JP2012201884A - Glass abrasive material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は砥粒評価方法およびこの砥粒評価方法を用いて得られるガラス用研磨材、特にレアメタルの１つである酸化セリウム（ＣｅＯ2）（以下、「セリア」ともいう）を含まないガラス用研磨材に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to an abrasive grain evaluation method and a glass abrasive obtained by using this abrasive grain evaluation method, particularly glass that does not contain cerium oxide (CeO 2 ) (hereinafter also referred to as “ceria”), which is one of rare metals. It relates to abrasives.
セリアは、化学的な研磨作用を強く持つことにより、大きな研磨レートと、研磨後のガラス表面の良好な表面平滑性を実現していると言われている。
このため、セリアはガラスの研磨に必須の化合物であるが、我が国では産出されず、中国などの外国からほぼ全量輸入している。その輸入量は２００７年度で約１０４００トンにのぼり、その半分の５５５０トンがガラス用研磨材として使用された。
セリアがガラスの研磨に使用される以前にはベンガラと呼ばれるα−Ｆｅ2Ｏ3がガラス用研磨材の主流であった。１９６０年頃、研磨レートならびに研磨後のガラス表面の平滑性に優れるセリアがガラスの研磨に使われて以来、一気にベンガラにとって代わった。このセリアがガラス研磨に優れている理由として種々の説があるが、これまでの説の中ではセリアが研磨中にガラスと結合することで研磨レートが高くなるという説が最も有力である。実際、研磨後のガラス表面には結合に起因すると思われるセリアの残留があり、これが他のガラス用研磨砥粒では見られないセリアの有する化学的研磨作用といわれる品質上の特徴となっている。
Ceria is said to realize a high polishing rate and good surface smoothness of the glass surface after polishing by having a strong chemical polishing action.
For this reason, ceria is an essential compound for polishing glass, but it is not produced in Japan and is almost entirely imported from foreign countries such as China. The import amount reached about 10400 tons in 2007, half of which was 5550 tons used as abrasive for glass.
Before ceria was used for glass polishing, α-Fe 2 O 3 called Bengala was the mainstream of glass abrasives. Around 1960, ceria, which is excellent in polishing rate and smoothness of the glass surface after polishing, was used for polishing glass, and it suddenly replaced Bengala. There are various theories as to why this ceria is excellent in glass polishing. Among the theories so far, the theory that the polishing rate is increased by combining ceria with glass during polishing is the most prominent. In fact, there is ceria residue that appears to be due to bonding on the glass surface after polishing, and this is a quality characteristic called ceria's chemical polishing action that is not seen in other glass abrasive grains. .
このように、ガラス研磨に必須のセリアであるが、セリアは我が国では産出されないレアメタルの１つである。また、高精度に表面研磨することが要求される、光ディスクや磁気ディスク用ガラス基板、アクティブマトリックス型ＬＣＤ、太陽電池等のディスプレイ用ガラス基板、液晶ＴＶ用カラーフィルター、時計、電卓、カメラ用ＬＣＤ、ＬＳＩフォトマスク用ガラス基板、あるいは光学用レンズ等のガラス基板や光学用レンズ等の用途が増加するにつれ、ガラス用研磨材の使用量も増加している。このような環境の中で工業的に安価に使用できるセリア代替砥粒への要求は日増しに高まっている。
セリア代替砥粒を開発するに当たり、化学的な研磨作用の強い砥粒の発見、もしくは、砥粒の化学的な研磨作用の向上を図るために、砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法の開発が重要となる。
Thus, although it is an essential ceria for glass polishing, ceria is one of the rare metals not produced in Japan. In addition, optical glass and magnetic disk glass substrates, active matrix LCDs, glass substrates for displays such as solar cells, color filters for liquid crystal TVs, clocks, calculators, LCDs for cameras, As the use of glass substrates for LSI photomasks, glass substrates such as optical lenses, optical lenses, and the like increases, the amount of glass abrasives used also increases. In such an environment, the demand for ceria alternative abrasive grains that can be used industrially at low cost is increasing day by day.
In developing ceria substitute abrasive grains, in order to discover abrasive grains with strong chemical polishing action, or to improve the chemical polishing action of abrasive grains, the abrasive that evaluates the chemical polishing action of abrasive grains Development of grain evaluation method is important.
従来、ガラス研磨に使用される酸化物砥粒の１つとして酸化ジルコニウム（以下、「ジルコニア」ともいう）砥粒がある。また、焼結された多結晶ジルコニアを少なくとも約６０重量％以上含む研磨砥粒が知られている（特許文献１）。ここで焼結された多結晶ジルコニアは特許文献１の明細書各実施例にも記載されているように、安定化ジルコニアであり、この安定化ジルコニアを研磨砥粒製造の原料に用いようとする技術である。
安定化ジルコニアは、ジルコニアにイットリウム、カルシウム、マグネシウム、ハフニウムなどを４〜１５％程度添加した立方晶系の安定化ジルコニアであり、硬度の高い砥粒である。
一方、工業的に安価なジルコニアとして天然のバデライト石を粉砕して砥粒として用いる場合がある。しかし、このバデライト石を粉砕して得られる砥粒は、単斜晶系のジルコニアであり、研磨レートに劣るものであった。
また、カルシウム化合物をカルシウム換算で０．０１〜０．９重量％含有する酸化セリウムを含む希土類酸化物を主成分とする研磨材が知られている（特許文献２）。
Conventionally, as one of oxide abrasive grains used for glass polishing, there is zirconium oxide (hereinafter also referred to as “zirconia”) abrasive grains. Further, a polishing abrasive containing at least about 60% by weight of sintered polycrystalline zirconia is known (Patent Document 1). The polycrystalline zirconia sintered here is a stabilized zirconia as described in the respective examples of Patent Document 1, and this stabilized zirconia is intended to be used as a raw material for manufacturing abrasive grains. Technology.
Stabilized zirconia is cubic stabilized zirconia in which about 4 to 15% of yttrium, calcium, magnesium, hafnium or the like is added to zirconia, and is a hard abrasive grain.
On the other hand, natural badelite stone may be crushed and used as abrasive grains as industrially inexpensive zirconia. However, the abrasive grains obtained by pulverizing this badelite stone were monoclinic zirconia, and the polishing rate was inferior.
Moreover, the abrasive | polishing material which has as a main component the rare earth oxide containing the cerium oxide which contains a calcium compound 0.01-0.9weight% in conversion of calcium is known (patent document 2).
しかしながら、立方晶系の安定化ジルコニア砥粒は硬度が高いため、機械的作用が強く、高荷重、高回転数などの高負荷ではガラスの除去効率として表される研磨レートが極めて高くなる一方、研磨面の平滑性に劣る。このため、研磨レートを高くすると共に平滑性も向上させようとすると、研磨時の荷重は必然的に低荷重にならざるを得ず、結果として立方晶系ジルコニア砥粒が有する高硬度による研磨レートの上昇という機能が損なわれるという問題がある。
また、単斜晶系ジルコニア砥粒は研磨レートに劣るという問題がある。
However, since cubic stabilized zirconia abrasive grains have high hardness, the mechanical action is strong, and the polishing rate expressed as glass removal efficiency becomes extremely high at high loads such as high load and high rotation speed, Inferior smoothness of polished surface. For this reason, when trying to increase the polishing rate and improve the smoothness, the load during polishing inevitably becomes a low load, and as a result, the polishing rate due to the high hardness of the cubic zirconia abrasive grains There is a problem that the function of rising is impaired.
