JP2014526395A

JP2014526395A - 研磨粒子材料を含む研磨製品、研磨粒子材料を使用する研磨布紙および形成方法

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Publication number: JP2014526395A
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Inventors: トレイシー・エイチ・パンザレラ; ドールク・オメル・エネル
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Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-10-06
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Abstract

研磨製品は、アルミナ結晶から製造された研磨粒子材料および前記研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を含んでおり、前記第１添加組成物は、ＭｇおよびＣａの組み合わせを含み、ＭｇおよびＣａは約１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む。
【選択図】図１

Description

以下は、研磨粒子材料、および詳細には、特定の組成物および形状を有する研磨粒子材料を含む研磨製品に向けられる。

バルク材料除去が実行されるラッピング（研磨）／グラインディング（研削）から微細なミクロンおよびサブミクロン表面不整が対応される精密研磨までを含む様々な工業機械加工用途では、高性能の研磨材料および成分が長年にわたり使用されてきた。そのような機械加工作業の対象となる典型的な材料には、様々なセラミック、ガラス、ガラスセラミック、金属および金属合金が含まれる。研磨材は、例えばスラリー内に研磨粒子材料を含む可能性がある遊離研磨材などの様々な形態のいずれか１つを採ることができる。または、そのような研磨粒子材料は、固定砥粒、例えば研磨布紙もしくは接着砥粒を形成するために様々なマトリックス構造に組み込むことができる。研磨布紙は、一般に、その上に砥砂もしくは砥粒が一連の下引き接着剤層および上引き接着剤層を介してそれに付着させられる下の基板を有する研磨成分であると分類されている。接着砥粒は、典型的には下の基板を有しておらず、マトリックス結合材料によって一緒に結合される砥砂の一体構造から形成される。

工業の特定分野は、研磨用途に使用するためのアルミナ材料、典型的にはα−アルミナ材料に極めて高い関心を抱いている。α−アルミナは、典型的にはおよそ１，０００℃〜１，２００℃の温度でのアルミナ前駆体の変換によって形成することができる。例えば、Ｈａｒａｔｏｅｔａｌ．（米国特許第５３０２３６８号明細書）およびＫａｉｓａｋｉｅｔａｌ．（米国特許第６１９４３１７号明細書）を参照されたい。主としてα−アルミナを含有する研磨化合物は、金属表面を高い材料除去率で研磨する際に有用である。α−アルミナは最硬質相の多結晶アルミナであり、望ましい高い材料除去率を提供するが、選択性が不良である上に、望ましくない表面欠陥、例えばスクラッチおよびオレンジピールを生じさせる傾向があるため、その使用は所定の用途に限定されている。

工業界は、様々な固定研磨製品に組み込むことのできる改良された研磨粒子材料を依然として必要としている。

１つの態様によると、研磨製品を形成する方法は、多孔質アルミナ材料を形成する工程および含浸粒子材料を形成するために多孔質アルミナ材料を第１添加組成物で含浸する工程を含み、該第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを有し、ＭｇおよびＣａは１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに該研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む。

別の態様によると、研磨製品は、成形輪郭を有する研磨粒子材料を含み、該研磨粒子材料はアルミナ結晶および該研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を有し、該第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを有し、ＭｇおよびＣａは１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに該研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む。

さらに別の態様によると、研磨製品は、基板およびアルミナ結晶を含む研磨粒子材料および該研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を含み、該第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを含み、ＭｇおよびＣａは１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在する。

さらにまた別の態様では、研磨製品は、アルミナ結晶を含む研磨粒子材料ならびに第１アルカリ土類元素およびＣａを含む第１添加組成物を含み、Ｃａは該第１アルカリ土類元素より少ない量で存在し、該第１添加組成物の大部分は該アルミナ結晶の結晶境界に選択的に局在する。

１つの態様では、研磨製品は、アルミナ結晶を含む研磨粒子材料および第１添加組成物を含み、該第１添加組成物は第１アルカリ土類元素およびＣａを含み、該Ｃａは該第１アルカリ土類元素の量より少ない量で存在し、該研磨粒子材料は該研磨粒子材料の総重量に対して約０．１重量％〜約５重量％の該第１添加組成物を含んでいる。

また別の態様によると、研磨製品は、アルミナ結晶を有する研磨粒子材料および該研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を含み、該第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを含み、ＭｇおよびＣａは約１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに該研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む。

添付の図面を参照することによって、当業者であれば本開示を明白に理解することができ、多数の特徴および利点は明白になる。

１つの実施形態による研磨粒子材料を形成する方法を例示するフローチャートを示す図である。研磨粒子材料の写真である。図２Ａは、ドーピング処理によって形成された研磨粒子材料の写真を含む。研磨粒子材料の写真である。図２Ｂは１つの実施形態による含浸処理によって形成された研磨粒子材料の写真を含む。１つの実施形態による研磨粒子材料の微細構造を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を含む成形研磨粒子を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を含む成形研磨粒子を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を含む成形研磨粒子を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を含む成形研磨粒子を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を含む成形研磨粒子を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を含む成形研磨粒子を示す図である。１つの実施形態による研磨粒子材料を組み込んでいる研磨布紙製品を示す図である。１つの実施形態による研磨布紙製品および従来型研磨布紙製品を用いて実施された比較研削試験についての比研削エネルギー対累積除去材料のプロットを示す図である。

様々な図面における同一参照記号の使用は、類似もしくは同一の項目を指示している。

１つの実施形態による研磨粒子材料の合成は、図１の工程１０１に図示したように、アルミナ原料を得ることによって開始できる。所定のアルミナ原料は市販で調達できるが、他の例ではアルミナ原料を製造することができる。例えば、アルミナ原料は、種添加経路（ｓｅｅｄｅｄｐａｔｈｗａｙ）によって加工できる。１つの実施形態では、アルミナ原料は、懸濁液（またはゾルもしくはスラリー）中にベーマイト前駆体およびベーマイト種を含むことができ、懸濁液はベーマイト前駆体を粒子もしくは微結晶から形成されたベーマイト粒子材料に変換させるために熱処理（例えば、水熱処理）することができる。本明細書で使用する用語「ベーマイト」は、典型的にはＡｌ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏであって、およそ１５％の含水量を有する鉱物ベーマイト、ならびに１５％より高い、例えば２０〜３８重量％の含水量を有する疑似ベーマイトを含むアルミナ水和物を意味するために一般に使用される。ベーマイト（疑似ベーマイトを含む）は、特定の同定可能な結晶構造、したがって固有のＸ線回折パターンを有しているので、そこで他の水和アルミナ、例えばベーマイト粒子材料を製造するために本明細書で使用する一般的前駆体材料であるＡＴＨ（アルミニウムトリヒドロキシド）を含む他のアルミナ材料から区別される。

