JP2013512115A - ボンド研磨物品およびその形成方法 - Google Patents
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Abstract
ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナで製造された砥粒を有する研磨体を含む研磨物品であって、ボンド材料が少なくとも約１５モル％のアルミナ合計含有量を含んでいる研磨物品。
Description
以下は、ボンド研磨材、特に微結晶アルミナ砥粒を取込んだボンド研磨物品に関する。
研磨工具は一般に、材料除去の利用分野向けにボンド材料の内部に含まれる砥粒を有するように形成されている。超砥粒（例えばダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ））または種添加（さらには種無添加）焼結ゾルゲルアルミナ砥粒は、微結晶アルファアルミナ（ＭＣＡ）砥粒とも呼ばれ、このような研磨工具において利用でき、さまざまな材料上で優れた研削性能を提供するものとして公知である。ボンド材料は有機材料、例えば樹脂、または無機材料、例えばガラスまたはビトリファイド材料であり得る。詳細には、ビトリファイドボンド材料を用いＭＣＡ粒子または超砥粒を含むボンド研磨工具は、一貫性があり改善された研削性能を必要とする精密金属部品および他の産業用コンポーネントを研削するために商業的に有用である。
一部のボンド研磨工具、特にビトリファイドボンド材料を利用するボンド研磨工具は、高温での形成プロセスを必要とし、これは、砥粒に対し不利な影響を及ぼす可能性がある。事実、研磨工具を形成するのに必要なこのような高温においては、ボンド材料は砥粒特にＭＣＡ粒子と反応し、研磨材の無欠性を損なって、粒子の鋭利度および性能特性を低減させる可能性があることが認識されている。結果として、業界は、形成プロセス間の砥粒の高温劣化を阻止する目的でボンド材料を形成するのに必要な形成温度の低下に向かって移行してきた。
例えば、ＭＣＡ粒子とビトリファイドボンド間の反応量を低減させるために、米国特許第４，５４３，１０７号明細書は、約９００℃という低い温度で焼成するのに適した組成物を開示している。代替的なアプローチにおいて、米国特許第４，８９８，５９７号明細書は、低焼成温度のガラス質ボンドに適した少なくとも４０％のフリット材料を含むボンド組成物を開示している。１１００℃未満の温度そして実際には１０００℃未満の温度で形成できるボンド材料を利用するこのようなボンド研磨物品としては、米国特許第５，２０３，８８６号明細書、米国特許第５，４０１，２８４号明細書、米国特許第５，５３６，２８３号明細書および米国特許第６，７０２，８６７号明細書が含まれる。それでもなお、業界はひきつづき、このようなボンド研磨物品の性能の改善を必要としている。
一態様によると研磨物品は、ボンド材料内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含み、このボンド材料は、少なくとも約１５モル％のアルミナ合計含有量を有する。
別の態様によると、研磨物品は、ガラス質ボンド材料内部に含まれる微結晶アルミナで製造された砥粒を有する研磨体を含み、ガラス質ボンド材料は、少なくとも約１５モル％というモル％単位のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］を含む。ガラス質ボンド材料は、さらに、モル％単位のシリカ合計含有量［ＣＳｉＯ２］を含み、ガラス質ボンド材料の［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比は少なくとも約０．２である。
別の態様において、研磨物品は、ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナで製造された砥粒を有する研磨体を含み、ガラス質ボンド材料は、少なくとも約１５モル％のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］、約７０モル％以下のシリカ合計含有量［ＣＳｉＯ２］を含み、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）および酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）からなるアルカリ化合物の群から選択される酸化アルカリ化合物の合計含有量［Ｃａｏｃ］は約１５モル％以下である。
さらに別の態様によると、研磨物品は、ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含み、ガラス質ボンド材料は約１．０重量％以下の粒子溶解係数（ｇｒａｉｎ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）を含む。
さらに別の態様において、研磨物品は、ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含み、ガラス質ボンド材料は、［ΔＡｌ２Ｏ３］＝（［ＶＢＭＡｌ２Ｏ３−ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］／［ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］の等式により計算した場合に約１５．０モル％という粉末ボンド材料のアルミナ含有量［ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］とガラス質ボンド材料の合計アルミナ含有量［ＶＢＭＡｌ２Ｏ３］の間の合計アルミナ含有量の変化［ΔＡｌ２Ｏ３］によって測定される砥粒の溶解を削減するのに充分な量のアルミナを有する粉末ボンド材料から形成されている。
一態様によると、研磨物品の形成方法は、微結晶アルミナを含む砥粒をボンド材料粉末と混合するステップであって、ボンド材料粉末が少なくとも約１５モル％のアルミナを含むステップと、混合物を未加工物品の形に形成するステップとを含む。この方法にはさらに、未加工物品を少なくとも約８００℃の焼成温度まで加熱して、ガラス質ボンド材料内部に含まれる砥粒を有する研磨物品を形成するステップが含まれる。
添付図面を参照することによって、当業者は本開示をより良く理解し、その数多くの特徴および利点が明らかになるかもしれない。
異なる図面中での同じ参照番号の使用は、類似のまたは同一の品目を表わす。
以下は、一般には研磨物品、詳細にはボンド材料内部に含まれる砥粒を用いるボンド研磨物品に向けられている。このような研磨物品は、材料除去の利用分野、例えば工作物に仕上げ加工および／または研削を施すためのさまざまな業界における材料除去の利用分野において有用である。研磨物品は、さまざまな仕上げ加工用工具例えば、ホイール、コーン、コップ形状の物品、ホーンおよび／または砥石を製造するように整形および分粒可能である。
図１は、一実施形態に係る研磨物品の形成方法を示す流れ図である。示されている通り、このプロセスは、ステップ１０１で砥粒をボンド材料粉末と混合することによって開始される。一実施形態によると、砥粒は酸化物などの無機材料を含むことができる。より詳細には、砥粒は微結晶アルミナ（ＭＣＡ）粒子を含むことができる。
ＭＣＡまたはゾルゲルアルミナ粒子は、好ましくは、種添加または種無添加ゾルゲルプロセスのいずれかにより生産される。本明細書で使用される「ゾルゲルアルミナグリット」という用語は、酸化アルミニウム一水和物のゾルを解膠してゲルを形成するステップと、ゲルを乾燥させ焼成してそれを焼結させるステップと、次に焼結ゲルを破砕し、篩にかけ、分粒してアルファアルミナ微結晶から成る多結晶粒（例えば少なくとも約９５％のアルミナ）を形成するステップとを含むプロセスによって作られたアルミナグリットのことである。アルファアルミナ微結晶に加えて、初期ゾルはさらに、最高１５重量％のスピネル、ムライト、二酸化マンガン、チタニア、マグネシア、希土類金属酸化物、ジルコニア粉末またはジルコニア前駆体（これはより大量、例えば４０重量％以上で添加可能である）または他の相容性ある添加剤またはその前駆体を含んでいてよい。これらの添加剤は多くの場合、破壊靱性、硬度、脆性、破壊力学または乾燥挙動などの特性を修正するために含み入れられる。焼結ゾルゲルアルファアルミナ粒子の調製は、他の箇所で詳述される。このような調製の詳細は、例えば、その内容が参照により本明細書に援用されている米国特許第４，６２３，３６４号明細書、４，３１４，８２７号明細書および５，８６３，３０８号明細書中に見出されるかもしれない。
ＭＣＡ粒子という用語は、少なくとも９５％の理論密度および５００グラムで少なくとも１８ＧＰａのビッカース硬度（５００グラム）を有する少なくとも６０％のアルファアルミナ微結晶を含むあらゆる粒子を含むように定義される。焼結ゾルゲルアルファアルミナ粒子は、アルファアルミナ微結晶中に分散されたアルファアルミナ以外の材料の板状体を含んでいてよい。一般に、アルファアルミナ粒子および板状体は、この形態で作られた場合、サイズがサブミクロンである。本発明において有用であるＭＣＡ砥粒調製物およびＭＣＡ砥粒タイプのさらなる詳細は、米国特許第４，６２３，３６４号明細書および４，３１４，８２７号明細書中に開示されている基本的技術を引用する数多くの他の特許および公報のいずれか１つに見出されるかもしれない。