Further, monoclinic zirconia abrasive grains have a problem that the polishing rate is inferior.
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、セリア代替砥粒の開発にあたり、ガラス研磨における砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法の提供を目的とする。
また、この砥粒評価方法を用いることで、従来機械的作用に基づく研磨のみであったジルコニア研磨材に、セリアの有する化学的研磨作用を付与することで、低い研磨荷重であっても、高い研磨レートを有するセリアを含まないガラス用研磨材の提供を目的とする。
The present invention has been made to cope with such problems, and an object of the present invention is to provide an abrasive evaluation method for evaluating the chemical polishing action of abrasive grains in glass polishing in developing ceria substitute abrasive grains.
In addition, by using this abrasive grain evaluation method, it is possible to provide a chemical polishing action possessed by ceria to a zirconia abrasive that has only been polished based on mechanical action in the past, so that even with a low polishing load, it is high. It aims at providing the abrasive | polishing material for glass which does not contain the ceria which has a polishing rate.
本発明の砥粒評価方法は、ガラス材の表面に砥粒を含むスラリーを供給し、研磨パッドに荷重を印加してガラス材の表面を摺動させて研磨するガラス研磨における、砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法であって、
研磨時の研磨荷重を等間隔に表したｘ軸と、研磨時の研磨レートを等間隔に表したｙ軸とを有するグラフにおいて、複数の研磨荷重に対する研磨レートの値が近似的に直線となる領域の該直線がｙ軸と交わるｙ切片の値により、砥粒の化学的な研磨作用を評価することを特徴とする。
また、上記近似的に直線となる領域の該直線の傾きは、研磨荷重０から研磨レートが上昇して、研磨レート上昇率が一定となる領域の傾きであることを特徴とする。
The abrasive grain evaluation method of the present invention is a method for supplying a slurry containing abrasive grains to the surface of a glass material, applying a load to a polishing pad and sliding the surface of the glass material to polish the abrasive chemistry. An abrasive grain evaluation method for evaluating a typical polishing action,
In a graph having an x-axis representing the polishing load at the time of polishing at equal intervals and a y-axis representing the polishing rate at the time of polishing at equal intervals, the values of the polishing rates for a plurality of polishing loads are approximately linear. The chemical polishing action of the abrasive grains is evaluated based on the value of the y intercept at which the straight line of the region intersects the y axis.
In addition, the slope of the line that is approximately a straight line is a slope of a region where the polishing rate increases from a polishing load of 0 and the polishing rate increase rate is constant.
本発明のガラス研磨材は、セリアを含まないジルコニウム系砥粒からなり、このジルコニウム系砥粒は、単斜晶系ジルコニアと、金属原子の酸化物に塩酸を反応させたときの下記化学反応式（１）における△Ｇが負の値を示す金属原子の化合物とを焼成して得られ、少なくとも単斜晶系ジルコニアを砥粒中に含み、上記砥粒評価方法により評価された上記ｙ切片の値が正の値を示すことを特徴とする。
上記ジルコニウム系砥粒は、下記化学式（２）で表される化合物を含むことを特徴とする。
特に、上記化学式（２）で表される化合物がジルコン酸カルシウムであることを特徴とする。
The zirconium-based abrasive grains include a compound represented by the following chemical formula (2).
In particular, the compound represented by the chemical formula (2) is calcium zirconate.
本発明に使用されるジルコニウム系砥粒の圧縮強度が１００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ未満であることを特徴とする。
特に、本発明のガラス研磨材により研磨されるガラスがガラス製磁気ディスクまたは液晶表示装置に使用されるガラス基板であることを特徴とする。
The compression strength of the zirconium-based abrasive used in the present invention is 100 MPa or more and less than 250 MPa.
In particular, the glass polished by the glass abrasive of the present invention is a glass substrate used for a glass magnetic disk or a liquid crystal display device.
本発明の砥粒評価方法により、ガラス研磨における砥粒の化学的な研磨作用を評価することができる。
本発明のガラス研磨材は、セリアを含まないジルコニウム系砥粒からなり、このジルコニウム系砥粒は、単斜晶系ジルコニアと、特定の金属成分とを含む焼結体であり、上記砥粒評価方法により評価されたｙ切片の値が正の値を示すので、従来単斜晶系ジルコニアでは得られなかった化学反応性が付与され、低荷重でも高荷重なみの研磨レートが得られ、かつ低荷重であるために得られる研磨精度が良好で研磨キズの少ない優れた研磨特性を得られる。
With the abrasive grain evaluation method of the present invention, the chemical polishing action of abrasive grains in glass polishing can be evaluated.
The glass abrasive of the present invention comprises zirconium-based abrasive grains that do not contain ceria, and the zirconium-based abrasive grains are a sintered body containing monoclinic zirconia and a specific metal component, and the evaluation of the abrasive grains described above Since the value of the y-intercept evaluated by the method shows a positive value, chemical reactivity that has not been obtained with conventional monoclinic zirconia is imparted, and a polishing rate similar to that of a high load can be obtained even at a low load. Due to the load, excellent polishing characteristics can be obtained with good polishing accuracy and few polishing flaws.
セリア代替砥粒に対する要求レベルは高く、主な点だけでも次の５項目を満足しなければならない。セリアはこれらの要求事項を概ね総合的に満足している化合物である。
（１）砥粒の安全性
（２）工業的に入手が容易かどうかを含めて、砥粒のコスト
（３）研磨レートと寿命を向上させることができる研磨の生産性
（４）研磨面における平滑性にすぐれ、キズがないなどの研磨の品質
（５）砥粒がガラス表面から完全に除去されるかどうかで判定される砥粒の洗浄性
The required level for ceria substitute abrasive grains is high, and the following five items must be satisfied from the main points alone. Ceria is a compound that generally satisfies these requirements.
(1) Safety of abrasive grains (2) Cost of abrasive grains, including whether industrial availability is easy (3) Productivity of polishing capable of improving polishing rate and life (4) On the polished surface Polishing quality such as excellent smoothness and no scratches (5) Abrasive detergency determined by whether or not abrasive grains are completely removed from the glass surface
上記特性を満足させるために、セリアの有する砥粒としての化学的研磨作用を評価し、化学的研磨作用の強い砥粒の開発、または、化学的研磨作用の向上を図る必要がある。 In order to satisfy the above characteristics, it is necessary to evaluate the chemical polishing action of the ceria as an abrasive grain and to develop an abrasive grain having a strong chemical polishing action or to improve the chemical polishing action.