適切なベーマイト粒子材料を形成した後、熱処理工程を実施すると、多形変換を実行することで水を除去してアルミナ材料を形成することができる。１つの態様によると、ベーマイト粒子材料は、本明細書では一般に第１（およびさらに第２および第３）アスペクト比によって説明され、さらに以下でより詳細に説明する相当に細長い形態を有することができるが、ベーマイトの形態は供給原料の粒子材料内で大部分が維持される。

第１アスペクト比は、最長寸法対該最長寸法に垂直な第２最長寸法の比であると規定されており、一般に２：１以上、および好ましくは３：１以上、４：１以上、または６：１以上である。特に針状粒子に関しては、粒子は第２最長寸法対第３最長寸法の比率として規定された第２アスペクト比に関してさらに特徴付けることができる。第２アスペクト比は、一般に３：１以下、典型的には２：１以下、または１．５：１以下でさえあるが、約１：１であることが多い。第２アスペクト比は、一般に最長寸法に垂直である平面内の粒子の断面形状を描写する。用語「アスペクト比」は、本明細書では最長寸法対第２最長寸法の比率を表示するために使用するので、第１アスペクト比と呼べることに留意されたい。

または、ベーマイト粒子材料は、板状もしくは小板状輪郭を有する可能性があり、一般に針状粒子と結び付けて上述した第１アスペクト比を有する細長い構造を有することができる。しかし、小板状粒子は、一般に対向する主要表面を有し、対向する主要表面は一般に平面状で、一般に相互に平行である。さらに、小板状粒子は、一般に約３：１以上、例えば約６：１以上、または１０：１以上でさえある針状粒子より大きな第２アスペクト比を有すると特徴付けることができる。

種添加工程によって形成されたベーマイト粒子材料の形態は、相当に微細な粒子もしくは微結晶サイズを有することができる。一般に、平均ベーマイト材料の粒子サイズは、約１，０００ｎｍ（ナノメートル）以下であり、約１００〜１，０００ｎｍの範囲内に含まれる。他の実施形態は、例えば約８００ｎｍ以下、７５０ｎｍ以下、６００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、４００ｎｍ以下のより微細な平均粒子サイズさえ、および３００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する粒子さえ有している可能性があり、これは微粒子材料を表す。高アスペクト比のベーマイト粒子材料と結び付けて本明細書で使用する用語「平均粒子サイズ」は、粒子の平均最長もしくは長さ寸法を表すために使用する。

ベーマイト粒子材料のアスペクト比および平均粒子サイズに加えて、ベーマイト粒子材料の形態は、さらに比表面積によって特徴付けることができる。ここで、ベーマイト粒子材料の比表面積を測定するためには一般に利用できるＢＥＴ法を利用した。本明細書の実施形態によると、ベーマイト粒子材料は、一般に約１０ｍ^２／ｇ以上、例えば約５０ｍ^２／ｇ以上、７０ｍ^２／ｇ以上、または約９０ｍ^２／ｇ以上の相当に高い比表面積を有していてよい。比表面積は粒子形態ならびに粒子サイズの関数であるので、一般に実施形態の比表面積は約４００ｍ^２／ｇ未満、例えば約３５０もしくは３００ｍ^２／ｇ未満であった。表面積の特定範囲は、約７５ｍ^２／ｇ〜２００ｍ^２／ｇである。

それにより種添加されたベーマイト粒子材料を製造できる方法の詳細に目を向けると、一般に楕円形、針状、もしくは小板形ベーマイトは、ベーマイト前駆体、典型的にはボーキサイト鉱物を含むアルミナ材料から、一般に上述の本願と同一出願者による米国特許第４７９７１３９号明細書に記載された水熱処理によって形成される。より詳細には、ベーマイト粒子材料は、懸濁液中でベーマイト前駆体とベーマイト種を結合する工程、原料のベーマイト粒子材料への変換を誘発するために懸濁液（またはゾルもしくはスラリー）を熱処理に曝露させる工程、および懸濁液中に用意されたベーマイト種によってさらに影響を受けさせる工程によって形成できる。加熱する工程は、一般に自生環境内で、つまり加工処理中に高圧が生成されるオートクレーブ内で実施される。懸濁液のｐＨは、一般に７未満または８より大きい数値から選択され、ベーマイト種材料は、約０．５ミクロンより微細な粒子サイズを有することができる。一般に、種粒子は該ベーマイト前駆体の（Ａｌ_２Ｏ_３として計算した）重量で約１重量％より多い量で存在し、加熱する工程は、約１２０℃より高い温度、例えば約１２５℃より高い温度、または約１３０℃より高い温度でさえ、および自生的に生成される圧力、典型的にはおよそ３０ｐｓｉで実施される。

例えば水熱処理による熱処理、およびベーマイト変換に続いて、液体成分は一般に、例えば限外濾過法によって、または残留液体を蒸発させる熱処理によって除去される。その後、結果として生じた塊は、一般に例えば１００メッシュへ破砕される。本明細書に記載した粒子サイズは、一般に所定の（例えば、凝集した材料を必要とする製品についての）実施形態では維持される場合がある凝集体ではなくむしろ加工処理によって形成される個別粒子を描写することに留意されたい。

所定の加工処理変量は、所望の形態に影響を及ぼすためのベーマイト粒子材料の形成中に変更することができる。これらの変量には、重量比、つまりベーマイト前駆体対ベーマイト種の比率、加工処理中に使用される酸もしくは塩基の特定のタイプもしくは種（ならびに相対ｐＨレベル）、および該系の温度（自生水熱環境において圧力に正比例する）が含まれる。

適切な酸および塩基には、鉱酸、例えば硝酸、有機酸、例えばギ酸、ハロゲン酸、例えば塩酸、および酸性塩、例えば硝酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムが含まれる。有効な塩基には、例えば、アンモニアを含むアミン、水酸化アルカリ、例えば水酸化カリウム、アルカリ性水酸化物、例えば水酸化カルシウム、および塩基性塩が含まれる。

