えば、被覆研磨剤において、研磨剤粒子の二層が存在してもよい。第1の層は本発明による研磨剤粒子以外の研磨剤粒子を含み、第2(最外)の層は本発明による研磨剤粒子を含む。同様に、結合研磨剤において、砥石ホイールの別個の二部分が存在してもよい。最外部分が本発明による研磨剤粒子を含んでよいのに対して、最内部分は本発明による研磨剤粒子を含まない。あるいは、本発明による研磨剤粒子は結合研磨剤粒子全体を通して均一に分配されてもよい。
【0110】
被覆研磨剤製品に関する別の詳細は、例えば、米国特許第4,734,104号(ブロバーグ(Broberg))、第4,737,163号(ラーキー(Larkey))、第5,203,884号(ブキャナン(Buchanan)ら)、第5,152,917号(ピーパー(Pieper)ら)、第5,378,251号(キュラー(Culler)ら)、第5,417,726号(スタウト(Stout)ら)、第5,436,063号(フォレット(Follett)ら)、第5,496,386号(ブロバーグ(Broberg)ら)、第5,609,706号(ベネディクト(Benedict)ら)、第5,520,711号(ヘルミン(HELMIN))、第5,954,844号(ロー(Law)ら)、第5,961,674号(ガグリアージ(Gagliardi)ら)および第5,975,988号(クリスチナソン(Christinason))において見ることができる。結合研磨剤製品に関する別の詳細は、例えば、米国特許第4,543,107号(ルー(Rue))、第4,741,743号(ナラヤナン(Narayanan)ら)、第4,800,685号(ハイネス(Haynes)ら)、第4,898,597号(ハイ(Hay)ら)、第4,997,461号(Markhoff−Matheny)ら)、第5,038,453号(ナラヤナン(Narayanan)ら)、第5,110,332号(ナラヤナン(Narayanan)ら)および第5,863,308号(キ(Qi)ら)において見ることができる。さらに、ガラス化結合研磨剤に関する詳細は、例えば、米国特許第4,543,107号(ルー(Rue))、第4,898,587号(ハイ(Hay))、第4,997,461号(マークホフマテニー(Markhoff−Matheny)ら)、第5,094,672号(ギルズ(Giles)ら)、第5,118,326号(シェルドン(Sheldon)ら)、第5,131,926号(シェルドン(Sheldon)ら)、第5,203,886号(シェルドン(Sheldon)ら)、第5,282,875号(ウッド(Wood)ら)、第5,738,696号(ウ(Wu)ら)および第5,863,308号(キ(Qi)ら)において見ることができる。不織研磨剤製品に関する別の詳細は、例えば、米国特許第2,958,593号(フーバー(Hoover)ら)において見ることができる。
【0111】
本発明による研磨剤粒子で研磨する方法は、スナッギング(すなわち、高圧高素材除去)からポリッシング(例えば、医用移植材料を被覆研磨剤ベルトで磨く)までに及び、後者は、典型的には、研磨剤粒子のより微細なクレード(例えば、より小さいANSI220およびより微細)で行われる。その研磨剤粒子は、ガラス化結合ホイールでカムシャフトを研削するなどの精密研磨用途で使用してもよい。特定の研磨用途のために用いられる研磨剤製品のサイズは当業者に対して明らかであろう。
【0112】
本発明による研磨剤粒子による研磨を乾式または湿式で行ってもよい。湿式研磨に関して、液体は、フラッドを完全なものにするために軽いミストの形で導入し供給してもよい。一般的に用いられる液体の例には、水、水溶性油、有機潤滑剤および乳化液が挙げられる。液体は、研磨に付随する熱を減少させるように機能したり、および/または潤滑剤として機能したりすることが可能である。液体は、殺菌剤および消泡剤などの少量の添加剤を含有してもよい。
【0113】
本発明による研磨剤粒子は、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレススチール、硬化鋼、チタン、ガラス、セラミック、木材、木材様材料、塗料、塗面および有機被覆面などのワークピースを研磨するために用いてもよい。研磨中に加えられる力は、典型的には約1〜約100kgの範囲である。
【0114】
実施例
以下の実施例によって本発明をさらに例示するが、これらの実施例で挙げた特定の材料および材料の量ならびに他の条件および詳細は本発明を不当に限定すると解釈されるべきではない。本発明の種々の修正および変更は当業者に対して明らかになるであろう。すべての部および百分率は特に指示がないかぎり重量による。
【0115】
比較例A
242.5gのアルミナ粉末(アリゾナ州トゥーソンのCondea Vistaから商品名「APA−0.5」で得たもの)、257.5gの酸化ガドリニウム粉末(カリフォルニア州ブレアのMolycorp,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(テキサス州ディアパークのRohm and Haas Companyから商品名「DURAMAX D−30005」で得たもの)および150.6gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入した。粉末は、77モル%のAlおよび23モル%のGdを生じさせる量で存在した。約450gのアルミナ粉砕媒体(直径10mm、99.9%アルミナ、オハイオ州アクロンのUnion Processから得たもの)を瓶に添加し、原料を完全に混合するために混合物を4時間にわたり粉砕した。粉砕後に、粉砕媒体を除去し、スラリーをガラス(「PYREX」)皿上に注ぎ、そこで、皿より約46cm(18インチ)上に保持されたヒートガンを用いてスラリーを乾燥させた。乾燥させつつ皿を振動させて完全乾燥の前に粉末の沈殿を防いだ。ヒートガンを用いて乾燥した後に、皿を乾燥炉内に90℃で別の30分にわたり入れて、より完全に材料を乾燥させた。その後、乾燥粉末層(bed)をスパチュラで刻み目を付け、皿から掻き取って、小さい材料フレークを形成させた。各フレークは約0.5〜3gの重量であった。約1℃/分の速度でフレークを600℃に加熱し、その後フレークを600℃で1時間にわたり保持することによりフレークを空気中で焼成した。その後、炉動力向けの電力を切り、炉を放置して冷やし室温に戻した。
【0116】
焼成されたフレークの幾つかをアーク放電炉(マサツセッチュ州エアのAdvamced Vacuum Systems製のModel No.1−VAMF−20−22−45)内で溶融させた。約15gの焼成フレークを炉チャンバ内部に配置された冷却銅板上に置いた。炉チャンバを排気し、その後、200トルの圧力でアルゴンガスを充填した。アークは電極と板との間で火花を発した。アーク放電によって発生した温度は、焼成フレークを迅速に溶融させるのに十分高かった。溶融が終わった後、材料を30秒にわたり溶融状態に維持して溶融物を均質化させた。アークを切り、放置して溶融物自体で冷えさせることにより、得られた溶融物を迅速に冷却した。サンプルの小さい塊および水冷銅板の大きな吸熱容量によって迅速な冷却が確保された。炉への電力を切った後、1分以内に溶融材料を炉から取り出した。理論によって拘束されることを望まないけれども、水冷銅板の表面上での溶融物の冷却速度が1500℃/分であったことが推定される。溶融材料の色は白色−黄色であった。
【0117】
図8は、比較例A溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。従来の取付および磨き技術によって磨き断面を調製した。ポリッシャー(イリノイ州レークブルフのBuehlerから商品名「ECOMET3TYPE POLISHER−GRINDER」で得たもの)を用いて磨きを行った。サンプルをダイヤモンドホイールで約3分にわたり磨き、その後、45、30、15、9および3マイクロメートルのダイヤモンドスラリーの各々で3分磨いた。磨いたサンプルに金−パラジウムの薄層を被覆し、JEOL SEM(Model JSM−840A)を用いて見た。再び図8を参照すると、顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜20マイクロメートルであった。比較例A材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質GdAlOであり、暗い部分がα−Alであったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.7マイクロメートル以下であった。溶融材料中に多くの穴が観察されたことも注目される。
【0118】
「Chipmunk」ジョークラッシャー(カリフォルニア州バーバンクのBICO Inc.によって製造されたType VD)を用いることにより比較例A溶融材料を(研磨剤)粒子に破砕し選別して、−25+30および−30+35メッシュ部分を保持した(USA標準試験篩い)。これらの二つのメッシュ部分を組み合わせて50/50ブレンドを生じさせた。−25+30部分と−30+35メッシュ部分の50/50ブレンド30gを被覆研磨剤ディスクに組み込んだ。被覆研磨剤ディスクは従来の手順に従って製造した。従来の炭酸カルシウム充填フェノールメイク樹脂(水およびグリコールエーテルで81%固形物に希釈された48%レゾールフェノール樹脂、52%炭酸カルシウム)および従来の氷晶石充填フェノールサイズ樹脂(水およびグリコールエーテルで78%固形物に希釈された32%レゾールフェノール樹脂、2%酸化鉄、66%氷晶石)を用いて、直径17.8cm、厚さ0.8mmの加硫繊維裏地(直径2.2cmの中心穴を有する)に溶融研磨剤粒子を結合した。湿りメイク樹脂重量は約185g/mであった。メイクコートを塗布した直後に、溶融研磨剤粒子を静電塗布した。メイク樹脂を88℃で120分にわたり予備硬化させた。その後、氷晶石充填フェノールサイズコートをメークコートおよび研磨剤粒子上に被覆した。湿りサイズ重量は約850g/mであった。サイズ樹脂を99℃で12時間にわたり硬化させた。試験前に被覆研磨剤ディスクを屈曲させた。
【0119】
比較例B
(a)145.6gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、151.2gの酸化ランタン粉末(カリフォルニア州ブレアのMolycorp,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および129.5gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、75モル%のAlおよび25モル%のLaを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例B溶融材料、研磨剤粒子およびディスクを調製した。溶融材料の色は白色−赤色であった。但し、研磨剤粒子の一部は他のものより赤かった。
【0120】
図9は、比較例B溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜30マイクロメートルであった。比較例B材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質LaAlOであり、暗い部分が結晶質LaAl1118であったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.5マイクロメートル以下であった。さらに、樹枝状突起の形で存在する大きな一次結晶(LaAlOであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、Laに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0121】
比較例B紛状研磨剤粒子(比較例CおよびDの研磨剤粒子と合わせて)(サイズ約10メッシュ)を取付用樹脂(イリノイ州レークブルフのBuehler,Ltd.から商品名「ECOMET」で得たもの)中に取り付けることにより、比較例B研磨剤粒子の平均微小硬度を測定した。樹脂の得られた円柱体は、直径約2.5cm(1インチ)および高さ約1.9cm(0.75インチ)であった。1マイクロメートルのダイヤモンドスラリー(Buehler Ltd.から商品名「METADI」で得たもの)を用いる最終磨き工程と合わせて、従来のグラインダー/ポリッシャー(Buehler Ltd.から商品名「ECOMET」で得たもの)および従来のダイヤモンドスラリーを用いて、取付られたサンプルを磨きサンプルの磨き断面を得た。
【0122】
500gの押込荷重を用いるVickers押込機が装備された従来の微小構造試験機(日本国東京のMitutoyo Corporationから商品名「MITUTOYO MVK−VL」で得たもの)を用いて微小構造測定を行った。ASTM Test Method E384「材料の微小硬度に関する測定方法(1991)」に記載された指針に準拠して微小構造測定を行った。微小硬度値は20測定数の平均であった。平均微小硬度は15.0GPaであった。
【0123】
幾つかの比較例B研磨剤粒子(比較例CおよびDの研磨剤粒子と合わせて)を白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で4時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の比較例B研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−赤色)。加熱後の比較例B研磨剤粒子の平均微小硬度は14.1GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例B研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0124】
幾つかの比較例B研磨剤粒子(比較例CおよびDの研磨剤粒子と合わせて)をまた白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の比較例B研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−赤色)。加熱後の比較例B研磨剤粒子の平均微小硬度は14.3GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例B研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0125】
比較例B研磨剤粒子に及ぼす二種のガラス化結合材料の効果を以下の通り評価した。70部のガラスフリット(39.9%SiO、28.5%B、15.6%Al、13.9%NaOおよび4.1%KO、オハイオ州クリーブランドのFerro Corporationから商品名「FERRO FRIT3227」で得たもの)、27部のKentucky Ball Clay(No6DC、ケンタッキー州ヒッコリーのOld Hickory Clay Companyから得たもの)、3.5部のLiCO(マサツセッチュ州ワードヒルのAlfa Aesar Chemical Companyから得たもの)および625gの直径1.3cm(0.5インチ)プラスチック被覆スチール媒体をプラスチックジャー(直径4・3/8インチ(11.1cm)、高さ直径4・3/8インチ(11.1cm))に投入し、その後、内容物を90rpmで7時間にわたり乾燥粉砕することにより第1のガラス化結合材料を調製した。約45%SiO、約19%Al、約20%B、約10%NaO、約3%KO、約1.5%LiOおよび約1.5%CaOを含むガラス化結合材料を提供するように、組成物を配合した。乾燥粉砕した材料および実施例2研磨剤粒子(ならびに実施例3および4研磨剤粒子)をプレスして、3.2cm×0.6cm(1.25インチ×0.25インチ)ペレットにした。ペレットを50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。26部の比較例B、CおよびD研磨剤粒子(すなわち、比較例B、CおよびD研磨剤粒子を合わせて混合するが、色に基づいて目視で、および組成に基づいてSEM下で互いに区別可能であった)(−20+30メッシュ)、0.24部の加水分解澱粉(ウィスコンシン州ミルウォーキーのAldrich Chemical Companyから商品名「DEXTRIN」で得たもの)、0.02部のグリセリン(Aldrich Chemical Companyから得たもの)、0.72部の水、3.14部の乾燥粉砕材料および0.4部の加水分解澱粉(「DEXTRIN」)をこの順に混合することによりペレットを調製した。2273kg(5000lb.)の荷重下でペレットをプレスした。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために上述したように調製された磨き断面を検査した。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。ガラス化結合材料を伴った加熱後の比較例B研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−赤色)。
【0126】
45部のKentucky Ball Clay(No6DC、Old Hickory Clay Companyから得たもの)、28部の無水四硼化ナトリウム(Alfa Aesar Chemical Companyから得たもの)、25部の長石(ジョージア州アトランタのFeldspar Corporationから商品名「G−200Feldspar」で得たもの)、3.5部のLiCO(Alfa Aesar Chemical Companyから得たもの)、2.5部のCaSiO3(Alfa Aesar Chemical Companyから得たもの)、および625gの直径1.3cm(0.5インチ)プラスチック被覆スチール媒体をプラスチックジャー(直径4・3/8インチ(11.1cm)、高さ直径4・3/8インチ(11.1cm))に投入し、その後、内容物を90rpmで7時間にわたり乾燥粉砕することにより第2のガラス化結合材料を調製した。約45%SiO、約19%Al、約20%B、約10%NaO、約3%KO、約1.5%LiOおよび約1.5%CaOを含むガラス化結合材料を提供するように、組成物を配合した。乾燥粉砕した材料および比較例B研磨剤粒子をプレスして、3.2cm×0.6cm(1.25インチ×0.25インチ)ペレットにした。ペレットを50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。26部の比較例B、CおよびD研磨剤粒子(すなわち、比較例B、CおよびD研磨剤粒子を合わせて混合した)(−20+30メッシュ)、0.24部の加水分解澱粉(「DEXTRIN」)、0.02部のグリセリン(Aldrich Chemical Companyから得られたもの)、0.72部の水、3.14部の乾燥粉砕材料および0.4部の加水分解澱粉(「DEXTRIN」)をこの順に混合することによりペレットを調製した。2273kg(5000lb.)の荷重下でペレットをプレスした。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために上述したように調製された磨き断面を検査した。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。ガラス化結合材料を伴った加熱後の比較例B研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−赤色)。
【0127】
比較例C
(a)143.6gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、147.6gの酸化ネオジム粉末(カリフォルニア州ブレアのMolycorp,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および138.5gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、75モル%のAlおよび25モル%のNdを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例C溶融材料、研磨剤粒子およびディスクを調製した。溶融材料の色は白色−青色であった。但し、研磨剤粒子の一部は他のものより青かった。
【0128】
図10は、比較例Fの溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約10〜40マイクロメートルであった。比較例C材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質NdAlOであり、暗い部分が結晶質NdAl1118であったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.5マイクロメートル以下であった。さらに、樹枝状突起の形で存在する大きな一次結晶(NdAlOであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、Ndに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0129】
比較例C研磨剤粒子の平均微小硬度は、14.5GPaであると比較例Bで上述したように決定した。
【0130】
幾つかの比較例C研磨剤粒子(比較例BおよびDの研磨剤粒子と合わせて)を白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で4時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の比較例C研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−青色)。加熱後の比較例C研磨剤粒子の平均微小硬度は14.1GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例C研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0131】
幾つかの比較例C研磨剤粒子(比較例BおよびDの研磨剤粒子と合わせて)をまた白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の比較例C研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−青色)。加熱後の比較例C研磨剤粒子の平均微小硬度は14.5GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例C研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0132】
比較例C研磨剤粒子に及ぼす二種のガラス化結合材料の効果を比較例Bに記載されたように評価した。二次電子モードのSEMを用いて磨き断面を検査した。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。ガラス化結合材料を伴った加熱後の比較例C研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、白色−青色)。
【0133】
比較例D
炭酸ランタン粉末(テキサス州ヒューストンのAptec Service,LLCから得たもの、Lot No.SH99−5−7)を900℃に加熱して、それを酸化ランタンおよび多少の酸化セリウム(IV)に変換した(製造業者の変換仕様は、95%LAおよび4.19%CeOであり、酸化物への炭酸塩の収率は49.85重量%金属酸化物であった)。(a)148.6gの酸化ランタン/酸化セリウム粉末、146.4gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および141.3gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、75モル%のAlおよび25モル%のLa/Ceを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例D溶融材料、研磨剤粒子およびディスクを調製した。スラリーが比較例Bのスラリーと比べて大幅により粘性であることが観察された。溶融材料の色は明るいオレンジ色であった。
【0134】
図11は、比較例D溶融材料の磨き断面(比較例Bに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜25マイクロメートルであった。比較例D材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質LaAlOであり、暗い部分が結晶質LaAl1118であったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.5マイクロメートル以下であった。さらに、樹枝状突起の形で存在する大きな一次結晶(LaAlOであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、Laに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0135】
比較例D研磨剤粒子の平均微小硬度は、14.8GPaであると比較例Bで上述したように決定した。
【0136】
幾つかの比較例D研磨剤粒子(比較例BおよびCの研磨剤粒子と合わせて)を白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で4時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の比較例D研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、明るいオレンジ色)。加熱後の比較例D研磨剤粒子の平均微小硬度は14.7GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例D研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0137】
幾つかの比較例D研磨剤粒子(比較例BおよびCの研磨剤粒子と合わせて)をまた白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の比較例D研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、明るいオレンジ色)。加熱後の比較例D研磨剤粒子の平均微小硬度は14.1GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例D研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0138】
比較例D研磨剤粒子に及ぼす二種のガラス化結合材料の効果を比較例Bに記載されたように評価した。二次電子モードのSEMを用いて磨き断面を検査した。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。二種のガラス化結合材料中の加熱後の比較例D研磨剤粒子の平均微小硬度は、それぞれ14.2GPaおよび14.3GPaであった。二種のガラス化結合材料の各々を伴った加熱後の比較例D研磨剤粒子の色は加熱前と同じであった(すなわち、明るいオレンジ色)。
【0139】
比較例E
熱処理された溶融アルミナ研磨剤粒子(オーストリア国フィラッハのTriebacherから商品名「ALODUR BFRPL」で得たもの)を比較例A溶融研磨剤粒子の代わりに用いたことを除いて、比較例Aに記載されたように比較例E被覆研磨剤ディスクを調製した。
【0140】
比較例F
アルミナ−ジルコニア研磨剤粒子(53%ALおよび47%ZrOの共晶組成を有するもの、マサツセッチュ州ウスターのNorton Companyから商品名「NORZON」で得たもの)を比較例A溶融研磨剤粒子の代わりに用いたことを除いて、比較例Aに記載されたように比較例F被覆研磨剤ディスクを調製した。
【0141】
比較例F研磨剤粒子の平均微小硬度は、16.0GPaであると比較例Bで上述したように決定した。比較例F研磨剤粒子の色は灰色−濃紺であった。
【0142】
幾つかの比較例F研磨剤粒子を白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で4時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の研磨剤粒子の色はベージュ色であった。加熱後の研磨剤粒子の平均微小硬度は12.9GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱前の比較例F研磨剤粒子のSEM電子顕微鏡写真を図16に示している。加熱後の比較例F研磨剤粒子のSEM電子顕微鏡写真を図17に示している。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造とは異なっていた。相違はコロニー境界で最も顕著に観察された。
【0143】
約2θ=30度で立方晶および/または正方晶反射の111のピーク強度を約2θ=28度で単斜晶反射の111のピーク強度と比較することにより、上述した熱処理前および熱処理後の比較例F研磨剤粒子中に存在する相を定性的に測定するために、別の粉末X線回折(1.54050オングストロームの銅Kα1放射線を備えたPhillips XRG3100X線回折計を用いる)を用いた。参考のために、「Phase Analysis in Zirconia Systems」,Garvie,R.C.and Nicholson,P.S.,Journal of the American Ceramic Society,Vol.55(6),pp.303−305,1972を参照すること。サンプルを粉砕し、−120メッシュの粉末を分析のために用いた。熱処理しなかった比較例F研磨剤粒子は、単斜晶と立方晶および/または正方晶の両方のジルコニア相を含んでいた。熱処理サンプルについては、単斜晶相含有率の対応する増加につれて立方晶および/または正方晶の含有率の減少が観察された。
【0144】
幾つかの比較例F研磨剤粒子を白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の研磨剤粒子の色はベージュであった。加熱後の研磨剤粒子の平均微小硬度は12.8GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例F研磨剤粒子のSEM電子顕微鏡写真を図18に示している。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造とは異なっていた。1000℃での4時間にわたる熱処理に関して観察された相違より大きかった相違は再びコロニー境界で最も顕著に観察された。
【0145】
26部でなく20部の比較例F研磨剤粒子(−20+30メッシュ)であったことを除き、比較例Bに記載されたように比較例F研磨剤粒子に及ぼす二種のガラス化結合材料の効果を評価した。ガラス化結合材料中の加熱後の研磨剤粒子の平均微小硬度は、13.6GPaであった。但し、比較例F研磨剤粒子の幾つかは、微小硬度測定を有効に行うことができなかったような過酷な劣化を示している(粒子の部分が弱すぎる)。熱処理研磨剤粒子の大部分はベージュであったけれども、色にはばらつきがあった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の比較例F研磨剤粒子のSEM電子顕微鏡写真を図19に示している。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造とは異なっていた。1000℃での4時間にわたる熱処理に関して観察された相違より大きかった相違は再びコロニー境界で最も顕著に観察された。
【0146】
第2のガラス化結合材料中の加熱後の研磨剤粒子の平均微小硬度は、13.4GPaであった。但し、比較例F研磨剤粒子の幾つかは、微小硬度測定を有効に行うことができなかったような過酷な劣化を示している(粒子の部分が弱すぎる)。熱処理研磨剤粒子の大部分はベージュであったけれども、色にはばらつきがあった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造とは異なっていた。1000℃での4時間にわたる熱処理に関して観察された相違より大きかった相違は再びコロニー境界で最も顕著に観察された。
【0147】
比較例G
ゾルゲル誘導研磨剤粒子(ミネソタ州セントポールの3M Companyから商品名「321CUBITRON」で市販されている)を比較例A溶融研磨剤粒子の代わりに用いたことを除いて、比較例Aに記載されたように比較例G被覆研磨剤ディスクを調製した。
【0148】
比較例A−Gの研削性能
比較例A−G被覆研磨剤ディスクの研削性能を次の通り評価した。各被覆研磨剤ディスクを傾斜アルミニウムバックアップパッド上に取り付け、前もって秤量した1.25cm×18cm×10cmの1018軟鋼ワークピースの面を研削するために用いた。ディスクを5,000rpmで駆動させる一方で、バックアップパッドの傾斜端の上にあるディスクの部分が8.6kgの荷重でワークピースに接触した。一分間隔にわたって逐次個々のワークピースを研削するために各ディスクを用いた。全切削量は、試験期間全体を通してワークピースから除去された材料の量の合計であった。12分の研削後の各サンプルによる全切削量および12番目の時間的分における切削量(すなわち最終切削量)を以下の表1に報告している。
【0149】
【表1】
表1

Figure 2004504448
【0150】
比較例H
(a)144.5gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、147.4gの酸化セリウム(IV)(CeO)粉末(Aldrich Chemical Company,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および137.5gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、75モル%のAlおよび25モル%のCeを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例H溶融材料および研磨剤粒子を調製した。溶融材料の色は濃い黄色−緑色であった。
【0151】
図12は、比較例H溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜30マイクロメートルであった。比較例H材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質CeAlOおよび結晶質CeOであり、暗い部分が結晶質CeAl1118であったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.5マイクロメートル以下であった。さらに、樹枝状突起の形で存在する大きな一次結晶(CeAlOおよび/またはCeOであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、CeAlOおよび/またはCeOに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0152】
比較例I
(a)146.5gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、147.4gの酸化ジスプロシウム粉末(Aldrich Chemical Company,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および136.3gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、78モル%のAlおよび22モル%のDyを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例I溶融材料および研磨剤粒子を調製した。溶融材料の色は白色であった。
【0153】
図13は、比較例I溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜20マイクロメートルであった。比較例I材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質DyAl12であり、暗い部分がα−Alであったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約1マイクロメートル以下であった。一次結晶は観察されなかった。
【0154】
比較例J
(a)146.3gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、148.4gの酸化イッテルビウム粉末(Aldrich Chemical Company,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および139.6gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、78.6モル%のAlおよび21.4モル%のYbを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例J溶融材料および研磨剤粒子を調製した。溶融材料の色は灰色であった。
【0155】
図14は、比較例J溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜25マイクロメートルであった。比較例J材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質YbAl12であり、暗い部分がα−Alであったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約1マイクロメートル以下であった。さらに、樹枝状突起の形で存在する大きな一次結晶(α−Alであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、Alに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0156】
比較例K
(a)149.5gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、149.4gのイットリア−安定化酸化ジルコニア粉末(94重量%のZrO(+HfO)および5.4重量%のYの公称組成のもの、ジョージア州マリエッタのZirconia Sales,Inc.から商品名「HSY3.0」で得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および136.5gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、54.8モル%のAlおよび45.2モル%のZrOを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例K溶融材料および研磨剤粒子を調製した。溶融材料の色は白色であった。
【0157】
図15は、比較例K溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜40マイクロメートルであった。比較例K材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質ZrOであり、暗い部分がα−Alであったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.5マイクロメートル以下であった。
【0158】