以下の条件で研磨実験を行なった。
（１）実験に用いた砥粒（平均粒径：０．７〜１．４μｍ）
（ａ）ガラス研磨材として使用されているセリア砥粒：三井金属工業社製、Ｍｉｒｅｋ Ｅ２１［図１中、ＣｅＯ2で表す。］
（ｂ）機械的作用が強いとされる単斜晶系ジルコニア砥粒：吉岡研磨材社製、オキシコン［図１中、ＺｒＯ2で表す。］
（ｃ）セリア以前のガラス用研磨材として使用されたベンガラ砥粒：高純度化学社製、α−Ｆｅ2Ｏ3（試薬）［図１中、α−Ｆｅ2Ｏ3で表す。］
（ｄ）光触媒としての特性も持つ酸化チタン砥粒：高純度化学社製、ＴｉＯ2（アナターゼ型）（試薬）［図１中、ＴｉＯ2で表す。］
上記砥粒は、（ａ）セリア砥粒、（ｃ）ベンガラ砥粒、および（ｄ）酸化チタン砥粒が化学的研磨作用を有する砥粒とされているものであり、（ｂ）単斜晶系ジルコニア砥粒は機械的研磨作用が主であるとされている砥粒である。
Polishing experiments were conducted under the following conditions.
(1) Abrasive grains used in the experiment (average particle diameter: 0.7 to 1.4 μm)
(A) Ceria abrasive used as a glass abrasive: Mitek E21 manufactured by Mitsui Kinzoku Kogyo Co., Ltd. [Represented by CeO 2 in FIG. ]
(B) Monoclinic zirconia abrasive grains considered to have a strong mechanical effect: Oxicon manufactured by Yoshioka Abrasives Co., Ltd. [In FIG. 1, this is represented by ZrO 2 . ]
(C) Bengala abrasive used as an abrasive for glass before ceria: α-Fe 2 O 3 (reagent) manufactured by Kojun Chemical Co. [Represented by α-Fe 2 O 3 in FIG. ]
(D) Titanium oxide abrasive grains having characteristics as a photocatalyst: TiO 2 (anatase type) (reagent) manufactured by High Purity Chemical Co. [Represented by TiO 2 in FIG. ]
The abrasive grains are those in which (a) ceria abrasive grains, (c) bengara abrasive grains, and (d) titanium oxide abrasive grains have chemical polishing action, and (b) monoclinic crystals The zirconia-based abrasive grains are abrasive grains that are assumed to mainly have a mechanical polishing action.
（２）実験条件
（ａ）使用装置：オスカー式片面揺動研磨機；ラップマスター社製、ＬＧＰ−１５Ｓ
（ｂ）上定盤回転数：１００ｒｐｍ
（ｃ）下定盤回転数：１００ｒｐｍ
（ｄ）スラリー流量：５００ｍＬ／ｍｉｎ．
（ｅ）使用パッド：発泡ポリウレタンパッド（ニッタハース社製、ＭＨ−１５Ａ 溝なし）
（ｆ）スラリー濃度：砥粒として１０重量％
（ｇ）研磨対象ガラス：ソーダライムガラス（旭硝子社製、ＡＳ φ１ｉｎｃｈ）
（ｈ）研磨荷重：２５、５０、７５、１００、２００、３００、５００、７００、９００ｇｆ/ｃｍ2、但し、２５、５０、７５ｇｆ/ｃｍ2はセリア砥粒および単斜晶系ジルコニア砥粒について行なった。
なお、研磨実験の前に研磨パッドの表面をドレッシングし、研磨は１時間行なった後、研磨レートは最後の１５分間の研磨量を１５で割った値とした（１分間あたりの研磨量（μｍ））
(2) Experimental conditions (a) Equipment used: Oscar-type single-sided rocking polisher; LGP-15S manufactured by Lapmaster
(B) Upper surface plate rotation speed: 100 rpm
(C) Lower surface plate rotation speed: 100 rpm
(D) Slurry flow rate: 500 mL / min.
(E) Pad used: Polyurethane foam pad (Nitta Haas, MH-15A without groove)
(F) Slurry concentration: 10% by weight as abrasive grains
(G) Glass to be polished: Soda lime glass (Asahi Glass Co., Ltd., AS φ1 inch)
(H) Polishing load: 25, 50, 75, 100, 200, 300, 500, 700, 900 gf / cm 2 , where 25, 50, and 75 gf / cm 2 are for ceria abrasive grains and monoclinic zirconia abrasive grains I did it.
Before the polishing experiment, the surface of the polishing pad was dressed and polishing was performed for 1 hour, and then the polishing rate was determined by dividing the polishing amount for the last 15 minutes by 15 (polishing amount per minute (μm ))
実験結果を図１に示す。また、図２は、図１の結果より研磨レートの解析結果を示す図である。
図２に示すように、（ａ）セリア砥粒、（ｃ）ベンガラ砥粒、（ｄ）酸化チタン砥粒は、研磨荷重がおよそ３００ｇｆ/ｃｍ2付近までは研磨レートが急激に上昇し、それ以上の研磨荷重では研磨レート上昇率が一定となる。すなわちおよそ３００ｇｆ/ｃｍ2以上の研磨荷重領域において、研磨時の研磨荷重を等間隔に表したｘ軸と、研磨時の研磨レートを等間隔に表したｙ軸とを有するグラフにおいて、複数の研磨荷重に対する研磨レートの値が近似的に直線となる。
これに対して、（ｂ）単斜晶系ジルコニア砥粒は、全研磨荷重領域において、研磨レート上昇率が一定であり、そのグラフは原点付近を通る直線となる。
このような現象は下記のように考えることができる。研磨荷重が０から増大するにつれて、砥粒の化学的研磨作用が急激に出現し研磨レートを増大させるもととなる。これは化学的研磨作用を出現するためには何らかのエネルギー（活性化エネルギー）が必要で機械的な圧力がそれに相当する。その化学的研磨作用は研磨荷重の上昇に比例するのではなく、ある研磨荷重（３００ｇｆ/ｃｍ2付近）で飽和する。その研磨荷重以降は、一定の化学的研磨作用と研磨荷重に比例する機械的作用の２つの作用で研磨レートが増大する。
The experimental results are shown in FIG. Moreover, FIG. 2 is a figure which shows the analysis result of a polishing rate from the result of FIG.
As shown in FIG. 2, the polishing rate of (a) ceria abrasive, (c) bengara abrasive, and (d) titanium oxide abrasive increases sharply until the polishing load is about 300 gf / cm 2. With the above polishing load, the rate of increase in the polishing rate is constant. That is, in a polishing load region of about 300 gf / cm 2 or more, a graph having an x-axis that represents the polishing load at the time of polishing at equal intervals and a y-axis that represents the polishing rate at the time of polishing at equal intervals. The value of the polishing rate with respect to the load is approximately a straight line.
On the other hand, (b) monoclinic zirconia abrasive grains have a constant polishing rate increase rate in the entire polishing load region, and the graph is a straight line passing through the vicinity of the origin.
Such a phenomenon can be considered as follows. As the polishing load increases from 0, the chemical polishing action of the abrasive grains appears abruptly and increases the polishing rate. This requires some energy (activation energy) for the chemical polishing action to appear, and mechanical pressure corresponds to it. The chemical polishing action is not proportional to the increase in polishing load, but saturates at a certain polishing load (around 300 gf / cm 2 ). After the polishing load, the polishing rate is increased by two actions: a constant chemical polishing action and a mechanical action proportional to the polishing load.