ベーマイト粒子材料を形成した後、本処理は、アルミナ材料を形成するためのベーマイト粒子材料の熱処理をさらに含むことができる。特定の実施形態によると、熱処理は、特定のアルミナ相（例、γ、δ、θ、α）または適切なアルミナ材料を提供するアルミナ相の組み合わせへの変換を誘発するために十分な温度でのベーマイト粒子材料の焼成を含むことができる。より詳細には、アルミナ材料は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の大部分の含量（重量％）、および好ましくは少なくとも約８０重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９５重量％を含む、またはさらに本質的にアルミナから成るアルミナ材料である。

焼成温度は、一部には、ベーマイト粒子材料のタイプおよび所望のアルミナ相に依存してよい。一般に、焼成する工程は、少なくとも約５００℃、例えば少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、または少なくとも約８００℃の温度でさえ実施できる。さらに、所定の実施形態によると、焼成する工程は、約１，５００℃以下、例えば約１，２００℃以下、または約１，０００℃以下の温度でさえ実施できる。焼成する工程は、上述の最低および最高温度の間のいずれかの範囲内の温度で実施できることは理解されよう。

焼成は、制御された気体および圧力環境を含む様々な環境において実施できる。焼成は、一般に化学反応ではなくベーマイト粒子材料における相変化を引き起こすために実施されるため、および結果として生じる材料は主として酸化物であるので、大多数の組成的および形態学的に制御されたアルミナ最終生成物を除けば、必ずしも特殊化した気体および圧力環境下で実行する必要はない。１つの実施形態によると、焼成する工程は、周囲雰囲気下で実施されてよい。所定の焼成作業は、ロータリーキルン内で実施できる。

焼成する工程のために適切な時間は、一部にはベーマイト粒子材料およびアルミナの所望の組成に依存する。典型的には、焼成する工程は、約５時間以下、一般に約１０分間〜４時間、または１０分間〜３時間の範囲内で実施される。上記に記載した加工処理ガイドラインは、限定的ではなく、アルミナ材料の形成を促進する能力がある工程を単に例示していることを理解されたい。

１つの実施形態によると、焼成の結果として形成されたアルミナ材料は、特別には多孔質であってよい。例えば、アルミナ材料粒子の平均細孔容積は、少なくとも約０．１５ｃｍ^３／ｇ、例えば少なくとも約０．２ｃｍ^３／ｇ、少なくとも約０．２５ｃｍ^３／ｇ、少なくとも約０．２７ｃｍ^３／ｇ、または少なくとも約０．３ｃｍ^３／ｇでさえあってよい。さらに、所定の実施形態におけるアルミナ材料の平均細孔容積は、限定することができ、例えば約０．５ｃｍ^３／ｇ以下、約０．４５ｃｍ^３／ｇ以下、または約０．４ｃｍ^３／ｇ以下であってよい。アルミナ材料の平均細孔容積は、上述した最低および最高値の間のいずれかの範囲内であってよい。平均細孔容積は、２５０℃の浸漬温度までの１０℃／分のランプ速度および６０分間の浸漬時間でＢＥＴによって測定することができる。

ベーマイト粒子の焼成前に他の中間工程を実施できることは理解されよう。例えば、材料は、ベーマイト粒子材料を含有するスラリーもしくはゾルを個別成形粒子に成形するための任意の工程を受けることができる。粒子の形状は、その後の加工処理を通して維持することができ、本明細書でより詳細に記載する。適切な成形処理は、スクリーン印刷、成形、エンボス加工、押出加工、鋳造、加圧成形、切削加工、およびそれらの組み合わせを含むことができる。したがって、成形処理後には、焼成処理を完了するとアルミナ原料の成形粒子を形成することができる。

工程１０１でアルミナ原料を入手した後に、本処理はアルミナ原料を第１添加組成物で含浸する工程によって工程１０２へ継続することができる。特に、含浸処理を使用すると、多孔質アルミナ原料内に所定の元素、種、および／または組成物を浸透させることができる。１つの実施形態によると、含浸する工程が第１添加組成物の種を含有する前駆体塩材料を多孔質アルミナ材料と混合する工程を含み、混合する工程が該前駆体塩材料を含む溶液を該多孔質アルミナ材料と湿式混合する工程を含む含浸処理を含むことができる。

１つの実施形態によると、含浸処理は、第１添加組成物を多孔質アルミナ材料と混合する工程を含むことができる。特に、混合処理は、湿式もしくは乾式混合処理を含むことができる。例えば、含浸処理は湿式混合処理であってよく、該第１添加組成物は、液体担体を使用して液体として調製することができる。所定の適切な液体担体材料は、有機材料、無機材料、およびそれらの組み合わせを含むことができる。１つの特定の例では、液体担体は、脱イオン水であってよい。さらに、多孔質アルミナ材料は、場合により、例えば脱イオン水を含む同一液体担体を使用して懸濁液として調製することができる。

所定の例では、第１添加組成物は、前駆体塩材料を含むことができる。該前駆体塩材料は、湿式混合および多孔質アルミナ材料内への含浸を促進する溶液内に用意される材料であってよい。特定の例では、前駆体塩材料を含む第１添加組成物の調製は、例えば金属カチオン元素を含む所定の種の前駆体塩材料の多孔質アルミナ材料内への含浸を促進する。該多孔質アルミナ材料は、特定の種の前駆体塩材料が多孔質アルミナ材料内に含有され、そこでアルミナ結晶に加えて研磨粒子材料内の第１添加組成物を規定するように、さらに処理（例、乾燥）することができる。特定の例では、前駆体塩材料は、硝酸塩、例えば金属硝酸塩組成物を含むことができる。他の適切な塩には、塩化物、ヨウ化物、フッ化物、硫酸塩、リン酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、炭酸塩、およびそれらの組み合わせを含むことができる。

一般に、第１添加組成物は、混合物中に少量で存在していてよい。しかし、多孔質アルミナ材料中に含浸させられる該第１添加組成物の量は変動してよく、および最終的に形成される研磨粒子材料内の添加組成物の所望の最終量に基づいて計算できることは理解されよう。所定の例では、含浸中の混合物内の添加組成物の総量は、混合物の総重量に対して約２０重量％未満、例えば１５重量％未満、１２重量％未満、または１０重量％未満でさえあってよい。さらに、特定の例では、混合物内の添加組成物の量は、混合物の総重量に対して少なくとも約０．１１重量％、例えば少なくとも約０．５重量％、または少なくとも約１重量％でさえあってよい。混合物内の添加組成物の量は、上述の最低および最高重量％の間のいずれかの範囲内にあってよいことは理解されよう。