比較例Kの平均微小硬度は、15.3GPaであると比較例Bで上述したように決定した。
【0159】
幾つかの比較例K粒子を白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で4時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の研磨剤粒子の色は白であった。加熱後の研磨剤粒子の平均微小硬度は15.0GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱前の比較例K材料のSEM顕微鏡写真を図20に示している。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0160】
約2θ=30度で立方晶および/または正方晶反射の111のピーク強度を約2θ=28度で単斜晶反射の111のピーク強度と比較することにより、上述した熱処理前および熱処理後の比較例K材料中に存在する相を定性的に測定するために、比較例Fに関して上で記載されたような別の粉末X線回折を用いた。熱処理しなかった比較例K材料は、熱処理前および熱処理後に立方晶および/または正方晶ジルコニアを主として含んでいた(すなわち、X線回折結果で顕著な相違は認められなかった)。
【0161】
幾つかの比較例K粒子をまた白金るつぼに入れて加熱し、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の研磨剤粒子の色は白色であった。加熱後の研磨剤粒子の平均微小硬度は15.0GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後に観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造とはわずかだけ異なっていた。加熱後の比較例KのSEM顕微鏡写真を図21に示している。一般にZrOの一次結晶付近で幾つかの割れが熱処理材料中に観察された。
【0162】
比較例B、C、FおよびK研磨剤粒子/材料の示差走査熱分析(DTA)および熱重量分析(TGA)
示差走査熱分析(DTA)および熱重量分析(TGA)を比較例B、C、FおよびK研磨剤粒子/材料の各々について行った。各材料を乳鉢と乳棒で粉砕し、400〜500マイクロメートルサイズ範囲内にある粒子を保持するように篩った。
【0163】
篩ったサンプルの各々についてDTA/TGA試験を行った(ドイツ国セルブのNetzsch Instrumentsから商品名「NETZSCH STA409DTA/TGA」で得た計器を用いて)。100マイクロリットルAlサンプルホールダーに入れた篩った各サンプルの量は、それぞれ127.9マイクログラム(比較例B)、125.8マイクログラム(比較例K)、127.3マイクログラム(比較例B)であった。室温(約25℃)から1300℃まで10℃/分の速度において静止空気中で各サンプルを加熱した。
【0164】
図4を参照すると、線167は、比較例B材料についてプロットされたDTAデータである。線169はプロットされたTGAデータである。図5を参照すると、線197は、比較例C材料についてプロットされたDTAデータである。線199はプロットされたTGAデータである。図6を参照すると、線177は比較例K材料についてプロットされたDTAデータである。線179はプロットされたTGAデータである。図7を参照すると、線187は比較例F材料についてプロットされたDTAデータである。線189はプロットされたTGAデータである。TGA試験を通したサンプルの重量変化は、比較例Bについては0.22%、比較例Cについては0.22%、比較例Kについては0.73%および比較例Fについては1.16%であった。
【0165】
実施例1
122.4gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、酸化ガドリニウム粉末の代わりに132.6gの酸化イッテルビウム粉末(Aldrich Chemical Company,Inc.から得たもの)、45gの酸化ジルコニウム粉末(100重量%のZrO(+HfO)の公称組成のもの、ジョージア州マリエッタのZirconia Sales,Inc.から商品名「DK−2」で得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および140.2gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例1溶融材料および研磨剤粒子を調製した。溶融材料の色は白色−灰色であった。
【0166】
図22は、実施例1材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜25マイクロメートルであった。実施例1材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質YbAl12であり、暗い部分が結晶質α−Alであったことが考えられる。ZrO微結晶の形状は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約1マイクロメートル以下であった。
【0167】
実施例2
127.25gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、127.75gの酸化ガドリニウム粉末(Molycorp,Inc.から得たもの)、45gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および150gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例2溶融材料、研磨剤粒子およびディスクを調製した。
【0168】
図23は、実施例2溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載された通り調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は共晶誘導微小構造を示している。実施例2材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質GdAlOであり、暗い部分がα−Alであったことが考えられる。ZrO微結晶の形状は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。磨き断面で観察された相の結晶の幅は約1マイクロメートル以下であった。
【0169】
実施例3
124.5gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、125.3gの酸化ジスプロシウム粉末(Aldrich Chemical Company,Inc.から得たもの)、45gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および140gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例3溶融材料および研磨剤粒子を調製した。
【0170】
図24は、実施例3溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜15マイクロメートルであった。実施例3材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質GyAl12であり、暗い部分がα−Alであったことが考えられる。ZrO微結晶の形状は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。磨き断面で観察された相の結晶の幅は約1マイクロメートル以下であった。
【0171】
幾つかの実施例3研磨剤粒子を白金るつぼに入れ、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の実施例3研磨剤粒子の平均微小硬度は15.6GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の実施例3研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0172】
実施例4
147.9gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、137.1gの酸化ランタン粉末(Molycorp,Inc.から得たもの)、15gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および145gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例4溶融材料および研磨剤粒子を調製した。
【0173】
図25は、実施例4溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜20マイクロメートルであった。実施例4材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質LaAlOであり、暗い部分が結晶質LaAl1118であり、灰色部分が結晶質単斜晶ZrOであったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約1.5マイクロメートル以下であった。
【0174】
実施例5
109gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、101gの酸化ランタン粉末(Molycorp,Inc.から得たもの)、90gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および145gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例5溶融材料、研磨剤粒子およびディスクを調製した。
【0175】
図26は、実施例5溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。実施例5材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質LaAlOであり、暗い部分が結晶質LaAl1118であり、灰色部分がLaZrであったことが考えられる。さらに、粉末X線回折に基づいて、材料は単斜晶ZrOと立方晶ZrOの二種の変種も含んでいた。ZrO微結晶の形状および位置は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。
【0176】
実施例5研磨剤粒子の平均微小硬度は、12.0GPaであると比較例Bで上述したように決定した。
【0177】
幾つかの実施例5研磨剤粒子をまた白金るつぼに入れ、50℃/時間で1000℃に加熱し、(空気中で)1000℃で8時間にわたり保持し、その後、約100℃/時間で室温に冷却した。加熱後の実施例5研磨剤粒子の平均微小硬度は11.8GPaであった。二次電子モードのSEMを用いて、微小硬度測定のために調製された磨き断面を検査した。加熱後の実施例5研磨剤粒子について観察された微小構造は、加熱前に観察された微小構造と実質的に同じであった。
【0178】
実施例2、5および比較例E−G被覆研磨剤ディスクの研削性能を比較例A−Gに関して上述したように評価した。結果を以下の表2に報告している。
【0179】
【表2】
表2
Figure 2004504448
【0180】
実施例6
109gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、101gの酸化ランタン粉末(Molycorp,Inc.から得たもの)、9gの酸化イットリウム粉末(マサツセッチュ州ニュートンのH.C.Starckから得たもの)、81gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および145gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、実施例1に記載された通り実施例6溶融材料および研磨剤粒子を調製した。
【0181】
図27は、溶融実施例6材料の磨き断面(実施例1に記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。実施例6材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質LaAlOであり、暗い部分が結晶質LaAl1118であり、灰色部分が立方晶ZrOであったことが考えられる。ZrO微結晶の形状および位置は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。
【0182】
実施例7
111gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、93gの酸化ネオジム粉末(Molycorp,Inc.から得たもの)、90gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および138gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例7溶融材料および研磨剤粒子を調製した。
【0183】
図28は、実施例7溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。実施例7材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質NdAlOであり、暗い部分が結晶質NdAl1118であったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.3マイクロメートル以下であった。さらに、粉末X線回折に基づいて、材料は立方晶ZrOの二種の変種も含んでいた。ZrO微結晶の形状および位置は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。
【0184】
実施例8
106.1gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、103.9gの酸化セリウム(IV)(CeO)粉末(ウィスコンシン州ミルウォーキーのAldrich Chemical Company,Inc.から得たもの)、90gの酸化ジルコニウム粉末(「DK−2」)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および139.5gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したこと除き、比較例Aに記載された通り実施例8溶融材料および研磨剤粒子を調製した。
【0185】
図29は、実施例8溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は共晶誘導微小構造を示している。実施例8の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質CeAlOであり、暗い部分が結晶質CeAl1118であり、灰色部部がCeZrであったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約5マイクロメートル以下であった。さらに、粉末X線回折に基づいて、材料は単斜晶ZrOと立方晶ZrOの二種の変種も含んでいた。ZrO微結晶の形状および位置は顕微鏡写真上では容易に判別されなかった。さらに、大きな一次結晶(CeAlOおよび/またはCeOであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、CeAlOおよび/またはCeOに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0186】
比較例L
(a)155.6gのアルミナ粉末(「APA−0.5」)、144.3gの酸化ランタンン粉末(カリフォルニア州ブレアのMolycorp,Inc.から得たもの)、0.6gの分散剤(「DURAMAX D−30005」)および130gの蒸留水をポリエチレン瓶に投入したことと、(b)粉末が、77.5モル%のAlおよび22.5モル%のLaを生じさせる量で存在したことを除き、比較例Aに記載された通り比較例L溶融材料、研磨剤粒子およびディスクを調製した。溶融材料の色は白色−赤色であった。但し、研磨剤粒子の幾つかは他のものより赤かった。
【0187】
図30は、比較例L溶融材料の磨き断面(比較例Aに記載されたように調製されたもの)の走査電子顕微鏡(SEM)の顕微鏡写真である。顕微鏡写真は、複数のコロニーを含む共晶誘導微小構造を示している。コロニーのサイズは約5〜30マイクロメートルであった。比較例B材料の一部の粉末X線回折および後方散乱モードでSEMを用いる磨きサンプルの検査に基づいて、顕微鏡写真の白い部分が結晶質LaAlOであり、暗い部分が結晶質LaAl1118であったことが考えられる。磨き断面で観察されたこれらの相の幅は約0.5マイクロメートル以下であった。さらに、樹枝状突起の形で存在する大きな一次結晶(LaAlOであると考えられる)は磨き断面の一部の領域において観察され、Laに富む組成に向けた厳密な共晶組成からの組成の起きうる偏りを示唆した。
【0188】
比較例E−GおよびL被覆研磨剤ディスクの研削性能を比較例A−Gに関して上述したように評価した。結果を以下の表3に報告している。
【0189】
【表3】
表3
Figure 2004504448
【0190】
本発明の種々の修正および変更は本発明の範囲および精神を逸脱せずに当業者に対して明らかになるであろう。本発明が本明細書に記載された例証的実施形態に不当に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による溶融研磨剤粒子を含む被覆研磨剤物品の部分断面概略図である。
【図2】本発明による溶融研磨剤粒子を含む結合研磨剤物品の透視図である。
【図3】本発明による溶融研磨剤粒子を含む不織研磨剤物品の拡大概略図である。
【図4】比較例B溶融材料の示差走査熱分析(DTA)プロットおよび熱重量分析(TGA)プロットである。
【図5】比較例C溶融材料のDTAプロットおよびTGAプロットである。
【図6】比較例K溶融材料のDTAプロットおよびTGAプロットである。
【図7】比較例F研磨剤粒子のDTAプロットおよびTGAプロットである。
【図8】比較例A溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図9】比較例B溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図10】比較例C溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図11】比較例D溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図12】比較例H溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図13】比較例I溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図14】比較例J溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図15】比較例K溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図16】比較例F研磨剤粒子の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図17】種々の加熱条件にさらされた後の比較例F研磨剤粒子の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図18】種々の加熱条件にさらされた後の比較例F研磨剤粒子の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図19】ガラス化結合材料にさらされた後の比較例F研磨剤粒子の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図20】種々の加熱条件にさらされた後の比較例K材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図21】種々の加熱条件にさらされた後の比較例K材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図22】実施例1溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図23】実施例2溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図24】実施例3溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図25】実施例4溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図26】実施例5溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図27】実施例6溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図28】実施例7溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図29】実施例8溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。
【図30】比較例L溶融材料の磨き断面の走査電子顕微鏡写真である。[0001]
Field of the invention
The present invention relates to Al2O3-Rare earth oxide-ZrO2It relates to a molten material containing a eutectic. Molten Al2O3・ Rare earth oxide-ZrO2Examples of useful articles that include a eutectic material include fibers and abrasive particles. It is possible to incorporate molten abrasive particles into various abrasive articles, including bonded abrasives, coated abrasives, nonwoven abrasives, and abrasive brushes.
[0002]
Description of related technology
Various molten eutectic metal oxide materials are known in the art, including two-dimensional and three-dimensional eutectic materials. Molten eutectic metal oxide materials typically charge various metal oxide sources and other desired additives to the furnace, heat the material above the melting point of the material, and cool the melt. (See, e.g., U.S. Patent Nos. 1,161,620 (Coulter), 1,192,709 (Tone), 1,247, No. 337 (Saunders et al.), No. 1,268,533 (Allen), No. 2,424,645 (Baumann et al.), No. 3,891,408 (Rose) No. 3,781,172 (Pett et al.), No. 3,893,826 (Quinan et al.), No. 4,126,429 (Watson) 4,457,767 (Poon et al.), 5,143,522 (Gibson et al.), 5,023,212 (Dubotts et al.) And 5,336. , 280 (see Dubots et al.).
[0003]
However, there is a need for new materials that can provide different performance characteristics (including combinations of properties) than conventional materials, are easier to manufacture, and / or are less expensive to manufacture. Have been.
[0004]
In another embodiment, various abrasive particles known in the art (eg, diamond particles, cubic boron nitride particles, fused abrasive particles, and sintered ceramic abrasive particles (including sol-gel derived abrasive particles)). Exists. In some polishing applications, the abrasive particles are used in powder form, while in other applications, the particles are used in abrasive products (eg, coated abrasive products, bonded abrasive products, nonwoven abrasive products and abrasive products). Brush). Criteria used in selecting the abrasive particles used for a particular polishing application include polishing life, cutting speed, substrate surface finish, grinding efficiency and product cost.
[0005]
From about the 1900's to about the mid-1980's, the finest abrasive particles for polishing applications, such as those utilizing coated and bonded abrasive products, were typically fused abrasive particles. There are two general types of fused abrasive particles. (1) Fused alpha alumina abrasive particles (e.g., U.S. Pat. Nos. 1,161,620 (Coulter), 1,192,709 (Tone), and 1,247,337 ( See, Saunders et al., Nos. 1,268,533 (Allen), 2,424,645 (Baumann et al.) And (2) melting (sometimes referred to as "co-melting"). ) Alumina-zirconia abrasive particles (e.g., U.S. Patent Nos. 3,891,408 (Rowse et al.); 3,781,172 (Pett et al.); 3,893. No. 826 (Quinan et al.), No. 4,126,429 (Watson), No. 4,457,767 (Poon (P. on) et al.) and No. 5,143,522 (referring to Gibson (Gibson) et al)). See also, for example, U.S. Pat. Nos. 5,023,212 (Dubots et al.) And 5,336,280 (Dubots et al.) Which report some fused oxynitride abrasive particles. To do. Fused alumina abrasive particles typically charge an alumina source such as aluminum ore or bauxite and other desired additives into a furnace, heating the material above the melting point of the material and cooling the melt. It is produced by forming a coagulum, breaking the coagulum into particles, and then sieving and screening the particles to provide the desired abrasive particle size distribution. Fused alumina-zirconia abrasive particles are typical, except that both the alumina source and the zirconia source are charged to the furnace and the melt is cooled faster than the melt used to produce the fused alumina abrasive particles. It is manufactured in a similar manner. For fused alumina-zirconia abrasive particles, the amount of alumina source is typically about 50-80% by weight, and the amount of zirconia is 50-20% by weight zirconia. The process of producing fused alumina and fused alumina abrasive particles may include removing impurities from the melt prior to the cooling step.
[0006]
Although fused alpha-alumina abrasive particles and fused alumina-zirconia abrasive particles are still widely used in abrasive applications (including abrasive applications utilizing coated abrasive products and bonded abrasive products), since the 1980's many have been The finest abrasive particles for abrasive applications are sol-gel derived alpha alumina particles (eg, U.S. Patent Nos. 4,314,827 (Leitheiser et al.) And 4,518,397 (Lyseizer ( Leitheiser et al.), No. 4,623,364 (Cottringer et al.), No. 4,744,802 (Schwabel), No. 4,770,671 (Monroe et al.), No. 4,881,951 (Wood et al.), No. 4, Nos. 60,441 (Pellow et al.), 5,139,978 (Wood), 5,201,916 (Berg et al.), 5,366,523 (loan No. 5,429,647 (Larmie), No. 5,547,479 (Conwell et al.), No. 5,498,269 (Larmie), Nos. 5,551,963 (Larmie) and 5,725,162 (Garg et al.).
[0007]
The sol-gel derived alpha alumina abrasive particles may have a microstructure composed of very fine alpha alumina crystallites with or without the presence of added secondary phases. For example, the grinding performance of sol-gel derived abrasive particles on metal, as measured by the life of the abrasive product made with the abrasive particles, is dramatically greater than such products made from conventional fused alumina abrasive particles. long.
[0008]
Typically, the process of producing sol-gel derived abrasive particles is more complicated and expensive than the process of producing conventional molten abrasive particles. In general, sol-gel derived abrasive particles typically prepare a dispersion or sol comprising water, alumina monohydrate (boehmite) and optionally a peptizer (eg, an acid such as nitric acid), and gel the dispersion to a gel. And dried gelled dispersion, crushed dried dispersion into particles, sieved particles to produce particles of desired size, calcined particles to remove volatiles, calcined Manufactured by sintering particles at a temperature below the melting point of alumina and sieving the particles to provide the desired abrasive particle size distribution. Metal oxide modifiers are often incorporated into sintered abrasive particles to change or otherwise modify the physical properties and / or microstructure of the sintered abrasive particles.
[0009]
There are a variety of abrasive products known in the art (also referred to as "abrasive articles"). Typically, the abrasive product comprises a binder and abrasive particles fixed within the abrasive product by the binder. Examples of abrasive products include coated abrasives, bonded abrasives, nonwoven abrasives, and abrasive brushes.
[0010]
Examples of bonded abrasive products include grinding wheels, cut-off wheels, and honing wheels. The main types of adhesive systems used to make bonded abrasive products are resinous, glassy and metallic. Resinous bonded abrasives use an organic binder system (eg, a phenolic binder system) to combine and bond the abrasive particles and form a shaped mass (eg, US Pat. No. 4,741,743 (Narayanan) No. 4,800,685 (Haynes et al.), No. 5,038,453 (Narayanan et al.) And No. 5,110,332 (Narayanan). See)). Another major type is a vitreous wheel that uses a glass binder system to hold the abrasive particle mass together (eg, US Pat. No. 4,543,107 (Rue), No. 4). No. 4,898,587 (Hay et al.), No. 4,997,461 (Markhoff @ Matheny et al.) And No. 5,863,308 (Qi et al.). ). These glass bonds are usually aged at temperatures between 900C and 1300C. Currently, glassy wheels use both fused alumina abrasive particles and sol-gel derived abrasive particles. However, fused alumina-zirconia is generally not incorporated into glassy wheels due in part to the thermal stability of alumina-zirconia. At the high temperatures that age the glass tie layer, the physical properties of the alumina-zirconia degrade, leading to a significant decrease in polishing performance. Metal bonded abrasive products typically use a sintered or plated metal to bond the abrasive particles.