化学的研磨作用を考慮しない、研磨レートを表す式としてＰｒｅｓｔｏｎの式がある。すなわち、研磨レートをδｄ、研磨荷重をｐ、相対速度をｖとすると、δｄ＝ｋ・ｐ・ｖ で表される。ここでｋは比例定数であり、上記実験では相対速度が一定となるので、研磨レートは原点を通る直線のグラフとなる。
しかし、研磨荷重が３００ｇｆ/ｃｍ2付近以上での化学的研磨作用を考慮した研磨レートを表す式としては、上記実験結果から、δｄ＝ｋ・ｐ・ｖ＋β で表わされる。
このような考えに立脚すると、βに対応する、ｙ切片（形式上の単位はμｍ/ｍｉｎ．）は化学的作用の程度を示す指標と考えることができる。すなわち、研磨時の研磨荷重を等間隔に表したｘ軸と、研磨時の研磨レートを等間隔に表したｙ軸とを有するグラフにおいて、複数の研磨荷重に対する研磨レートの値が近似的に直線となる領域の該直線がｙ軸と交わるｙ切片の値により、砥粒の化学的な研磨作用を評価することができる。特に、近似的に直線となる領域の該直線の傾きは、研磨荷重０から研磨レートが上昇して、研磨レート上昇率が一定となる領域の傾きであることが重要である。
There is a Preston's formula as a formula representing the polishing rate without considering the chemical polishing action. That is, when the polishing rate is δd, the polishing load is p, and the relative speed is v, δd = k · p · v. Here, k is a proportional constant, and since the relative speed is constant in the above experiment, the polishing rate is a straight line graph passing through the origin.
However, from the above experimental results, δd = k · p · v + β is expressed as a formula representing the polishing rate considering the chemical polishing action when the polishing load is near 300 gf / cm 2 or more.
Based on this idea, the y-intercept (formal unit is μm / min.) Corresponding to β can be considered as an index indicating the degree of chemical action. That is, in a graph having an x axis representing the polishing load at the time of polishing at equal intervals and a y axis representing the polishing rate at the time of polishing at equal intervals, the values of the polishing rates for a plurality of polishing loads are approximately linear. The chemical polishing action of the abrasive grains can be evaluated by the value of the y intercept at which the straight line of the region becomes the y-axis. In particular, it is important that the slope of the straight line in the region that is approximately a straight line is a slope of the region in which the polishing rate increases from the polishing load 0 and the polishing rate increase rate is constant.
図２に示す、３００ｇｆ/ｃｍ2付近以上の直線の傾き、相関係数、ｙ切片、およびこのｙ切片を指標としてまとめて表１に示す。表１より、ｙ切片が正の値を示す研磨材は、化学的研磨作用を有する研磨材ということができ、ｙ切片を化学的研磨作用の指標とできる。また、その値が大きい砥粒は化学的研磨作用が大きいといえる。
上記化学的研磨作用の指標であるｙ切片の値をセリア砥粒の値に近づければ、セリア代替研磨材が得られる。セリア砥粒の化学的性質を研究した結果、セリア砥粒の塩基性に着目し、既存砥粒である単斜晶系ジルコニア砥粒に適量の塩基性を示す金属原子、例えばカルシウムを含有させることで、ｙ切片の値が正の値を示し、研磨レートならびに研磨後のガラス表面の平滑性が現行のセリアに匹敵する砥粒が得られた。本発明はこのような知見に基づくものである。 If the value of the y intercept, which is an index of the chemical polishing action, is brought close to the value of ceria abrasive grains, a ceria substitute abrasive can be obtained. As a result of studying the chemical properties of ceria abrasive grains, focusing on the basicity of ceria abrasive grains, the monoclinic zirconia abrasive grains, which are existing abrasive grains, must contain a metal atom that shows an appropriate amount of basicity, such as calcium. Thus, an abrasive having a positive y-intercept value and a polishing rate and smoothness of the polished glass surface comparable to that of the current ceria was obtained. The present invention is based on such knowledge.
本発明のガラス研磨材はジルコニウム系砥粒からなるセリア代替砥粒である。本発明においてセリアを含まないとは、意図的にセリアを含まないことを意味しており、不可避的に含まれる不純物としてのセリアを除く意味ではない。
本発明の原料として使用される単斜晶系ジルコニアは、工業用非安定化ジルコニアを主成分とする。工業用非安定化ジルコニアとは、単斜晶系ジルコニアとして市販品されている安定化されていない製品をいう。このような製品としては、バデライト石などの天然物を粉砕した粉体が挙げられる。工業用非安定化ジルコニアとしては、ジルコニアと化学的性質が類似しているハフニアが含まれている場合であっても使用できる。また、ＺｒＯ2としての純度を上げた単斜晶系ジルコニア単体の粉体も使用できる。
The glass abrasive | polishing material of this invention is a ceria substitute abrasive grain which consists of a zirconium-type abrasive grain. In the present invention, not containing ceria means that ceria is not intentionally included, and does not mean that ceria as an inevitably contained impurity is excluded.
Monoclinic zirconia used as a raw material of the present invention is mainly composed of industrial unstabilized zirconia. Industrial unstabilized zirconia refers to unstabilized products that are commercially available as monoclinic zirconia. An example of such a product is a powder obtained by pulverizing a natural product such as badelite stone. The industrial non-stabilized zirconia can be used even when it contains hafnia that has similar chemical properties to zirconia. In addition, a monoclinic zirconia powder having a higher purity as ZrO 2 can be used.
ガラス表面の研磨理論において、ガラスの研磨は、砥粒の機械的な除去作用と砥粒の化学的除去の複合作用により行なわれることが知られている。前者の機械的な除去作用は、ガラスだけでなくセラミックスや金属のような材料に対しても適用される作用であり、一般的には微小切削あるいは微小流動で表現される現象である。
これに比べて後者の化学的な作用を説明するための考えの１つとして、ガラスの最表面が研磨中に水によって水和され、その水和された層が比較的柔らかいので研磨が進行するという考えがある。本発明者等は、ガラス表面の水和は砥粒の塩基性に関係し、その塩基性が研磨を進行させるという点に着目した。
ガラス形成酸化物は酸性であり、ガラス中間酸化物は両性、ガラス網目修飾酸化物は塩基性であるので、ガラスの研磨を酸塩基の反応とみなせば、砥粒として塩基性が適していると考えることができる。その塩基性の程度は、例えば、強塩基の場合は、ガラスを腐食させる効果が大きいので好ましくない。このため、セリアのような弱塩基性を有する砥粒が好ましいと考えられる。
In the glass surface polishing theory, it is known that glass polishing is performed by a combined action of mechanical removal of abrasive grains and chemical removal of abrasive grains. The former mechanical removal action is an action applied not only to glass but also to materials such as ceramics and metals, and is generally a phenomenon expressed by micro-cutting or micro-flow.
Compared to this, one of the ideas for explaining the chemical action of the latter is that the outermost surface of the glass is hydrated by water during polishing, and the hydrated layer is relatively soft, so that the polishing proceeds. There is an idea. The present inventors paid attention to the fact that hydration of the glass surface is related to the basicity of the abrasive grains, and that basicity advances the polishing.
The glass-forming oxide is acidic, the glass intermediate oxide is amphoteric, and the glass network-modifying oxide is basic. Therefore, if glass polishing is regarded as an acid-base reaction, the basicity is suitable as an abrasive. Can think. The degree of basicity is not preferable, for example, in the case of a strong base because the effect of corroding glass is great. For this reason, it is thought that the abrasive grain which has weak basicity like ceria is preferable.