含浸中に、多孔質アルミナ材料は、第１添加組成物を含有する溶液と混合することができる。十分に混合した後、湿式混合物は液体担体の除去を促進して、該第１添加組成物で含浸させた多孔質アルミナ材料から作られた含浸粒子材料、特に前駆体塩材料のカチオン種を生じさせるように乾燥させることができる。乾燥させる工程は、例えば、少なくとも約５０℃、少なくとも約７０℃、または少なくとも約８５℃さえ含む室温より高い温度で実施することができる。さらに、乾燥温度は、約１５０℃以下、例えば約１２０℃以下であってよい。乾燥する工程は、上述の最低および最高温度の間のいずれかの範囲内の温度で実施できることは理解されよう。

乾燥雰囲気は、一般に周囲雰囲気であってよい。さらに、乾燥のための期間は、少なくとも約２時間、少なくとも約４時間、少なくとも約６時間、または少なくとも約１０時間でさえあってよい。

工程１０２で含浸処理を実施した後、該処理は、含浸粒子材料を焼結する工程によって工程１０３へ継続することができる。焼結する工程は、含浸粒子材料、例えば研磨材使用のために適切な材料を圧縮するために実施できる。１つの実施形態によると、焼結処理は、多孔質アルミナ材料を形成するために利用された焼成温度より高い焼結温度で実施することができる。１つの特定の例では、焼結温度は、少なくとも約８００℃、少なくとも約９００℃、例えば少なくとも約１，０００℃、少なくとも約１，１００℃、または少なくとも約１，２００℃であってよい。さらに、１つの実施形態によると、焼結温度は、約１，６００℃以下、例えば約１，５００℃以下、１，４００℃以下、または約１，３５０℃以下でさえあってよい。含浸粒子材料は、上述の最低および最高温度の間のいずれかの範囲内の焼結温度で焼結できることは理解されよう。

焼結する工程は、一般に周囲温度で、およびより特別にはロータリーキルン内で実施することができ、ロータリーキルン内の含浸粒子材料の平均滞留時間は焼結期間を規定できる。さらに、焼結温度での焼結期間は、少なくとも約２分間、例えば少なくとも約５分間、または少なくとも約８分間でさえあってよい。１つの特定の実施形態によると、焼結処理は、約６０分間以下、例えば約４５分間未満の焼結期間を有していてよい。

含浸粒子材料を焼結する工程は、研磨粒子材料を形成することができる。１つの実施形態によると、研磨粒子材料は、１つの比表面積を有することができる。例えば、研磨粒子材料は、約０．１５ｍ^２／ｇ以下、例えば約０．１３ｍ^２／ｇ以下、約０．１ｍ^２／ｇ以下、または約０．０９ｍ^２／ｇ以下でさえある１つの比表面積を有することができる。

さらに、研磨粒子材料は、少なくとも３．７ｇ／ｃｍ^３の平均密度を有するように形成することができる。他の例では、研磨粒子材料の密度は、より大きくてよく、例えば少なくとも約３．７５ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約３．８ｇ／ｃｍ^３、または少なくとも約３．８５ｇ／ｃｍ^３でさえあってよい。さらに、研磨粒子材料は、約４．００ｇ／ｃｍ^３以下、例えば約３．９９ｇ／ｃｍ^３以下、または３．９８ｇ／ｃｍ^３以下でさえある平均密度を有することができる。本明細書の実施形態の研磨粒子材料は、上述の最低および最高密度値の間のいずれかの範囲内の密度を有することができることは理解されよう。

さらに研磨粒子材料に関して、そのような材料の結晶含量は相当に高くてよいことは理解されよう。特に、本明細書に記載の実施形態の処理は、粒の各々の総重量に対して少なくとも９０重量％、例えば少なくとも約９２重量％、少なくとも約９５重量％、少なくとも約９７重量％、少なくとも約９９重量％の結晶含量を有する研磨粒子材料の多結晶粒の形成を促進できる。特定の例では、研磨粒子材料は、研磨粒子材料の総重量の本質的に全部が結晶含量であるように形成することができる。つまり、研磨粒子材料は、非晶相材料を本質的に全く含有していなくてよい。

さらに、研磨粒子材料は、α−アルミナから製造されるアルミナ結晶を含むことができる。特定の例では、アルミナ結晶は、アルミナ結晶内に存在する任意の添加組成物の含量を除いて、本質的にα−アルミナから成ってよい。

さらに、研磨粒子材料は、約１ミクロン以下の平均結晶サイズを有するアルミナ結晶を含むことができる。本明細書での結晶サイズの言及は、粒径、または研磨粒子材料の粒内の最小単結晶構造の平均サイズの言及と同一であってよい。他の例では、アルミナ結晶の平均結晶サイズは、より小さく、例えば約８００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、例えば約３００ｎｍ以下、または約２００ｎｍ以下でさえあってよい。実際に、約１７５ｎｍ以下、約１６０ｎｍ以下、または約１５０ｎｍ以下でさえある平均アルミナ結晶サイズを有する所定のアルミナ粒子材料を製造できる。さらに、少なくとも１つの実施形態では、研磨粒子材料は、例えば、アルミナ結晶が少なくとも約０．１ｎｍ、例えば少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、または少なくとも約８０ｎｍさえの平均結晶サイズを有するように形成できる。研磨粒子材料は、上述の最低および最高値の間のいずれかの範囲内の平均結晶サイズを有するアルミナ結晶から製造できることは理解されよう。

研磨粒子材料は、所定の処理パラメータに依存する可能性がある、所定の平均粒径を有するように形成することができる。例えば、所定の例では、研磨粒子材料は、本明細書でより詳細に記述する成形輪郭もしくは複雑な形状を有するように形成することができる。そのような場合には、研磨粒子材料は、約３ｍｍ以下、約２．８ｍｍ以下、約２．５ｍｍ以下、約２ｍｍ以下の平均粒子サイズを有していてよいが、少なくとも約０．１ｍｍ、少なくとも約０．３ｍｍ、または少なくとも約０．４ｍｍでさえあってよい。平均粒子サイズの言及は、最大値を有する粒子の単一寸法の尺度であることは理解されよう。研磨粒子材料は、上述の最低および最高値の間のいずれかの範囲内の平均粒子サイズを有していてよいことは理解されよう。