砥粒内で用いられる微結晶アルミナは、１ミクロン未満の結晶子サイズを有し得る。実際に、一部の場合において、微結晶アルミナは約０．５ミクロン未満、そして詳細には約０．１〜約０．２ミクロンの範囲内の平均結晶子サイズを有し得る。
さらに、本明細書の実施形態のボンド研磨物品は、一定含有量の二次砥粒を利用してよいということがわかる。二次砥粒が使用される場合、このような砥粒は、工具の合計砥粒の約０．１〜約９７体積％、より好ましくは約３０〜約７０体積％を提供することができる。使用してよい二次砥粒としては、酸化アルミナ、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリント（ｆｌｉｎｔ）およびガーネット粒子そしてその組合せが含まれるが、これらに限定されない。したがって、本明細書中の一部の研磨物品は、それが、ＭＣＡで製造された砥粒の第１の部分と、超砥粒、微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第２の部分とを含むような形で、砥粒の混合物を利用してよい。
ボンド材料粉末に関しては、無機材料、詳細にはガラス質ボンドを有する最終形成済み研磨物品の形成を容易にする無機材料を使用してよい。すなわち、最終形成済み研磨物品は、一定含有量の非晶相を有するガラス質ボンドを有することができる。詳細には、本明細書中の実施形態の最終形成済みボンド研磨物品は、本質的に非晶相で構成されたボンド材料を含み得る。
特定の場合において、ボンド材料粉末は、酸化物などの無機材料を含むことができる。とりわけボンド材料粉末は、最終形成済みガラス質ボンド材料を形成するために適しているフリット材料を含むことができる。フリット材料は、最初に高温（例えば１０００℃以上）まで焼成し、冷却し、圧砕しかつ分粒して、粉末化材料（「フリット」）を形成することにより形成される、ガラスから形成された粉末材料を含み得る。フリットはこのとき、シリカおよび粘土などの原料からガラスを作るために使用される初期焼成温度よりもはるかに低い温度で溶融させられるかもしれない。
以下の段落では、本来であればボンド構成成分の初期混合物であるボンド材料粉末中に使用されてよい幾つかの含有量および幾つかの組成物を示す。混合物を形成する上での一部の組成物の特定の量に対して言及されている場合であっても、研磨物品において必ずしも初期ボンド材料粉末と全く同じ組成を有する最終ガラス質ボンド材料を形成しないかもしれないということがわかるだろう。詳細には、最終ガラス質ボンド材料内に存在する一部の酸化物化合物の量は、初期ボンド材料粉末の内部に存在する同じ酸化物化合物の量と異なるかもしれないが、他の酸化物構成成分の量は実質的に不変のままにとどまってよい。
本明細書中の実施形態は、フリット材料を有するボンド材料粉末を利用することができる。フリット材料は、シリカ、アルカリ性酸化物（ａｌｋａｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ）化合物、アルカリ土類酸化物化合物などの酸化物およびその組合せから形成されてよい。フリット材料は、最終形成済みボンド研磨材中におけるビトリファイドボンド材料の適切な形成を促進する。フリット材料は、ボンド材料粉末がフリット材料のみで構成されるように、ボンド材料粉末の最高１００%の量で提供され得るが、特定の場合において、ボンド材料粉末はボンド材料粉末の総重量に対して約１０重量％〜約６０重量％のフリット材料を含み得る。
一実施形態によると、ボンド材料粉末は、一定含有量のシリカ（ＳｉＯ２）を含むことができる。例えば本明細書中の実施形態は、少なくとも約３５モル％のシリカから形成されたボンド材料粉末を利用してよい。他の実施形態において、シリカの量はより大きいもの、例えば少なくとも約４０モル％、例えば少なくとも約４５モル％、そして詳細には約３５〜約６０モル％の範囲内のシリカ、例えば約４０モル％〜約５５モル％であり得る。
フリット材料は同様に、例えば酸化アルミニウム（すなわちアルミナ）を含む特定含有量の材料を含んでいてもよい。特定含有量のアルミナを有するフリット材料を提供することにより、アルミナが富化されている第１の液相が熱処理中に容易に形成されるかもしれず、こうして、第１の液相による砥粒の溶解が制限されるかもしれない。フリット材料内のアルミナの特に適切な含有量としては、フリット材料の総モル数の少なくとも約２０モル％、例えば少なくとも約２５モル％、少なくとも約３０モル％、少なくとも約４０モル％さらには少なくとも約５０モル％が含まれ得る。さらに、アルミナの総量は、例えば約２０モル％〜約７５モル％、例えば約２０モル％〜約６５モル％、さらには約２０モル％〜約５０モル％の範囲内に制限されてよい。
さらに、最終形成ボンド材料は、一定含有量の酸化アルカリ（ａｌｋａｌｉ ｏｘｉｄｅ）化合物を有するボンド材料粉末から形成可能である。酸化アルカリ化合物は、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）およびその組合せなどの、周期表中に第１Ａ族元素として示されているアルカリ種を用いた酸化物化合物および／または錯体である。
一実施形態によると、ボンド材料粉末は、約１８モル％以下の合計酸化アルカリ化合物で形成され得る。他の場合において、ボンド材料粉末は、より少ない酸化アルカリ化合物、例えばボンド材料粉末の総モル数の約１６モル％以下、約１５モル％以下、約１２モル％以下、約１０モル％以下、さらには約８．０モル％以下程度のアルカリ性酸化物化合物から形成されている。本明細書中の特定の実施形態は、約２．０モル％〜約１８モル％、たとえば約５．０モル％〜約１６モル％、約８．０モル％〜約１５モル％、さらには約８．０モル％〜約１２モル％の範囲内の合計含有量の酸化アルカリ化合物を有するボンド材料粉末を形成するかもしれない。
ボンド材料粉末は、一部の低温ボンド組成物中でより多く見られるかもしれない酸化リチウムを極めて低含有量で含み得る。例えば、一部の実施形態において、ボンド材料粉末は、ボンド材料粉末の総モル数の８．０モル％未満の酸化リチウム、例えば約６．０モル％未満の酸化リチウム、約５．０モル％未満の酸化リチウム、さらには約４．０モル％未満の酸化リチウムから形成され得る。特定の実施形態は、約１．０モル％〜約８．０モル％例えば約２．０モル％〜約６．０モル％、さらには約３．０モル％〜約６．０モル％の範囲内の量の酸化リチウムを使用してよい。
ボンド材料粉末は、モル％単位で測定されるあらゆる他の酸化アルカリ材料の含有量未満であり得る特定含有量の酸化カリウムから形成され得る。事実、一部のボンド材料粉末組成物は、ボンド材料粉末の総モル数の約６．０モル％以下、例えば約５．０モル％以下、約４．０モル％以下、さらには約３．０モル％以下程度の量の酸化カリウムを含んでいてよい。さらに、ボンド材料粉末は、約０．０１モル％〜約６．０モル％、例えば約０．１モル％〜約５．０モル％、さらには約０．２モル％〜約５．０モル％の範囲内の量の酸化カリウムから形成され得る。
ボンド材料粉末は、特定含有量の酸化ナトリウムから形成され得る。とりわけ、酸化ナトリウムの含有量は、酸化カリウムまたは酸化リチウムなどの他のどの個別の酸化アルカリ化合物の量よりも多くてよい。一部のボンド材料粉末組成物においては、酸化ナトリウムの量は酸化カリウムまたは酸化リチウムの量の少なくとも２倍多い。他のボンド材料粉末組成物は、酸化カリウムまたは酸化リチウムよりも少なくとも約３倍多い、少なくとも約４倍多い、そして詳細には約２倍〜約５倍多い量の酸化ナトリウムを有することができる。
一部の実施形態について、ボンド材料粉末は、その総モル数の少なくとも約６．０モル％の酸化ナトリウムから形成され得る。他の例において、ボンド材料粉末は、少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１２モル％、さらには少なくとも約１４モル％の酸化ナトリウムから形成され得る。一部のボンド材料粉末は、約６．０モル％〜約１８モル％、例えば約８．０モル％〜約１６モル％、例えば約１０モル％〜約１５モル％の範囲内の量の酸化ナトリウムを含む。
最終ガラス質ボンド材料は、一定含有量のアルカリ土類酸化物化合物から形成され得るボンド材料粉末から形成され得る。アルカリ土類酸化物化合物は、元素周期表の第２Ａ族中に存在するアルカリ土類元素由来の２価の種を取込んだ酸化物化合物および錯体である。すなわち例えば、適切なアルカリ土類酸化物化合物としては、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）およびその組合せが含まれ得る。
一実施形態によると、使用されるボンド材料粉末は、ボンド材料粉末の総モル数の約１５モル％以下の合計アルカリ土類酸化物化合物から形成され得る。他の場合において、アルカリ土類酸化物化合物の含有量はより少ないもの、例えば約１２モル％以下、約１０モル％以下、約８．０モル％以下、約６．０モル％以下、約５．０モル％以下、さらには約４．０モル％以下程度である。本明細書中の特定の実施形態は、約０．０５モル％〜約１５モル％、例えば約０．１モル％〜約１２モル％、約０．１モル％〜約１０モル％、約０．１モル％〜約８．０モル％さらには約０．５モル％〜約５．０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を使用してよい。