酸化物の塩基性の尺度として、以下の化学反応式（１）に示す、金属酸化物と塩酸（ＨＣｌ）との反応による自由エネルギー変化（△Ｇ）を挙げることができる。
酸化物陽イオンの価数ごとに、そのΔＧをプロットした図を図３に示す。
図３において、ΔＧの負の値が大きいほど塩基性が大であることを示す。この図からＳｉＯ2は酸性、ＣｅＯ2はやや塩基性、Ｆｅ2Ｏ3もＣｅＯ2ほどではないが塩基性、ＺｒＯ2やＴｉＯ2はその中間であることがわかる。ＣａＯ、ＢａＯは、より塩基性を示し、Ｋ2ＯやＮａ2Ｏは更に強い塩基性を示している。そのため、ジルコニアに塩基性の他元素を含有させることで砥粒の塩基性を増大させることができる。
単斜晶系ジルコニアと反応して、砥粒に塩基性を付与できる酸化物としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、ＭｇＯ、ＢａＯ、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3などを例示できる。
As a measure of the basicity of the oxide, a change in free energy (ΔG) due to the reaction between the metal oxide and hydrochloric acid (HCl) shown in the following chemical reaction formula (1) can be mentioned.
FIG. 3 shows a plot of ΔG for each valence of the oxide cation.
In FIG. 3, it shows that basicity is so large that the negative value of (DELTA) G is large. From this figure, it can be seen that SiO 2 is acidic, CeO 2 is slightly basic, Fe 2 O 3 is not as basic as CeO 2 , but ZrO 2 and TiO 2 are intermediate. CaO and BaO show more basicity, and K 2 O and Na 2 O show stronger basicity. Therefore, the basicity of the abrasive grains can be increased by adding other basic elements to zirconia.
Examples of oxides that can react with monoclinic zirconia to impart basicity to abrasive grains include CaO, MnO, FeO, NiO, ZnO, SnO, MgO, BaO, K 2 O, Na 2 O, and Fe 2 O. 3 etc. can be illustrated.
二元系の酸化物の塩基度を定量的に評価する尺度として、以下に示すガラスの光学的塩基度を評価する経験式：Duffy＆Ingramの式（電気陰性度からの評価）がある。
塩基度＝１−Σ（（Ｚｉ＊Ｒｉ／２）＊（１−１／γｉ））
上記式において、γｉ＝１．３６＊（χｉ−０．２６）（χｉ ｉ種陽イオンの電気陰性度）であり、Ｚｉはｉ種陽イオンの原子価であり、ＲｉはＭxＯyとしたときのｘ/ｙを表す。
As a scale for quantitatively evaluating the basicity of a binary oxide, there is the following empirical formula for evaluating the optical basicity of glass: Duffy & Ingram formula (evaluation based on electronegativity).
Basicity = 1-Σ ((Zi * Ri / 2) * (1-1 / γi))
In the above formula, γi = 1.36 * (χi−0.26) (the electronegativity of χi i-type cation), Zi is the valence of the i-type cation, and Ri is M x O y and X / y at the time.
Duffy＆Ingramの式を用いて、ジルコニアに他の金属酸化物の種類および配合量を変化させた場合の塩基度の計算結果を表２に示す。
単斜晶系ジルコニアと反応して、安全でかつ高い塩基度が得られ、工業的に入手が容易なカルシウム化合物が好ましい。
Table 2 shows the calculation results of basicity when the type and blending amount of other metal oxides are changed to zirconia using the Duffy & Ingram equation.
A calcium compound that reacts with monoclinic zirconia to obtain a safe and high basicity and is easily available industrially is preferred.
本発明のガラス研磨材は、少なくとも単斜晶系ジルコニアを砥粒中に含み、単斜晶系ジルコニアと反応して上記化学式（２）で表される化合物を含むジルコニウム系砥粒である。これらのジルコニウム系砥粒の化学的作用を上記ｙ切片の値で評価した。ｙ切片の値は上記評価方法により求めた。結果を図４、表３に示す。なお、表３には、比較として上記に記した、セリア研磨材、単斜晶系ジルコニア研磨材、ベンガラ研磨材、アルミナ研磨材のｙ切片の値を示す。
なお、単斜晶系ジルコニアおよびアルミナ砥粒のｙ軸切片の値が０にならないのは、不可避的不純物のためと考えられる。上記研磨条件において、ｙ切片の値は０．２以上あれば化学的研磨作用を有するということができる。
The glass abrasive of the present invention is a zirconium-based abrasive that contains at least monoclinic zirconia in the abrasive and contains a compound represented by the above chemical formula (2) by reacting with the monoclinic zirconia. The chemical action of these zirconium-based abrasive grains was evaluated by the value of the above y-intercept. The value of the y intercept was obtained by the above evaluation method. The results are shown in FIG. Table 3 shows the y-intercept values of the ceria abrasive, the monoclinic zirconia abrasive, the bengara abrasive, and the alumina abrasive described above for comparison.
The reason why the value of the y-axis intercept of monoclinic zirconia and alumina abrasive grains does not become 0 is considered to be an inevitable impurity. Under the above polishing conditions, if the value of the y-intercept is 0.2 or more, it can be said that it has a chemical polishing action.
単斜晶系ジルコニアにカルシウムを含有させることで研磨レートの向上を図った。また、砥粒合成時の焼成温度を種々変化させることで砥粒圧縮強度を変化させ研磨の機械的な作用についても最適な砥粒物性を得るために、カルシウム含有量を元素換算で８〜５０％に、砥粒合成時の焼成温度を１０００℃と１２５０℃とに設定して砥粒を製造した。
砥粒の製造条件は以下の通りである。
（１）市販の単斜晶系ジルコニア粉末（ＺｒＯ2）と炭酸カルシウム粉末（ＣａＣＯ3）を準備する。
（２）目的とする組成に合うように各々秤量する。
（３）秤量した２種類の粉末をジルコニアボールミルで湿式混合する。使用するボールの径は、１０ｍｍと５ｍｍの二種類とする。
（４）混合した粉末をるつぼに入れて、電気炉にて焼成する。焼成温度は１０００℃と１２５０℃に設定し、得られた合成砥粒の特性を評価する。焼成時間は、焼成温度で２時間維持を原則とする。
（５）合成砥粒をボールミルで粉砕し、平均粒径１μ前後の砥粒粉末を得る。
The polishing rate was improved by adding calcium to monoclinic zirconia. In addition, in order to change the abrasive compressive strength by changing the firing temperature during the synthesis of the abrasive grains and obtain the optimum abrasive physical properties with respect to the mechanical action of polishing, the calcium content is 8 to 50 in terms of elements. %, The firing temperature during the synthesis of the abrasive grains was set to 1000 ° C. and 1250 ° C. to produce abrasive grains.
The manufacturing conditions of the abrasive grains are as follows.
(1) Commercially available monoclinic zirconia powder (ZrO 2 ) and calcium carbonate powder (CaCO 3 ) are prepared.
(2) Weigh each so as to meet the target composition.