[0011]
The abrasive industry has developed abrasive particles and abrasives that are easier to manufacture, less expensive to manufacture, and / or provide performance advantages compared to conventional abrasive particles and abrasive products. Abrasive products continue to be needed.
[0012]
Summary of the Invention
The present invention provides at least (a) crystalline ZrO2And (b) (i) crystalline Al2O3(Ii) the first crystalline complex Al2O3A rare earth oxide or (iii) a second different (ie first crystalline complex Al2O3・ Different from rare earth oxides) crystalline complex Al2O3-To provide a molten crystalline eutectic material comprising a eutectic with at least two rare earth oxide materials.
[0013]
One preferred eutectic material according to the invention comprises at least (a) crystalline ZrO2, (B) crystalline Al2O3And (c) crystalline complex Al2O3-Including eutectic of rare earth oxides. Another preferred eutectic material according to the invention comprises at least (a) crystalline ZrO2, (B) the first crystalline complex Al2O3A rare earth oxide and (c) a second different crystalline complex Al2O3-Including eutectic of rare earth oxides.
[0014]
In another embodiment, the present invention provides at least (a) a crystalline complex Al2O3・ Rare earth oxide and (b) crystalline ZrO2And a molten crystalline eutectic material comprising a eutectic.
[0015]
In another embodiment, the molten crystalline material according to the invention preferably has at least 30% by weight (or at least 40, 50, 60, 70 or even 80% by weight, based on the total metal oxide content of the material). ) AlO3On a theoretical oxide basis.
[0016]
The molten crystalline material according to the present invention can be produced, formed, or converted to fibers or abrasive particles.
[0017]
In another embodiment, the present invention relates to the method of (preferably at least 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 98, 99, based on the total metal oxide volume of the particles. Or 100% by volume of a eutectic material, wherein the eutectic material comprises at least (a) crystalline ZrO2And (b) (i) crystalline Al2O3(Ii) the first crystalline complex Al2O3A rare earth oxide or (iii) a second different (ie first crystalline complex Al2O3・ Different from rare earth oxides) crystalline complex Al2O3Providing molten crystalline abrasive particles comprising a eutectic with at least two rare earth oxide materials; One preferred eutectic material comprises at least (a) crystalline ZrO2, (B) crystalline Al2O3And crystalline complex Al2O3-Including eutectic of rare earth oxides. Another preferred eutectic material comprises at least (a) crystalline ZrO2, (B) the first crystalline complex Al2O3A rare earth oxide and (c) a second different crystalline complex Al2O3-Including eutectic of rare earth oxides.
[0018]
In another embodiment, the present invention relates to the method of (preferably at least 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 98, 99, based on the total metal oxide volume of the particles. Or 100% by volume of a eutectic material, wherein the eutectic material comprises at least (a) a crystalline complex Al2O3・ Rare earth oxide and (b) crystalline ZrO2The present invention provides molten crystalline abrasive particles comprising a eutectic of:
[0019]
Preferably, the molten crystalline abrasive particles according to the present invention have at least 30% (or even at least 40, 50, 60, 70 or even 80% by weight) Al based on the total metal oxide content of the particles.2O3On a theoretical oxide basis.
[0020]
In another embodiment, the present invention provides a number of particles, wherein at least a portion of the number of particles having a particle size distribution ranging from fine particles to coarse particles are molten crystalline abrasive particles according to the present invention.
[0021]
In this application,
“Simple metal oxide” refers to a metal oxide containing one or more of the same metal element and oxygen (eg, AlO3, CeO2, MgO, SiO2And Y2O3).
“Complex metal oxide” refers to a metal oxide containing two or more different metal elements and oxygen (eg, CeAl11O18, Dy3Al11O12, MgAl2O4And Y3Al5O12).
"Complex AlO3"Metal oxide" is Al2O3And complex metal oxides containing one or more metal elements other than Al on a theoretical oxide basis (for example, CeAl11O18, Dy3Al5O12, MgAl2O4And Y3Al5O12).
"Complex Al2O3・ Y2O3"Means Al2O3And Y2O3Metal oxides (e.g., Y3Al5O12).
"Complex Al2O3・ Rare earth oxide ”or“ Complex Al2O3・ REO ”means Al2O3And complex metal oxides containing rare earth oxides on a theoretical oxide basis (for example, CeAl11O18And Dy3Al5O12).
“Rare earth oxide” refers to CeO2, Dy2O3, Er2O3, Eu2O3, Gd2O3, Ho2O3, La2O3, Lu2O3, Nd2O3, Pr6O11, Sm2O3, Th4O7, Tm2O3And Yb2O3Means on a theoretical oxide basis.
"REO" means rare earth oxide.
"Size" is the longest dimension of a particle.
[0022]
In another aspect, the present invention relates to a method for producing a molten crystalline material according to the invention, comprising at least one type of Al to provide a melt.2O3Source, at least one rare earth oxide source and at least one ZrO2Providing a method comprising: melting a source; and converting the melt to the molten crystalline material.
[0023]
In another embodiment, the present invention relates to a method for producing the molten crystalline abrasive particles according to the present invention, comprising at least one Al-containing material for providing a melt.2O3Source, at least one rare earth oxide source and at least one ZrO2Melting the source; and converting the melt to the molten crystalline abrasive particles.
[0024]
The molten abrasive particles according to the present invention can be incorporated into various abrasive products such as coated abrasives, bonded abrasives, nonwoven abrasives and abrasive brushes.
[0025]
The present invention relates to the steps of contacting at least one molten abrasive particle according to the present invention (preferably a plurality of molten abrasive particles according to the present invention) with a surface of a workpiece; Displacing at least one of the molten abrasive particles or the surface with respect to the other according to the present invention for polishing with the molten abrasive particles.
[0026]
Preferred fused abrasive particles according to the present invention provide superior grinding performance as compared to conventional fused abrasive particles. The preferred fused abrasive particles according to the present invention can be used to convert the preferred fused abrasive particles according to the present invention into a vitrified bonding system without significantly reducing the polishing performance of the conventional fused alumina-zirconia abrasive particles used by the vitrified bonding system. It is sufficiently microstructurally and chemically stable to allow its use.
[0027]
Detailed description
The molten crystalline material according to the invention can be manufactured or formed as fibers, reinforcing particles, abrasive particles or paints (eg protective coatings) or fibers, reinforcing particles, abrasive particles or paints (eg protective coatings). ). Abrasive particles that can be used are incorporated into the abrasive article or are in powder form. The fibers are useful, for example, as insulation and reinforcement members in composites (eg, ceramic matrix composites, metal matrix composites, or polymer matrix composites).
[0028]
Generally, the molten material according to the present invention is obtained by heating a suitable metal oxide source to form a melt, preferably a homogeneous melt, and then rapidly cooling the melt to produce a solidified mass. It is possible to manufacture. To produce abrasive particles, the solidified mass is typically crushed to produce a desired size distribution of the abrasive particles.
[0029]
The molten abrasive particles according to the present invention can be obtained by heating a suitable metal oxide source to form a melt, preferably a homogeneous melt, and then rapidly cooling the melt to form a solidified mass. It is possible to manufacture. The coagulum is typically crushed to produce the desired size distribution of the abrasive particles.
[0030]
More specifically, the molten material (including fused abrasive particles) according to the present invention comprises (on a theoretical oxide basis) Al2O3, Rare earth oxide, ZrO2And any other additives (eg, other metal oxides and processing aids) to the furnace. The metal oxide source can be, for example, added to the furnace and melted together, or can be sequentially added to the furnace and melted.
[0031]
With respect to the solidified molten material containing the complex metal oxide, at least a portion of the metal oxide present in the molten metal oxide source (ie, the melt) reacts during the process of forming the solidified material to form the complex metal oxide. Let it form. For example, Al2O3Source and Yb2O3The source reacts and Yb3Al5O12(Ie, 5Al2O3+ 3Yb2O3→ 2Yb3Al5O12). Similarly, for example, Al2O3Source and Er2O3The source reacts and Er3AlO12Can be formed. Further, for example, Al2O3Source and Gd2O3The source reacts and GdAlO3(Ie, Al2O3+ Gd2O3→ 2GdAlO3). Similarly, for example, Al2O3Source and CeO2Source, Dy2O3Source, Eu2O3Source, La2O3Source, Nd2O3Source, Pr2O3Source or Sm2O3The sources react, each with CeAlO3, Dy3Al5O12, EuAlO3, LaAlO3, NdAlO3, PrAlO3And SmAlO3Can be formed. Further, for example, Al2O3Source and La2O3The source reacts, LaAlO3(That is, Al2O3+ La2O3→ 2LaAlO3) And LaAl11O18(That is, 11Al2O3+ La2O3→ 2LaAl11O18) Can be formed. Similarly, for example, Al2O3Source and CeO2Source, Eu2O3Source, Nd2O3Source, Pr2O3Source or Sm2O3The sources react and each CeAl11O18, EuAl11O18, NdAl11O18, PrAl11O18And SmAl11O18Can be formed.
[0032]
Al2O3, Rare earth oxides and / or ZrO2Depending on the relative proportion of the resulting solidified and final molten material,
(A) crystalline Al2O3-Complex Al2O3・ Metal oxide (complex Al2O3The metal oxide is, for example, Dy3Al5O12, Er3Al5O12, GdAlO3Or Yb3Al5O12-ZrO2Eutectic and crystalline Al2O3
(B) crystalline Al2O3-Complex Al2O3A metal oxide (again, complex Al2O3The metal oxide is, for example, Dy3Al5O12, Er3Al5O12, GdAlO3Or Yb3Al5O12-ZrO2Eutectic
(C) crystalline Al2O3-Complex Al2O3A metal oxide (again, complex Al2O3The metal oxide is, for example, Dy3Al5O12, Er3Al5O12, GdAlO3Or Yb3Al5O12-ZrO2Eutectic and crystalline Al2O3A metal oxide (again, complex Al2O3The metal oxide is, for example, Dy3Al5O12, Er3Al5O12, GdAlO3Or Yb3Al5O12), And / or
(D) crystalline complex Al2O3A metal oxide (again, complex Al2O3The metal oxide is, for example, Dy3Al5O12, Er3Al5O12, GdAlO3Or Yb3Al5O12-ZrO2Eutectic and crystalline ZrO2Can be included.
[0033]
Al2O3Reacts with the rare earth oxide to form two complex metal oxides, the resulting solidified material and final molten material are Al2O3And the relative proportion of the rare earth metal oxide,
(A) First crystalline complex Al2O3A metal oxide (for example, CeAlO)3, EuAlO3, LaAlO3, NdAlO3, PrAlO3Or SmAlO3)-A second different (i.e. a first crystalline complex Al)2O3-Different from metal oxide) crystalline complex Al2O3A metal oxide (for example, Ce, respectively)3Al11O18, EuAl11O18, LaAl11O18, NdAl11O18, PrAl11O18Or SmAl11O18) -ZrO2Eutectic and first crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, CeAlO3, EuAlO3, LaAlO3, NdAlO3, PrAlO3Or SmAlO3)
(B) First crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, CeAlO3, EuAlO3, LaAlO3, NdAlO3, PrAlO3Or SmAlO3)-A second different crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, respectively Ce3Al11O18, EuAl11O18, LaAl11O18, NdAl11O18, PrAl11O18Or SmAl11O18) -ZrO2Eutectic
(C) First crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, CeAlO3, EuAlO3, LaAlO3, NdAlO3, PrAlO3Or SmAlO3)-A second different crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, respectively Ce3Al11O18, EuAl11O18, LaAl11O18, NdAl11O18, PrAl11O18Or SmAl11O18) -ZrO2Eutectic and second different crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, CeAl11O18, EuAl11O18, LaAl11O18, NdAl11O18, PrAl11O18Or SmAl11O18), And / or
(D) First crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, CeAlO3, EuAlO3, LaAlO3, NdAlO3, PrAlO3Or SmAlO3)-A second different crystalline complex Al2O3Metal oxides (again, for example, respectively CeAl11O18, EuAl11O18, LaAl11O18, NdAl11O18, PrAl11O18Or SmAl11O18) -ZrO2Eutectic and crystalline ZrO2
Can be included.
[0034]
However, it will be appreciated that the particular phase formed depends on several factors, including the melt composition and the solidification conditions. Typically, the composition and solidification conditions of the melt are such that the resulting solidified material is occupied by a eutectic (i.e., the composition of the solidified material depends on the various metal oxides present in the material) (Corresponding to close to the eutectic proportion of the phase) Although not wishing to be bound by theory, some unstable conditions during the formation of the solidified material can lead to the formation of alternating eutectics. For example, under standard stable conditions, the resulting eutectic is Al2O3/ Dy3Al5O12/ ZrO2Where, under some unstable conditions, Al2O3/ DyAlO3/ ZrO2Eutectic is Al2O3/ Dy3Al5O12/ ZrO2Instead of or Al2O3/ Dy3Al5O12/ ZrO2Can occur in addition to
[0035]
Complex Al2O3-REO (for example, Dy3Al5O12, Er3Al5O12, GdAlO3, Yb3Al5O12Or La3Al11O18It is also within the scope of the present invention to replace some of the rare earth cations and / or aluminum cations in) with other cations. For example, the complex Al2O3-A part of Al cation in REO may be replaced by at least one cation of an element selected from the group consisting of Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si, Co and a combination thereof. For example, the complex Al2O3A part of the rare earth cations in the REO is at least one element selected from the group consisting of Y, Fe, Ti, Mn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Mg, Ca, Sr and combinations thereof; It may be replaced by a cation. Similarly, substituting some of the aluminum cations in alumina is within the scope of the invention. For example, Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si, Co can replace aluminum in the alumina structure. The cation substitution as described above can affect the properties (eg, hardness, toughness, strength, thermal conductivity, etc.) of the molten material.
[0036]
Moreover, other eutectics will be apparent to those of skill in the art after reviewing the present disclosure. For example, phase diagrams depicting various eutectics are known in the art.
[0037]
The molten material according to the invention containing a eutectic material contains eutectic colonies. Individual colonies generally include homogeneous microstructural features (eg, similar size and orientation of the component phase crystals within the colony). Typically, if impurities are present in the molten crystalline material according to the present invention, the impurities will tend to separate towards colony boundaries and, as a crystalline and / or amorphous (glass) phase, Alone and / or as a reaction product (for example, complex Al2O3Metal oxides and / or complex REOs (as metal oxides).
[0038]
In general, the phases constituting the eutectic colony are (a) single crystals of three different metal oxides (for example, Al2O3, Yb3Al5O12And ZrO2(B) two kinds of metal oxide single crystals (for example, single crystal Al2O3And single crystal ZrO2) And a plurality of crystals of different metal oxides (eg, polycrystalline Yb3Al5O12), (C) a kind of single crystal of metal oxide (for example, single crystal Al2O3Or ZrO2) And a plurality of crystals of different metal oxides (eg, polycrystalline Yb3Al5O12And polycrystalline ZrO2) Or (d) three different polycrystalline metal oxides (eg, polycrystalline Al2O3, Polycrystalline Yb3Al5O12And polycrystalline ZrO2)including.
[0039]
Colonies can be of any of a variety of shapes, typically ranging from essentially spheres to cylinders. The composition, phase, and / or microstructure (eg, crystalline (ie, single or polycrystalline) and crystal size) of each colony can be the same or different. The orientation of crystals within a colony may vary from one colony to another. The phases that make up some eutectic colonies may exist in various shapes, such as, for example, from sticks or platelets to “Kanji characters”. Such differences between colonies may even exist between adjacent colonies.
[0040]
The microstructure may be a mixture of two component phases in a "Kanji character" arrangement, the third phase being present as bars or plates. Alternatively, for example, the two component phases may be present as an interpenetrating network, for example, with a third phase present as a plate or rod.
[0041]
Colony number, colony size and composition are affected, for example, by melt composition and coagulation conditions. While not wishing to be bound by theory, it is believed that the closer the melt composition is to the exact eutectic composition, the fewer colonies formed. However, in another embodiment, slow unidirectional solidification of the melt also tends to minimize the number of colonies that form, while multidirectional solidification at a relatively higher cooling rate causes the colonies that form to form. It is conceivable that the number tends to increase. The rate of solidification of the melt (ie, the rate of cooling) and / or the multi-directional solidification of the melt tends to affect the type and / or number of microstructural defects (eg, holes) present in the resulting molten material. is there. For example, while not wishing to be bound by theory, relatively rapid solidification (ie, solidification at relatively high cooling rates) and / or multidirectional solidification may result from microstructural defects present in the resulting molten material. This tends to increase the type and / or number of (eg, holes). However, relatively slow solidification tends to increase the size and / or crystals of the colonies present in the solidified material. However, for example, eliminating colony formation may be possible through slow controlled cooling. Thus, in selecting the cooling rate and / or the degree of multidirectional solidification, the cooling rate must be increased or decreased to achieve an optimal balance between the desired microstructure properties and the undesirable microstructure properties associated with the various cooling rates. There can be.
[0042]
Furthermore, for a given composition, the size of the colonies and the phases present within the colonies tend to decrease as the cooling rate of the melt is increased. Typically, the eutectic colonies in the molten material according to the present invention average less than 100 micrometers, preferably less than 50 micrometers, where such sizes for a given colony are determined by scanning electron microscopy (SEM). As observed, the average of the two largest dimensions measured from the polished section of the colony. Typically, the smallest dimension of the crystalline phase constituting the eutectic in the colony as measured from the polished cross section of the colony observed by SEM is less than 10 micrometers, preferably less than 5 micrometers, more preferably Less than 1 micrometer, or even less than 0.5 micrometer.
[0043]
Certain molten materials according to the present invention also include at least one primary crystal of a metal oxide phase that makes up the eutectic component of the molten material. For example, if the eutectic part is Al2O3Phase, complex Al2O3・ REO (for example, Yb3Al5O12) Phase and ZrO2When composed of phases, the microstructure is such that the composition of the melt forming the molten material is Al2O3, Yb2O3Or ZrO2That can be present when rich in Al2O3, Yb3Al5O12Or ZrO2Primary crystals.
[0044]
It is conceivable that the formation of primary crystals results from a deviation from a particular eutectic fraction. The greater the bias, the greater the overall proportion of primary crystals. Primary crystals may be found in a variety of shapes, typically ranging from rod-like structures to dendritic structures. While not wishing to be bound by theory, it is believed that the presence and / or formation of primary crystals adjacent to the colony can affect the resulting microstructure of the colony. In some cases, the primary crystals present in the molten material (eg, primary Al2O3It can be advantageous to have crystals) (eg for improved polishing performance). However, it is also conceivable that the polishing performance of the abrasive particles tends to decrease as the size of the primary crystal increases.
[0045]
Further, while not wishing to be bound by theory, small additions of metal oxides other than those constituting the eutectic (eg, less than 5% by weight) can affect colony boundaries, It is then believed that the properties (eg, hardness and toughness) of the molten material can be affected.
[0046]
Al for producing molten material according to the invention2O3Sources (on a theoretical oxide basis) include those known in the art for producing conventional fused alumina abrasive particles and alumina-zirconia abrasive particles. Commercially available Al2O3Sources include bauxite (including both natural and synthetically produced bauxite), calcined bauxite, aluminum oxide trihydrate (eg, boehmite and gibbsite), Bayer process alumina, aluminum ore, gamma alumina, alpha alumina, aluminum salts , Aluminum nitrate and combinations thereof. Al2O3Source is Al2O3Or Al2O3May simply occur. Alternatively, Al2O3Source is Al2O3And Al2O3One or more metal oxides (complex Al2O3A metal oxide (for example, Dy3Al5O12, Y3Al5O12, CeAl11O18Etc.) may be included or produced.
[0047]
Commercial sources of rare earth oxides for producing molten materials according to the present invention include rare earth oxide powders, rare earth metals, rare earth containing ores (bustnessite and monazite), rare earth salts, rare earth nitrates and rare earth carbonates. . The rare earth oxide source may contain a rare earth oxide or may only produce a rare earth oxide. Alternatively, the rare earth oxide source is a rare earth oxide and one or more metal oxides other than the rare earth oxide (a complex rare earth oxide / other metal oxide (for example, Dy3Al5O12, CeAl11O18Etc.) may be included or produced.
[0048]
ZrO for producing molten material according to the invention2Commercial sources (on a theoretical oxide basis) include zirconium oxide powder, zircon sand, zirconium, zirconium-containing ores and zirconium salts (e.g., zirconium carbonate, acetate, nitrate, chloride, hydroxide and their salts). Combinations). Additionally or alternatively, ZrO2Source is ZrO2And other metal oxides such as hafnia.
[0049]
Optionally, the molten material according to the present invention may contain other metal oxides (ie, Al2O3, Rare earth oxides and ZrO2Other metal oxides). The addition of certain metal oxides can change the crystal structure or microstructure of the resulting molten material. For example, while not wishing to be bound by theory, it is desired that certain metal oxides or metal oxide-containing compounds (relatively small amounts, for example, from 0.01 to 5 based on the total metal oxide content of the molten material). It is theorized that (even when even weight percent is used) may be present at the boundaries between eutectic colonies. Reaction products of each other or Al2O3, Rare earth oxides and / or ZrO2The presence of these metal oxides, which may take the form of a reaction product with, can affect the fracture properties and / or microstructure of the molten material and / or affect the grinding properties of abrasive particles containing the molten material. Can be effected. Any metal oxide can also serve as a processing aid by reducing the size and / or number of holes in the molten material, for example, to increase the density of the molten material. The optional metal oxide can also function as a processing aid to, for example, increase or decrease the effective melting temperature of the melt. Thus, certain metal oxides may be added for processing reasons.
[0050]
ZrO2Metal oxides known to stabilize the tetragonal / cubic morphology of2O3, TiO2, CaO and MgO) may be desirable. In some embodiments of the molten material according to the present invention, the crystalline ZrO2Is the crystalline complex Al2O3Stabilized by oxides other than the rare earth oxides present in the rare earth oxides. For example, LaAlO3-LaAl11O18-ZrO2For eutectics, for example, Y2O3By ZrO2May be stabilized.
