JP2013512114A - ボンド研磨物品およびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2つの試料、すなわち本明細書中の実施形態にしたがって形成された第1の試料S1と従来のボンド材料を有する第2の従来の試料CS1とを調製した。試料S1およびCS1を特定の研削条件下で試験して、その性能特性を比較した。
試料S1と同じ構造を有する別の試料(S2)を、試料S1の方法にしたがって形成した。下表3は、モル%単位の材料構成成分の初期ボンド組成を要約したものである。本明細書中で開示されているプロセスに係るボンド研磨材料を形成した後、試料を切片化し、1200倍の倍率で検分して、不動態化領域の性質を判定した。
試料S1と同じ構造を有する別の試料(S3)を、試料S1の方法にしたがって形成した。下表4は、モル%単位の材料構成成分の初期ボンド組成を要約したものである。
Claims (124)
- ボンド材料内部に砥粒を含む研磨体を含む研磨物品において、前記研磨体が前記砥粒と前記ボンドマトリックス間の界面に配置されたスピネル材料をさらに含む研磨物品。
- 前記砥粒が微結晶酸化アルミニウムを含む、請求項1に記載の研磨物品。
- 前記砥粒が本質的に微結晶酸化アルミニウムで構成される、請求項2に記載の研磨物品。
- 前記砥粒が、約1ミクロン未満の平均結晶子サイズを有する結晶子を含む、請求項2に記載の研磨物品。
- 前記砥粒が、約0.5ミクロン未満の平均結晶子サイズを有する結晶子を含む、請求項4に記載の研磨物品。
- 前記砥粒が、約0.1ミクロン〜約0.2ミクロンの範囲内の平均結晶子サイズを有する結晶子を含む、請求項5に記載の研磨物品。
- 前記砥粒の一部分が超砥粒材料を含む、請求項1および2のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記超砥粒材料が、ダイヤモンド、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素およびその組合せからなる材料群から選択される、請求項7に記載の研磨物品。
- 前記砥粒の一部分が単結晶アルミナ材料を含む、請求項1、2および7のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記砥粒が、微結晶アルミナで製造される第1の部分と、超砥粒材料、単結晶アルミナおよびその組合せからなる材料群から選択される砥粒を含む第2の部分とを含む砥粒混合物を含む、請求項1、2、7および9のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が非晶相を含む、請求項1、2、7、9および10のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料がガラス質材料を含む、請求項11に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が本質的にガラス質材料で構成される、請求項12に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が少なくとも約45モル%の量でシリカ(SiO2)を含む、請求項1、2、7、9、10および11のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が少なくとも約50モル%のシリカを含む、請求項14に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が約45モル%〜約65モル%のシリカを含む、請求項14に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が酸化ホウ素(B2O3)を含む、請求項1、2、7、9、10、11および14のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が少なくとも約5モル%の酸化ホウ素を含む、請求項17に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が少なくとも約10モル%の酸化ホウ素を含む、請求項18に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が少なくとも約15モル%の酸化ホウ素を含む、請求項19に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が約5モル%〜約25モル%の酸化ホウ素を含む、請求項17に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、酸化リチウム(Li2O)、酸化カリウム(K2O)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化セシウム(Cs2O)およびその組合せからなる酸化物化合物群から選択されるアルカリ性酸化物化合物を含む、請求項1、2、7、9、10、11、14および17のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約20モル%以下のアルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]を含む、請求項22に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約18モル%以下のアルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]を含む、請求項23に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約15モル%以下のアルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]を含む、請求項24に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約2モル%〜約20モル%の範囲内のアルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]を含む、請求項22に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約4モル%〜約18モル%の範囲内のアルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]を含む、請求項26に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約6モル%〜約15モル%の範囲内のアルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]を含む、請求項27に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)およびその組合せからなる材料群から選択されるアルカリ土類酸化物化合物を含む、請求項1、2、7、9、10、11、14、17および22のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、少なくとも約5モル%のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含む、請求項29に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、少なくとも約10モル%のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含む、請求項30に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、少なくとも約15モル%のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含む、請求項31に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、約5モル%〜約50モル%の範囲内のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含む、請求項29に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、約10モル%〜約50モル%の範囲内のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含む、請求項33に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、約15モル%〜約45モル%の範囲内のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含む、請求項34に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、他のどのアルカリ土類酸化物化合物よりも多い量の酸化マグネシウムを含む、請求項29に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、前記ボンド内部の他のどのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも2倍多い量の酸化マグネシウムを内部に含む、請求項36に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、前記ボンド内部の他のどのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも5倍多い量の酸化マグネシウムを内部に含む、請求項36に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが、前記ボンド内部の他のどのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも10倍多い量の酸化マグネシウムを内部に含む、請求項36に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが少なくとも約1.0モル%の酸化マグネシウムを含む、請求項29に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが少なくとも約3.0モル%の酸化マグネシウムを含む、請求項40に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが約1.0モル%〜約50モル%の範囲内の量の酸化マグネシウムを含む、請求項29に記載の研磨物品。
- 前記ボンドが約3.0モル%〜約30モル%の範囲内の量の酸化マグネシウムを含む、請求項42に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、一般等式AB2O4によって表わされ、式中Aはマグネシウム、亜鉛、マンガン、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Bはアルミニウム、クロム、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Oが酸素である、請求項1、2、7、9、10、11、14、17、22および29のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、B元素として、クロムおよび鉄の含有量に比べて大部分の含有量としてアルミニウムを含む、請求項44に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、亜鉛、マンガンおよび鉄からなる元素群から選択される少量の元素を含み、前記少量がスピネル総量の約0.1%〜約10%の範囲内にある、請求項44に記載の研磨物品。
- 前記少量が、前記スピネル総量の約0.1%〜約5%の範囲内にある、請求項46に記載の研磨物品。
- ボンド材料のマトリクス内部に含まれる砥粒を含む研磨体を含む研磨物品において、前記研磨体が、前記砥粒の外部表面を覆うスピネル材料を含む層をさらに含む研磨物品。
- 前記スピネル材料が、一般等式AB2O4によって表わされ、式中Aはマグネシウム、亜鉛、マンガン、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Bはアルミニウム、クロム、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Oが酸素である、請求項48に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料がMgAl2O4を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、組成(Mg2+,Zn2+,Fe2+,Mn2+)(Al3+,Fe3+,Cr3+)2O4によって表される固溶体を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、組成(Mg2+,Zn2+,Fe2+,Mn2+)(Al3+)2O4によって表される固溶体を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、組成(Mg2+,Zn2+,Fe