(3) The two kinds of weighed powders are wet-mixed with a zirconia ball mill. There are two types of ball diameters, 10 mm and 5 mm.
(4) The mixed powder is put into a crucible and fired in an electric furnace. The firing temperature is set to 1000 ° C. and 1250 ° C., and the characteristics of the resultant synthetic abrasive are evaluated. In principle, the firing time is maintained at the firing temperature for 2 hours.
(5) The synthetic abrasive is pulverized with a ball mill to obtain an abrasive powder having an average particle size of about 1 μm.
得られた砥粒を用い、オスカー式片面揺動研磨機にてガラスを研磨し、（１）研磨レート（μｍ/ｍｉｎ．）、（２）ガラス研磨後の平滑度Ｒａ（ｎｍ）、（３）砥粒の圧縮強度（ＭＰａ）を測定した。結果を表４に示す。なお、平滑度Ｒａ（ｎｍ）は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、砥粒の圧縮強度（ＭＰａ）は島津製作所製微小圧縮試験機ＭＣＴ−Ｗ２１１により砥粒の二次粒子を砕く際の力を測定した。測定結果を表４に示す。
また、上記方法で製造したカルシウム含有ジルコニウム砥粒のＸＲＤ測定結果を表４に示す。なお、ＸＲＤ測定は、理学電機（株）社製 ＲＩＮＴ２５００を用いて測定し、ＸＲＤ結果の欄のＡ／Ｂにおいて、ＢはＡよりも多量に含むことを表す。
Using the obtained abrasive grains, the glass was polished with an Oscar-type single-sided oscillating polishing machine. (1) Polishing rate (μm / min.), (2) Smoothness Ra (nm) after glass polishing, (3 ) The compressive strength (MPa) of the abrasive grains was measured. The results are shown in Table 4. The smoothness Ra (nm) is determined by the atomic force microscope (AFM), and the compressive strength (MPa) of the abrasive is the force when the secondary particles of the abrasive are crushed by the Shimadzu micro compression tester MCT-W211. It was measured. Table 4 shows the measurement results.
Table 4 shows the XRD measurement results of the calcium-containing zirconium abrasive grains produced by the above method. In addition, XRD measurement is measured using RINT2500 manufactured by Rigaku Corporation. B / A in the column of XRD results indicates that B is included in a larger amount than A.
カルシウムの含有量は元素換算で５％以上〜５０％未満が好ましく、より好ましくは８〜４５％であり、さらにより好ましくは２０〜４０％である。
The calcium content is preferably 5% to less than 50% in terms of element, more preferably 8 to 45%, and even more preferably 20 to 40%.
表４に示すように、得られた砥粒のＸＲＤ測定によれば、単斜晶系を示すジルコニアが存在し、カルシウムの含有量が増えると、単斜晶系を示すジルコニア中に化学式（２）で表される化合物とが存在するようになり、このよう砥粒がガラス研磨材として良好であった。
また、単斜晶系ジルコニアと金属化合物との焼結反応が進み、単斜晶系ジルコニアが立方晶系ジルコニアに相転移するとガラスの表面平滑度が悪くなる。
このため、砥粒製造時の焼成条件は立方晶系ジルコニアが生成しない条件が好ましく、焼成温度としては、６００〜１６００℃、好ましくは６００℃以上、１２５０℃未満である。
市販品として入手できるジルコニア粉末は、ＸＲＤ測定の結果、単斜晶であることが認められた。このため、工業用非安定化ジルコニアは単斜晶系であることがわかる。すなわち、本発明に使用できるジルコニウム系砥粒は、単斜晶系のジルコニア内に上記化学式（２）で表される化合物を含むことが好ましく、セリア系砥粒と同等の研磨性能を発揮できる。
As shown in Table 4, according to the XRD measurement of the obtained abrasive grains, when zirconia showing a monoclinic system exists and the calcium content increases, the chemical formula (2 ), And the abrasive grains were excellent as glass abrasives.
Further, when the sintering reaction of monoclinic zirconia and a metal compound proceeds and the monoclinic zirconia undergoes a phase transition to cubic zirconia, the surface smoothness of the glass deteriorates.
For this reason, the firing conditions at the time of manufacturing the abrasive grains are preferably such that cubic zirconia is not generated, and the firing temperature is 600 to 1600 ° C., preferably 600 ° C. or more and less than 1250 ° C.
As a result of XRD measurement, the zirconia powder available as a commercial product was confirmed to be monoclinic. For this reason, it turns out that industrial non-stabilized zirconia is monoclinic. That is, the zirconium-based abrasive grains that can be used in the present invention preferably include a compound represented by the above chemical formula (2) in monoclinic zirconia, and can exhibit polishing performance equivalent to that of ceria-based abrasive grains.
表４に示すように、立方晶系ジルコニアの場合に圧縮強度が２５０ＭＰａ以上となる。この圧縮強度は、機械的作用による研磨の寄与と考えられるため、圧縮強度が高くなると研磨レートは高まるが、ガラス表面の平滑度が低下する。一方、圧縮強度が低下すると研磨レートが低下する。セリア砥粒の圧縮強度が１００ＭＰａであることを考慮すると、セリア代替砥粒としては、圧縮強度が１００ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ未満であることが好ましい。より好ましくは１００ＭＰａ〜２００ＭＰａである。 As shown in Table 4, in the case of cubic zirconia, the compressive strength is 250 MPa or more. Since this compressive strength is considered to be a contribution of polishing by a mechanical action, the polishing rate increases when the compressive strength increases, but the smoothness of the glass surface decreases. On the other hand, when the compressive strength decreases, the polishing rate decreases. Considering that the compressive strength of the ceria abrasive grains is 100 MPa, the ceria substitute abrasive grains preferably have a compressive strength of 100 MPa or more and less than 250 MPa. More preferably, it is 100 MPa-200 MPa.
本発明に使用できるジルコニウム系砥粒は、２００〜３００ｎｍの一次粒子が集合して二次粒子を形成している。この二次粒子の粒子径は粒子径が大きくなると研磨レートが向上するが、一方ガラス表面の表面粗さが低下する。このため、砥粒の平均粒子径は０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。 Zirconium-based abrasive grains that can be used in the present invention are formed by aggregating primary particles of 200 to 300 nm to form secondary particles. As the particle diameter of the secondary particles increases, the polishing rate increases, but the surface roughness of the glass surface decreases. For this reason, it is preferable that the average particle diameter of an abrasive grain is 0.1 micrometer-10 micrometers.
本発明のガラス研磨材は、上記ジルコニウム系砥粒を公知の方法でスラリー化してガラス表面の研磨に用いることができる。スラリー媒体として純水を用い、スラリー濃度を１０重量％程度とする。この濃度は磁気ディスク基板用ガラスならびに液晶基板用ガラスの研磨の生産条件に準じた濃度である。また、スラリーには分散剤を配合することで研磨レートを向上させることができる。
本発明のガラス研磨材は、セリア系研磨材の代替として、磁気ディスク基板用ガラスならびに液晶基板用ガラスの研磨材として使用できる。
The glass abrasive of the present invention can be used for polishing the glass surface by slurrying the zirconium-based abrasive grains by a known method. Pure water is used as the slurry medium, and the slurry concentration is about 10% by weight. This concentration is in accordance with the production conditions for polishing the glass for a magnetic disk substrate and the glass for a liquid crystal substrate. Moreover, a polishing rate can be improved by mix | blending a dispersing agent with a slurry.