[0051]
The molten material according to the present invention typically has less than 50 wt% (more typically less than 20 wt%, in some cases less than 0 wt%, based on the total metal oxide content of the molten material (or individual abrasive particles). 0.01 to 5% by weight (otherwise in the range of 0.1 to 1% by weight) of metal oxides (on a theoretical oxide basis) other than alumina, rare earth oxides and zirconia. Sources of other metal oxides are already commercially available.
[0052]
Examples of any metal oxide include, on a theoretical oxide basis, BaO, CaO, Cr2O3, CoO, Fe2O3, HfO2, Li2O, MgO, MnO, NiO, SiO2, TiO2, Na2O, Sc2O3, SrO, V2O3, ZnO, Y2O3And combinations thereof. Furthermore, Y2O3With respect to Y for producing the molten material according to the invention2O3Commercial sources (on a theoretical oxide basis) include yttrium oxide powder, yttrium, yttrium-containing ores and yttrium salts (eg, yttrium carbonate, nitrate, chloride, hydroxide and combinations thereof). . Y2O3Source is Y2O3Or Y2O3May simply occur. Or Y2O3Source is Y2O3And Y2O3One or more metal oxides (complex Y2O3A metal oxide (for example, Y3Al5O12) May be included or produced.
[0053]
The metal oxide source for producing the molten material according to the present invention may include molten abrasive particles (eg, fused alumina abrasive particles) or the same composition that together with the remaining metal oxide source provides the desired composition of molten particles Other molten materials having different compositions (eg, fused alumina materials) are also included.
[0054]
A reducing agent such as a carbon source may be added to reduce impurities during the melting process. Examples of carbon sources include coal, graphite or petroleum coke. The amount of carbon contained in the charge to the furnace is typically no more than 5%, more typically no more than 3%, more typically no more than 2% by weight of the charge. Iron may also be added to the furnace charge to help remove impurities. For example, iron can be combined with impurities to produce a material that can be magnetically removed from the melt or crushed solidified material.
[0055]
It is also within the scope of the present invention to include metal borides, carbides, nitrides and combinations thereof in the molten crystalline material according to the present invention. Such materials may even be present within the eutectic material (eg, as inclusions). Examples of metal borides, carbides and nitrides may include titanium diboride, aluminum carbide, aluminum nitride, titanium carbide, titanium nitride, silicon carbide, boron carbide and boron nitride. Such materials are known in the art and are commercially available.
[0056]
The particular choice of metal oxide source and other additives for producing the molten material according to the invention will typically depend, for example, on the desired composition and microstructure of the resulting molten material, the resulting abrasive particles. The desired physical properties (eg, hardness and toughness), avoidance or minimization of undesirable impurities, and / or the specific processes used to prepare the molten material (prior to melting and / or solidification and / or (Including the equipment and any refining of the raw materials during melting and / or solidification), and with respect to the abrasive particles, the desired grinding characteristics of the resulting abrasive particles.
[0057]
The metal oxide source and other additives can take any form suitable for the process and equipment used to produce the molten material. The raw materials are the techniques and equipment known in the art for producing conventional fused alumina materials and fused alumina zirconia materials (such as the techniques and equipment for producing conventional fused alumina zirconia abrasive particles (eg, US Pat. 3,781,172 (Pet et al.), 3,891,408 (Rose, et al.), 4,035,162 (Brothers et al.), 4,070,796 No. (Scott), No. 4,073,096 (Ueltz et al.), No. 4,126,429 (Watson), No. 4,457,767 (Poon et al.) No. 5,143,522 (Gibson et al.) And U.S. Pat. No. 31,128 (Waker). It is possible to melt with includes) to see ker) et al)).
[0058]
Examples of furnaces for melting metal oxide sources and other additives include arc furnaces, pit furnaces, arc tap furnaces, electric furnaces, electric arc furnaces and gas fired furnaces. Suitable electric furnaces include furnaces in which the electrodes are arranged to create a "kissing arc", furnaces in which the lower tip of the electrodes are not in contact with the molten mass, and resistive heating via current passing through the melt. Furnaces include submerging the electrodes in a molten mass to provide.
[0059]
The furnace may have a lining (sometimes called a "shell" or "skeleton") that lines the inside of the furnace wall. The lining may be manufactured from a material that does not resemble the composition of the molten material. However, it is typically preferable to manufacture the furnace lining from a composition or material that is similar, sometimes nearly the same, or similar to the composition of the molten material. Thus, during processing, even if the outer (exposed) surface of the lining melts, potential contamination of the melt is reduced or minimized.
[0060]
For some metal oxide sources and other additives, the raw materials may also be preheated before the raw materials are introduced into the furnace or before the raw materials are separately combined with other metal oxide sources and other additives. It may be desirable. For example, if carbonates, nitrates or other salts are used as the metal oxide source, calcine such materials (e.g., at about 400-1000 <0> C) before adding them with other metal oxide source materials. (By heating them in air).
[0061]
Generally, if a metal oxide source and other additives are present, they are heated to the molten state and mixed until the melt is homogeneous. Typically, the melt is heated to and maintained at a temperature at least 50 ° C. (preferably at least 100 ° C.) above the melting point of the melt. If the temperature of the melt is too low, the viscosity of the melt may be undesirably high, thus homogenizing the various metal oxide sources and other additives that make up the melt, or reducing the melt. It makes it more difficult to pour from the furnace or transfer the melt from the furnace to another wind. If the temperature of the melt is too high and / or the melt is heated for too long, energy is wasted and undesirable volatilization of the components of the melt may occur.
[0062]
Optionally, if there is a metal oxide source and other additives (e.g., volatile components (e.g., water or organic solvents) that help to form a homogeneous mixture or blend), a melt may be formed. In some cases, it may be desirable to mix them or blend them differently. For example, a particulate metal oxide source can be milled (ball milling) to mix the materials together and to reduce the size of the particulate material. Other techniques for mixing or blending the metal oxide source and other additives, if present, prior to forming the melt include high shear mixers, paddle mixers, V-blenders. And a tumbler. Milling times can range from minutes to hours, or even days. Optionally, transient materials such as water and organic solvents may be removed from the mixture or blend of metal oxide source and other additives, for example, by heating before forming a melt. For ease of handling, the metal oxide source and other additives may be agglomerated before they enter the furnace.
[0063]
The atmosphere above the melt may be at atmospheric, superatmospheric, or subatmospheric pressure. However, a pressure below atmospheric pressure may be preferred to reduce the number of holes in the resulting solidified material. The atmosphere over the melt may be controlled to provide an oxidizing, reducing, or inert atmosphere that can affect the chemistry of the melt.
[0064]
The reducing conditions during the melting can help to refine the melt. In addition to, or as an alternative to, adding a reducing agent to the melt, suitable reducing conditions may be obtained using a carbon electrode in an electric arc melting furnace. Under suitable reducing conditions, some impurities (eg, silica, iron oxide and titania) convert to their individual molten metal forms, thus leading to higher specific gravity for the melt. These free metal impurities will then tend to sink to the bottom of the furnace.
[0065]
In another embodiment, it may be desirable to oxidize free metals present in the melt before cooling the melt (eg, before transferring the melt from the furnace). For example, an oxygen lance may be inserted into the melt just prior to transferring the melt from the furnace (see, for example, U.S. Patent No. 960,712).
[0066]
The melt can be cooled using any of a variety of techniques known in the art. It is typically possible to tilt the furnace containing the melt to pour the melt onto or into the heat sink. Examples of heat sinks include metal balls (eg, cast iron balls or carbon steel balls), metal bars, metal plates, metal rolls, and the like. In some cases, these heat sink materials may be internally cooled (e.g., water cooled or a suitable refrigerant) to achieve fast cooling rates. The heat sink material may be part of a previously melted material (same or different from the composition to be solidified) or other refractory material.
[0067]
Further, with respect to the heat sink, it is possible to cool the melt by pouring the melt onto or between the metal balls. Balls typically range in diameter from about 1 to 50 cm, more typically from 5 to 25 cm. The melt may be cooled using a book mold. Suitable book molds consist of a plurality of sheets (eg, metal or graphite) that are relatively close to one another. The plates are usually less than 10 cm apart, typically less than 5 cm, preferably less than 1 cm. The melt may be poured into a graphite or cast iron mold to form a slab. It is generally preferred that such "slabs" be relatively thin to achieve faster cooling rates.
[0068]
It is believed that the cooling rate affects the microstructure and physical properties of the solidified material, and thus the molten material. Preferably, the melt is cooled quickly because the size of the crystalline phase of the solidified material generally decreases as the cooling rate increases. Preferred cooling rates are at least 500 ° C / min, more preferably at least 1000 ° C / min, and even more preferably at least 1500 ° C / min. The rate of cooling may depend on several factors, including the melt chemistry, the melting point of the melt, the heat sink type and the heat sink material.
[0069]
Rapid cooling is performed under controlled atmospheres such as reducing, neutral or oxidizing environments to maintain and / or affect the desired crystalline phase, oxidation state, etc. during cooling. May go.
[0070]
Additional details regarding the cooling of the melt can be found, for example, in US Pat. No. Re. 31,128 (Walker et al.), US Pat. No. 3,781,172 (Pett et al.), 4,070. 4,796,887 (Ueltz et al.), 4,415,510 (Richmond), 4,439,845 (Richmond). )) And 5,143,522 (Gibson et al.).
[0071]
The resulting (coagulated) molten material is typically larger in size than desired for the abrasive particles. The molten material is converted into smaller pieces using art-known crushing and / or milling techniques, including roll crushing, canary milling, jaw crushing, hammer milling, ball milling, jet milling and impact crushing, and the like. It is possible or typically converted. In some cases, it is desirable to have two or multiple crushing steps. For example, after the molten material has solidified, the molten material may take the form of a relatively large bulk structure (eg, a diameter greater than 5 cm). The first crushing step may include crushing these larger chunks or "chunks" to form smaller pieces. This crushing of these chunks may be performed using a hammer mill, impact crusher or jaw crusher. Thereafter, these smaller pieces are subsequently crushed to produce the desired particle size distribution. In order to produce the desired particle size distribution (sometimes called grit size or grit grade), it may be necessary to perform a multiple crushing step. Generally, the crushing conditions are optimized to achieve the desired particle shape and size distribution.
[0072]
The shape of the molten abrasive particles according to the present invention depends, for example, on the composition and / or microstructure of the abrasive particles, the shape of the cooled particles, and the hammer that breaks the solidified material (ie, the crushing technique used). Generally, where a "chunky" shape is preferred, more energy may be used to achieve this shape. Conversely, if a "sharp" shape is preferred, less energy may be used to achieve this shape. The crushing technique may be varied to achieve different desired shapes. Alternatively, the abrasive particles may be formed directly into the desired shape by pouring the melt into a mold or allowing the melt to form in the mold.
[0073]
The shape of the abrasive particles may be measured by various techniques known in the art, including apparent density and aspect ratio. The larger the abrasive particle size, the higher the apparent density due to the large chunks associated with the larger particle size. Thus, when comparing apparent densities, the comparison should be made with abrasive particles having essentially the same particle size. In general, the higher the apparent density value, the more the abrasive particles are considered to have a "chunkier" shape. Conversely, the lower the apparent density value, the more abrasive particles are considered to be "sharper". Another way to measure sharpness is by aspect ratio. For example, the aspect ratio of grade 36 can range from about 1: 1 to about 3: 1, typically about 1.2: 1 to 2: 1.
[0074]
The apparent density of the abrasive particles can be measured according to ANSI standard B74.4-1992 (1992). Generally, the apparent density is measured by pouring the abrasive particle sample through the funnel so that the abrasive particles fall through the funnel in a free flowing manner. A collector (typically a graduated cylinder) is directly below the funnel. A predetermined volume of abrasive particles is collected and then weighed. Apparent density is calculated in terms of weight / volume.
[0075]
Abrasive particles according to the present invention can be made using techniques known in the art including the use of industry certification ratings such as ANSI (American Standards Association), FEPA (European Federation of Abrasives) and JIS (Japanese Industrial Standards). It can be used to screen and sort. Abrasive particles according to the present invention typically have from about 0.1 to about 5000 micrometers, more typically from about 1 to about 2000 micrometers, preferably from about 5 to about 1500 micrometers, more preferably from about 100 to about 1500 micrometers. It may be used in sizes from up to about 1500 micrometers and in a wide range of particle sizes.
[0076]
In a given particle size distribution, there is a range of particle sizes from coarse particles to fine particles. In the abrasive art, this range is sometimes referred to as the "fraction", "control" and "fine" portions. Abrasive particles rated according to industry-recognized rating standards define a particle size distribution for each nominal grade within numerical limits. Such industry certification ratings include those known as the American National Standards Institute (ANSI) standards, the European Federation of Abrasive Industries (FEPA) standards, and the Japanese Industrial Standards (JIS) standards. ANSI grade designations (ie, defined nominal grades) include ANSI4, ANSI6, ANSI8, ANSI16, ANSI24, ANSI36, ANSI40, ANSI50, ANSI60, ANSI80, ANSI100, ANSI120, ANSI150, ANSI180, ANSI220, ANSI240, ANSI280, ANSI320. , ANSI 360, ANSI 400 and ANSI 600. Preferred ANSI grades containing abrasive particles according to the present invention are ANSI 8-220. FEPA grade designations include P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 and P1200. . Preferred FEPA grades containing abrasive particles according to the present invention are P12-P220. The JIS grade names include JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS400, JIS600, JIS800. JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS 8000 and JIS 10,000 are listed. Preferred JIS grades containing the abrasive particles according to the present invention are JIS 8-220.
[0077]
After crushing and sieving, there are typically a plurality of different abrasive particle size distributions or grades. These multiple grades may not match the needs of the manufacturer or supplier at that particular point in time. To minimize inventory, it is possible to recycle unrequired grades back into molten mass. This recirculation may be performed after a crushing step in which the particles are large chunks or smaller pieces (sometimes called "fine") that have not been sieved to a particular distribution. The charge to the furnace for producing the fused abrasive particles according to the invention consists of 0-100% by weight, typically between 0 and 50% by weight, of recycled molten abrasive particles somewhere. You may.
[0078]
Typically, the true density, sometimes referred to as specific gravity, of a molten material (including molten abrasive particles) according to the present invention is typically at least 80% of the theoretical density. However, lower true density abrasive particles are also useful in abrasive applications. The true density of the molten material according to the invention is preferably at least 85% of theoretical density, more preferably at least 90% of theoretical density, even more preferably at least 95% of theoretical density.
[0079]
Typically, the molten material according to the invention has an average hardness of at least 11 GPa, preferably at least 12, 13 or 14 GPa, more preferably at least 15 GPa, even more preferably at least 16 GPa (ie deformation resistance, "microhardness"). Also called)). In another embodiment, the molten material according to the present invention typically has at least 2.0 MPa1/2, Preferably at least 2.5MPam1/2, More preferably at least 3.0 MPam1/2Average toughness (ie, rupture resistance).
[0080]
For example, it is within the scope of the present invention to provide a surface coating on the molten abrasive particles. Such surface coatings are known, for example, to improve the adhesion between the abrasive particles and the binder material in the abrasive particles. Surface coatings are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 1,910,444 (Nicholson), 3,041,156 (Rowse et al.), And 4,997,461 (Mark Hofmatney ( No. 5,009,675 (Kunz et al.), No. 5,042,991 (Kunz et al.) And No. 5,085,671 (Martin et al.). It is described in. Further, in some cases, the addition of a coating improves the abrasive properties of the abrasive particles. In another embodiment, a surface coating may improve the adhesion between the abrasive particles of the present invention and a binder.
[0081]
In another embodiment, after producing a molten material according to the present invention, the molten material may be further heat treated to improve physical properties and / or grinding performance. This heat treatment process may be performed in an oxidizing atmosphere. This heat treatment process is typically performed at a temperature between about 1100C and 1600C, usually between about 1200C and 1400C. The time may range from about 1 minute to several days, usually between about 5 minutes and 1 hour.
[0082]
Other preparative techniques suitable for producing molten materials according to the present invention are disclosed herein and, for example, U.S. Patent Application Nos. 09 / 459,978, 09 / 496,422, filed February 2, 2000, respectively. Nos. 09 / 496,638 and 09 / 496,713 and 09 / 618,876, 09 / 618,879, 09 / 619,106, 09 / 619,191 filed on July 19, 2000, respectively. No. 09 / 619,215, 09 / 619,289, 09 / 619,563, 09 / 619,729 and 09 / 620,262. .
[0083]
For certain molten materials according to the present invention, the eutectic phase constituting the colonies (eg, Al2O3-Yb3Al5O12-ZrO2) Has a lamellar arrangement in which one crystal phase (for example, alumina crystal) shows a trigonal shape. Further, the orientation of at least some of the adjacent lamellae (ie, the orientation of eutectic crystallization) follows the orientation of the trigonal (shape) profile at an angle of about 120 degrees. While not wishing to be bound by theory, during crystallization of a melt of composition at or near the three-dimensional eutectic, the primary crystals of one phase (eg, alumina) assume a trigonal shape. It is conceivable that the seeds taken could be crystallized first. The resulting coupled growth of the eutectic in the form of a lamella follows at least initially the seed orientation. The eutectic colony then contains a seed (eg, alumina seed) (or single seed) of the same orientation with the eutectic lamella growth. In addition, the colony boundaries are phase coarsened as observed in two-dimensional eutectics, such as the phase coarseness observed for Comparative Example A (indicated by significant coarsening of the crystals of the eutectic phase immediately adjacent to the colony boundary). May not be shown.
[0084]
Preferred molten materials according to the present invention are thermally stable at elevated temperatures at elevated temperatures as compared to conventional fused alumina zirconia materials (including alumina-zirconia abrasive particles available under the trade designation "NORZON" from Norton Company of Worcester, Mass.). is there. When heating alumina-zirconia eutectic abrasive particles available from Norton Company of Worcester, Mass. Under the trade name "NORZON", e.g., in air to at least about 350 [deg.] C., typically at least a portion of the zirconia is typically tetragonal. And / or undergo a phase transition from cubic to monoclinic. This phase transition is usually detrimental to the structural integrity of the alumina-zirconia material because it involves a volume change to the zirconia crystalline phase. In addition, it has been observed that such phase transitions occur preferentially at the boundaries of eutectic colonies, so that the phase transitions tend to weaken the boundaries, and in turn the mechanical properties (ie, hardness, Strength, etc.). In addition, various impurities, which are typically separated at the eutectic colony boundaries during solidification of the melt, may also undergo volumetric structural changes (eg, due to oxidation) and the mechanical properties (ie, hardness, strength) of the material Etc.).
[0085]
In contrast, preferred molten materials according to the present invention typically do not show a phase transition of the eutectic phase when heated to 1000 ° C. in air (sometimes even up to 1400 ° C.) Therefore, it is thermally stable. While not wishing to be bound by theory, it is believed that this thermal stability allows such molten materials to be incorporated into vitrified bonded articles (eg, vitrified bonded abrasives).
[0086]
The thermal stability of certain preferred molten materials according to the present invention includes differential scanning calorimetry (DTA), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction, hardness measurement, microstructure analysis, color change and interaction with the glass bonding layer. May be measured or exemplified using a variety of different techniques, including: The thermal stability of the molten material can depend, for example, on the composition, chemistry of the molten material and processing conditions.
[0087]
In one test for measuring the thermal stability of certain preferred molten materials according to the present invention, the average hardness of the molten material is measured before and after heating at 1000 ° C. for 4 hours in air. (See Comparative Example B (below) for a more complete description of the test). Although there may be some degradation of the average microhardness after heating in air at 1000 ° C. for 4 hours, the average hardness of the preferred molten material according to the invention after heating in air at 1000 ° C. for 4 hours is: It is at least 85% (preferably at least 90%, more preferably at least 95%, even more preferably at least 100% or more) of the average microhardness of the molten material prior to such heating.
[0088]
Certain preferred molten materials according to the present invention have a thermal stability that determines the average microstructure (eg, porosity, crystal structure, colony size and crystal size (eutectic and primary crystals, if present) and integrity) of the molten material. Observation may be made using a scanning electron microscope (SEM) inspecting before and after heating at 1000 ° C. for 4 hours in air. Certain preferred microstructures of the molten material according to the invention are essentially the same before and after heating at 1000 ° C. for 4 hours in air.
[0089]
Further, the thermal stability of certain preferred molten materials according to the present invention may be illustrated by comparing the color of the molten material before and after heating at 1000 ° C. for 4 hours in air. Certain preferred microstructures of the molten material according to the invention are essentially the same before and after heating at 1000 ° C. for 4 hours in air.
[0090]
The thermal stability of certain preferred molten materials according to the present invention may be illustrated by comparing the powder XRD results of the molten material before and after heating at 1000 ° C. for 4 hours in air. As discussed above, when heating an alumina-zirconia eutectic material in air, typically at least a portion of the zirconia undergoes a phase transition from tetragonal and / or cubic to monoclinic. The effect of this phase transition is typically significant enough to be observed via powder XRD. In contrast, the eutectic phase of certain preferred molten materials according to the present invention does not show such a phase transition when heated to 1000 ° C. in air, and thus no such transition of the eutectic phase is observed in the XRD results. .
[0091]
The fused abrasive particles according to the present invention include coated abrasive products, bonded abrasive products (including vitrified bonded wheel wheels, resinous bonded wheel wheels and metal bonded wheel wheels, cut-off wheels and honing wheels), nonwoven abrasives. It can be used in conventional abrasive products such as products and abrasive brushes. Typically, the abrasive product (ie, the abrasive article) comprises a binder and abrasive particles, at least a portion of which are fused abrasive particles according to the present invention secured within the abrasive product by the binder. Methods of making and using such abrasive products are well known to those skilled in the art. Further, the molten abrasive particles according to the present invention can be used in abrasive applications utilizing powdered abrasive particles such as slurries such as abrasive compounds (eg, polishing compounds), milling media, shot blast media, and vibration mill media. It is possible.
[0092]
Coated abrasive products generally include a backing, abrasive particles, and at least one binder for retaining the abrasive particles on the backing. The backing can be of any suitable material, including fabrics, polymer films, fibers, nonwoven webs, papers, combinations thereof, and processed variants thereof. The binder can be any suitable binder, including an inorganic binder or an organic binder (including thermosetting resins and reactive curable resins). The abrasive particles can be present in one or two layers of the coated abrasive product.
[0093]
An example of a coated abrasive product is depicted in FIG. Referring to this figure, a coated abrasive product 1 has a backing (substrate) 2 and an abrasive layer 3. Abrasive layer 3 includes fused abrasive particles 4 according to the present invention secured to the major surface of backing 2 by make coat 5 and size coat 6. In some cases, a supersize coat (not shown) is used.