アルカリ土類酸化物化合物のうち、酸化マグネシウムは、一部のボンド材料粉末組成物について他のアルカリ土類酸化物化合物と比べて最大の含有量で存在してよい。例えば、ボンド材料粉末内部の酸化マグネシウムの充分な量としては、ボンド材料粉末の総モル数の少なくとも約０．５モル％、例えば少なくとも約１．０モル％、少なくとも約１．５モル％の酸化マグネシウム、そして詳細には約０．５モル％〜約５．０モル％または約０．５モル％〜約３．０モル％が含まれ得る。
ボンド材料粉末は、一定含有量の酸化カルシウムを含むことができる。詳細には、酸化カルシウムの含有量は酸化マグネシウムの含有量より少ないものであり得るが、これは、全てのボンド材料粉末について必ずしもあてはまるわけではない。例えば、本明細書中の実施形態は、ボンド材料粉末の総モル数の約５．０モル％以下、例えば約３．０モル％以下、約２．０モル％以下、さらには約１．０モル％以下の酸化カルシウムから形成されたボンド材料粉末を使用してよい。ボンド材料粉末の特定のミックスは、約０．０１モル％〜約５．０モル％、例えば約０．０５モル％〜約３．０モル％、さらには約０．０５モル％〜約１．０モル％の酸化カルシウムから形成され得る。一部の場合、ボンド材料粉末は本質的に酸化カルシウムを含まない可能性がある。
ボンド材料粉末内部の酸化バリウムの量は制限され得、詳細には酸化マグネシウムおよび／または酸化カルシウムの含有量よりも少ないものであり得る。例えば、本明細書中の実施形態は、ボンド材料粉末の総モル数の約５．０モル％以下の酸化バリウム、例えば約３．０モル％以下、約２．０モル％以下、さらには約１．０モル％の酸化バリウムから形成されたボンド材料粉末を使用してよい。とりわけ、ボンド材料粉末は、約０．０１モル％〜約５．０モル％、例えば約０．０５モル％〜約３．０モル％、さらには約０．０５モル％〜約１．０モル％の酸化バリウムから形成され得る。一部の場合、ボンド材料粉末は本質的に酸化バリウムを含まない可能性がある。
本明細書中の実施形態によると、最終ガラス質ボンド材料は、特定含有量のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を有するように形成され得る、ボンド材料粉末から形成され得る。とりわけ、ボンド材料粉末は、形成中にボンド材料を飽和させ、ボンド材料による粒子の溶解の熱力学的ポテンシャルを削減するため特に高い含有量のアルミナから形成され得る。例えば、本明細書中の実施形態は、少なくとも約１４モル％、少なくとも約１４．５モル％、少なくとも約１５モル％、少なくとも約１５．５モル％、少なくとも約１６モル％、少なくとも約１６．５モル％、少なくとも約１７モル％、少なくとも約１８モル％、少なくとも約１９モル％、さらには少なくとも約２０モル％の量のアルミナから形成されたボンド材料粉末を使用してよい。さらに、アルミナ含有量は、ボンド材料粉末組成物が、約１４モル％〜約３０モル％、約１４モル％〜約２５モル％、約１４モル％〜約２３モル％、約１４モル％〜約２０モル％、約１４モル％〜約１９モル％、約１４モル％〜約１８モル％、約１５モル％〜約１８モル％、さらには約１６モル％〜約１８モル％のアルミナを含むような形で、制限されてよい。
上記酸化物種に加えて、最終ガラス質ボンドは、一部の低温ボンド組成物に比べると極めて少量であるかもしれない特定含有量の酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を有するボンド材料粉末から形成されてもよい。例えば、ボンド材料粉末は、１．０モル％未満の酸化リンから形成され得る。他の実施形態では、ボンド材料粉末は、約０．５モル％未満の酸化リンから形成され得る。特定の場合において、ボンド材料粉末は、それが本質的に酸化リンを含まないような形で形成され得る。
さらに、ボンド材料粉末は、特定含有量の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から形成され得る。例えば、ボンド材料粉末は、少なくとも約５．０モル％、少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１２モル％、さらには少なくとも約１５モル％の酸化ホウ素から形成されてよい。一部の場合において、ボンド材料粉末は、約５．０モル％〜約２５モル％、例えば約５．０モル％〜２０モル％、約１０モル％〜約２０モル％、さらには約１２モル％〜約１８モル％の酸化ホウ素から形成され得る。
上述の一部の種に加えて、追加の金属酸化物化合物を混合物に加えて、最終的ガラス質ボンド材料の形成を促すことができる。一部の適切な追加の化合物は、例えば酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マンガン、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ビスマスおよびその組合せを含めた（但しこれらに限定されない）、遷移金属元素の酸化物を含み得る。追加の金属酸化物化合物の各々は、例えば約５．０モル％以下、約３．０モル％以下さらには約１．０モル％以下のわずかな量で存在してよい。
砥粒とボンド材料粉末の混合物を製造した後、他の材料をこの混合物に添加してよいことがわかる。例えば、物品の形成を容易にするために、結合剤などの一部の有機化合物を混合物に添加してよい。１つの特定の実施形態によると、混合物は、一定含有量のポリエチレングリコール、動物性膠、デキストリン、マレイン酸、ラテックス、ワックスエマルジョン、ＰＶＡ、ＣＭＣおよび他の有機および／または無機結合剤を含むことができる。
さらに、最終形成済みボンド研磨物品の形成を容易にするために混合物内部に他の添加剤を提供してよい。例えば、適切な添加剤には、中空ガラスビーズ、粉砕したクルミの殻、プラスチック材料または有機化合物のビーズ、発泡ガラス粒子および発泡アルミナ、細長い粒子、繊維およびその組合せを含む（ただしこれらに限定されない）細孔形成剤が含まれ得る。他のタイプの充填材料としては、無機材料、例えば最終形成済み研磨物品に色を与えることのできる顔料および／または染料が含まれ得る。
ステップ１０１で混合物を形成した後、プロセスは、ステップ１０３で混合物を形成して未加工物品を形成することによって続行可能である。未加工物品とは、高密度化を補完するために完全に熱処理されていなくてよい（すなわち完全に焼成されていなくてよい）仕上げ加工されていない物品を意味する。一実施形態によると、混合物を形成するプロセスには、混合物を意図された最終形成済みボンド研磨物品の形状に類似する特定の形状にプレス加工するプレス加工作業が含まれ得る。プレス加工作業は、冷間プレス加工作業として行なわれてよい。適切な圧力は、約１０トン〜約３００トンの範囲内であり得る。
ステップ１０３で混合物を適切に形成した後、ステップ１０５で、ガラス質ボンド材料内部に含まれる砥粒を有する研磨物品を形成するように未加工物品を加熱することによってプロセスを続行することができる。未加工物品を加熱するプロセスは、少なくとも約８００℃の焼成温度まで炉内で未加工物品を加熱して研磨物品を形成するステップを含むことができる。焼成は、一般には、炉の設定温度によって測定されるビトリファイドボンド材料を形成するのに適した温度で実施される。本明細書の実施形態の形成プロセスは、例えば少なくとも約８２５℃、少なくとも約８５０℃、少なくとも約８７５℃、少なくとも約９００℃、少なくとも約９１０℃、少なくとも約９５０℃、少なくとも約、少なくとも約１０００℃、少なくとも約１０５０℃、少なくとも約１１００℃、少なくとも約１１５０℃、少なくとも１２００℃、少なくとも約１２５０℃、さらには少なくとも約１３００℃などのとりわけ高い焼成温度を使用してよい。本明細書中の実施形態のボンド研磨物品を形成するために用いられる焼成温度は、約８００℃〜約１４００℃の範囲内、例えば約８００℃〜約１３００℃の範囲内、例えば約９００℃〜約１４００℃の範囲内、例えば約９００℃〜約１３００℃の範囲内、さらには１１００℃〜約１４００℃の範囲内にあり得る。
一般に、焼成は、空気を含むように、環境大気中で実施可能である。一般に、焼成のためのピーク温度の持続時間は、少なくとも約１時間、詳細には約１〜１０時間の範囲内であり得る。ガラス質ボンド材料内に含まれる砥粒を有するボンド研磨物品を形成するに充分な程度に物品を加熱した後、物品を冷却することができる。本明細書中の実施形態は、自然および／または制御型冷却プロセスを使用してよい。
本明細書の実施形態のボンド研磨物品は、ボンド材料内に含まれる砥粒を含むことができ、ここで、ボンド材料は非晶相を有するガラス質材料である。一部の組成物（例えばアルカリ性酸化物化合物、シリカ、アルミナ、酸化ホウ素など）の特定の含有量は高温形成プロセス中に変化し得、このため最終形成済みボンド研磨物品は、初期混合物中のこのような組成物の含有量に比べて異なる含有量でこのような組成物を有することになる点が指摘される。本明細書中の実施形態のボンド研磨物品は、一部の構成成分の一定含有量そして詳細には研磨物品の形成を促進するようなアルミナ含有量および一部の構成成分の特定の比を研磨物品の最終ボンド材料が有するように形成される。