The glass abrasive of the present invention can be used as an abrasive for glass for magnetic disk substrates and glass for liquid crystal substrates, as an alternative to ceria-based abrasives.
実施例１
単斜晶系酸化ジルコニウム（吉岡研磨材 オキシコン）に金属原子換算で、１５％のカルシウムを含む複合酸化物を以下の方法で合成した。
酸化ジルコニウム粉末に水酸化カルシウムを原料とするカルシウムを金属原子換算で１５％含む混合物をボールミルで湿式混合する。この混合物を乾燥させた後、１０００℃で２時間焼成してカルシウムを酸化ジルコニウムに固溶させる。
得られたカルシウム含有酸化ジルコニウムを粉砕して平均二次粒子径をレーザー回析式粒度分析測定装置（島津製作所製ＳＡＬＤ−２２００）で測定した。また、圧縮強度を島津製作所製微小圧縮試験機ＭＣＴーＷ２１１で測定した。
このカルシウム含有酸化ジルコニウムを純水を媒体にして重量換算で１０％含むスラリーを調整した。
Example 1
A composite oxide containing 15% calcium in terms of metal atoms in monoclinic zirconium oxide (Yoshioka abrasive Oxycon) was synthesized by the following method.
A mixture containing 15% of calcium oxide as a raw material in zirconium oxide powder as a raw material is wet mixed by a ball mill. The mixture is dried and then calcined at 1000 ° C. for 2 hours to dissolve calcium in the zirconium oxide.
The obtained calcium-containing zirconium oxide was pulverized, and the average secondary particle size was measured with a laser diffraction particle size analyzer (SALD-2200 manufactured by Shimadzu Corporation). Further, the compressive strength was measured with a micro compression tester MCT-W211 manufactured by Shimadzu Corporation.
A slurry containing 10% of this calcium-containing zirconium oxide in terms of weight was prepared using pure water as a medium.
得られたスラリーを用いて、研磨レートを以下の方法で測定した。
測定は、オスカー式片面揺動研磨機（ラップマスター社製、ＬＧＰ−１５Ｓ）を用いて測定した。研磨パッドは発泡ポリウレタンパッド（ニッタハース ＭＨ−１５Ａ 溝なし）を用いた。研磨荷重は１００ｇｆ/ｃｍ2、回転数は１００ｒｐｍであり、上記スラリーを５００ｍＬ／ｍｉｎ．の割合で研磨パッドに注いだ。
研磨対象ガラスは直径２インチの磁気ディスク用ガラス基板である。なお、研磨テストの前に研磨パッドの表面をドレッシングし、研磨は１時間行なった後、研磨レートは最後の１５分間の研磨量を１５で割った値とした（１分間あたりの研磨量（μｍ））。ガラス表面の平滑度Ｒａ（ｎｍ）は原子間力顕微鏡（島津製作所製ＳＰＭ９６００）により測定した。結果を表５に示す。
The polishing rate was measured by the following method using the obtained slurry.
The measurement was performed using an Oscar type single-sided rocking polisher (LGP-15S, manufactured by Lapmaster). As the polishing pad, a foamed polyurethane pad (Nita Hearth MH-15A, without groove) was used. The polishing load was 100 gf / cm 2 , the rotation speed was 100 rpm, and the slurry was 500 mL / min. Was poured into the polishing pad at a rate of.
The glass to be polished is a glass substrate for a magnetic disk having a diameter of 2 inches. Before the polishing test, the surface of the polishing pad was dressed, and polishing was performed for 1 hour, and then the polishing rate was determined by dividing the final 15 minute polishing amount by 15 (polishing amount per minute (μm )). The smoothness Ra (nm) of the glass surface was measured with an atomic force microscope (SPM9600 manufactured by Shimadzu Corporation). The results are shown in Table 5.
実施例２〜３、比較例１〜３
カルシウムを金属原子換算で８％（実施例２）、同３０％（実施例３）とする以外は実施例１と同一の方法で砥粒を作製し、実施例１と同様に評価した。また、比較例１は、実施例３と同じ配合で、焼成温度を１２５０℃とする以外は実施例１と同一の方法で砥粒を作製し、実施例１と同様に評価した。さらに比較例２は市販の単斜晶系ジルコニア砥粒であり、比較例３は市販のセリア砥粒である。評価結果を表５に示す。なお、結晶系の欄のＡ／Ｂにおいて、ＢはＡよりも多量に含むことを表す。
Examples 2-3 and Comparative Examples 1-3
Abrasive grains were produced in the same manner as in Example 1 except that calcium was changed to 8% (Example 2) and 30% (Example 3) in terms of metal atoms, and evaluated in the same manner as in Example 1. In Comparative Example 1, abrasive grains were prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition was the same as in Example 3 and the firing temperature was 1250 ° C., and evaluation was performed in the same manner as in Example 1. Further, Comparative Example 2 is a commercially available monoclinic zirconia abrasive grain, and Comparative Example 3 is a commercially available ceria abrasive grain. The evaluation results are shown in Table 5. In addition, in A / B in the column of the crystal system, B represents a larger amount than A.
本発明のガラス研磨材は、研磨レートおよび研磨後のガラス表面の平滑性がレアメタルの１つであるセリア系ガラス研磨材と同等であるので、セリア代替研磨材として利用することができる。 The glass abrasive of the present invention can be used as a ceria substitute abrasive because the polishing rate and the smoothness of the polished glass surface are equivalent to a ceria glass abrasive that is one of rare metals.
本発明はレアメタルの１つである酸化セリウム（ＣｅＯ2）（以下、「セリア」ともいう）を含まないガラス用研磨材に関する。 The present invention relates to an abrasive for glass that does not contain cerium oxide (CeO 2 ) (hereinafter also referred to as “ceria”), which is one of rare metals.
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、セリア代替砥粒の開発にあたり、ガラス研磨における砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法を用いることで、従来機械的作用に基づく研磨のみであったジルコニア研磨材に、セリアの有する化学的研磨作用を付与することで、低い研磨荷重であっても、高い研磨レートを有するセリアを含まないガラス用研磨材の提供を目的とする。 The present invention has been made to cope with such problems, and in developing ceria substitute abrasive grains, a conventional machine is used by using an abrasive evaluation method for evaluating the chemical polishing action of abrasive grains in glass polishing. By providing the chemical polishing action of ceria to zirconia abrasives that were only polished based on mechanical action, it is possible to provide an abrasive for glass that does not contain ceria and has a high polishing rate even at low polishing loads With the goal.