[0094]
A bonded abrasive product typically comprises a shaped mass of abrasive particles bound by an organic, metallic or glassy binder. Such shaped mass can take the form of a wheel, for example, a grinding wheel or a cut-off wheel. The diameter of the wheel is typically from about 1 cm to more than 1 meter. The diameter of the cut-off wheel is about 1 cm to greater than 80 cm (more typically 3 cm to 50 cm). The thickness of the cutoff wheel is typically from about 0.5 mm to about 5 cm, more typically from about 0.5 mm to about 2 cm. The shaped mass can also take the form of, for example, a honing wheel, segment, fixed point, disk (eg, dual disk grinder) or other conventional bonded abrasive shape. The bonded abrasive product is typically about 3-50% by volume of binder material, about 30-90% by volume of abrasive particles (or abrasive particle blend), based on the total volume of the bonded abrasive product. , Up to 50% by volume of additives (including grinding aids) and up to 70% by volume of holes.
[0095]
The preferred form is a grinding wheel. Referring to FIG. 2, there is depicted a grinding wheel 10 including molten abrasive particles 11 according to the present invention formed on the wheel and mounted on a hub 12.
[0096]
Nonwoven abrasive products typically include an open porous lofty polymer filament structure having molten abrasive particles according to the present invention distributed throughout the structure and adhesively bonded to the structure by an organic binder. Examples of filaments include polyester fibers, polyamide fibers and polyaramid fibers. In FIG. 3, a schematic representation of a typical nonwoven abrasive product at about 100 times magnification is shown. Such a nonwoven abrasive product includes a fibrous mat 50 as a substrate on which the fused abrasive particles 52 according to the present invention are adhered by a binder 54.
[0097]
Useful abrasive brushes include brushes having a plurality of bristles integral with the backing (eg, US Pat. Nos. 5,427,595 (Pihl et al.) And 5,443,906 (Phil). (Pihl et al.), 5,679,067 (Johnson et al.) And 5,903,951 (Ionta et al.). Preferably, such brushes are made by injection molding a mixture of polymer and abrasive particles.
[0098]
Organic binders suitable for making abrasive products include thermosetting organic polymers. Examples of suitable thermosetting organic polymers include phenolic resins, ureaformaldehyde resins, melamine formaldehyde resins, urethane resins, acrylate resins, polyester resins, aminoplast resins having α, β-unsaturated carbonyl groups in the side chain, and epoxy resins. Acrylated urethanes, acrylated epoxies and combinations thereof. Binder and / or abrasive products include fibers, lubricants, wetting agents, thixotropic materials, surfactants, pigments, dyes, antistatic agents (eg, carbon black, vanadium oxide, graphite, etc.), coupling agents (eg, Additives such as silane coupling agents, titanate coupling agents, zircoaluminate coupling agents), plasticizers and suspending agents may also be included. The amounts of these optional additives are selected to provide the desired properties. The coupling agent can improve the adhesion to the abrasive particles and / or the filler. The binder chemistry may be heat cured, radiation cured, or a combination thereof. Additional details regarding binder chemistry can be found in U.S. Pat. Nos. 4,588,419 (Coul et al.), 4,751,137 (Tumey et al.) And 5,436,063 (Follett, US Pat. Follett) et al.).
[0099]
More particularly with respect to vitrified bonded abrasives, typically vitrified bonded materials that exhibit an amorphous structure are well known in the art. In some cases, the vitrified bonding material includes a crystalline phase. The glassy abrasive product according to the present invention may take the form of wheels (including cut-off wheels), honing wheels, fixed points or other conventional bonded abrasive shapes. A preferred vitrified bonded abrasive product according to the present invention is a grinding wheel.
[0100]
Examples of metal oxides used to form the vitrified bonding material include silica, silicate, alumina, soda, calcia, potasia, titania, iron oxide, zinc oxide, lithium oxide, magnesia, boria, aluminum silicate, boron silicate Examples include silicate glass, lithium aluminum silicate and combinations thereof. Typically, the vitrified bonding material can be formed from a composition that includes 10-100% glass frit. However, more typically, the composition comprises from 20% to 80% glass frit, or from 30% to 70% glass frit. The remaining portion of the vitrified bonding material can be a non-frit material. Alternatively, the vitrified tie layer may be derived from a non-frit containing composition. The vitrified bonding material is typically in the range of about 700C to about 1500C, usually in the range of about 800C to about 1300C, and sometimes in the range of about 900C to about 1200C, about 950C. Aging is at a temperature even within the range of about 1100C to about 1100C. The actual temperature at which the tie layer is aged will depend, for example, on the chemistry of the particular tie layer.
[0101]
Preferred vitrified bonding materials include those comprising silica, alumina (preferably at least 10% by weight alumina) and boria (preferably at least 10% by weight boria). In most cases, the vitrified binding material is an alkali metal oxide (eg, Na2O and K2O) (optionally at least 10% by weight of an alkali metal oxide).
[0102]
The binding material may also contain a filler material or grinding aid, typically in the form of a particulate material. Typically, the particulate material is an inorganic material. Examples of fillers useful for the present invention include metal carbonates (eg, calcium carbonate (eg, chalk, calcite, marl, travertine, marble and limestone), calcium magnesium carbonate, sodium carbonate, magnesium carbonate). , Silica (eg, quartz, glass beads, glass bubbles and glass fibers), silicates (eg, talc, clay, (montmorillonite) feldspar, mica, calcium silicate, calcium metasilicate, sodium aluminosilicate, sodium silicate), metal sulfate (Eg, calcium sulfate, barium sulfate, sodium sulfate, sodium aluminum sulfate, aluminum sulfate), gypsum, vermiculite, wood flour, aluminum trihydrate, carbon black, metal oxide (eg, calcium oxide (lime), oxide Aluminum, titanium dioxide ) And metal sulfites (e.g., calcium sulfite) and the like.
[0103]
Generally, the addition of grinding aids increases the useful life of the abrasive product. Grinding aids are materials that have a significant effect on the chemical and physical processes of polishing, leading to improved performance. Although not wishing to be bound by theory, the grinding aid does not (a) reduce the friction between the abrasive particles and the workpiece being polished, or (b) the abrasive particles do not "cap". (I.e., to prevent the metal particles from fusing onto the abrasive particles), or at least reduce the tendency of the abrasive particles to cap, And / or (d) lowering the grinding force.
[0104]
Grinding aids encompass a wide range of different materials and can be inorganic or organic. Examples of chemical groups of grinding aids include waxes, halogenated organic compounds, halide salts, metals and alloys of metals. Halogenated organic compounds typically decompose during polishing to release halogen acids or gaseous halogenated compounds. Examples of such materials include chlorinated waxes such as tetrachloronaphthalene, pentachloronaphthalene and polyvinyl chloride. Examples of halide salts include sodium chloride, potassium cryolite, sodium cryolite, ammonium cryolite, potassium tetrafluoroborate, sodium tetrafluoroborate, silicon fluoride, potassium chloride and magnesium chloride. Examples of metals include tin, lead, bismuth, cobalt, antimony, cadmium and iron titanium. Other miscellaneous grinding aids include sulfur, organic sulfur compounds, graphite and metal sulfides. It is also within the scope of the present invention to use a combination of different grinding aids, which in some cases may have a synergistic effect. The preferred grinding aid is cryolite, and the most preferred grinding aid is potassium tetrafluoroborate.
[0105]
Grinding aids can be particularly useful in coated and bonded abrasive products. In coated abrasive products, grinding aids are typically used in a supersize coat that is applied over the surface of the abrasive particles. However, sometimes grinding aids are added to the size coat. The amount of grinding aid incorporated into the coated abrasive product is typically about 50-300 g / m2(Preferably about 80 to 160 g / m2). In vitrified bonded abrasive products, grinding aids are typically impregnated into the holes of the product.
[0106]
The abrasive product can contain 100% of the molten abrasive particles according to the present invention or a blend of such abrasive particles with other abrasive and / or diluent particles. However, at least about 2%, preferably at least about 5%, more preferably at least about 30-100% by weight of the abrasive particles in the abrasive product should be abrasive particles according to the present invention. Optionally, the abrasive particles according to the present invention have a ratio of between 5:75 wt%, about 25:75 wt%, about 40:60 wt% or about 50:50 wt% (ie, equivalent by weight). It may be blended with other abrasive particles and / or diluent particles. Examples of suitable conventional abrasive particles include fused aluminum oxide (including white fused alumina, heat treated aluminum oxide and brown aluminum oxide), silicon carbide, boron carbide, titanium carbide, diamond, cubic boron nitride, garnet, fused alumina Zirconia and sol-gel derived abrasive particles and the like. The sol-gel derived abrasive particles may be seeded or non-seed. Similarly, the sol-gel derived abrasive particles may be randomly shaped or may have a shape associated with the particles such as rods or triangles. Examples of sol-gel derived abrasive particles include U.S. Patent Nos. 4,314,827 (Leitheiser et al.), 4,518,397 (Leitheiser et al.), 4,623,364. Nos. (Cottringer et al.), No. 4,744,802 (Schwabel), No. 4,770,671 (Monroe et al.), No. 4,881,951 (Wood) No. 5,011,508 (Wald et al.), No. 5,090,968 (Pellow), No. 5,139,978 (Wood), No. 5, No. 201,916 (Berg et al.), No. 5,227,104 (Bauer), No. 5,366,523 ( -Enhorst et al., 5,429,647 (Larmie), 5,498,269 (Larmie) and 5,551,963 (Larmie). Particles. Additional details regarding sintered alumina abrasive particles produced by using alumina powder as a raw material source are described in U.S. Patent Nos. 5,259,147 (Falz), 5,593,467 (Monroe Monroe) and 5,665,127 (Molgen). In some cases, the blend of abrasive particles may result in an abrasive article that exhibits improved grinding performance as compared to an abrasive particle that includes 100% of either type of abrasive particle.
[0107]
When a blend of abrasive particles is present, the type of abrasive particles forming the blend may be of the same size. Alternatively, the type of abrasive particles may be of a different size. For example, a larger size abrasive particle may be an abrasive particle according to the present invention in combination with another abrasive particle type that is a smaller size particle. Conversely, for example, the smaller sized abrasive particles may be abrasive particles according to the present invention in combination with another abrasive particle type that is a larger sized particle.
[0108]
Examples of suitable diluent particles include marble, gypsum, flint, silica, iron oxide, aluminum silicate, glass (including glass bubbles and glass beads), alumina bubbles, alumina beads and diluent aggregates. The molten abrasive particles according to the invention can also be mixed into or combined with the abrasive agglomerates. The abrasive aggregate particles typically comprise a plurality of abrasive particles, a binder and optional additives. The binder may be organic and / or inorganic. The abrasive agglomerates may be randomly shaped or may have a predetermined shape associated with the particles. The shape may be a block, cylinder, pyramid, coin, square or the like. The abrasive aggregate particles typically have a particle size in the range of about 100 to about 500 micrometers, typically about 250 to about 2500 micrometers. Additional details regarding abrasive agglomerate particles can be found, for example, in U.S. Patent Nos. 4,311,489 (Kressner), 4,652,275 (Blocher et al.), 4,799, No. 939 (Blocher et al.), 5,549,962 (Holmes et al.) And 5,975,988 (Christianson).
[0109]
The abrasive particles may be uniformly distributed throughout the abrasive article, or may be concentrated at selected areas or portions of the abrasive article. For example, in a coated abrasive, there may be two layers of abrasive particles. The first layer comprises abrasive particles other than the abrasive particles according to the invention, and the second (outermost) layer comprises the abrasive particles according to the invention. Similarly, in the bonded abrasive, there may be two separate parts of the wheel. The outermost part may contain the abrasive particles according to the invention, while the innermost part does not contain the abrasive particles according to the invention. Alternatively, the abrasive particles according to the present invention may be evenly distributed throughout the combined abrasive particles.
[0110]
Additional details regarding coated abrasive products can be found, for example, in U.S. Pat. Nos. 4,734,104 (Broberg), 4,737,163 (Larkey), 5,203,884 ( No. 5,152,917 (Pieper et al.), No. 5,378,251 (Culler et al.), No. 5,417,726 (Stout et al.) 5,436,063 (Follett et al.), 5,496,386 (Broberg et al.), 5,609,706 (Benedict et al.), 5, 520,711 (HELMIN), 5,954,844 (Law et al.), 5,961, No. 74 (Gaguriaji (Gagliardi) et al.) And No. 5,975,988 can be seen in (Kurisuchinason (Christinason)). Additional details regarding bonded abrasive products can be found, for example, in U.S. Patent Nos. 4,543,107 (Rue), 4,741,743 (Narayanan et al.), 4,800,685. (Haynes et al.), 4,898,597 (Hay et al.), 4,997,461 (Markhoff-Matheny et al.), 5,038,453 (Narayanan). No. 5,110,332 (Narayanan et al.) And 5,863,308 (Qi et al.). Further details on vitrified bonded abrasives can be found, for example, in U.S. Pat. Nos. 4,543,107 (Rue), 4,898,587 (Hay), and 4,997,461. (Markhoff-Matheny et al.), 5,094,672 (Giles et al.), 5,118,326 (Sheldon et al.), 5,131,926. No. 5,203,886 (Sheldon et al.), No. 5,282,875 (Wood et al.), No. 5,738,696 (Wu) Et al.) And 5,863,308 (Qi et al.). Additional details regarding nonwoven abrasive products can be found, for example, in US Pat. No. 2,958,593 (Hoover et al.).
[0111]
Methods of polishing with abrasive particles according to the present invention range from snagging (ie, high pressure, high material removal) to polishing (eg, polishing medical implants with a coated abrasive belt), the latter typically involving polishing. This is done with a finer clade of agent particles (eg, smaller ANSI 220 and finer). The abrasive particles may be used in precision polishing applications such as grinding a camshaft with a vitrified bonding wheel. The size of the abrasive product used for a particular polishing application will be apparent to those skilled in the art.
[0112]
The polishing with the abrasive particles according to the present invention may be performed in a dry or wet manner. For wet polishing, the liquid may be introduced and supplied in the form of a light mist to complete the flood. Examples of commonly used liquids include water, water-soluble oils, organic lubricants and emulsions. The liquid can function to reduce the heat associated with polishing and / or function as a lubricant. Liquids may contain minor amounts of additives such as germicides and antifoams.
[0113]
Abrasive particles according to the present invention can be used to form workpieces such as aluminum metal, carbon steel, mild steel, tool steel, stainless steel, hardened steel, titanium, glass, ceramic, wood, wood-like materials, paints, painted surfaces and organic coated surfaces. It may be used for polishing. The force applied during polishing typically ranges from about 1 to about 100 kg.
[0114]
Example
The following examples further illustrate the invention, but the specific materials and amounts of materials and other conditions and details listed in these examples should not be construed as unduly limiting the invention. Various modifications and alterations of this invention will become apparent to those skilled in the art. All parts and percentages are by weight unless otherwise indicated.
[0115]
Comparative Example A
242.5 g of alumina powder (obtained under the trade designation "APA-0.5" from Condea Vista, Tucson, Ariz.), 257.5 g of gadolinium oxide powder (obtained from Polycorp, Inc., Blair, CA) , 0.6 g of a dispersant (obtained under the trade name "DURAMAX D-30005" from Rohm and Haas Company of Deer Park, Texas) and 150.6 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle. The powder contains 77 mol% of Al2O3And 23 mol% Gd2O3Was present in an amount that resulted in About 450 g of alumina milling media (10 mm diameter, 99.9% alumina, obtained from Union Process, Akron, OH) was added to the bottle and the mixture was milled for 4 hours to thoroughly mix the ingredients. After milling, the milling media was removed and the slurry was poured onto a glass ("PYREX") dish, where the slurry was dried using a heat gun held about 46 cm (18 inches) above the dish. The dish was shaken while drying to prevent settling of the powder before complete drying. After drying using a heat gun, the dishes were placed in a drying oven at 90 ° C. for another 30 minutes to dry the material more completely. The dry powder layer (bed) was then scored with a spatula and scraped from the dish to form small material flakes. Each flake weighed about 0.5-3 g. The flakes were fired in air by heating the flakes to 600 ° C. at a rate of about 1 ° C./min, and then holding the flakes at 600 ° C. for 1 hour. Thereafter, the power for the furnace power was turned off, and the furnace was left to cool and return to room temperature.
[0116]
Some of the fired flakes were melted in an arc discharge furnace (Model No. 1-VAMF-20-22-45 from Advanced Vacuum Systems, Air, Mass.). About 15 g of fired flakes were placed on a cooled copper plate located inside the furnace chamber. The furnace chamber was evacuated and then filled with argon gas at a pressure of 200 Torr. The arc sparked between the electrode and the plate. The temperature generated by the arc discharge was high enough to rapidly melt the fired flakes. After melting was over, the material was maintained in the molten state for 30 seconds to homogenize the melt. The resulting melt was quickly cooled by turning off the arc and allowing it to cool on its own. Rapid cooling was ensured by the small mass of sample and the large endothermic capacity of the water-cooled copper plate. After turning off the power to the furnace, the molten material was removed from the furnace within one minute. Without wishing to be bound by theory, it is estimated that the cooling rate of the melt on the surface of the water-cooled copper plate was 1500 ° C./min. The color of the molten material was white-yellow.
[0117]
FIG. 8 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of the molten material of Comparative Example A. Polished sections were prepared by conventional mounting and polishing techniques. Polishing was performed using a polisher (obtained from Buehler, Lakeburg, Ill. Under the trade name “ECOMMET3TYPE @ POLISHER-GRINDER”). The sample was polished with a diamond wheel for about 3 minutes, followed by 3 minutes with each of the 45, 30, 15, 9 and 3 micrometer diamond slurries. The polished sample was coated with a thin layer of gold-palladium and viewed using a JEOL @ SEM (Model @ JSM-840A). Referring again to FIG. 8, the photomicrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5-20 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of Comparative Example A material, the white portion of the micrograph shows crystalline GdAlO3And the dark part is α-Al2O3It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.7 micrometers. It is also noted that many holes were observed in the molten material.
[0118]
Comparative Example A Molten material was crushed into (abrasive) particles by using a "Chipmunk" jaw crusher (Type @ VD manufactured by BICO Inc., Burbank, Calif.) And -25 + 30 and -30 + 35 mesh portions (USA standard test sieve). These two mesh portions were combined to form a 50/50 blend. 30 g of a 50/50 blend of −25 + 30 portions and −30 + 35 mesh portions was incorporated into the coated abrasive disc. Coated abrasive discs were manufactured according to conventional procedures. Conventional calcium carbonate filled phenolic make resin (48% resole phenolic resin diluted to 81% solids with water and glycol ether, 52% calcium carbonate) and conventional cryolite filled phenolic size resin (78% in water and glycol ether) Vulcanized fiber lining 12.8 cm in diameter and 0.8 mm thick (center 2.2 cm in diameter) using 32% resole phenolic resin diluted to 2% solids, 2% iron oxide, 66% cryolite) (With holes) were bonded with the molten abrasive particles. Wet makeup resin weight is about 185g / m2Met. Immediately after applying the make coat, the molten abrasive particles were electrostatically applied. The make resin was pre-cured at 88 ° C. for 120 minutes. Thereafter, a cryolite-filled phenolic size coat was coated over the make coat and abrasive particles. Wet size weight is about 850g / m2Met. The size resin was cured at 99 ° C. for 12 hours. The coated abrasive disc was bent before the test.
[0119]
Comparative Example B
(A) 145.6 g of alumina powder ("APA-0.5"), 151.2 g of lanthanum oxide powder (obtained from Molycorp, Inc., Blair, CA), 0.6 g of dispersant ("DURAMAX" D-30005 ") and 129.5 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle, and (b) the powder contained 75 mol% of Al.2O3And 25 mol% La2O3Comparative Example B molten material, abrasive particles and disk were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was white-red. However, some of the abrasive particles were redder than others.
[0120]
FIG. 9 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of a melted material of Comparative Example B (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5-30 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscattering mode for a portion of Comparative Example B material, the white part of the micrograph shows crystalline LaAlO3And the dark part is crystalline LaAl11O18It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.5 micrometers. Furthermore, large primary crystals (LaAlO) that exist in the form of dendrites3Is observed in some areas of the polished section and La2O3A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0121]
Comparative Example B Powdered abrasive particles (combined with the abrasive particles of Comparative Examples C and D) (about 10 mesh in size) were obtained from a mounting resin (Buehler, Ltd., Lakeburg, Ill.) Under the trade name "ECOMMET". ), The average microhardness of the abrasive particles of Comparative Example B was measured. The resulting cylinder of resin was about 2.5 cm (1 inch) in diameter and about 1.9 cm (0.75 inch) in height. A conventional grinder / polisher (obtained from Buehler Ltd. under the trade name "ECOMMET"), together with a final polishing step using a 1 micrometer diamond slurry (obtained under the trade name "METADI" from Buehler Ltd.). The attached sample was polished using conventional diamond slurry and a polished cross section of the sample was obtained.
[0122]
Microstructure measurements were performed using a conventional microstructure tester equipped with a Vickers indenter using a 500 g indentation load (obtained under the trade name "MITUTYOYO MVK-VL" from Mitutoyo Corporation, Tokyo, Japan). The microstructure was measured in accordance with the guidelines described in ASTM Test Method E384 “Measurement Method for Microhardness of Material (1991)”. The microhardness value was the average of 20 measurements. The average microhardness was 15.0 GPa.