ここで、最終形成済み研磨物品におけるガラス質ボンド材料のいくつかの面に言及する。以下で認識される通り、最終形成済み研磨物品のボンド材料は、有意な量の非晶相シリカを含むことができ、こうしてボンド材料の大部分が非晶質を含むようになっている。事実、ボンド材料の実質的に全ては、ボンド材料が本質的に非晶相で構成されるような形で、非晶相材料を含むことができる。さらに、ボンド材料は、幾分かの含有量の結晶相を含んでいてよい、ということがわかるが、このような結晶相の量は一般に少量（すなわち研磨物品の総体積の約５０体積％未満）である。
ガラス質ボンド材料は一定含有量のシリカを有することができる。一実施形態によると、最終形成済みボンド材料は、ボンド材料内部の材料の総モル数の約７０モル％以下のシリカを含むことができる。他の実施形態は、最終的ガラス質ボンド材料中に異なる量、例えば約６５モル％以下、例えば約６０モル％以下、約５５モル％以下、さらには約５０モル％以下のシリカを含むことができる。さらに、一部の実施形態において、ボンド材料は、約３０モル％〜約７０モル％のシリカ、３５モル％〜約６５モル％のシリカ、約３５モル％〜約６０モル％のシリカ、さらには約４０モル％〜約５０モル％のシリカを有することができる。
本明細書における実施形態の最終形成済みボンド材料は、特定含有量の酸化ホウ素を有することができる。例えば、最終形成済みボンド材料は、ボンド材料中の総モル数の少なくとも約５．０モル％の酸化ホウ素を有することができる。他の場合において、ボンド材料は、少なくとも約８．０モル％、例えば１０モル％、例えば少なくとも約１５モル％の酸化ホウ素を含むことができる。一部の実施形態において、ボンド材料は、約５．０モル％〜約３０モル％、例えば約１０モル％〜約２５モル％、さらには約１２モル％〜約１８モル％の範囲内の含有量の酸化ホウ素を有する。
最終形成済みボンド材料は、本明細書中の実施形態の高温ボンド研磨物品を形成するのに適した一定のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）含有量を示すことができる。例えば、ガラス質ボンド材料内部のアルミナ合計含有量は、少なくとも約１５モル％、例えば少なくとも約１５．５モル％、少なくとも約１６モル％、少なくとも約１６．５モル％、さらには少なくとも約１７モル％であり得る。一部の研磨物品は、約１５モル％〜約２５モル％、例えば約１５．５モル％〜約２２モル％そして約１６モル％〜約２０モル％の範囲内のガラス質ボンド材料内のアルミナ合計含有量を有し得る。
とりわけ、ガラス質ボンド材料は、例えばシリカを含めた（ただしこれに限定されない）ボンド材料内部の他の種に比べた特定の比率のアルミナを有し得る。ガラス質ボンド材料は、モル％単位のシリカ合計含有量［Ｃｓｉｏ２］に比べたモル％単位のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］の一定の比を有することができ、この比［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃｓｉｏ２］は少なくとも約０．２である。一部の他の実施形態において、［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比は、少なくとも約０．３、例えば少なくとも約０．３５、少なくとも約０．４、少なくとも約０．５、さらには少なくとも約０．６であり得る。特定の場合において、［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比は、約０．２〜約１、例えば約０．３〜約０．９、約０．４〜約０．８、約０．３〜約０．７、さらには約０．３〜約０．６の範囲内であり得る。
その上、ガラス質ボンド材料は、アルミナの量と酸化ホウ素の量間の特定の比を含み得る。例えば、ガラス質ボンド材料は、約０．２〜約２の範囲内にあり得る、［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＢ２Ｏ３］として表わされる、モル％単位のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］とモル％単位の酸化ホウ素合計含有量の比を有することができる。他の場合において、［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＢ２Ｏ３］比は、約０．５〜約２、例えば約０．５〜約１．５、例えば約０．８〜約１．５、約０．８〜約１．３、さらには約０．９〜約１．２の範囲内にあり得る。
本明細書中の一部の実施形態によると、研磨物品のガラス質ボンド材料は、形成プロセス中の砥粒の溶解を軽減するように特定の組成を有するものとして形成され得る。詳細には、ガラス質ボンド材料は、ボンド材料中への砥粒の溶解を低減させるのに充分な量のアルミナを有する粉末ボンド材料から形成され得る。溶解度は、粉末ボンド材料のアルミナ含有量［ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］とガラス質ボンド材料の合計アルミナ含有量の間の合計アルミナ含有量の変化［ΔＡｌ２Ｏ３］によって測定可能である。本明細書の実施形態に係る一部の研磨物品は、等式［ΔＡｌ２Ｏ３］＝（［ＶＢＭＡｌ２Ｏ３−ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］／［ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］によって計算される約１５．０モル％以下のアルミナ含有量の変化を有する可能性がある。他の実施形態において、合計アルミナ含有量の変化は、これより少ないもの、例えば約１２．０モル％以下、約１０．０モル％以下、約８．０モル％以下、約６．０モル％以下、約５．０モル％以下、約３．０モル％以下、さらには約１．０モル％以下であり得る。少なくとも１つの実施形態によると、合計アルミナ含有量の変化は、０．０１モル％〜約１５．０モル％、例えば約０．５モル％〜約１２モル％、約１．０モル％〜約１２モル％、約１／０モル％〜約１０モル％、そしてさらには約１．０モル％〜約８．０モル％の範囲内である。
本明細書中の実施形態の研磨物品は、ボンド材料内部に酸化アルカリ化合物の一定の合計含有量を有することができる。すなわち、最終ボンド材料内の酸化アルカリ化合物の合計量［Ｃａｏｃ］は、約１５モル％以下であり得る。詳細には、酸化アルカリ化合物の合計含有量は、約１２モル％以下、約１１モル％以下、約１０モル％以下、約８．０モル％以下、約６．０モル％以下、さらには約５．０モル％以下であり得る。一部の場合において、本明細書中の研磨物品は、ボンド材料が、約１．０モル％〜約１５モル％、例えば約１．０モル％〜約１５モル％、約２．０モル％〜約１０モル％、約２．０モル％〜約８．０モル％、さらには約２．０モル％〜約５．０モル％の範囲内の酸化アルカリ化合物合計含有量を有するように形成される。
上述の通り、最終ガラス質ボンド材料を形成するのに使用されるボンド材料粉末の初期混合物は、一部の酸化アルカリ化合物、例えば酸化ナトリウムを特定量含むことができる。こうして、研磨物品のガラス質ボンド材料は、少なくとも約２．０モル％の酸化ナトリウムを含むことができる。他のボンド材料においては、酸化ナトリウムの量は、少なくとも約５．０モル％、少なくとも約６．０モル％、少なくとも約８．０モル％、そして詳細には約２．０モル％〜約２０モル％、約４．０モル％〜約１８モル％、少なくとも約６．０モル％〜約１６モル％、少なくとも約８．０モル％〜約１５モル％の範囲内であり得る。とりわけ、最終ガラス質ボンド材料内の酸化ナトリウムの量は、任意の他の酸化アルカリ化合物例えば酸化カリウムまたは酸化リチウムの量より多いものであり得る。事実、一部のガラス質ボンド材料は、酸化カリウムと酸化リチウムを組合せた合計含有量より多い酸化ナトリウムの量を有する可能性がある。
ガラス質ボンド材料は、わずかな量で存在する酸化カリウム量を有することができる。例えばガラス質ボンド材料は、約５．０モル％以下の酸化カリウム、例えば約３．０モル％以下の酸化カリウム、約２．５モル％以下の酸化カリウム、さらには約２．０モル％以下の酸化カリウムを含むことができる。一部の実施形態は、約０．０１モル％〜約５．０モル％、例えば約０．１モル％〜約３．０モル％の範囲内の量の酸化カリウムを利用してよい。とりわけ、一部の実施形態において、研磨物品の最終形成済みボンド材料は本質的に酸化カリウムを含まない可能性がある。
ガラス質ボンド材料は、少ない量の酸化リチウム、詳細には酸化ナトリウムまたは酸化カリウムの量より少ない量の酸化リチウムを有し得る。例えば、ガラス質ボンド材料は、約５．０モル％以下の酸化リチウム、例えば約３．０モル％以下の酸化リチウム、約２．５モル％以下の酸化リチウム、さらには約２．０モル％以下の酸化リチウムを含む可能性がある。一部の実施形態では、約０．０１モル％〜約５．０モル％、例えば約０．１モル％〜約３．０モル％の範囲内の量の酸化リチウムが使用されてよい。とりわけ、一部の実施形態では、研磨物品の最終形成済みボンド材料は本質的に酸化リチウムを含まない可能性がある。