所定の他の例では、研磨粒子材料は、例えば、約１．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約５００ミクロン以下、約３００ミクロン以下、約１００ミクロン以下、約５０ミクロン以下、約１０ミクロン以下、約１ミクロン以下、約０．８ミクロン以下、または約０．６ミクロン以下さえである平均粒子サイズを含むより微細な粒サイズを有するように製造できる。さらに、研磨粒子材料は、平均粒子サイズが少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、または少なくとも約１５０ｎｍ以下でさえあるように形成することができる。研磨粒子材料は、上述の最低および最高値の間のいずれかの範囲内の平均粒子サイズを有していてよいことは理解されよう。

研磨粒子材料は、特定の組成を有するように形成することができる。例えば、研磨粒子材料は、例えば、１＋原子価状態を有するカチオン、およびより特別には周期表（例えば、ＩＵＰＡＣＰｅｒｉｏｄＴａｂｌｅｏｆＥｌｅｍｅｎｔｓ２０１０を参照されたい）上の第１族に属する元素を含むアルカリ金属元素を本質的に含んでいないように形成することができる。特に、研磨粒子材料は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｅ）、およびフランシウム（Ｆｒ）を含むアルカリ金属元素を本質的に含んでいなくてよい。特定の例では、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料内のナトリウムの含量が、例えば研磨粒子材料の総重量に対して約０．０１重量％以下を含む、不純物の量より少ないように、本質的にナトリウムを含んでいなくてよい。

１つの実施形態によると、研磨粒子材料は、特定材料で、およびより特別には含浸中に第１添加組成物内に提供された特異的種で含浸することができる。１つの実施形態によると、第１添加組成物は、特定のアルカリ土類元素の組み合わせを含むことができ、該アルカリ土類元素は前駆体塩材料内に導入され、多孔質アルミナ材料に含浸させられた。適切なアルカリ土類元素には、周期表（例えば、ＩＵＰＡＣＰｅｒｉｏｄｉｃＴａｂｌｅｏｆＥｌｅｍｅｎｔｓ，２０１０を参照されたい）の第２族から選択される元素、およびより特別には元素のベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、およびそれらの組み合わせから選択される元素が含まれる。所定の研磨粒子材料は、例えば、マグネシウムおよびカルシウムを含むアルカリ土類元素の特定の組み合わせを有するように形成することができる。

１つの実施形態では、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料内のマグネシウムの重量％対カルシウムの重量％を規定するマグネシウムおよびカルシウムの特定添加比（Ｍｇ：Ｃａ）を有するように形成することができる。例えば、添加比は、約１：１〜約１０：１の範囲内であってよい。他の実施形態では、添加比は、約１：１〜約９：１の範囲内、例えば約１：１〜８：１の範囲内、または約１：１〜約７：１の範囲内であえ、および約２：１〜約７：１の範囲内、約２：１〜約６：１の範囲内、約２：１〜約５：１の範囲内、約１：１〜約４：１の範囲内、または約２：１〜約４：１の範囲内でさえ、さらに約１：１〜３：１の範囲内、または約２：１〜約３：１の範囲内でさえあってよい。

特定の例では、研磨粒子材料は、所定含量のカルシウム（Ｃａ）を有するように形成することができる。例えば、研磨粒子は、該研磨粒子材料の総重量に対して、約２．０重量％以下のカルシウム、例えば約１．８重量％以下のカルシウム、約１．６重量％以下のカルシウム、約１．４重量％以下のカルシウム、約１．２重量％以下のカルシウム、約１．０重量％以下のカルシウム、約０．９重量％以下のカルシウム、約０．８重量％以下のカルシウム、約０．６重量％以下のカルシウムを含むことができる。さらに、研磨粒子材料内のカルシウムの量は、該研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％、または少なくとも約０．２５重量％、少なくとも約０．２７重量％、少なくとも約０．２９重量％、または少なくとも約０．３重量％でさえあってよい。混合物内のカルシウムの量は、上述の最低および最高重量％の間のいずれかの範囲内にあってよいことは理解されよう。１．０重量％のＣａ、該研磨粒子材料の総重量に対するＣａ。

さらにまた別の実施形態では、研磨粒子材料は、特定の量のマグネシウム（Ｍｇ）を含有するように形成することができる。例えば、研磨粒子材料内のマグネシウムの量は、カルシウムの含量より多くてよい。１つの実施形態によると、マグネシウムの量は、該研磨粒子材料の総重量に対して、約５．０重量％以下、例えば約４．５重量％以下、約４．０重量％以下、約３．５重量％以下、約３．０重量％以下、約２．０重量％以下、約１．８重量％以下、約１．５重量％以下、約１．２重量％以下、または約１．０重量％以下でさえあってよい。さらに特定の例では、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料の総重量に対して、例えば少なくとも約０．１重量％、少なくとも約０．２重量％、少なくとも約０．３重量％、少なくとも約０．４重量％、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約０．６重量％、少なくとも約０．７重量％、または少なくとも約０．８重量％のマグネシウムさえも含む最少量のマグネシウムを含有するように形成することができる。研磨粒子材料内のマグネシウムの量は、上述の最低および最高重量％の間のいずれかの範囲内にあってよいことは理解されよう。

また別の実施形態によると、研磨粒子材料は、所定の総量の第１添加組成物を含有することができる。例えば、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料の総重量に対して約８．０重量％以下の全添加組成物を含有するように形成することができる。他の例では、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料の総重量に対して、約７．０重量％以下、約６．０重量％以下、約５．０重量％以下、例えば約４．０重量％以下、約３．０重量％以下、または約２．０重量％以下でさえある全添加組成物を含有するように形成することができる。さらに、研磨粒子材料は、最小量の第１添加組成物を含有することができる。例えば、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．４重量％、例えば少なくとも約０．５重量％、少なくとも約０．７重量％、少なくとも約０．９重量％、少なくとも約１．０重量％、または少なくとも約１．２重量％でさえある第１添加組成物を含有することができる。研磨粒子材料は、上述の最低および最高重量％の間のいずれかの範囲内の総量の第１添加組成物を含有できることは理解されよう。

第１添加組成物を利用する本明細書の実施形態の所定の研磨粒子材料、およびより特別にはＭｇおよびＣａを含む第１添加組成物を含む所定の研磨粒子材料に関して、第２添加組成物は、そのような研磨粒子材料内に含浸することができる。所定の第２添加物の存在は、研磨粒子材料の改良された機械的および／または化学的特性を促進することができる。所定の例では、研磨粒子材料は、希土類酸化物材料を含む第２添加組成物を含むことができる。他の例では、第２添加組成物は、第１添加組成物のＭｇＯに加えて特定アルカリ土類酸化物材料を含むことができる。または、もしくは他の材料に加えて、第２添加組成物は、遷移金属酸化物材料を含むことができる。第２添加組成物の一部の適切な酸化物材料は、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、およびそれらの組み合わせを含むことができる。