2+)(Al3+,Fe3+,Cr3+)2O4によって表される固溶体を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、組成(Mg2+,Zn2+)(Al3+,Fe3+,Cr3+)2O4によって表される固溶体を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が、組成(Mg2+)(Al3+,Fe3+,Cr3+)2O4によって表される固溶体を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が固溶体(Mg2+,Zn2+,Fe2+,Mn2+)(Al3+,Fe3+,Cr3+)2O4を含み、前記固溶体が、Zn2+およびMn2+に比べてA部位の場所において大部分の含有量としてMg2+を含む、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料が本質的にMgAl2O4で構成される、請求項49に記載の研磨物品。
- 前記層が本質的にスピネルで構成される、請求項48および49のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記層が少なくとも約0.01ミクロンの平均厚みを有する、請求項48、49および58のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記層が少なくとも約0.1ミクロンの平均厚みを有する、請求項59に記載の研磨物品。
- 前記層が、約0.01ミクロン〜約10ミクロンの範囲内の平均厚みを有する、請求項60に記載の研磨物品。
- 前記層が、約0.1ミクロン〜約5ミクロンの範囲内の平均厚みを有する、請求項61に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、アルカリ性酸化物化合物合計含有量[Caoc]とアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量[Caeoc]を含み、[Caeoc]/[Caoc]の比が約1.0未満の値を有する、請求項48、49、58および59のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記[Caeoc]/[Caoc]比が約0.9未満の値を有する、請求項63に記載の研磨物品。
- 前記[Caeoc]/[Caoc]比が約0.85未満の値を有する、請求項64に記載の研磨物品。
- 前記[Caeoc]/[Caoc]比が約0.25〜約1.0の範囲内の値を有する、請求項63に記載の研磨物品。
- 前記[Caeoc]/[Caoc]比が約0.4〜約0.9の範囲内の値を有する、請求項66に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が酸化亜鉛(ZnO)を含む、請求項48、49、58、59および63のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が少なくとも約0.1モル%の酸化亜鉛を含む、請求項68に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、少なくとも約1モル%の酸化亜鉛を含む、請求項69に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、少なくとも約5モル%の酸化亜鉛を含む、請求項70に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が同量の酸化亜鉛と酸化マグネシウムとを含む、請求項68に記載の研磨物品。
- ガラス質相を含むボンド材料内部に含まれる微結晶酸化アルミニウムを含む砥粒を含む研磨体を含む研磨物品において、前記砥粒が前記砥粒の外部表面を覆う材料層を含み、前記層がスピネル材料を含む、研磨物品。
- スピネル材料を含む前記層が、前記砥粒の全外部表面の少なくとも一部分を覆う、請求項73に記載の研磨物品。
- 前記層が、前記砥粒の前記全外部表面の少なくとも約25%を覆う、請求項74に記載の研磨物品。
- 前記層が前記砥粒の前記全外部表面の少なくとも約40%を覆う、請求項75に記載の研磨物品。
- 前記層が前記砥粒の前記全外部表面の大部分を覆う、請求項76に記載の研磨物品。
- 前記層が前記砥粒の前記全外部表面の少なくとも約75%を覆う、請求項77に記載の研磨物品。
- 前記研磨体内部の前記スピネル含有量の大部分が前記層の内部にある、請求項73および74のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体内部に存在する前記スピネルの本質的に全てが前記層の内部に含まれる、請求項79に記載の研磨物品。
- ガラス質ボンド材料内部に含まれる微結晶酸化アルミニウムを含む砥粒の第1のセットを有するボンド研磨体を含む研磨物品において、前記ボンド研磨体がさらに、前記砥粒の少なくとも一部分をとり囲む不動態化領域を含み、前記不動態化領域が、AB2O4の一般化学組成を有するスピネル材料を含み、式中Aは第1の元素を表わし、BはAと異なる第2の元素を表わし、Oは酸素である研磨物品。
- 前記不動態化領域が前記砥粒の外部表面に沿って少なくとも部分的に延在する材料層である、請求項81に記載の研磨物品。
- 前記不動態化領域が前記砥粒の大部分をとり囲む、請求項81および82のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、砥粒の前記第1の部分とは異なる組成を有する砥粒の第2の部分をさらに含む、請求項81、82および83のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 砥粒の前記第2の部分が超砥粒材料を含む、請求項84に記載の研磨物品。
- Aが、マグネシウム、亜鉛、鉄、マンガンおよびその組合せからなる群から選択される元素である、請求項81、82、83および84のいずれか一項に記載の研磨物品。
- Bがアルミニウム、鉄、クロムおよびその組合せである、請求項81、82、83、84および86のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記スピネル材料がMgAl2O4を含む、請求項86に記載の研磨物品。
- 砥粒の前記第1の部分が前記砥粒と前記不動態化領域の間にコーティングを含む、請求項81、82、83、84、86および87のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記コーティングが無機材料を含む、請求項89に記載の研磨物品。