その上、ガラス質ボンド材料は、特定の比率でアルミナの量と酸化アルカリ化合物の合計量を含むことができる。例えばガラス質ボンド材料は、少なくとも約０．８であり得る。［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］として表わされるモル％単位のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］と酸化アルカリ化合物合計含有量［Ｃａｏｃ］間の比を有することができる。他の実施形態において、この比の値はより大きいもの、例えば少なくとも約０．８５、少なくとも約０．９、少なくとも約１．０、少なくとも約１．０５、さらには少なくとも約１．１であり得る。特定の実施形態では、約０．８〜約２．５、例えば約０．８〜約２．２、約０．８〜約２．０、約０．９〜約１．８、約０．８〜約１．５、約０．９〜約１．４、約０．９５〜約１．３５、約１．０〜約１．３、さらには約１．１〜約１．２５の範囲内の値を有する比が使用され得る。
さらに、最終形成済みボンド材料は、アルカリ土類酸化物化合物の一定含有量の［Ｃａｅｏｃ］を含んでいてよい。特定の場合において、研磨物品は、ガラス質ボンド材料が約１５モル％以下、例えば約１２モル％以下、約１０モル％以下、約８．０モル％以下、約５．０モル％以下さらには約３．０モル％以下のアルカリ土類酸化物化合物を含み得るような形で形成され得る。一部の実施形態によると、ボンド材料は、約０．５モル％〜約１５モル％、約１．０モル％〜約１０モル％、約１．０モル％〜約８．０モル％、そしてさらには約１．０モル％〜約５．０モル％のアルカリ土類酸化物化合物というアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量を有することができる。
ガラス質ボンド材料は、特定の量のアルカリ土類酸化物化合物を含んでいてよい。例えばガラス質ボンド材料は、酸化バリウムの含有量よりも多い含有量の酸化マグネシウムを含むことができる。事実、ガラス質ボンド材料内の酸化マグネシウム含有量は、酸化カルシウムの含有量よりも大きいものであり得る。さらに詳細には、酸化マグネシウムの含有量は、酸化バリウムと酸化カルシウムを組合せた含有量よりも多いものであり得る。特定のガラス質ボンド材料は、約０．２モル％〜約５．０モル％、例えば約０．５モル％〜約３．０モル％、さらには約０．５モル％〜約２．０モル％の範囲内の量の酸化マグネシウムを含むことができる。一部のガラス質ボンド材料は、酸化カルシウムおよび／または酸化バリウムを本質的に含まなくてもよい。
ボンドは、他の材料、詳細には酸化リンなどの酸化物化合物をわずかな量で含んでいてよい。例えば、最終形成済みボンド材料は、約１．０モル％未満の酸化リン、例えば約０．５モル％未満の酸化リンを有することができる。詳細には、研磨物品の最終形成済みボンド材料は本質的に酸化リンを含まない可能性がある。
本明細書中の実施形態に係る研磨物品は、研磨体の総体積の少なくとも約３４体積％の合計砥粒含有量を含むことができる。例えば、研磨体内部の砥粒含有量は、少なくとも約３８体積％、少なくとも約４０体積％、少なくとも約４２体積％、少なくとも約４４体積％、少なくとも約４６体積％、さらには少なくとも約５０体積％であり得る。特定の場合において、砥粒含有量は、研磨物品の総体積の約３４体積％〜約６０体積％、例えば約３４体積％〜約５６体積％、約４０体積％〜約５４体積％、そして詳細には約４４体積％〜約５２体積％の範囲内であり得る。ＭＣＡ研磨材は、研磨物品の全砥粒の約１〜約１００体積％、例えば研磨物品中の砥粒の総体積の約１０体積％〜約８０体積％、または３０体積％〜約７０体積％を占める可能性がある。さらに、一部の研磨物品は、０．１体積％〜６０体積％の１つ以上の第２の砥粒、充填材および／または添加剤を含むことができる。
本明細書中の実施形態の研磨物品は、研磨体の総体積に対して少なくとも約４体積％のガラス質ボンド材料を含み得る。特定の場合において、研磨体は、少なくとも約５体積％のボンド、少なくとも約６体積％のボンド、少なくとも約７体積％のボンド、さらには少なくとも約８体積％のボンドを含み得る。一部の研磨物品において、研磨体は、約４体積％〜約３０体積％のボンド材料、例えば約４体積％〜約２５体積％のボンド、約５体積％〜約２０体積％のボンドそしてさらには約６体積％〜約１２体積％のボンドを含み得る。
大半の研磨工具はさまざまな多孔度を有し得るが、本明細書中の実施形態にしたがって形成された研磨体の一部は、一定の細孔含有率を示してよい。例えば、研磨体は、研磨物品の総体積の少なくとも約３０体積％である気孔率を有することができる。他の場合において、気孔率はより大きいもの、例えば少なくとも約３５体積％、少なくとも約４０体積％、さらには少なくとも約４５体積％であり得る。特定の研磨物品は、約３０体積％〜約５０体積％、例えば約３０体積％〜約４５体積％、そしてより詳細には約３５体積％〜約４５体積％の範囲内の細孔含有量を有することができる。
本明細書中の実施形態の研磨物品は、形成プロセス中の砥粒に対するボンド材料の攻撃によって測定される適切な砥粒無欠性レベルを示す。本明細書中の実施形態にしたがって形成された研磨物品は、砥粒の溶解について調査され、これは、およそ４８体積％の微結晶アルミナ砥粒、およそ１０体積％のボンド材料そしておよそ４２体積％の細孔を有する試料について測定された。砥粒の溶解は、ボンドの初期アルミナ含有量と最終アルミナ含有量の差に基づいて再度計算された。最終ボンド組成は、ＣＡＭＥＣＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳＸ５０機を用いたマイクロプローブ分析により測定された。１０ミクロンのスポットサイズでボンド内において少なくとも平均で１０個の分析ポイントを各々の測定に使用し、これを次に各試料について平均した。
本明細書中の実施形態の研磨物品は、上記試験条件にしたがって測定された場合に約１．５重量％以下の粒子溶解係数を示した。本明細書中の実施形態の一部の研磨物品は、約１．２重量％以下、約１．１重量％以下、約１．０重量％以下、約０．９重量%、例えば約０．８重量％、約０．７重量％以下、約０．５重量％以下、さらには約０．４重量％以下の粒子溶解係数を示した。さらに、一部の実施形態は、約０．０１重量％〜約１．５重量％、例えば約０．０１重量％〜約１．３重量％、約０．０１重量％〜約１．２重量％、約０．０１重量％〜約１．１重量％、約０．０１重量％〜約１．０重量％、約０．０１重量％〜約０．９重量％、約０．０５重量％〜約０．８重量％、さらには約０．１重量％〜約０．８重量％の粒子溶解係数を示している。
実施例１
本明細書中の実施形態にしたがって形成された５つの試料（試料Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５）と従来のボンドを有する５つの従来の試料（試料ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３およびＣＳ４）を含む一連の試料を調製した。各々の試料について粒子溶解係数を試験し、以下にこれを説明する。
本明細書中の実施形態にしたがって形成された５つの試料（試料Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５）と従来のボンドを有する５つの従来の試料（試料ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３およびＣＳ４）を含む一連の試料を調製した。各々の試料について粒子溶解係数を試験し、以下にこれを説明する。
最初に８０〜９０重量％の砥粒と、下表１に示されているアルミナ量を有する９〜１５重量％の初期ボンド材料を組合わせることにより、試料Ｓ１〜Ｓ５を形成した。最初に試料Ｓ１〜Ｓ５を冷間プレス加工して、未加工物品を形成し、その後約９５０℃、１０００℃または１０５０℃の焼成温度で焼成して、およそ４６〜５０体積％の砥粒、７〜１２体積％のガラス質ボンド材料、そして残量の細孔を有する最終ボンド研磨物品を形成した。ボンド材料内のアルミナの最終含有量を、ＣＡＭＥＣＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳＸ５０機を用いたマイクロプローブ分析を介して測定した。
従来の試料ＣＳ１〜ＣＳ４を、試料Ｓ１〜Ｓ５と同じプロセスにしたがって形成し、従来の試料の各々についてボンド内の初期アルミナ含有量を下表１に提供する。ボンド材料内のアルミナの最終含有量を、ＣＡＭＥＣＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳＸ５０機を用いたマイクロプローブ分析を介して測定した。