本明細書に記載の研磨粒子材料は、特定含量の第２添加組成物を含むことができる。特定の例では、研磨粒子材料は、第１添加組成物の量より少ない含量の第２添加組成物を含有することができる。または、第２添加組成物は、第１添加組成物の量より多い量で存在してもよい。例えば、研磨粒子材料は、該研磨粒子材料の総重量に対して、約５重量％以下、例えば約４．５重量％以下、約４重量％以下、約３．５重量％以下、約３重量％以下、約２．０重量％以下、約１．８重量％以下、約１．５重量％以下、約１．２重量％以下でさえある第２添加組成物を含むことができる。さらに第２添加組成物の量は、該研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．１重量％、例えば少なくとも約０．２重量％、少なくとも約０．３重量％、少なくとも約０．４重量％、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約０．６重量％、または少なくとも約０．７重量％でさえあってよい。

１つの実施形態によると、第１添加組成物の材料種は、研磨粒子材料内の特定の場所に配置することができる。例えば、含浸処理は、例えばドーピング処理を含む他の形成方法より良好に研磨粒子材料内の特定元素種を均一に分配できる可能性が高いことが見いだされている。ドーピング処理の言及には、添加物が処理の早期に、しばしばアルミナ前駆体材料、例えばベーマイトの初期混合中に用意される処理を含むことができる。そのようなドーピング処理は、その後の処理、例えば乾燥する工程、焼成する工程などの間の添加物の選択分離に起因して最終的に形成されたアルミナ粒子内の添加物の不均一な分散を生じさせる。

これとは対照的に、含浸は、後の段階に、特に多孔質アルミナ材料の形成後に第１添加組成物を導入する。特定の理論に拘束されることを望まないが、含浸処理は、ドーピング処理とは相違して、多孔質アルミナ材料の微細構造内の微細な粒子間細孔内へ第１添加組成物の特定元素種を導入することができる。第１添加組成物の種は、微細構造内に安定的に保持し、焼結処理に限定することのできるその後の処理中に分離されるのを回避できる。したがって、含浸処理の利用は、ドーピングと比較して研磨粒子材料全体に第１添加組成物の種がより均質およびより均一に分散することを促進できる。

上述の現象の証拠として、図２Ａは、ドーピング処理によって形成された研磨粒子材料の写真を含んでおり、図２Ｂは１つの実施形態による含浸処理によって形成された研磨粒子材料の写真を含んでいる。図２Ａに示したように、ドーピング処理によって形成された研磨粒子の顕微鏡写真を含んでおり、該顕微鏡はジルコニウムを検出するように設定されている。図２Ａに明確に示したように、ジルコニウムの濃度は、研磨粒子内の様々な色によって証明されるように、不均一に分散している。図２は、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒＪＥＯＬＪＸ８８００Ｒを使用して、機器内での元素マッピングの特定プログラムにしたがって生成した。図示したように、研磨粒子材料は、ゼロから微量のジルコニウム含量を示す所定の研磨粒子２０１を含んでいる。これとは対照的に、研磨粒子２０３は有意な量のジルコニウムを示し、これは粒子の表面全体がジルコニウムを含有する可能性を指示している。さらに、研磨粒子２０４は、研磨粒子内でのジルコニウムの不均一な分散を示すが、粒子の縁は粒子の内部の部分より高濃度のジルコニウムを示す。したがって、ドーピング処理によって形成された図２Ａの研磨粒子材料は、研磨粒子内および研磨粒子間の所定の元素種（例、Ｚｒ）の有意な分離を示す。

図２Ｂは、含浸処理によって形成された添加物を有する研磨粒子を含む研磨粒子材料の写真を含んでいる。図２Ｂの写真は、図２Ａの作成および分析において使用した同一調製物および条件下でジルコニウムを検出するために設定した顕微鏡を使用した顕微鏡分析の結果である。図示したように、図２Ｂに示した研磨粒子材料の研磨粒子２０５は、研磨粒子２０５全体の、および研磨粒子間でさえ、ジルコニウムの均一および均質な分散を示している。図２Ｂの粒子２０５の各々は、含浸添加物であるジルコニウムの均一な分布の証拠としての粒子の容積全体の均一な「小斑点」を示すが、粒子の縁でのジルコニウムの集合は皆無かそれに近い、または他の粒子より１つの粒子内のジルコニウムの濃度が有意に高い。

１つの実施形態によると、本明細書に記載の実施形態の研磨粒子材料は、アルミナ結晶および第１添加組成物から本質的に成ってよい。特に、第１添加組成物は、ある量のマグネシウムおよびカルシウムを含むことができ、マグネシウムおよびカルシウムから本質的に成ってよい。より詳細には、研磨粒子材料内のマグネシウム含量は、該研磨粒子材料全体に実質的に均一に分散している可能性がある。つまり、研磨粒子材料内のマグネシウム含量は、アルミナ結晶間の結晶境界におけると同様にアルミナの結晶粒内で同定できる可能性が高いように、多結晶構造全体を通して均一に分散している可能性がある。

また別の実施形態によると、研磨粒子材料の微細構造は、全元素種（例、マグネシウムおよびカルシウム）を含む第１添加組成物の大部分がアルミナ結晶間の結晶境界に選択的に局在することのできるような構造であってよい。例えば、第１添加組成物内の元素種の総含量を考察すると、そのような元素種はアルミナ結晶内よりもアルミナ結晶間の結晶境界に局在する可能性がより高い。特に、所定の実施形態では、第１添加組成物は、アルミナ結晶間の結晶境界に選択的に局在することのできるカルシウムを含むことができる。つまり、例えばカルシウムは、アルミナ結晶内より結晶境界で見いだされる可能性がより高い。

図３は、１つの実施形態による微細構造の図を含んでいる。図示したように、研磨粒子材料３００は、結晶境界３０２、３０３、および３０４で相互から離れている複数のアルミナ結晶３０１によって規定された多結晶構造を有することができる。さらに例示したように、研磨粒子３００は、アルミナ結晶３０１から離れた別個の結晶相、またはアルミナ結晶を備える固体溶液中におけるようなまた別の相内に含有された成分の形態で存在することのできる第１添加組成物３０７を含むことができる。特定の例では、図示したように、第１添加組成物の種（例、ＣａおよびＭｇ）を含有する結晶は、アルミナ結晶３０１内ならびに結晶境界３０２、３０３、および３０４に局在することができる。特定の例では、第１添加組成物の総含量は、アルミナ結晶３０１内よりも結晶境界３０２、３０３、および３０４により多量の第１添加組成物が存在するように、結晶境界３０２、３０３、および３０４に選択的に局在することができる。