[0123]
Some Comparative Example B abrasive particles (together with the Comparative Example C and D abrasive particles) were heated in a platinum crucible, heated to 1000 ° C. at 50 ° C./hour, and 1000 ° C. (in air). For 4 hours, and then cooled to room temperature at about 100 ° C./hour. The color of Comparative Example B abrasive particles after heating was the same as before heating (ie, white-red). The average microhardness of the abrasive particles of Comparative Example B after heating was 14.1 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for Comparative Example B abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0124]
Some Comparative Example B abrasive particles (together with those of Comparative Examples C and D) were also placed in a platinum crucible and heated, heated to 1000 ° C. at 50 ° C./hour, and 1000 ° C. (in air). C. for 8 hours, then cooled to room temperature at about 100.degree. C./hour. The color of Comparative Example B abrasive particles after heating was the same as before heating (ie, white-red). The average microhardness of the abrasive particles of Comparative Example B after heating was 14.3 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for Comparative Example B abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0125]
Comparative Example B The effect of the two vitrified binders on the abrasive particles was evaluated as follows. 70 parts of glass frit (39.9% SiO2, 28.5% B2O3, 15.6% Al2O3, 13.9% Na2O and 4.1% K2O, obtained from Ferro Corporation of Cleveland, Ohio under the trade name "FERRO FRIT 3227", 27 parts of Kentucky Ball Clay (No. 6DC, obtained from Old @ Hickory @ Clay @ Company of Hickory, Kentucky), 3.5 parts of Li.2CO3(From Alfa Aesar Chemical Company of Ward Hill, Mass.) And 625 g of 0.5 cm (1.3 cm) plastic coated steel media in a plastic jar (4.3 / 8 inch (11.1 cm) high. A first vitrified bonding material was prepared by dosing to a diameter of 4.3 / 8 inch (11.1 cm) and then dry grinding the contents at 90 rpm for 7 hours. About 45% SiO2, About 19% Al2O3, About 20% B2O3, About 10% Na2O, about 3% K2O, about 1.5% Li2The composition was formulated to provide a vitrified binder comprising O and about 1.5% CaO. The dry ground material and Example 2 abrasive particles (as well as Example 3 and 4 abrasive particles) were pressed into 3.2 cm x 0.6 cm (1.25 in x 0.25 in) pellets. The pellets were heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 8 hours, and then cooled to room temperature at about 100 ° C./hour. 26 parts of Comparative Example B, C and D abrasive particles (ie, Comparative Example B, C and D abrasive particles are mixed together but differentiated visually based on color and under SEM based on composition) Was possible) (-20 + 30 mesh), 0.24 parts hydrolyzed starch (obtained under the trade designation "DEXTRIN" from Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wis.), 0.02 parts glycerin (from Aldrich Chemical Company). Pellets were prepared by mixing, in that order, 0.72 parts of water, 3.14 parts of the dry ground material, and 0.4 parts of hydrolyzed starch ("DEXTRIN"). The pellet was pressed under a load of 2273 kg (5000 lb.). The polished sections prepared as described above were examined for microhardness measurements using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating. The color of Comparative Example B abrasive particles after heating with the vitrified binder was the same as before heating (ie, white-red).
[0126]
45 parts of Kentucky Ball Clay (No6DC, obtained from Old Hickory Clay Company), 28 parts of anhydrous sodium tetraboride (obtained from Alfa Aesar Chemical Company), 25 parts of feldspar (Feldor, Atlanta, Georgia) (Obtained under the trade name "G-200 Feldspar") 3.5 parts of Li2CO3(Obtained from Alfa Aesar Chemical Company), 2.5 parts of CaSiO3 (obtained from Alfa Aesar Chemical Company), and 625 g of 0.5 inch diameter plastic-coated steel media in a plastic jar (diameter). The second glass was poured into a 4.3 / 8 inch (11.1 cm), 4.3 / 8 inch (11.1 cm) high diameter, and then the contents were dried and ground at 90 rpm for 7 hours. A chemically bonded material was prepared. About 45% SiO2, About 19% Al2O3, About 20% B2O3, About 10% Na2O, about 3% K2O, about 1.5% Li2The composition was formulated to provide a vitrified binder comprising O and about 1.5% CaO. The dried and ground material and Comparative Example B abrasive particles were pressed into 3.2 cm x 0.6 cm (1.25 in x 0.25 in) pellets. The pellets were heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 8 hours, and then cooled to room temperature at about 100 ° C./hour. 26 parts of Comparative Example B, C and D abrasive particles (i.e., the Comparative Example B, C and D abrasive particles were mixed together) (-20 + 30 mesh), 0.24 part of hydrolyzed starch ("DEXTRIN") ), 0.02 parts of glycerin (obtained from Aldrich Chemical Company), 0.72 parts of water, 3.14 parts of dry ground material and 0.4 parts of hydrolyzed starch ("DEXTRIN"). A pellet was prepared by mixing in order. The pellet was pressed under a load of 2273 kg (5000 lb.). The polished sections prepared as described above were examined for microhardness measurements using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating. The color of Comparative Example B abrasive particles after heating with the vitrified binder was the same as before heating (ie, white-red).
[0127]
Comparative Example C
(A) 143.6 g of alumina powder ("APA-0.5"), 147.6 g of neodymium oxide powder (obtained from Molycorp, Inc., Blair, CA), 0.6 g of dispersant ("DURAMAX" D-30005 ") and 138.5 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle, and (b) the powder contained 75 mol% of Al.2O3And 25 mol% Nd2O3Comparative Example C The molten material, abrasive particles and disk were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was white-blue. However, some of the abrasive particles were bluer than others.
[0128]
FIG. 10 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of the molten material of Comparative Example F (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 10 to 40 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of Comparative Example C material, the white portion of the micrograph shows crystalline NdAlO3And the dark part is crystalline NdAl11O18It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.5 micrometers. Furthermore, large primary crystals (NdAlO) that exist in the form of dendrites3Is observed in some areas of the polished section and Nd2O3A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0129]
Comparative Example C The average microhardness of the abrasive particles was determined to be 14.5 GPa as described above in Comparative Example B.
[0130]
Some Comparative Example C abrasive particles (together with Comparative Example B and D abrasive particles) were heated in a platinum crucible, heated to 1000 ° C. at 50 ° C./hour, and 1000 ° C. (in air) For 4 hours, and then cooled to room temperature at about 100 ° C./hour. The color of Comparative Example C abrasive particles after heating was the same as before heating (ie, white-blue). The average microhardness of Comparative Example C abrasive particles after heating was 14.1 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for Comparative Example C abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0131]
Some Comparative Example C abrasive particles (together with those of Comparative Examples B and D) were also heated in a platinum crucible, heated to 1000 ° C. at 50 ° C./hour, and 1000 ° C. (in air). C. for 8 hours, then cooled to room temperature at about 100.degree. C./hour. The color of Comparative Example C abrasive particles after heating was the same as before heating (ie, white-blue). The average microhardness of the abrasive particles of Comparative Example C after heating was 14.5 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for Comparative Example C abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0132]
Comparative Example C The effect of the two vitrified binders on the abrasive particles was evaluated as described in Comparative Example B. The polished sections were examined using a secondary electron mode SEM. The microstructure observed after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating. The color of Comparative Example C abrasive particles after heating with the vitrified binder was the same as before heating (ie, white-blue).
[0133]
Comparative Example D
Lanthanum carbonate powder (obtained from Aptec Service, LLC, Houston, Texas, Lot No. SH99-5-7) was heated to 900 ° C. to convert it to lanthanum oxide and some cerium (IV) oxide ( The manufacturer's conversion specification is 95% LA2O3And 4.19% CeO2And the yield of carbonate to oxide was 49.85% by weight metal oxide). (A) 148.6 g of lanthanum oxide / cerium oxide powder, 146.4 g of alumina powder ("APA-0.5"), 0.6 g of dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 141.3 g of distillation Water was charged into a polyethylene bottle, and (b) the powder contained 75 mol% of Al.2O3And 25 mol% La2O3/ Ce2O3Comparative Example D The molten material, abrasive particles and disk were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in It was observed that the slurry was significantly more viscous than the slurry of Comparative Example B. The color of the molten material was light orange.
[0134]
FIG. 11 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of a melted material of Comparative Example D (prepared as described in Comparative Example B). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5 to 25 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of Comparative Example D material, the white part of the micrograph shows crystalline LaAlO3And the dark part is crystalline LaAl11O18It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.5 micrometers. Furthermore, large primary crystals (LaAlO) that exist in the form of dendrites3Is observed in some areas of the polished section and La2O3A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0135]
Comparative Example D The average microhardness of the abrasive particles was determined to be 14.8 GPa as described above in Comparative Example B.
[0136]
Some Comparative Example D abrasive particles (along with those of Comparative Examples B and C) were heated in a platinum crucible, heated at 50 ° C / hr to 1000 ° C, and 1000 ° C (in air). For 4 hours, and then cooled to room temperature at about 100 ° C./hour. The color of Comparative Example D abrasive particles after heating was the same as before heating (ie, bright orange). The average microhardness of the abrasive particles of Comparative Example D after heating was 14.7 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for Comparative Example D abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0137]
Some Comparative Example D abrasive particles (together with the Comparative Example B and C abrasive particles) were also heated in a platinum crucible, heated to 1000 ° C. at 50 ° C./hour, and 1000 ° C. (in air). C. for 8 hours, then cooled to room temperature at about 100.degree. C./hour. The color of Comparative Example D abrasive particles after heating was the same as before heating (ie, bright orange). The average microhardness of the abrasive particles of Comparative Example D after heating was 14.1 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for Comparative Example D abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0138]
Comparative Example D The effect of the two vitrified binders on the abrasive particles was evaluated as described in Comparative Example B. The polished sections were examined using a secondary electron mode SEM. The microstructure observed after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating. The average microhardness of Comparative Example D abrasive particles after heating in the two vitrified binders was 14.2 GPa and 14.3 GPa, respectively. The color of the Comparative Example D abrasive particles after heating with each of the two vitrified binder materials was the same as before heating (ie, light orange).
[0139]
Comparative Example E
Comparative Example A Heat treated fused alumina abrasive particles (obtained under the trade name "ALODUR @ BFRPL" from Triebacher, Villach, Austria) were used in Comparative Example A except that the fused abrasive particles were used. A Comparative Example E coated abrasive disc was prepared as described above.
[0140]
Comparative Example F
Alumina-zirconia abrasive particles (53% AL2O3And 47% Zr2Comparative Example A having the eutectic composition of O (obtained under the trade name "NORZON" from Norton Company of Worcester, Mass.) Was used in Comparative Example A except that the fused abrasive particles were used. A Comparative Example F coated abrasive disc was prepared as described above.
[0141]
Comparative Example F The average microhardness of the abrasive particles was determined to be 16.0 GPa, as described above in Comparative Example B. Comparative Example F The color of the abrasive particles was gray-dark blue.
[0142]
Some Comparative Example F abrasive particles were heated in a platinum crucible, heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 4 hours, and then at about 100 ° C./hour And cooled to room temperature. The color of the abrasive particles after heating was beige. The average microhardness of the abrasive particles after heating was 12.9 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. FIG. 16 shows a SEM electron micrograph of the abrasive particles of Comparative Example F before heating. FIG. 17 shows an SEM electron micrograph of the abrasive particles of Comparative Example F after heating. The microstructure observed after heating was different from the microstructure observed before heating. Differences were most notably observed at the colony boundaries.
[0143]
By comparing the peak intensity of 111 of cubic and / or tetragonal reflection at about 2θ = 30 degrees with the peak intensity of 111 of monoclinic reflection at about 2θ = 28 degrees, the above-mentioned comparison before and after the heat treatment is performed. Example F Another powder X-ray diffraction (using a Phillips @ XRG3100 X-ray diffractometer equipped with 1.54050 Angstroms copper Kα1 radiation) was used to qualitatively determine the phases present in the abrasive particles. For reference, see "Phase Analysis in Zirconia Systems", Garvie, R .; C. and @Nicholson, P.M. S. , Journal of the American American Ceramic Society, Vol. 55 (6), pp. 303-305, 1972. The sample was ground and -120 mesh powder was used for analysis. Comparative Example F abrasive particles that were not heat treated contained both monoclinic and cubic and / or tetragonal zirconia phases. For the heat treated sample, a decrease in cubic and / or tetragonal content was observed with a corresponding increase in monoclinic phase content.
[0144]
Some Comparative Example F abrasive particles were heated in a platinum crucible, heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 8 hours, and then at about 100 ° C./hour And cooled to room temperature. The color of the abrasive particles after heating was beige. The average microhardness of the abrasive particles after heating was 12.8 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. FIG. 18 shows an SEM electron micrograph of the abrasive particles of Comparative Example F after heating. The microstructure observed after heating was different from the microstructure observed before heating. Differences larger than those observed for the heat treatment at 1000 ° C. for 4 hours were again most prominently observed at the colony boundary.
[0145]
The effect of the two vitrified binders on the Comparative Example F abrasive particles as described in Comparative Example B except that there were 20 parts of Comparative Example F abrasive particles (-20 + 30 mesh) instead of 26 parts. The effect was evaluated. The average microhardness of the abrasive particles after heating in the vitrified binding material was 13.6 GPa. However, some of the abrasive particles of Comparative Example F exhibited severe deterioration such that the microhardness measurement could not be effectively performed (parts of the particles were too weak). Although the majority of the heat treated abrasive particles were beige, the colors varied. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. FIG. 19 shows an SEM electron micrograph of the abrasive particles of Comparative Example F after heating. The microstructure observed after heating was different from the microstructure observed before heating. Differences larger than those observed for the heat treatment at 1000 ° C. for 4 hours were again most prominently observed at the colony boundary.
[0146]
The average microhardness of the heated abrasive particles in the second vitrified bonding material was 13.4 GPa. However, some of the abrasive particles of Comparative Example F exhibited severe deterioration such that the microhardness measurement could not be effectively performed (parts of the particles were too weak). Although the majority of the heat treated abrasive particles were beige, the colors varied. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed after heating was different from the microstructure observed before heating. Differences larger than those observed for the heat treatment at 1000 ° C. for 4 hours were again most prominently observed at the colony boundary.
[0147]
Comparative Example G
Comparative Example A A sol-gel derived abrasive particle (commercially available from 3M @ Company of St. Paul, Minn. Under the trade name "321 CUBITRON") was used in place of the fused abrasive particle. A Comparative Example G coated abrasive disc was prepared as described above.
[0148]
Grinding performance of Comparative Examples AG
Comparative Examples AG The grinding performance of the coated abrasive disc was evaluated as follows. Each coated abrasive disc was mounted on a graded aluminum backup pad and used to grind a previously weighed 1.25 cm x 18 cm x 10 cm 1018 mild steel workpiece surface. While the disk was driven at 5,000 rpm, the portion of the disk above the inclined edge of the backup pad contacted the workpiece with a load of 8.6 kg. Each disk was used to grind individual workpieces sequentially over one minute intervals. The total cut was the sum of the amount of material removed from the workpiece throughout the test period. The total amount cut by each sample after 12 minutes of grinding and the amount cut at the twelfth time point (ie, the final amount cut) are reported in Table 1 below.
[0149]
[Table 1]
Table 1
Figure 2004504448
[0150]
Comparative Example H
(A) 144.5 g of alumina powder ("APA-0.5"), 147.4 g of cerium (IV) oxide (CeO2) Powder (obtained from Aldrich Chemical Company, Inc.), 0.6 g dispersant ("DURAMAX D-30005") and 137.5 g distilled water were charged into a polyethylene bottle; , 75 mol% Al2O3And 25 mol% Ce2O3Comparative Example H molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was dark yellow-green.
[0151]
FIG. 12 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of a melted material of Comparative Example H (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5-30 micrometers. Comparative Example H Based on inspection of a polished sample using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of the material, the white portion of the micrograph shows crystalline CeAlO3And crystalline CeO2And the dark part is crystalline CeAl11O18It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.5 micrometers. Furthermore, large primary crystals (CeAlO) present in the form of dendrites3And / or CeO2Is observed in some areas of the polished section and CeAlO3And / or CeO2A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0152]
Comparative Example I
(A) 146.5 g alumina powder ("APA-0.5"), 147.4 g dysprosium oxide powder (obtained from Aldrich Chemical Company, Inc.), 0.6 g dispersant ("DURAMAX @ D- 30005 ") and 136.3 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle, and (b) the powder contained 78 mole% Al.2O3And 22 mol% Dy2O3Comparative Example I molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was white.
[0153]
FIG. 13 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of the molten material of Comparative Example I (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5-20 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode of a portion of Comparative Example I material, the white part of the micrograph was crystalline Dy.3Al5O12And the dark part is α-Al2O3It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 1 micrometer. No primary crystals were observed.
[0154]
Comparative Example J
(A) 146.3 g of alumina powder ("APA-0.5"), 148.4 g of ytterbium oxide powder (obtained from Aldrich Chemical Company, Inc.), 0.6 g of dispersant ("DURAMAX @ D- 30005 ") and 139.6 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle, and (b) the powder contained 78.6 mol% of Al.2O3And 21.4 mol% Yb2O3Comparative Example J molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was gray.
[0155]
FIG. 14 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of a melted material of Comparative Example J (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5 to 25 micrometers. Comparative Example J Based on inspection of a polished sample of a portion of the material using powder X-ray diffraction and SEM in backscatter mode, the white portion of the micrograph shows crystalline Yb3Al5O12And the dark part is α-Al2O3It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 1 micrometer. Furthermore, large primary crystals (α-Al) present in the form of dendrites2O3Is observed in some areas of the polished cross section and Al2O3A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0156]
Comparative Example K
(A) 149.5 g of alumina powder ("APA-0.5"), 149.4 g of yttria-stabilized zirconia oxide powder (94% by weight of ZrO2(+ HfO2) And 5.4% by weight of Y2O3Of the nominal composition of Zirconia @ Sales, Inc. of Marietta, Georgia. Was added under the trade name "HSY3.0", 0.6 g of a dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 136.5 g of distilled water to a polyethylene bottle, and (b) powder was 54.8 mol% Al2O3And 45.2 mol% of ZrO2Comparative Example K molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was white.
[0157]
FIG. 15 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of a melted material of Comparative Example K (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5 to 40 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of Comparative Example K material, the white portion of the micrograph shows crystalline ZrO2And the dark part is α-Al2O3It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.5 micrometers.
[0158]
The average microhardness of Comparative Example K was determined to be 15.3 GPa as described above in Comparative Example B.
[0159]
Some Comparative Example K particles were heated in a platinum crucible, heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 4 hours, then at about 100 ° C./hour to room temperature. And cooled. The color of the abrasive particles after heating was white. The average microhardness of the abrasive particles after heating was 15.0 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. An SEM micrograph of the comparative example K material before heating is shown in FIG. The microstructure observed after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0160]
By comparing the peak intensity of 111 of cubic and / or tetragonal reflection at about 2θ = 30 degrees with the peak intensity of 111 of monoclinic reflection at about 2θ = 28 degrees, the above-mentioned comparison before and after the heat treatment is performed. Example K Another X-ray powder diffraction as described above for Comparative Example F was used to qualitatively measure the phases present in the material. The non-heat treated Comparative Example K material mainly contained cubic and / or tetragonal zirconia before and after heat treatment (ie, no significant difference was observed in the X-ray diffraction results).
[0161]
Some Comparative Example K particles were also heated in a platinum crucible, heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 8 hours, and then at about 100 ° C./hour. Cooled to room temperature. The color of the abrasive particles after heating was white. The average microhardness of the abrasive particles after heating was 15.0 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed after heating was slightly different from the microstructure observed before heating. An SEM micrograph of Comparative Example K after heating is shown in FIG. Generally ZrO2Some cracks were observed in the heat-treated material near the primary crystal.
[0162]
Comparative Examples B, C, F and K Differential Scanning Calorimetry (DTA) and Thermogravimetric Analysis (TGA) of Abrasive Particles / Materials
Differential scanning calorimetry (DTA) and thermogravimetric analysis (TGA) were performed on each of Comparative Examples B, C, F and K abrasive particles / material. Each material was crushed with a mortar and pestle and sieved to retain particles in the 400-500 micron size range.
[0163]
A DTA / TGA test was performed on each of the sieved samples (using an instrument obtained from Netzsch Instruments, Selb, Germany under the trade name "NETZSCH STA 409 DTA / TGA"). 100 microliter Al2O3The amount of each sample sieved in the sample holder was 127.9 micrograms (Comparative Example B), 125.8 micrograms (Comparative Example K), and 127.3 micrograms (Comparative Example B). . Each sample was heated in still air from room temperature (about 25 ° C.) to 1300 ° C. at a rate of 10 ° C./min.
[0164]
Referring to FIG. 4, line 167 is the DTA data plotted for the Comparative Example B material. Line 169 is the plotted TGA data. Referring to FIG. 5, line 197 is the DTA data plotted for the Comparative Example C material. Line 199 is the plotted TGA data. Referring to FIG. 6, line 177 is the DTA data plotted for the Comparative Example K material. Line 179 is the plotted TGA data. Referring to FIG. 7, line 187 is the DTA data plotted for the Comparative Example F material. Line 189 is the plotted TGA data. The weight change of the sample through the TGA test was 0.22% for Comparative Example B, 0.22% for Comparative Example C, 0.73% for Comparative Example K, and 1.16% for Comparative Example F. Met.
[0165]
Example 1
122.4 g alumina powder ("APA-0.5"), 132.6 g ytterbium oxide powder (obtained from Aldrich Chemical Company, Inc.) instead of gadolinium oxide powder, 45 g zirconium oxide powder (100 wt. % ZrO2(+ HfO2) Of the nominal composition of Zirconia @ Sales, Inc. of Marietta, Georgia. DK-2), 0.6 g dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 140.2 g distilled water were charged to a polyethylene bottle. Example 1 A molten material and abrasive particles were prepared as described above. The color of the molten material was white-grey.
[0166]
FIG. 22 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of the Example 1 material (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5 to 25 micrometers. Example 1 Based on examination of a polished sample of a portion of the material using powder X-ray diffraction and SEM in backscatter mode, the white portion of the micrograph shows crystalline Yb3Al5O12And the dark part is crystalline α-Al2O3It is thought that was. ZrO2The shape of the microcrystal was not easily distinguished on the micrograph. The width of these phases observed in the polished section was less than about 1 micrometer.
[0167]
Example 2
127.25 g alumina powder ("APA-0.5"), 127.75 g gadolinium oxide powder (obtained from Molycorp, Inc.), 45 g zirconium oxide powder ("DK-2"), 0.6 g Example 2 molten material, abrasive particles and disks were prepared as described in Comparative Example A, except that a dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 150 g of distilled water were charged to the polyethylene bottle.
[0168]
FIG. 23 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 2 (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows the eutectic-derived microstructure. Example 2 Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of the material, the white portion of the micrograph shows crystalline GdAlO3And the dark part is α-Al2O3It is thought that was. ZrO2The shape of the microcrystal was not easily distinguished on the micrograph. The width of the phase crystals observed in the polished section was less than about 1 micrometer.
[0169]
Example 3
124.5 g alumina powder ("APA-0.5"), 125.3 g dysprosium oxide powder (obtained from Aldrich Chemical Company, Inc.), 45 g zirconium oxide powder ("DK-2"), 0 Example 3 Molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that 0.6 g of dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 140 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle.
[0170]
FIG. 24 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of the molten material of Example 3 (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5 to 15 micrometers. Example 3 Based on inspection of a polished sample using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of the material, the white portion of the micrograph shows crystalline Gy3Al5O12And the dark part is α-Al2O3It is thought that was. ZrO2The shape of the microcrystal was not easily distinguished on the micrograph. The width of the phase crystals observed in the polished section was less than about 1 micrometer.