全ての試料を形成した後、以下に示す等式に基づいて、各試料について粒子溶解係数を測定したが、ここで変数（例えばｍＧｉ）は表１に示されている。計算のためには、全てのアルミナ富化がアルミナ粒子溶解に由来するものと仮定されていることに留意すべきである。次に、アルミナ粒子の密度およびヘリウム比重びん法を介して測定された初期ボンドの密度を考慮に入れて、アルミナ富化量を、重量％単位の粒子損失として再計算する。
下表１のデータによって示されているように、試料Ｓ１〜Ｓ５は各々、重量パーセント単位のアルミナ粒子損失値によって示される通り、従来の試料ＣＳ１〜ＣＳ４の粒子溶解係数よりも著しく低い粒子溶解係数を有していた。試料Ｓ１〜Ｓ５は各々、従来の試料ＣＳ１〜ＣＳ４に比べて、より多い初期アルミナ含有量および、初期アルミナ含有量と最終アルミナ含有量間の有意に低いアルミナ含有量変化を示した。その機序は完全に理解されていないものの、データから、初期ボンド材料内部の一定のアルミナ含有量が粒子溶解を制限するかもしれないことが示唆されている。その上、特定の理論により拘束されることは望まないが、例えば酸化ホウ素、酸化アルカリ化合物、アルカリ土類酸化物化合物などの一部の化合物の含有量を含めた他の要因が、粒子溶解の制限の一因となることも疑われている。
実施例２
２つの試料を形成する。試料Ｓ６は本明細書中の実施形態にしたがって形成する。試料ＣＳ５は、実施例１の試料ＣＳ１と同じ特性を有する従来の試料である。とりわけ、試料Ｓ６およびＣＳ５は、実施例１の試料と同じ構造を有するが、試料の焼成は９１５℃で行なう。
２つの試料を形成する。試料Ｓ６は本明細書中の実施形態にしたがって形成する。試料ＣＳ５は、実施例１の試料ＣＳ１と同じ特性を有する従来の試料である。とりわけ、試料Ｓ６およびＣＳ５は、実施例１の試料と同じ構造を有するが、試料の焼成は９１５℃で行なう。
試料Ｓ６は、２６．９４重量％（１８．５９モル％）の出発アルミナ重量パーセントおよび２８．７重量％（１９．２５モル％）の最終アルミナ含有量を有し、こうして本明細書中で開示されている方法にしたがって測定された場合に０．３３重量％というアルミナ粒子溶解を示している。試料ＣＳ５は、１６．０５重量％（１０．１３モル％）の出発アルミナ含有量、２５．５重量％（１７．０２モル％）の最終アルミナ含有量、ひいては、本明細書中に記載の公式および方法にしたがって測定した場合に１．７０重量％というアルミナ粒子溶解を有する。したがって、試料Ｓ６は、形成プロセス中にアルミナ粒子溶解が著しく少ないことを示している。
試料Ｓ６およびＣＳ５を内径研削作業に付し、１研削サイクルあたりのボンド研磨物品の動力消費量と同様、研削手順後の試料Ｓ６およびＣＳ５の真直度を判定した。研削条件を、下表２に要約する。
図２および３は、テスト結果を要約している。図２は、各々の試料（すなわちＳ６およびＣＳ５）についての動力対研削サイクル数のプロットを含んでいる。図３のデータは、試料Ｓ６が、全ての研削サイクルについて使用動力量が少なく、ひいては研削サイクルの各々についての平均動力消費量が低いことを示し、試料６が試料ＣＳ５に比べて改善された砥粒無欠性を有することを示唆している。
さらに、図３は、ボンド研磨物品による研削作業後に工作物中に生成される表面の直線性の尺度である、真直度と研削回数の関係を示すプロットを含む。生成された部品の真直度は、縁部とバルク領域内のホイール摩耗の均一性に関係づけすることができる。真直度の測定は、円ゲージ（Ｍａｈｒ Ｆｅｄｅｒａｌ製Ｆｏｒｍｓｃａｎ ２６０）を用いて実施され、工作物の表面に沿ってラインプロファイルが生成される。このような測定を各部品について４回行ない、その平均を真直度の値として報告する。この試験方法は、規格ＡＳＭＥ Ｙ１４．５Ｍ「Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｏｌｅｒａｎｃｉｎｇ」にしたがったものである。示されている通り、試料Ｓ６は、試料ＣＳ５に比べてほぼ同じ真直度を示す。したがって、図２のデータと併せると、試料Ｓ６は、比較的少ない動力を使用しながら同じ品質の研削性能を実現でき、こうして試料ＣＳ５と比べてより効率の良い研削プロセスを提供する。
本明細書中の実施形態は、高温ボンド研磨物品中に微結晶アルミナ粒子を取込んだ研磨物品において、微結晶アルミナ粒子が改善された無欠性と最小限の溶解および劣化を示す研磨物品に向けられている。一般に、ＭＣＡ粒子を用いた最先端のボンド研磨物品は、１０００℃未満の温度で形成された低温ビトリファイドボンドの形成と使用に向けられてきた。しかしながら、本明細書中の実施形態は、形成中のＭＣＡを含む砥粒の劣化および／または溶解を軽減しながら高温で形成可能なガラス質ボンド組成物を形成するために、ボンド材料粉末内部に一定含有量（例えば一定の比）の材料を含みいれるように形成されたボンド研磨物品に向けられている。本明細書中の実施形態は、特定のボンド組成、アルミナとシリカ間の比、アルミナと酸化ホウ素間の比、アルミナと酸化アルカリ化合物間の比、ならびに酸化ホウ素、アルカリ土類酸化物、酸化アルカリ化合物などを含む他の構成成分間の比を含めた（ただしこれらに限定されない）ボンド内部の化合物の特定の比を含めた特徴の１つ以上の組合せを使用することができる。以上では、実施形態のボンド研磨物品を記述し定義するためにさまざまな要領で組合せることのできる特徴の組合せが記載されている。この記述は、特徴の序列を説明するように意図されたものではなく、本発明を定義するために１つ以上の要領で組合せることのできる異なる特徴を説明するように意図されたものである。
以上で、具体的な実施形態およびいくつかの構成成分の関連性に対する言及は、例示的なものである。連動または関連しているものとしての構成成分に対する言及は、前記構成成分間の直接的関連性または本明細書中で論述されている方法を実施するものとして今後認識されるような１つ以上の介入する構成成分を通した間接的な関連性のいずれかを開示するように意図されたものであることがわかるだろう。したがって、以上で開示した内容は、限定的なものではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、添付のクレームは、本発明の真の範囲内に入る全ての修正、増強および他の実施形態を網羅するように意図されている。こうして、法律により許容される最大限度で、本発明の範囲は、以下のクレームおよびその等価物の許容可能な最も広義の解釈により決定されるべきであり、以上の詳細な説明により制約または限定されるものではない。
「開示の要約」は、クレームの範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという了解の下に提出されたものである。さらに上述の「詳細な説明」では、開示を簡素化する目的で、さまざまな特徴を一緒にまとめるかまたは単一の実施形態中に記載されているかもしれない。この開示は、請求対象の実施形態が各クレーム内で明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要としているという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下のクレームが反映しているように、発明力ある内容は、開示されている任意の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴に向けられていてよい。したがって、以下のクレームは、各クレームが別個に請求される内容を定義するものとして独立している状態で、「詳細な説明」の中に組込まれるものである。
Claims (107)
- ボンド材料内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含む研磨物品において、前記ボンド材料が少なくとも約１５モル％のアルミナ合計含有量を含む、研磨物品。
- 前記アルミナ合計含有量が少なくとも約１５．５モル％である、請求項１に記載の研磨物品。
- 前記アルミナ合計含有量が少なくとも約１６モル％である、請求項２に記載の研磨物品。
- 前記アルミナ合計含有量が少なくとも約１６．５モル％である、請求項３に記載の研磨物品。
- 前記アルミナ合計含有量が約１５モル％〜約２５モル％の範囲内にある、請求項１および２のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記アルミナ合計含有量が約１５．５モル％〜約２２モル％の範囲内にある、請求項５に記載の研磨物品。
- 前記アルミナ合計含有量が約１６モル％〜約２０モル％の範囲内にある、請求項６に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が少なくとも約３０体積％の気孔率を含む、請求項１、２および５のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が少なくとも約３５体積％の気孔率を含む、請求項８に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が少なくとも約４０体積％の気孔率を含む、請求項９に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、約３０体積％〜約５０体積％の気孔率範囲内の気孔率を含む、請求項１０に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、約３５体積％〜約４５体積％の気孔率範囲内の気孔率を含む、請求項１１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、５および８のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が本質的に非晶相を含む、請求項１３に記載の研磨物品。