さらにまた別の態様では、研磨粒子材料は、特定の形状もしくは輪郭を有するように形成することができる。適切な成形技術には、押出加工、成形、スクリーン印刷、鋳造、穿孔、エンボス加工、加圧成形、切削加工、およびそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、研磨粒子材料は、特定の輪郭、例えば三角形、長方形、五角形、六角形、円錐形、螺旋形、楕円形、および細長い形状を含む多面形を有することができる。研磨粒子材料は、そのような形状の組み合わせを含むことができる。１つの特定の実施形態では、研磨粒子材料は、縦軸、横軸、および垂直軸によって規定される３つの垂直平面内の３回対称性を含む複雑な三次元形状を有する本体から形成されてよい。

図４〜図９には、本明細書に記載した組成物を組み込むことのできる、特定輪郭を有し、成形研磨粒子を規定する典型的な研磨粒子材料が含まれている。図４に示したように、成形研磨粒子４００は、第１端面４０２および第２端面４０４を備える一般に角柱状である本体４０１を含むことができる。さらに、成形研磨粒子４００は、第１端面４０２と第２端面４０４との間に伸びる第１側面４１０を含むことができる。第２側面４１２は、第１端面４０２と第１側面４１０に隣接する第２端面４０４との間に伸びることができる。図示したように、成形研磨粒子４００は、第１端面４０２と、第２側面４１２と第１側面４１０に隣接する第２端面４０４との間に伸びる第３側面４１４をさらに含むことができる。

図４に示したように、成形研磨粒子４００は、第１側面４１０と第２側面４１２との間に第１縁４２０をさらに含むことができる。成形研磨粒子４００は、第２側面４１２と第３側面４１４との間の第２縁４２２をさらに含むことができる。さらに、成形研磨粒子４００は、第３側面４１４と第１側面４１２との間の第３縁４２４を含むことができる。

図示したように、成形研磨粒子４００の各端面４０２、４０４は、一般に形状が三角形であってよい。各側面４１０、４１２、４１４は、一般に形状が長方形であってよい。さらに、端面４０２、４０４に平行な平面内の成形研磨粒子４００の断面は、一般に三角形であってよい。端面４０２、４０４に対して平行な平面を通る成形研磨粒子４００の断面形は一般に三角形であると図示されているが、任意の多角形、例えば四辺形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形などを含む他の形状が可能であることは理解されよう。さらに、成形研磨粒子の断面形は、凸面形、非凸面形、凹面形、または非凹面形であってよい。

図５には、また別の実施形態による成形研磨粒子の図が含まれている。図示したように、成形研磨粒子５００は、縦軸５０４に沿って伸びる中央部５０２を含んでいてよい本体５０１を含んでいてよい。第１ラジアルアーム５０６は、中央部５０２の全長に沿って中央部５０２から外向きに伸びることができる。第２ラジアルアーム５０８は、中央部分５０２の全長に沿って中央部分５０２から外向きに伸びることができる。第３ラジアルアーム５１０は、中央部５０２の全長に沿って中央部５０２から外向きに伸びることができる。さらに、第４ラジアルアーム５１２は、中央部５０２の全長に沿って中央部５０２から外向きに伸びることができる。ラジアルアーム５０６、５０８、５１０、５１２は、成形研磨粒子５００の中央部５０２の周囲で等間隔をあけていてよい。

図５に示したように、第１ラジアルアーム５０６は、一般に矢印形の遠位端５２０を含んでいてよい。図５に示したように、第２ラジアルアーム５０８は、一般に矢印形の遠位端５２２を含んでいてよい。第３ラジアルアーム５１０は、一般に矢印形の遠位端５２４を含んでいてよい。さらに、第４ラジアルアーム５１２は、一般に矢印形の遠位端５２６を含んでいてよい。

図５は、成形研磨粒子５００が、第１ラジアルアーム５０６と第２ラジアルアーム５０８との間の第１間隙５３０を備えて形成されてよいことをさらに示している。第２間隙５３２は、第２ラジアルアーム５０８と第３ラジアルアーム５１０との間に形成されてよい。第３間隙５３４は、第３ラジアルアーム５１０と第４ラジアルアーム５１２との間にさらに形成されてよい。さらに、第４間隙５３６は、第４ラジアルアーム５１２と第１ラジアルアーム５０６との間に形成されてよい。

図５に示したように、成形研磨粒子５００は、長さ５４０、高さ５４２、および幅５４４を含んでいてよい。特定の態様では、長さ５４０は高さ５４２より大きく、高さ５４２は幅５４４より大きい。特定の態様では、成形研磨粒子５００は、長さ５４０対高さ５４２（長さ：幅）の比率である第１アスペクト比を規定することができる。さらに、成形研磨粒子５００は、高さ５４２対幅５４４（幅：高さ）の比率である第２アスペクト比を規定することができる。さらに最後に、成形研磨粒子５００は、長さ５４０対幅５４２（幅：高さ）の比率である第３アスペクト比を規定することができる。

１つの実施形態によると、成形研磨粒子は、少なくとも約１：１、例えば少なくとも約１．１：１、少なくとも約１．５：１、少なくとも約２：１、少なくとも約２．５：１、少なくとも約３：１、少なくとも約３．５：１、少なくとも４：１、少なくとも約４．５：１、少なくとも約５：１、少なくとも約６：１、少なくとも約７：１、少なくとも約８：１、または少なくとも約１０：１でさえある第１アスペクト比を有していてよい。

また別の例によると、成形研磨粒子は、本体が少なくとも約０．５：１、例えば少なくとも約０．８：１、少なくとも約１：１、少なくとも約１．５：１、少なくとも約２：１、少なくとも約２．５：１、少なくとも約３：１、少なくとも約３．５：１、少なくとも４：１、少なくとも約４．５：１、少なくとも約５：１、少なくとも約６：１、少なくとも約７：１、少なくとも約８：１、または少なくとも約１０：１でさえある第２アスペクト比を有するように形成されてよい。