- 前記コーティングが酸化物を含む、請求項90に記載の研磨物品。
- 微結晶酸化アルミニウムを含む砥粒と、前記砥粒の外部表面の少なくとも一部分を覆うスピネル材料を含む層と;
酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マンガンおよびその組合せからなる酸化物群から選択される充分量のスピネル形成材料を含む組成物から形成されたボンド材料と、
を有する研磨体、
を含む研磨物品。 - 前記ボンド材料が、少なくとも約5モル%〜約25モル%の範囲内の量の酸化マグネシウムを含む組成物から形成される、請求項92に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約10モル%〜約20モル%の範囲内の量の酸化マグネシウムを含む組成物から形成される、請求項93に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約12モル%〜約18モル%の範囲内の量の酸化マグネシウムを含む組成物から形成される、請求項94に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、少なくとも約1.0モル%の酸化亜鉛を含む組成物から形成される、請求項92および93のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、少なくとも約1.5モル%の酸化亜鉛を含む組成物から形成される、請求項96に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、約1モル%〜約10モル%の範囲内の量の酸化亜鉛を含む組成物から形成される、請求項97に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、少なくとも約1モル%の酸化鉄を含む組成物から形成される、請求項92、93および96のいずれか一項に記載の研磨物品。
- ボンド材料が、前記スピネル材料を形成するのに充分な量の酸化マグネシウムを含む組成物から形成される、請求項92、93、96および99のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、前記砥粒の外部表面に配置された層において前記スピネル材料を形成するために少量の酸化アルミニウムを有する組成物から形成される、請求項92、93、96、99および100のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 研磨物品を形成する方法において、
砥粒をボンド材料粉末と混合するステップと;
前記混合物を形成して未加工体を形成するステップと;
前記未加工体を処理してボンド材料中に砥粒を含む研磨物品を形成するステップと、
を含み、処理中に、前記砥粒のまわりにスピネル材料を含む不動態化領域が形成される、方法。 - 処理中、前記ボンド内部の酸化マグネシウムが前記砥粒内の酸化アルミニウムと反応して、前記砥粒と前記ボンド間の界面でスピネル材料を形成する、請求項102に記載の方法。
- 前記粉末ボンド材料内部の酸化アルミニウムの前記量が約10モル%以下である、請求項102および103のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粉末ボンド材料内部の酸化マグネシウムの前記量が少なくとも約10モル%である、請求項102、103および104のいずれか一項に記載の方法。
- 前記砥粒が微結晶酸化アルミニウムを含む、請求項102、103、104および105のいずれか一項に記載の方法。
- 前記砥粒が、約1ミクロン未満の平均結晶子サイズを有する結晶子を含む、請求項106に記載の方法。
- 前記砥粒が、約0.1ミクロン〜約0.2ミクロンの範囲内の平均結晶子サイズを有する結晶子を含む、請求項107に記載の方法。
- 前記砥粒の一部分が超砥粒材料を含む、請求項106に記載の方法。
- 前記ボンド材料が非晶相を含む、請求項102、103、104、105および106のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ボンド材料がガラス質材料を含む、請求項110に記載の方法。
- 前記ボンド材料粉末が、処理中にスピネル材料を含む層を形成するのに充分な酸化マグネシウム含有量を含む、請求項102、103、104、105、106および110のいずれか一項に記載の方法。
- 処理ステップにはさらに、前記スピネル材料を含む前記層を形成することにより前記砥粒の前記劣化を削減するステップが含まれる、請求項102、103、104、105、106、110および112のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ボンド材料粉末がフリットを含む、請求項102、103、104、105、106、110、112および113のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ボンド材料が少なくとも約50モル%のシリカを含む、請求項102、103、104、105、106、110、112、113および114のいずれか一項に記載の方法。
- ボンド材料粉末が約50モル%〜約70モル%のシリカを含む、請求項115に記載の方法。
- 前記ボンド材料粉末が、酸化カリウム(K2O)、酸化ナトリウム(Na2O)、酸化リチウム(Li2O)およびその組合せからなる化合物群から選択される酸化アルカリ化合物を含む、請求項102、103、104、105、106、110、112、113、114および115のいずれか一項に記載の方法。
- 形成ステップには、前記混合物を1つの形状にプレス加工するステップが含まれる、請求項102、103、104、105、106、110、112、113、114、115および117のいずれか一項に記載の方法。
- 処理ステップには、少なくとも約800℃の焼成温度で前記未加工体を焼成するステップが含まれる、請求項102、103、104、105、106、110、112、113、114、115、117および118のいずれか一項に記載の方法。
- 前記焼成温度が少なくとも約9000℃である、請求項119に記載の方法。
- 前記焼成温度が少なくとも約1100℃である、請求項120に記載の方法。
- 前記焼成温度が少なくとも約1200℃である、請求項121に記載の方法。
- 前記焼成温度が約800℃〜約1400℃の範囲内にある、請求項119に記載の方法。
- 前記焼成温度が約900℃〜約1300℃の範囲内にある、請求項123に記載の方法。
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