本発明に使用できる砥粒評価方法は、ガラス材の表面に砥粒を含むスラリーを供給し、研磨パッドに荷重を印加してガラス材の表面を摺動させて研磨するガラス研磨における、砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法であって、
研磨時の研磨荷重を等間隔に表したｘ軸と、研磨時の研磨レートを等間隔に表したｙ軸とを有するグラフにおいて、複数の研磨荷重に対する研磨レートの値が近似的に直線となる領域の該直線がｙ軸と交わるｙ切片の値により、砥粒の化学的な研磨作用を評価することを特徴とする。
また、上記近似的に直線となる領域の該直線の傾きは、研磨荷重０から研磨レートが上昇して、研磨レート上昇率が一定となる領域の傾きであることを特徴とする。
The abrasive grain evaluation method that can be used in the present invention is an abrasive grain in glass polishing in which a slurry containing abrasive grains is supplied to the surface of a glass material, and a load is applied to the polishing pad to slide the surface of the glass material for polishing. An abrasive grain evaluation method for evaluating the chemical polishing action of
In a graph having an x-axis representing the polishing load at the time of polishing at equal intervals and a y-axis representing the polishing rate at the time of polishing at equal intervals, the values of the polishing rates for a plurality of polishing loads are approximately linear. The chemical polishing action of the abrasive grains is evaluated based on the value of the y intercept at which the straight line of the region intersects the y axis.
In addition, the slope of the line that is approximately a straight line is a slope of a region where the polishing rate increases from a polishing load of 0 and the polishing rate increase rate is constant.
本発明に使用できる砥粒評価方法により、ガラス研磨における砥粒の化学的な研磨作用を評価することができる。
本発明のガラス研磨材は、セリアを含まないジルコニウム系砥粒からなり、このジルコニウム系砥粒は、単斜晶系ジルコニアと、特定の金属成分とを含む焼結体であり、上記砥粒評価方法により評価されたｙ切片の値が正の値を示すので、従来単斜晶系ジルコニアでは得られなかった化学反応性が付与され、低荷重でも高荷重なみの研磨レートが得られ、かつ低荷重であるために得られる研磨精度が良好で研磨キズの少ない優れた研磨特性を得られる。
With the abrasive grain evaluation method that can be used in the present invention , the chemical polishing action of abrasive grains in glass polishing can be evaluated.
The glass abrasive of the present invention comprises zirconium-based abrasive grains that do not contain ceria, and the zirconium-based abrasive grains are a sintered body containing monoclinic zirconia and a specific metal component, and the evaluation of the abrasive grains described above Since the value of the y-intercept evaluated by the method shows a positive value, chemical reactivity that has not been obtained with conventional monoclinic zirconia is imparted, and a polishing rate similar to that of a high load can be obtained even at a low load. Due to the load, excellent polishing characteristics can be obtained with good polishing accuracy and few polishing flaws.
参考例１
単斜晶系酸化ジルコニウム（吉岡研磨材 オキシコン）に金属原子換算で、１５％のカルシウムを含む複合酸化物を以下の方法で合成した。
酸化ジルコニウム粉末に水酸化カルシウムを原料とするカルシウムを金属原子換算で１５％含む混合物をボールミルで湿式混合する。この混合物を乾燥させた後、１０００℃で２時間焼成してカルシウムを酸化ジルコニウムに固溶させる。
得られたカルシウム含有酸化ジルコニウムを粉砕して平均二次粒子径をレーザー回析式粒度分析測定装置（島津製作所製ＳＡＬＤ−２２００）で測定した。また、圧縮強度を島津製作所製微小圧縮試験機ＭＣＴーＷ２１１で測定した。
このカルシウム含有酸化ジルコニウムを純水を媒体にして重量換算で１０％含むスラリーを調整した。
Reference example 1
A composite oxide containing 15% calcium in terms of metal atoms in monoclinic zirconium oxide (Yoshioka abrasive Oxycon) was synthesized by the following method.
A mixture containing 15% of calcium oxide as a raw material in zirconium oxide powder as a raw material is wet mixed by a ball mill. The mixture is dried and then calcined at 1000 ° C. for 2 hours to dissolve calcium in the zirconium oxide.
The obtained calcium-containing zirconium oxide was pulverized, and the average secondary particle size was measured with a laser diffraction particle size analyzer (SALD-2200 manufactured by Shimadzu Corporation). Further, the compressive strength was measured with a micro compression tester MCT-W211 manufactured by Shimadzu Corporation.
A slurry containing 10% of this calcium-containing zirconium oxide in terms of weight was prepared using pure water as a medium.
実施例１、参考例２、比較例１〜３
カルシウムを金属原子換算で８％（参考例２）、同３０％（実施例１）とする以外は参考例１と同一の方法で砥粒を作製し、参考例１と同様に評価した。また、比較例１は、実施例１と同じ配合で、焼成温度を１２５０℃とする以外は参考例１と同一の方法で砥粒を作製し、参考例１と同様に評価した。さらに比較例２は市販の単斜晶系ジルコニア砥粒であり、比較例３は市販のセリア砥粒である。評価結果を表５に示す。なお、結晶系の欄のＡ／Ｂにおいて、ＢはＡよりも多量に含むことを表す。
Example 1, Reference Example 2 , Comparative Examples 1-3
Abrasive grains were prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that calcium was 8% ( Reference Example 2) and 30% (Example 1 ) in terms of metal atoms, and evaluated in the same manner as Reference Example 1. In Comparative Example 1, abrasive grains were prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the composition was the same as in Example 1 and the firing temperature was 1250 ° C., and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. Further, Comparative Example 2 is a commercially available monoclinic zirconia abrasive grain, and Comparative Example 3 is a commercially available ceria abrasive grain. The evaluation results are shown in Table 5. In addition, in A / B in the column of the crystal system, B represents a larger amount than A.
Claims (5)
前記ジルコニウム系砥粒は、単斜晶系ジルコニアと、金属原子の酸化物に塩酸を反応させたときの下記化学反応式（１）における△Ｇが負の値を示す前記金属原子の化合物とを焼成して得られ、少なくとも単斜晶系ジルコニアを砥粒中に含み、
ガラス材の表面に前記砥粒を含むスラリーを供給し、研磨パッドに荷重を印加して前記ガラス材の表面を摺動させて研磨するガラス研磨における、前記砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法であって、研磨時の研磨荷重を等間隔に表したｘ軸と、研磨時の研磨レートを等間隔に表したｙ軸とを有するグラフにおいて、複数の研磨荷重に対する研磨レートの値が近似的に直線となる領域の該直線が前記ｙ軸と交わるｙ切片の値により、砥粒の化学的な研磨作用を評価する砥粒評価方法を用いて、評価された前記ｙ切片の値が正の値を示す砥粒であることを特徴とするガラス研磨材。
The zirconium abrasive comprises monoclinic zirconia and a compound of the metal atom in which ΔG in the following chemical reaction formula (1) when a metal atom oxide is reacted with hydrochloric acid is negative. Obtained by firing, containing at least monoclinic zirconia in the abrasive grains,
Evaluation of the chemical polishing action of the abrasive grains in glass polishing in which a slurry containing the abrasive grains is supplied to the surface of the glass material, and a load is applied to the polishing pad to slide the surface of the glass material to polish. A polishing rate evaluation method for a plurality of polishing loads in a graph having an x-axis representing a polishing load during polishing at equal intervals and a y-axis representing a polishing rate during polishing at equal intervals. The y-intercept evaluated using an abrasive grain evaluation method for evaluating the chemical polishing action of an abrasive grain by the value of the y-intercept where the straight line intersects the y-axis in a region where the value of the line is approximately a straight line The glass abrasive | polishing material characterized by being the abrasive grain whose value of shows a positive value.
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