- 前記砥粒が本質的に微結晶アルミナで構成される、請求項１、２、５、８および１３のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記微結晶アルミナが、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１、２、５、８、１３および１５のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記微結晶アルミナが約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１６に記載の研磨物品。
- 前記微結晶アルミナが、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１７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アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含む研磨物品において、前記ガラス質ボンド材料が、少なくとも約１５モル％というモル％単位のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］を含み、さらに、モル％単位のシリカ合計含有量［ＣＳｉＯ２］を含み、前記ガラス質ボンド材料の［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比が少なくとも約０．２である、研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比が少なくとも約０．３である、請求項１９に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比が少なくとも約０．３５である、請求項２０に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比が約０．２〜約１の範囲内にある、請求項１９に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比が約０．３〜約０．９の範囲内にある、請求項２２に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＳｉＯ２］比が約０．３〜約０．６の範囲内にある、請求項２３に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その全体積の少なくとも約３４体積％の砥粒を含む、請求項１９および２０のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の少なくとも約４０体積％の砥粒を含む、請求項２５に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の約３４体積％〜約６０体積％の砥粒を含む、請求項１９、２０および２５のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の約４０体積％〜約５４体積％の砥粒を含む、請求項２７に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の少なくとも約４体積％のボンド材料を含む、請求項１９、２０、２５および２７のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の少なくとも約５体積％のボンド材料を含む、請求項２９に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の約４体積％〜約３０体積％のボンド材料を含む、請求項１９、２０、２５、２７および２９のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の約５体積％〜約２０体積％のボンド材料を含む、請求項３１に記載の研磨物品。
- 前記研磨体が、その前記全体積の約６体積％〜約１２体積％のボンド材料を含む、請求項３２に記載の研磨物品。
- ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含む研磨物品において、前記ガラス質ボンド材料が、モル％単位のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）および酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）からなる材料群から選択されるモル％単位の酸化アルカリ化合物含有量［Ｃａｏｃ］を含み、前記ガラス質ボンド材料が少なくとも約０．８の［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比を有する、研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比が少なくとも約０．８５である、請求項３４に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比が少なくとも約０．９である、請求項３５に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比が少なくとも約１．０である、請求項３６に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比が約０．８〜約２．５の範囲内にある、請求項３４に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比が約０．８〜約２．０の範囲内にある、請求項３８に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［Ｃａｏｃ］比が約１．０〜約１．３の範囲内にある、請求項３９に記載の研磨物品。
- ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含む研磨物品において、前記ガラス質ボンド材料が、少なくとも約１５モル％のアルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］、約７０モル％以下のシリカ合計含有量［ＣＳｉＯ２］を含み、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）および酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）からなるアルカリ化合物の群から選択される酸化アルカリ化合物の合計含有量［Ｃａｏｃ］が約１５モル％以下である、研磨物品。
- 前記シリカ合計含有量が約６５モル％以下である、請求項４１に記載の研磨物品。
- 前記シリカ合計含有量が約６０モル％以下である、請求項４２に記載の研磨物品。
- 前記シリカ合計含有量が約３０モル％〜約７０モル％の範囲内にある、請求項４１に記載の研磨物品。
- 前記シリカ合計含有量が約３５モル％〜約６５モル％の範囲内にある、請求項４４に記載の研磨物品。
- 前記酸化アルカリ化合物合計含有量が約１２モル％以下である、請求項４１および４２のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記酸化アルカリ化合物合計含有量が約１０モル％以下である、請求項４６に記載の研磨物品。
- 前記酸化アルカリ化合物合計含有量が約８．０モル％以下である、請求項４７に記載の研磨物品。
- 前記酸化アルカリ化合物合計含有量が約１．０モル％〜約１５モル％の範囲内にある、請求項４１および４２のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記酸化アルカリ化合物合計含有量が約１．０モル％〜約１２モル％の範囲内にある、請求項４９に記載の研磨物品。
- 前記酸化アルカリ化合物合計含有量が約２．０モル％〜約１０モル％の範囲内にある、請求項５０に記載の研磨物品。
- 前記酸化ナトリウム含有量が酸化カリウムおよび酸化リチウムを組合せた合計含有量よりも大きい、請求項４１、４２、４６および４９のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記酸化カリウム合計含有量が酸化リチウム合計含有量と酸化ナトリウム合計含有量のいずれか一方の合計含有量よりも少ない、請求項５２に記載の研磨物品。
- 前記酸化カリウム合計含有量が約５．０モル％以下である、請求項５２に記載の研磨物品。