[0171]
Some Example 3 Abrasive particles were placed in a platinum crucible and heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 8 hours, and then at about 100 ° C./hour to room temperature. Cool. The average microhardness of the abrasive particles of Example 3 after heating was 15.6 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for the Example 3 abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0172]
Example 4
147.9 g alumina powder ("APA-0.5"), 137.1 g lanthanum oxide powder (obtained from Molycorp, Inc.), 15 g zirconium oxide powder ("DK-2"), 0.6 g Example 4 molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that a dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 145 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle.
[0173]
FIG. 25 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of the molten material of Example 4 (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5-20 micrometers. Example 4 Based on inspection of a polished sample of a portion of the material using powder X-ray diffraction and SEM in backscatter mode, the white portion of the micrograph shows crystalline LaAlO3And the dark part is crystalline LaAl11O18And the gray part is crystalline monoclinic ZrO2It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 1.5 micrometers.
[0174]
Example 5
109 g of alumina powder ("APA-0.5"), 101 g of lanthanum oxide powder (obtained from Molycorp, Inc.), 90 g of zirconium oxide powder ("DK-2"), 0.6 g of dispersant ( Example 5 Molten material, abrasive particles and disks were prepared as described in Comparative Example A, except that "DURAMAX @ D-30005") and 145 g of distilled water were charged to the polyethylene bottle.
[0175]
FIG. 26 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 5 (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. Example 5 Based on inspection of a polished sample of a portion of the material using powder X-ray diffraction and SEM in backscatter mode, the white portion of the micrograph shows crystalline LaAlO3And the dark part is crystalline LaAl11O18And the gray part is La2Zr2O7It is thought that was. Further, based on powder X-ray diffraction, the material is monoclinic ZrO2And cubic ZrO2And two variants. ZrO2The shape and position of the microcrystals were not easily identified on the micrograph.
[0176]
Example 5 The average microhardness of the abrasive particles was determined to be 12.0 GPa as described above in Comparative Example B.
[0177]
Some Example 5 abrasive particles were also placed in a platinum crucible and heated at 50 ° C./hour to 1000 ° C., held at 1000 ° C. (in air) for 8 hours, then at about 100 ° C./hour to room temperature And cooled. The average microhardness of the abrasive particles of Example 5 after heating was 11.8 GPa. The polished sections prepared for microhardness measurements were examined using SEM in secondary electron mode. The microstructure observed for the Example 5 abrasive particles after heating was substantially the same as the microstructure observed before heating.
[0178]
Examples 2, 5 and Comparative Examples EG The grinding performance of the coated abrasive discs was evaluated as described above for Comparative Examples AG. The results are reported in Table 2 below.
[0179]
[Table 2]
Table 2
Figure 2004504448
[0180]
Example 6
109 g alumina powder ("APA-0.5"), 101 g lanthanum oxide powder (obtained from Molycorp, Inc.), 9 g yttrium oxide powder (obtained from HC Starck, Newton, Mass.) As described in Example 1, except that 81 g of zirconium oxide powder ("DK-2"), 0.6 g of dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 145 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle. Example 6 A molten material and abrasive particles were prepared.
[0181]
FIG. 27 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of the fused Example 6 material (prepared as described in Example 1). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. Example 6 Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscatter mode for a portion of the material, the white part of the micrograph shows crystalline LaAlO3And the dark part is crystalline LaAl11O18And the gray part is cubic ZrO2It is thought that was. ZrO2The shape and position of the microcrystals were not easily identified on the micrograph.
[0182]
Example 7
111 g of alumina powder ("APA-0.5"), 93 g of neodymium oxide powder (obtained from Molycorp, Inc.), 90 g of zirconium oxide powder ("DK-2"), 0.6 g of dispersant ( Example 7 Molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that "DURAMAX @ D-30005") and 138 g of distilled water were charged into a polyethylene bottle.
[0183]
FIG. 28 is a scanning electron microscope (SEM) micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 7 (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. Example 7 Based on inspection of polished samples using powdered X-ray diffraction and SEM in backscatter mode for a portion of the material, the white part of the micrograph shows crystalline NdAlO3And the dark part is crystalline NdAl11O18It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.3 micrometers. Further, based on powder X-ray diffraction, the material is cubic ZrO2And two variants. ZrO2The shape and position of the microcrystals were not easily identified on the micrograph.
[0184]
Example 8
106.1 g of alumina powder ("APA-0.5"), 103.9 g of cerium (IV) oxide (CeO2) Powder (obtained from Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, Wis.), 90 g zirconium oxide powder ("DK-2"), 0.6 g dispersant ("DURAMAX @ D-30005") and 139.5 g Example 8 A molten material and abrasive particles were prepared as described in Comparative Example A, except that distilled water was added to the polyethylene bottle.
[0185]
FIG. 29 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of the molten material of Example 8 (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows the eutectic-derived microstructure. Based on inspection of the polished sample using SEM in some powder X-ray diffraction and backscatter modes of Example 8, the white part of the micrograph shows crystalline CeAlO3And the dark part is crystalline CeAl11O18And the gray part is Ce2Zr2O7It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 5 micrometers. Further, based on powder X-ray diffraction, the material is monoclinic ZrO2And cubic ZrO2And two variants. ZrO2The shape and position of the microcrystals were not easily identified on the micrograph. Furthermore, large primary crystals (CeAlO)3And / or CeO2Is observed in some areas of the polished section and CeAlO3And / or CeO2A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0186]
Comparative Example L
(A) 155.6 g alumina powder ("APA-0.5"), 144.3 g lanthanum oxide powder (obtained from Molycorp, Inc., Blair, CA), 0.6 g dispersant ("DURAMAX" D-30005 ") and 130 g of distilled water in a polyethylene bottle; and (b) the powder was 77.5 mol% Al2O3And 22.5 mol% La2O3Comparative Example L molten material, abrasive particles and disks were prepared as described in Comparative Example A, except that they were present in an amount that resulted in The color of the molten material was white-red. However, some of the abrasive particles were redder than others.
[0187]
FIG. 30 is a scanning electron microscope (SEM) photomicrograph of a polished cross section of the molten material of Comparative Example L (prepared as described in Comparative Example A). The micrograph shows a eutectic-derived microstructure containing multiple colonies. The size of the colonies was about 5-30 micrometers. Based on inspection of polished samples using SEM in powder X-ray diffraction and backscattering mode for a portion of Comparative Example B material, the white part of the micrograph shows crystalline LaAlO3And the dark part is crystalline LaAl11O18It is thought that was. The width of these phases observed in the polished section was less than about 0.5 micrometers. Furthermore, large primary crystals (LaAlO) that exist in the form of dendrites3Is observed in some areas of the polished section and La2O3A possible deviation of the composition from a strict eutectic composition towards a rich composition was suggested.
[0188]
Comparative Examples EG and L The abrasive performance of the coated abrasive discs was evaluated as described above for Comparative Examples AG. The results are reported in Table 3 below.
[0189]
[Table 3]
Table 3
Figure 2004504448
[0190]
Various modifications and alterations of this invention will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this invention. It should be understood that the invention is not unduly limited to the illustrative embodiments described herein.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a coated abrasive article comprising molten abrasive particles according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a bonded abrasive article comprising molten abrasive particles according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged schematic view of a nonwoven abrasive article comprising molten abrasive particles according to the present invention.
FIG. 4 is a differential scanning calorimetry (DTA) plot and a thermogravimetric analysis (TGA) plot of a molten material of Comparative Example B.
FIG. 5 is a DTA plot and a TGA plot of a molten material of Comparative Example C.
FIG. 6 is a DTA plot and a TGA plot of a molten material of Comparative Example K.
FIG. 7 is a DTA plot and a TGA plot of Comparative Example F abrasive particles.
FIG. 8 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of a molten material of Comparative Example A.
FIG. 9 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example B molten material.
FIG. 10 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example C molten material.
FIG. 11 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of a molten material of Comparative Example D.
FIG. 12 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of a molten material of Comparative Example H.
FIG. 13 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of a molten material of Comparative Example I.
FIG. 14 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example J molten material.
FIG. 15 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example K molten material.
FIG. 16 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example F abrasive particles.
FIG. 17 is a scanning electron micrograph of the polished cross section of Comparative Example F abrasive particles after exposure to various heating conditions.
FIG. 18 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example F abrasive particles after exposure to various heating conditions.
FIG. 19 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example F abrasive particles after exposure to a vitrified bonding material.
FIG. 20 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Comparative Example K material after being exposed to various heating conditions.
FIG. 21 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of a Comparative Example K material after being subjected to various heating conditions.
FIG. 22 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 1.
FIG. 23 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 2.
FIG. 24 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 3.
FIG. 25 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 4.
FIG. 26 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of Example 5 molten material.
FIG. 27 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 6.
FIG. 28 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 7;
FIG. 29 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of the molten material of Example 8;
FIG. 30 is a scanning electron micrograph of a polished cross section of a molten material of Comparative Example L.

Claims (99)

少なくとも、(a)結晶質ZrO
(b)(i)結晶質Al
(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または
(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む溶融結晶質共晶材料。
At least (a) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 ,
(Ii) a molten crystalline co-crystal comprising a eutectic with at least two of the first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide or (iii) the second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide Crystal material.
前記共晶材料の全金属酸化物の含有率を基準にして少なくとも40重量%のAlを理論酸化物基準で含む請求項1に記載の溶融結晶質共晶材料。Melting crystalline eutectic material according to claim 1 content with respect containing Al 2 O 3 of at least 40 wt% on a theoretical oxide basis of total metal oxides of the eutectic material. 前記希土類酸化物は、CeO、Dy、Er、Eu、Gd、La、Nd、Pr11、Sm、Ybおよびそれらの組合せからなる群から理論酸化物基準で選択される請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。The rare earth oxides include CeO 2 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , La 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Pr 6 O 11 , Sm 2 O 3 , and Yb. 3. The molten crystalline eutectic material of claim 2 selected from the group consisting of 2 O3 and combinations thereof on a theoretical oxide basis. 前記共晶のコロニーであって、100マイクロメートル未満の平均サイズを有する前記コロニーを含む請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。3. The molten crystalline eutectic material of claim 2, comprising the eutectic colonies having an average size of less than 100 micrometers. 前記コロニーは50マイクロメートル未満の平均サイズを有する請求項4に記載の溶融結晶質共晶材料。5. The molten crystalline eutectic material of claim 4, wherein said colonies have an average size of less than 50 micrometers. 前記共晶のコロニーを含み、前記コロニーを構成する結晶ののサイズは平均で10マイクロメートル以下である請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。The molten crystalline eutectic material according to claim 2, wherein the eutectic material includes the eutectic colony, and the size of a crystal constituting the colony is 10 micrometers or less on average. 前記結晶のサイズは平均で1マイクロメートル以下である請求項6に記載の溶融結晶質共晶材料。7. The molten crystalline eutectic material according to claim 6, wherein the size of the crystal is 1 micrometer or less on average. 前記共晶は、Al−DyAl12−ZrO共晶、Al−ErAl12−ZrO共晶、Al−GdAlO−ZrO共晶およびAl−YbAl12−ZrO共晶からなる群から選択される請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。The eutectic, Al 2 O 3 -Dy 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -Er 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -GdAlO 3 -ZrO 2 Co melting crystalline eutectic material according to claim 2 which is selected from the group consisting of crystal and Al 2 O 3 -Yb 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic. Alの一次結晶をさらに含む請求項8に記載の溶融結晶質共晶材料。Melting crystalline eutectic material according to claim 8, further comprising a primary crystal Al 2 O 3. 前記共晶は、CeAlO−CeAl1118−ZrO共晶、EuAlO−EuAl1118−ZrO共晶、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶、NdAlO−NdAl1118−ZrO共晶、PrAlO−PrAl1118−ZrO共晶およびSmAlO−SmAl1118−ZrO共晶からなる群から選択される請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。The eutectic, CeAlO 3 -Ce 3 Al 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, EuAlO 3 -EuAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, NdAlO 3 -NdAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, PrAlO 3 -PrAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and SmAlO 3 -SmAl 11 O 18 -ZrO 2 melting crystalline according to claim 2 which is selected from the group consisting of eutectic Eutectic material. 前記共晶はLaAlO−LaAl1118−ZrO共晶である請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。Melting crystalline eutectic material according to claim 2 wherein the eutectic is LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic. 結晶質Yまたは結晶質錯体Al・Yの少なくとも一種をさらに含む請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。The molten crystalline eutectic material according to claim 2, further comprising at least one of crystalline Y 2 O 3 and a crystalline complex Al 2 O 3 .Y 2 O 3 . 結晶質BaO、CaO、Cr、CoO、Fe、HfO、LiO、MgO、MnO、NiO、SiO、TiO、NaO、SrO、Sc、V、ZnO、またはそれらの錯体Al・金属酸化物の少なくとも一種をさらに含む請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。Crystalline BaO, CaO, Cr 2 O 3 , CoO, Fe 2 O 3, HfO 2, Li 2 O, MgO, MnO, NiO, SiO 2, TiO 2, Na 2 O, SrO, Sc 2 O 3, V 2 The molten crystalline eutectic material according to claim 2, further comprising at least one of O 3 , ZnO, or a complex thereof, Al 2 O 3 .metal oxide. 少なくとも13GPaの平均微小硬度を有する請求項2に記載の溶融結晶質共晶材料。3. The molten crystalline eutectic material of claim 2, having an average microhardness of at least 13 GPa. 前記錯体Al・REOはAlカチオンおよび希土類カチオンに加えてカチオンをさらに含む請求項3に記載の溶融結晶質共晶材料。Melting crystalline eutectic material according to claim 3 wherein the complex Al 2 O 3 · REO may further include a cation in addition to the Al cations, and rare earth cations. 前記錯体Al・REOのAlカチオンの一部は、Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si、Coおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換されている請求項3に記載の溶融結晶質共晶材料。Part of the Al cation of the complex Al 2 O 3 .REO is replaced with at least one cation of an element selected from the group consisting of Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si, Co and combinations thereof. The molten crystalline eutectic material according to claim 3, wherein 前記錯体Al・REOの希土類カチオンの一部は、Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Pr、Sm、Th、Tm、Ybおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換されている請求項3に記載の溶融結晶質共晶材料。Part of the rare earth cations of the complex Al 2 O 3 .REO is a group consisting of Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pr, Sm, Th, Tm, Yb, and combinations thereof. The molten crystalline eutectic material according to claim 3, wherein the material is substituted with at least one cation of an element selected from the group consisting of: 前記錯体Al・REOの希土類カチオンの一部は、Fe、Ti、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Mg、Ca、Srおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換されている請求項3に記載の溶融結晶質共晶材料。Part of the rare earth cations of the complex Al 2 O 3 .REO is an element selected from the group consisting of Fe, Ti, Mn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Mg, Ca, Sr and combinations thereof. 4. The molten crystalline eutectic material according to claim 3, wherein the material is substituted with at least one cation. 前記共晶は、Al−DyAl12−ZrO共晶、Al−ErAl12−ZrO共晶、Al−GdAlO−ZrO共晶およびAl−YbAl12−ZrO共晶からなる群から選択され、前記溶融結晶質共晶材料は前記共晶に対応する金属酸化物の一次結晶をさらに含み、前記一次結晶はDyAl12、ErAl12、GdAlOおよびYbAl12からなる群から選択される請求項1に記載の溶融結晶質共晶材料。The eutectic, Al 2 O 3 -Dy 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -Er 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -GdAlO 3 -ZrO 2 Co The eutectic material is selected from the group consisting of eutectic and Al 2 O 3 —Yb 3 Al 5 O 12 —ZrO 2 eutectic, wherein the molten crystalline eutectic material further comprises a primary crystal of a metal oxide corresponding to the eutectic, primary crystallites Dy 3 Al 5 O 12, Er 3 Al 5 O 12, GdAlO 3 and Yb 3 Al 5 melting crystalline eutectic material according to claim 1, O 12 is selected from the group consisting of. 前記共晶は、CeAlO−CeAl1118−ZrO共晶、EuAlO−EuAl1118−ZrO共晶、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶およびNdAlO−NdAl1118−ZrO共晶、PrAlO−PrAl1118−ZrO共晶およびSmAlO−SmAl1118−ZrO共晶からなる群から選択され、前記溶融結晶質共晶材料は前記共晶に対応する金属酸化物の一次結晶をさらに含み、前記一次結晶はCeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOおよびSmAlOからなる群から選択される請求項1に記載の溶融結晶質共晶材料。The eutectic, CeAlO 3 -CeAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, EuAlO 3 -EuAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and NdAlO 3 -NdAl 11 O 18- ZrO 2 eutectic, PrAlO 3 -PrAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and SmAlO 3 -SmAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, wherein the molten crystalline eutectic material is the eutectic 2. The molten crystalline material according to claim 1, further comprising a primary crystal of a metal oxide corresponding to, wherein the primary crystal is selected from the group consisting of CeAlO 3 , EuAlO 3 , LaAlO 3 , NdAlO 3 , PrAlO 3 and SmAlO 3. Eutectic material. 前記共晶は、CeAlO−CeAl1118−ZrO共晶、EuAlO−EuAl1118−ZrO共晶、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶、NdAlO−NdAl1118−ZrO共晶、PrAlO−PrAl1118−ZrO共晶およびSmAlO−SmAl1118−ZrO共晶からなる群から選択され、前記溶融結晶質共晶材料は前記共晶に対応する金属酸化物の一次結晶をさらに含み、前記一次結晶はCeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118およびSmAl1118からなる群から選択される請求項1に記載の溶融結晶質共晶材料。The eutectic, CeAlO 3 -CeAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, EuAlO 3 -EuAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, NdAlO 3 -NdAl 11 O 18- ZrO 2 eutectic, PrAlO 3 -PrAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and SmAlO 3 -SmAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, wherein the molten crystalline eutectic material is the eutectic further comprising a primary crystal of the corresponding metal oxide, said primary crystals from the group consisting of CeAl 11 O 18, EuAl 11 O 18, LaAl 11 O 18, NdAl 11 O 18, PrAl 11 O 18 and SmAl 11 O 18 2. The molten crystalline eutectic material of claim 1, which is selected. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項1に記載の溶融結晶質共晶材料。2. The eutectic according to claim 1, wherein the eutectic is at least a eutectic of (a) crystalline ZrO 2 , (b) crystalline Al 2 O 3 and (c) crystalline complex Al 2 O 3 . Melt crystalline eutectic material. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項1に記載の溶融結晶質共晶材料。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 2. The molten crystalline eutectic material according to claim 1, which is a eutectic of a material. 前記粒子の全金属酸化物体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であって、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質ZrO
(b)(i)結晶質Al
(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または
(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む溶融結晶質研磨剤粒子。
Molten crystalline abrasive particles comprising at least 20% by volume of a eutectic material, based on the total metal oxide volume of the particles, wherein the eutectic material is at least:
(A) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 ,
(Ii) Melt crystalline polishing including a eutectic with at least two of the first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide or (iii) the second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide Agent particles.