- 前記酸化カリウム合計含有量が約３．０モル％以下である、請求項５４に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が少なくとも約５．０モル％の酸化ホウ素合計含有量を含む、請求項４１、４２、４６、４９および５２のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 少なくとも約８．０モル％の前記酸化ホウ素合計含有量、請求項５６に記載の研磨物品。
- 少なくとも約１０モル％の前記酸化ホウ素合計含有量、請求項５７に記載の研磨物品。
- 少なくとも約１５モル％の前記酸化ホウ素合計含有量、請求項５８に記載の研磨物品。
- 前記酸化ホウ素合計含有量が約５．０モル％〜約３０モル％の範囲内にある、請求項５６に記載の研磨物品。
- 前記酸化ホウ素合計含有量が約１０モル％〜約２５モル％の範囲内にある、請求項６０に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が、前記アルミナ合計含有量［ＣＡｌ２Ｏ３］と前記酸化ホウ素合計含有量［ＣＢ２Ｏ３］間の、［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＢ２Ｏ３］として表わされる約０．２〜約２の範囲内の比を含む、請求項５６に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＢ２Ｏ３］比が約０．５〜約２．０の範囲内にある、請求項６２に記載の研磨物品。
- 前記［ＣＡｌ２Ｏ３］／［ＣＢ２Ｏ３］比が約０．８〜約１．５の範囲内にある、請求項６３に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）およびその組合せからなる群から選択されるアルカリ土類酸化物材料を含む、請求項４１、４２、４６、４９、５２および５６のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、約１５モル％以下のアルカリ土類酸化物材料の合計含有量を含む、請求項６５に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、約１０モル％以下のアルカリ土類酸化物材料の合計含有量を含む、請求項６６に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、約８．０モル％以下のアルカリ土類酸化物材料の合計含有量を含む、請求項６７に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、約５．０モル％以下のアルカリ土類酸化物材料の合計含有量を含む、請求項６８に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、酸化バリウムの含有量よりも大きい酸化マグネシウム含有量を含む、請求項６５に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、酸化カルシウムの含有量よりも大きい酸化マグネシウム含有量を含む、請求項７０に記載の研磨物品。
- 前記ガラス質ボンド材料が、酸化バリウムと酸化カルシウムを組合せた合計含有量よりも大きい酸化マグネシウム含有量を含む、請求項７１に記載の研磨物品。
- ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含む研磨物品において、前記ガラス質ボンド材料が約１．５重量％以下の粒子溶解係数を含む、研磨物品。
- 前記粒子溶解係数が約１．２重量％以下である、請求項７３に記載の研磨物品。
- 前記粒子溶解係数が約１．０重量％以下である、請求項７４に記載の研磨物品。
- 前記粒子溶解係数が約０．９重量％以下である、請求項７５に記載の研磨物品。
- 前記粒子溶解係数が約０．０１重量％〜約１．５重量％の範囲内にある、請求項７３に記載の研磨物品。
- 前記粒子溶解係数が約０．０１重量％〜約１．２重量％の範囲内にある、請求項７７に記載の研磨物品。
- 前記粒子溶解係数が約０．０５重量％〜約０．８重量％の範囲内にある、請求項７８に記載の研磨物品。
- ガラス質ボンド材料の内部に含まれる微結晶アルミナを含む砥粒を有する研磨体を含む研磨物品において、前記ガラス質ボンド材料が、［ΔＡｌ２Ｏ３］＝（［ＶＢＭＡｌ２Ｏ３−ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］／［ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］の等式により計算した場合に約１５．０モル％という粉末ボンド材料のアルミナ含有量［ＰＢＭＡｌ２Ｏ３］とガラス質ボンド材料の合計アルミナ含有量［ＶＢＭＡｌ２Ｏ３］の間の合計アルミナ含有量の変化［ΔＡｌ２Ｏ３］によって測定される砥粒の溶解を削減するのに充分な量のアルミナを有する粉末ボンド材料から形成される、研磨物品。
- 前記合計アルミナ含有量の変化が約１２．０モル％以下である、請求項８０に記載の研磨物品。
- 前記合計アルミナ含有量の変化が約１０．０モル％以下である、請求項８１に記載の研磨物品。
- 前記合計アルミナ含有量の変化が約８．０モル％以下である、請求項８２に記載の研磨物品。
- 前記合計アルミナ含有量の変化が約０．０１モル％〜約１５．０モル％の範囲内にある、請求項８０に記載の研磨物品。
- 前記合計アルミナ含有量の変化が約０．５モル％〜約１２．０モル％の範囲内にある、請求項８４に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料粉末が少なくとも約１５モル％のアルミナ含有量を含む、請求項８０および８１のいずれか一項に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料粉末が少なくとも約１６モル％のアルミナ含有量を含む、請求項８６に記載の研磨物品。
- 前記ボンド材料が本質的に酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を含んでいない、請求項８７に記載の研磨物品。
- 研磨物品の形成方法において、
微結晶アルミナを含む砥粒をボンド材料粉末と混合するステップであって、前記ボンド材料粉末が少なくとも約１５モル％のアルミナを含むステップと；
前記混合物を未加工物品の形に形成するステップと；
前記未加工物品を少なくとも約８００℃の焼成温度まで加熱して、ガラス質ボンド材料内部に含まれる砥粒を有する研磨物品を形成するステップと；
を含む研磨物品形成方法。 - 前記ボンド材料粉末がフリットを含む、請求項８９に記載の方法。
- 前記フリットが少なくとも約２０モル％のアルミナを含む、請求項９０に記載の方法。
- 前記フリットが少なくとも約３０モル％のアルミナを含む、請求項９１に記載の方法。
- 前記フリットが少なくとも約４０モル％のアルミナを含む、請求項９２に記載の方法。
- 前記フリットが約２０モル％〜約７５モル％を構成する、請求項９０に記載の方法。
- 前記フリットが約２０モル％〜約６５モル％を構成する、請求項９４に記載の方法。
- 前記フリットが約２０モル％〜約５０モル％を構成する、請求項９５に記載の方法。
- 前記ボンド材料粉末が少なくとも約３５モル％のシリカを含む、請求項８９および９０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ボンド材料粉末が約３５モル％〜約６０モル％のシリカを含む、請求項９７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８９、９０および９７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ボンド材料粉末が本質的に酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を含まない、請求項８９、９０、９７および９９のいずれか一項に記載の方法。
- 形成ステップが、前記混合物を一つの形状にプレス加工するステップを含む、請求項８９、９０、９７、９９および１００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８００℃である、請求項８９、９０、９７、９９、１００および１０１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９００℃である、請求項１０２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１０３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８９、９０、９７、９９、１００、１０１および１０２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記焼成温度が約９００℃〜約１４００℃の範囲内にある、請求項１０５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記焼成温度が約９００℃〜約１３００℃の範囲内にある、請求項１０６のいずれか一項に記載の方法。
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