前記粒子の全体積を基準にして少なくとも50体積%の前記共晶材料を含む請求項24に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。25. The molten crystalline abrasive particles of claim 24, comprising at least 50% by volume of the eutectic material, based on the total volume of the particles. 前記粒子の全金属酸化物含有率を基準にして少なくとも40体積%のAlを理論酸化物基準で含む請求項25に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Melting crystalline abrasive particles according to claim 25 containing Al 2 O 3 of at least 40 vol% based on the total metal oxide content of the particles on a theoretical oxide basis. 前記希土類酸化物は、CeO、Dy、Er、Eu、Gd、La、Nd、Pr11、Sm、Ybおよびそれらの組合せからなる群から理論酸化物基準で選択される請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The rare earth oxides include CeO 2 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , La 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Pr 6 O 11 , Sm 2 O 3 , and Yb. 2 O 3, and the molten crystalline abrasive particles according to claim 26, combinations thereof are selected on a theoretical oxide basis. 前記溶融結晶質研磨剤粒子は前記共晶のコロニーを含み、前記コロニーは100マイクロメートル未満の平均サイズを有する請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。27. The molten crystalline abrasive particles of claim 26, wherein the molten crystalline abrasive particles comprise the eutectic colonies, wherein the colonies have an average size of less than 100 micrometers. 前記コロニーは50マイクロメートル未満の平均サイズを有する請求項28に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。29. The molten crystalline abrasive particles of claim 28, wherein the colonies have an average size of less than 50 micrometers. 前記溶融結晶質研磨剤粒子は前記共晶のコロニーを含み、前記コロニーを構成する結晶のサイズは平均で10マイクロメートル以下である請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。27. The molten crystalline abrasive particles according to claim 26, wherein the molten crystalline abrasive particles include the eutectic colonies, and the average size of the crystals constituting the colonies is 10 micrometers or less. 前記結晶のサイズは平均で1マイクロメートル以下である請求項30に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。31. The molten crystalline abrasive particles of claim 30, wherein the size of the crystals is less than or equal to 1 micrometer on average. 前記共晶は、Al−DyAl12−ZrO共晶、Al−ErAl12−ZrO共晶、Al−GdAlO−ZrO共晶およびAl−YbAl12−ZrO共晶からなる群から選択される請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic, Al 2 O 3 -Dy 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -Er 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -GdAlO 3 -ZrO 2 Co crystal and Al 2 O 3 -Yb 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 melting crystalline abrasive particles according to claim 26 which is selected from the group consisting of eutectic. 前記溶融結晶質研磨剤粒子はAlの一次結晶をさらに含む請求項32に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Melting crystalline abrasive particles according to claim 32 wherein the molten crystalline abrasive particles further includes a primary crystal Al 2 O 3. 前記共晶は、CeAlO−CeAl1118−ZrO共晶、EuAlO−EuAl1118−ZrO共晶、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶、NdAlO−NdAl1118−ZrO共晶、PrAlO−PrAl1118−ZrO共晶およびSmAlO−SmAl1118−ZrO共晶からなる群から選択される請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic, CeAlO 3 -CeAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, EuAlO 3 -EuAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, NdAlO 3 -NdAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, PrAlO 3 -PrAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and SmAlO 3 -SmAl 11 O 18 -ZrO 2 melting crystalline abrasive of claim 26 which is selected from the group consisting of eutectic particle. 前記共晶はLaAlO−LaAl1118−ZrO共晶である請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic melting crystalline abrasive particles according to claim 26, which is a LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic. 前記溶融結晶質研磨剤粒子は結晶質Yまたは結晶質錯体Al・Yの少なくとも一種をさらに含む請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The molten crystalline abrasive particles crystalline Y 2 O 3 or melt crystalline abrasive particles according to claim 26, further comprising at least one crystalline complex Al 2 O 3 · Y 2 O 3. 前記溶融結晶質研磨剤粒子は、結晶質BaO、CaO、Cr、CoO、Fe、HfO、LiO、MgO、MnO、NiO、SiO、TiO、NaO、SrO、Sc、V、ZnO、またはそれらの錯体Al・金属酸化物の少なくとも一種をさらに含む請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The molten crystalline abrasive particles, crystalline BaO, CaO, Cr 2 O 3 , CoO, Fe 2 O 3, HfO 2, Li 2 O, MgO, MnO, NiO, SiO 2, TiO 2, Na 2 O, SrO, Sc 2 O 3, V 2 O 3, ZnO or melt crystalline abrasive particles according to claim 26, further comprising at least one of those complex Al 2 O 3 · metal oxides. 前記溶融結晶質研磨剤粒子は少なくとも13GPaの平均微小硬度を有する請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。27. The molten crystalline abrasive particles of claim 26, wherein the molten crystalline abrasive particles have an average microhardness of at least 13 GPa. 前記錯体Al・REOはAlカチオンおよび希土類カチオンに加えてカチオンをさらに含む請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The complex Al 2 O 3 · REO melt crystalline abrasive particles according to claim 26, further comprising a cation in addition to the Al cations, and rare earth cations. 前記錯体Al・REOのAlカチオンの一部は、Cr、Ti、Sc、Fe、Mg、Ca、Si、Coおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換されている請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Part of the Al cation of the complex Al 2 O 3 .REO is replaced with at least one cation of an element selected from the group consisting of Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si, Co and combinations thereof. 27. The molten crystalline abrasive particles of claim 26, wherein 前記錯体Al・REOの希土類カチオンの一部は、Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Pr、Sm、Th、Tm、Ybおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換されている請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Part of the rare earth cations of the complex Al 2 O 3 .REO is a group consisting of Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pr, Sm, Th, Tm, Yb, and combinations thereof. 27. The molten crystalline abrasive particles of claim 26, wherein the particles are substituted with at least one cation of an element selected from: 前記錯体Al・REOの希土類カチオンの一部は、Fe、Ti、Mn、V、Cr、Co、Ni、Cu、Mg、Ca、Srおよびそれらの組合せからなる群から選択された元素の少なくとも一個のカチオンで置換されている請求項26に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Part of the rare earth cations of the complex Al 2 O 3 .REO is an element selected from the group consisting of Fe, Ti, Mn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Mg, Ca, Sr, and combinations thereof. 27. The molten crystalline abrasive particles of claim 26, wherein the particles are substituted with at least one cation. 前記共晶は、Al−DyAl12−ZrO共晶、Al−ErAl12−ZrO共晶、Al−GdAlO−ZrO共晶およびAl−YbAl12−ZrO共晶からなる群から選択され、前記溶融結晶質研磨剤粒子は前記共晶に対応する金属酸化物の一次結晶をさらに含み、前記一次結晶はDyAl12、ErAl12、GdAlOおよびYbAl12からなる群から選択される請求項25に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic, Al 2 O 3 -Dy 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -Er 3 Al 5 O 12 -ZrO 2 eutectic, Al 2 O 3 -GdAlO 3 -ZrO 2 Co And the molten crystalline abrasive particles are further selected from the group consisting of eutectic and Al 2 O 3 —Yb 3 Al 5 O 12 —ZrO 2 eutectic, wherein the molten crystalline abrasive particles further comprise primary crystals of a metal oxide corresponding to the eutectic. primary crystallites Dy 3 Al 5 O 12, Er 3 Al 5 O 12, GdAlO 3 and Yb 3 Al 5 melting crystalline abrasive particles according to claim 25, O of 12 is selected from the group. 前記共晶は、CeAlO−CeAl1118−ZrO共晶、EuAlO−EuAl1118−ZrO共晶、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶、NdAlO−NdAl1118−ZrO共晶、PrAlO−PrAl1118−ZrO共晶およびSmAlO−SmAl1118−ZrO共晶からなる群から選択され、前記溶融結晶質研磨剤粒子は前記共晶に対応する金属酸化物の一次結晶をさらに含み、前記一次結晶はCeAlO、EuAlO、LaAlO、NdAlO、PrAlOおよびSmAlOからなる群から選択される請求項25に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic, CeAlO 3 -CeAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, EuAlO 3 -EuAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, NdAlO 3 -NdAl 11 O 18- ZrO 2 eutectic, PrAlO 3 -PrAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and SmAlO 3 -SmAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, wherein the molten crystalline abrasive particles are eutectic. further comprising a primary crystal of the corresponding metal oxide, said primary crystals CeAlO 3, EuAlO 3, LaAlO 3 , NdAlO 3, PrAlO 3 and melt the crystalline of claim 25 which is selected from the group consisting of SmAlO 3 Abrasive particles. 前記共晶は、CeAlO−CeAl1118−ZrO共晶、EuAlO−EuAl1118−ZrO共晶、LaAlO−LaAl1118−ZrO共晶、NdAlO−NdAl1118−ZrO共晶、PrAlO−PrAl1118−ZrO共晶およびSmAlO−SmAl1118−ZrO共晶からなる群から選択され、前記溶融結晶質研磨剤粒子は前記共晶に対応する金属酸化物の一次結晶をさらに含み、前記一次結晶はCeAl1118、EuAl1118、LaAl1118、NdAl1118、PrAl1118およびSmAl1118からなる群から選択される請求項25に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic, CeAlO 3 -CeAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, EuAlO 3 -EuAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, LaAlO 3 -LaAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, NdAlO 3 -NdAl 11 O 18- ZrO 2 eutectic, PrAlO 3 -PrAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic and SmAlO 3 -SmAl 11 O 18 -ZrO 2 eutectic, wherein the molten crystalline abrasive particles are eutectic. further comprising a primary crystal of the corresponding metal oxide, said primary crystals from the group consisting of CeAl 11 O 18, EuAl 11 O 18, LaAl 11 O 18, NdAl 11 O 18, PrAl 11 O 18 and SmAl 11 O 18 26. The molten crystalline abrasive particles of claim 25, wherein the particles are selected. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項24に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。25. The eutectic according to claim 24, wherein the eutectic is at least a eutectic of (a) crystalline ZrO 2 , (b) crystalline Al 2 O 3, and (c) crystalline complex Al 2 O 3 . Melted crystalline abrasive particles. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項1に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 2. The molten crystalline abrasive particles according to claim 1, which is a eutectic of a material. 前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項1に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Melting crystalline abrasive particles according to claim 1 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. 前記結晶質ZrOは、前記結晶質錯体Al・希土類酸化物中に存在する希土類酸化物以外の酸化物によって安定化される請求項1に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。 2. The molten crystalline abrasive particles according to claim 1, wherein the crystalline ZrO 2 is stabilized by an oxide other than the rare earth oxide present in the crystalline complex Al 2 O 3 . 少なくとも、
(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と
(b)結晶質ZrOの共晶を含む溶融結晶質共晶材料。
at least,
A molten crystalline eutectic material containing a eutectic of (a) crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 .
前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項50に記載の溶融結晶質共晶材料。Melting crystalline eutectic material according to claim 50 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. 前記結晶質ZrOは、前記結晶質錯体Al・希土類酸化物中に存在する希土類酸化物以外の酸化物によって安定化される請求項50に記載の溶融結晶質共晶材料。The crystalline ZrO 2, the melt crystalline eutectic material according to claim 50, which is stabilized by an oxide other than rare earth oxide present in the crystalline complex Al 2 O 3 · rare earth oxide. 前記粒子の全金属酸化物体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であって、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と
(b)結晶質ZrOとの共晶を含む溶融結晶質研磨剤粒子。
Molten crystalline abrasive particles comprising at least 20% by volume of a eutectic material, based on the total metal oxide volume of the particles, wherein the eutectic material is at least:
Molten crystalline abrasive particles containing a eutectic of (a) crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 .
前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項53に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。Melting crystalline abrasive particles according to claim 53 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. 微粒子から粗粒子までの範囲の粒度分布を有する多数の粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全金属酸化物体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質ZrO
(b)(i)結晶質Al
(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または
(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む多数の粒子。
Molten crystalline abrasive particles wherein at least a portion of a number of particles having a particle size distribution ranging from fine particles to coarse particles comprise at least 20% by volume, based on the total metal oxide volume of the individual particles, of a eutectic material. And the eutectic material is at least:
(A) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 ,
A large number of particles containing a eutectic with at least two of (ii) the first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide or (iii) the second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide.
前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項55に記載の多数の粒子。The eutectic is at least according to (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · 55. eutectic rare earth oxides Many particles. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項55に記載の多数の粒子。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 56. The multiple particles of claim 55, wherein the particles are eutectic. 微粒子から粗粒子までの範囲の粒度分布を有する多数の粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全金属酸化物体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と
(b)結晶質ZrOとの共晶を含む多数の粒子。
Molten crystalline abrasive particles wherein at least a portion of a number of particles having a particle size distribution ranging from fine particles to coarse particles comprise at least 20% by volume, based on the total metal oxide volume of the individual particles, of a eutectic material. And the eutectic material is at least:
Numerous particles containing a eutectic of (a) crystalline complex Al 2 O 3 rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 .
前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項58に記載の多数の粒子。Number of particles of claim 58 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. 微粒子から粗粒子までの範囲の粒度分布を有するとともに規定公称グレードを有する多数の研磨剤粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全金属酸化物体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む多数の溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質ZrO
(b)(i)結晶質Al
(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または
(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む多数の研磨剤粒子。
At least a portion of the number of abrasive particles having a particle size distribution ranging from fine particles to coarse particles and having a specified nominal grade comprises at least 20% by volume of the eutectic material based on the total metal oxide volume of the individual particles. A plurality of molten crystalline abrasive particles, wherein the eutectic material is at least
(A) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 ,
Numerous abrasives containing a eutectic with at least two of (ii) the first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide or (iii) the second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide particle.
前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項60に記載の多数の研磨剤粒子。The eutectic is at least according to (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · Claim 60 eutectic rare earth oxides Numerous abrasive particles. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項60に記載の多数の研磨剤粒子。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 61. The plurality of abrasive particles of claim 60, wherein the abrasive particles are eutectic. 微粒子から粗粒子までの範囲の粒度分布を有するとともに規定公称グレードを有する多数の研磨剤粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全金属酸化物体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む多数の溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と
(b)結晶質ZrOとの共晶を含む多数の研磨剤粒子。
At least a portion of the number of abrasive particles having a particle size distribution ranging from fine particles to coarse particles and having a specified nominal grade comprises at least 20% by volume of the eutectic material based on the total metal oxide volume of the individual particles. A plurality of molten crystalline abrasive particles, wherein the eutectic material is at least
Numerous abrasive particles containing a eutectic of (a) crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 .
前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項63に記載の多数の研磨剤粒子。Numerous abrasive particle according to claim 63 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. 少なくとも、(a)結晶質ZrOと(b)(i)結晶質Al、(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む溶融結晶質共晶材料を製造する方法であって、溶融物を提供するために少なくとも一種のAl源、少なくとも一種の希土類酸化物源および少なくとも一種のZrO源を溶融させる工程と、前記溶融物を前記溶融結晶質共晶材料に変換する工程とを含む方法。At least (a) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 , (ii) first crystalline complex Al 2 O 3. Rare earth oxide or (iii) second different crystalline a method for producing molten crystalline eutectic material comprising eutectic of at least two complex Al 2 O 3 · rare earth oxide, at least one of Al 2 O 3 source to provide a melt, at least method comprising the steps of melting a kind of rare earth oxide source and at least one ZrO 2 source, a step of converting the melt to the molten crystalline eutectic material. 前記方法は金属板を用いて前記溶融物を冷却する工程を含む請求項65に記載の方法。66. The method of claim 65, wherein the method includes cooling the melt using a metal plate. 前記方法は金属ボールを用いて前記溶融物を冷却する工程を含む請求項65に記載の方法。67. The method of claim 65, wherein the method includes cooling the melt using metal balls. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項65に記載の方法。The eutectic is at least according to (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · 65. eutectic rare earth oxides Method. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項65に記載の方法。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 66. The method of claim 65, wherein the product is a eutectic. 個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含み、少なくとも、(a)結晶質ZrOと(b)(i)結晶質Al、(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む溶融結晶質研磨剤粒子を製造する方法であって、溶融物を提供するために少なくとも一種のAl源、少なくとも一種の希土類酸化物源および少なくとも一種のZrO源を溶融させる工程と、前記溶融物を前記溶融結晶質研磨剤粒子に変換する工程とを含む方法。At least 20% by volume, based on the total volume of the individual particles, of at least (a) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 , (ii) the first Process for producing molten crystalline abrasive particles containing a eutectic with at least two of crystalline complex Al 2 O 3 rare earth oxide or (iii) second different crystalline complex Al 2 O 3 rare earth oxide Melting at least one Al 2 O 3 source, at least one rare earth oxide source and at least one ZrO 2 source to provide a melt; and providing the melt with the molten crystalline abrasive. Converting the particles into particles. 前記変換する工程は、凝固材料を提供するために前記溶融物を冷却する工程と、前記溶融結晶質研磨剤粒子を提供するために前記凝固材料を破砕する工程とを含む請求項70に記載の方法。71. The method of claim 70, wherein the converting comprises cooling the melt to provide a solidified material, and crushing the solidified material to provide the molten crystalline abrasive particles. Method. 前記溶融物を冷却する工程は金属板を用いて前記溶融物を冷却する工程を含む請求項71に記載の方法。72. The method of claim 71, wherein cooling the melt comprises cooling the melt using a metal plate. 前記溶融物を冷却する工程は金属ボールを用いて前記溶融物を冷却する工程を含む請求項71に記載の方法。72. The method of claim 71, wherein cooling the melt comprises cooling the melt using metal balls. 前記共晶材料は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶を含む請求項70に記載の方法。The eutectic material, at least, according to claim 70 comprising (a) a eutectic crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · rare earth oxide the method of. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項70に記載の方法。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 71. The method of claim 70, which is a eutectic of the product. 少なくとも、(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物および(b)結晶質ZrOの共晶を含む溶融結晶質共晶材料を製造する方法であって、溶融物を提供するために少なくとも一種のAl源、少なくとも一種の希土類酸化物源および少なくとも一種のZrO源を溶融させる工程と、前記溶融物を前記溶融結晶質共晶材料に変換する工程とを含む方法。A method for producing a molten crystalline eutectic material comprising at least a eutectic of (a) a crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) a crystalline ZrO 2 , A method comprising: melting at least one Al 2 O 3 source, at least one rare earth oxide source and at least one ZrO 2 source; and converting the melt to the molten crystalline eutectic material. 個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料であって、少なくとも、(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と(b)結晶質ZrOの共晶を含む共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子を製造する方法であって、溶融物を提供するために少なくとも一種のAl源、少なくとも一種の希土類酸化物源および少なくとも一種のZrO源を溶融させる工程と、前記溶融物を前記溶融結晶質研磨剤粒子に変換する工程とを含む方法。A eutectic material of at least 20% by volume, based on the total volume of the individual particles, wherein at least a eutectic of (a) crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 A method for producing molten crystalline abrasive particles comprising a eutectic material comprising at least one Al 2 O 3 source, at least one rare earth oxide source and at least one ZrO 2 source to provide a melt And converting the melt to the molten crystalline abrasive particles. 研磨剤粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む多数の研磨剤粒子およびバインダーを含む研磨剤物品であって、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質ZrO
(b)(i)結晶質Al
(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または
(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含む研磨剤物品。
An abrasive article comprising a number of abrasive particles and a binder wherein at least a portion of the abrasive particles comprises at least 20% by volume, based on the total volume of the individual particles, of the eutectic material, wherein the eutectic material comprises at least ,
(A) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 ,
An abrasive article comprising a eutectic with at least two of (ii) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide or (iii) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide.
前記物品は被覆研磨剤物品であるとともに、裏地をさらに含む請求項78に記載の研磨剤物品。79. The abrasive article of claim 78, wherein the article is a coated abrasive article and further comprises a backing. 前記物品は結合研磨剤物品である請求項78に記載の研磨剤物品。79. The abrasive article of claim 78, wherein the article is a bonded abrasive article. 前記物品は不織研磨剤物品であるとともに、不織ウェブをさらに含む請求項78に記載の研磨剤物品。79. The abrasive article of claim 78, wherein the article is a nonwoven abrasive article and further comprises a nonwoven web. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項78に記載の研磨剤物品。The eutectic is at least according to claim 78 which is eutectic of (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · rare earth oxide Abrasive articles. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrOおよび(b)第1の結晶質Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項78に記載の研磨剤物品。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 and (b) a first crystalline Al 2 O 3 .rare earth oxide and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 79. The abrasive article of claim 78, wherein the article is a eutectic. バインダーと多数の研磨剤粒子を含む研磨剤物品であって、前記研磨剤粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と
(b)結晶質ZrO
との共晶を含む研磨剤物品。
An abrasive article comprising a binder and a plurality of abrasive particles, wherein at least a portion of the abrasive particles comprises at least 20% by volume, based on the total volume of the individual particles, of a molten crystalline abrasive. Particles, wherein the eutectic material is at least
(A) crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2
Abrasive article comprising a eutectic with
前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項84に記載の研磨剤物品。Abrasive article of claim 84 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. ガラス化結合材料を介して互いに結合された多数の研磨剤粒子を含むガラス化結合研磨剤物品であって、前記多数の研磨剤粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質ZrO
(b)(i)結晶質Al
(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または
(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の少なくとも2種との共晶を含むガラス化結合研磨剤物品。
A vitrified bonded abrasive article comprising a plurality of abrasive particles bonded together via a vitrified bonding material, wherein at least a portion of the plurality of abrasive particles is at least based on the total volume of the individual particles. Molten crystalline abrasive particles comprising 20% by volume of the eutectic material, wherein the eutectic material is at least:
(A) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 ,
Vitrification bonding polishing including eutectic with at least two kinds of (ii) first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide or (iii) second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide Agent articles.
前記ガラス化結合材料はシリカ、アルミナおよびボリアを含む請求項86に記載のガラス化結合研磨剤物品。87. The vitrified bonded abrasive article of claim 86, wherein the vitrified bonding material comprises silica, alumina and boria. 前記ガラス化結合材料は少なくとも10重量%の前記アルミナを含む請求項87に記載のガラス化結合研磨剤物品。91. The vitrified bonded abrasive article of claim 87, wherein the vitrified bonding material comprises at least 10% by weight of the alumina. 前記ガラス化結合材料は少なくとも10重量%の前記ボリアを含む請求項88に記載のガラス化結合研磨剤物品。89. The vitrified bonded abrasive article of claim 88, wherein the vitrified bonding material comprises at least 10% by weight of the boria. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項86に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic is at least according to claim 86 which is eutectic of (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · rare earth oxide Melted crystalline abrasive particles. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項86に記載の溶融結晶質研磨剤粒子。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 87. The molten crystalline abrasive particles according to claim 86, wherein the particles are eutectic of the material. ガラス化結合材料を介して互いに結合された多数の研磨剤粒子を含むガラス化結合研磨剤物品であって、前記多数の研磨剤粒子の少なくとも一部が個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む溶融結晶質研磨剤粒子であり、前記共晶材料が少なくとも、
(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と
(b)結晶質ZrOの共晶を含むガラス化結合研磨剤物品。
A vitrified bonded abrasive article comprising a plurality of abrasive particles bonded together via a vitrified bonding material, wherein at least a portion of the plurality of abrasive particles is at least based on the total volume of the individual particles. Molten crystalline abrasive particles comprising 20% by volume of the eutectic material, wherein the eutectic material is at least:
A vitrified bonded abrasive article comprising a eutectic of (a) a crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 .
前記結晶質ZrOの重量による少なくとも大部分は立方晶ZrOである請求項92に記載のガラス化結合研磨剤物品。Vitrified bonded abrasive article according to claim 92 wherein at least a majority by weight of the crystalline ZrO 2 is cubic ZrO 2. 個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む少なくとも一個の溶融結晶質研磨剤粒子をワークピースの表面と接触させる工程と、前記表面の少なくとも一部を前記溶融研磨剤粒子で研磨するために前記溶融研磨剤粒子または前記表面の少なくとも一方を他方に対して移動させる工程とを含む表面を研磨する方法であって、
前記共晶材料が少なくとも、(a)結晶質ZrOと(b)(i)結晶質Al、(ii)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物または(iii)第2の異なる結晶質錯体Al・REOの少なくとも2種との共晶を含む方法。
Contacting at least one molten crystalline abrasive particle comprising at least 20% by volume, based on the total volume of the individual particles, of a eutectic material with a surface of a workpiece; Moving at least one of the molten abrasive particles or the surface relative to the other to polish with the agent particles, the method comprising:
The eutectic material is at least (a) crystalline ZrO 2 and (b) (i) crystalline Al 2 O 3 , (ii) first crystalline complex Al 2 O 3. Rare earth oxide or (iii) A process comprising a eutectic with at least two of two different crystalline complexes Al 2 O 3 .REO.
前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項94に記載の方法。The eutectic is at least according to (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · Claim 94 eutectic rare earth oxides Method. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項94に記載の方法。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 95. The method of claim 94, wherein the product is a eutectic. 個々の粒子の全体積を基準にして少なくとも20体積%の共晶材料を含む少なくとも一個の溶融結晶質研磨剤粒子をワークピースの表面と接触させる工程と、前記表面の少なくとも一部を前記溶融研磨剤粒子で研磨するために前記溶融研磨剤粒子または前記表面の少なくとも一方を他方に対して移動させる工程とを含む表面を研磨する方法であって、前記共晶材料が少なくとも、(a)結晶質錯体Al・希土類酸化物と(b)結晶質ZrOとの共晶を含む方法。Contacting at least one molten crystalline abrasive particle comprising at least 20% by volume, based on the total volume of the individual particles, of a eutectic material with a surface of a workpiece; Moving at least one of the molten abrasive particles or the surface with respect to the other in order to polish with the abrasive particles, wherein the eutectic material is at least (a) A method comprising a eutectic of a complex Al 2 O 3 .rare earth oxide and (b) crystalline ZrO 2 . 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)結晶質Alおよび(c)結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項97に記載の方法。The eutectic is at least according to (a) a crystalline ZrO 2, (b) a crystalline Al 2 O 3 and (c) a crystalline complex Al 2 O 3 · 97. eutectic rare earth oxides Method. 前記共晶は、少なくとも、(a)結晶質ZrO、(b)第1の結晶質錯体Al・希土類酸化物および(c)第2の異なる結晶質錯体Al・希土類酸化物の共晶である請求項97に記載の方法。The eutectic comprises at least (a) crystalline ZrO 2 , (b) a first crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide, and (c) a second different crystalline complex Al 2 O 3 .rare earth oxide 97. The method of claim 97, which is a eutectic of the product.
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