さらに、所定の成形研磨粒子は、少なくとも約１：１、例えば少なくとも約１．５：１、少なくとも約２：１、少なくとも約２．５：１、少なくとも約３：１、少なくとも約３．５：１、少なくとも４：１、少なくとも約４．５：１、少なくとも約５：１、少なくとも約６：１、少なくとも約７：１、少なくとも約８：１、または少なくとも約１０：１でさえある第３アスペクト比を有していてよい。

成形研磨粒子５００の所定の実施形態は、一般に長方形である第１アスペクト比に関して、例えば平面状もしくは曲線状である形状を有することができる。第２アスペクト比に関する成形研磨粒子５００の形状は、任意の多面形、例えば三角形、正方形、長方形、五角形などであってよい。第２アスペクト比に関する成形研磨粒子５００の形状は、さらにまた任意の英数字、例えば１、２、３など、Ａ、Ｂ、Ｃ等の形状であってもよい。さらに、第２アスペクト比に関する成形研磨粒子５００の輪郭は、ギリシャ文字、現代ラテン文字、古代ラテン文字、ロシア文字、任意の他の文字、またはそれらの任意の組み合わせから選択される文字であってよい。さらに、第２アスペクト比に関する成形研磨粒子５００の形状は、漢字の文字であってよい。

図６〜図７は、一般に６００と指定されている成形研磨粒子のまた別の実施形態を示している。図示したように、成形研磨粒子６００は、一般に立方体様形状を有する本体６０１を含むことができる。成形研磨粒子は、他の多面形状を有するように形成されてよいことは理解されよう。本体６０１は、第１端面６０２および第２端面６０４、第１端面６０２と第２端面６０４との間に伸びる第１側面６０６、第１端面６０２と第２端面６０４との間に伸びる第２側面６０８を有していてよい。さらに、本体６０１は、第１端面６０２と第２端面６０４との間に伸びる第３側面６１０、および第１端面６０２と第２端面６０４との間に伸びる第４側面６１２を有していてよい。

図示したように、第１端面６０２および第２端面６０４は相互に平行で側面６０６、６０８、６１０、および６１２によって分離されてよく、本体に立方体様形状を与える。しかし、特定の態様では、第１端面６０２は、ねじり角度６１４を確立するために第２端面６０４に関して回転させることができる。本体６０１のねじりは１つ以上の軸に沿っていてよく、特定タイプのねじり角度を規定することができる。例えば、図７において本体を上から見下ろした画像に図示したように、本体６０１の幅寸法に沿って伸びる横軸６８１および本体６０１の高さ寸法に沿って伸びる垂直軸６８２によって規定された平面に平行な端面６０２上で本体６０１の長さを規定する縦軸６８０を見下ろしている。１つの実施形態によると、本体６０１は、端面６０２および６０４が相互に対して回転させられるように縦軸の周囲で本体６０１内のねじれを規定する立てねじり角度６１４を有することができる。図７に示したねじり角度６１４は、第１縁６２２と第２縁６２４の接線間の角度として測定でき、該第１縁６２２と該第２縁６２４は２つの側面（６１０および６１２）の間で長手方向に伸びる共通縁６２６によって結合され、共通縁６２６を共有する。他の成形研磨粒子は、横軸、垂直軸、およびそれらの組み合わせに対してねじり角度を有するように形成されてよい。そのようなねじり角度はいずれも本明細書に記載した数値を有することができる。

特定の態様では、ねじり角度６１４は、少なくとも約１°である。他の例では、ねじり角度は、例えば少なくとも約２°、少なくとも約５°、少なくとも約８°、少なくとも約１０°、少なくとも約１２°、少なくとも約１５°、少なくとも約１８°、少なくとも約２０°、少なくとも約２５°、少なくとも約３０°、少なくとも約４０°、少なくとも約５０°、少なくとも約６０°、少なくとも約７０°、少なくとも約８０°、または少なくとも約９０°のようにより大きくてよい。さらに、所定の実施形態によると、ねじり角度６１４は、約３６０°以下、例えば約３３０°以下、例えば約３００°以下、約２７０°以下、約２３０°以下、約２００°以下、または約１８０°以下でさえあってよい。所定の成形研磨粒子は、上述の最低および最高角度の間のいずれかの範囲内のねじり角度を有していてよいことは理解されよう。

さらに、本体は、縦軸、横軸、または垂直軸の１つに沿って該本体の全内部を通って伸びる開口部を含んでいてよい。

図８は、成形研磨粒子のまた別の実施形態の図を含んでいる。図示したように、成形研磨粒子８００は、一般に三角形の底面８０２を備える一般にピラミッド形を有する本体８０１を含んでいてよい。本体は、相互に結合された側面８１６、８１７、および８１８ならびに底面８０２をさらに含んでいてよい。本体８０１は、ピラミッド型の多面形を有するように図示されているが、本明細書で記載したように他の形状が可能であることは理解されよう。

１つの実施形態によると、成形研磨粒子８００は、本体８０１の少なくとも一部分を通して伸びることができる、および特別には本体８０１の全容積を通して伸びてよい孔８０４（つまり、および開口部）を備えて形成されてよい。特定の態様では、孔８０４は、孔８０４の中心を通過する中心軸８０６を規定することができる。さらに、成形研磨粒子８００は、該成形研磨粒子８００の中心８３０を通過する中心軸８０８をさらに規定できる。孔８０４は、該孔８０４の中心軸８０６が間隔８１０によって中心軸８０８から間隔をあけているように成形研磨粒子８００内に形成されてよいことは理解されよう。したがって、成形研磨粒子８００の塊の中心は、該成形研磨粒子８００の幾何中点８３０の下方に移動させることができ、該幾何中点８３０は、縦軸８０９、垂直軸８１１、および中心軸（つまり、横軸）８０８の交差点によって規定できる。成形砥粒の幾何中点８３０の下方にある塊の中心の移動は、成形研磨粒子８００が落下した時点に、またはさもなければ基材上に沈着した時点に、成形研磨粒子８００が規定の直立方向を有するように、同一面、例えば底面８０２上に着陸する可能性を増加させることができる。

特定の実施形態では、塊の中心は、幾何中点８３０から、高さを規定する本体８０２の垂直軸８１０に沿って約０．０５の高さ（ｈ）であってよい距離だけ位置ずれしている。
また別の実施形態では、塊の中心は、幾何中点８３０から少なくとも約０．１（ｈ）、例えば少なくとも約０．１５（ｈ）、少なくとも約０．１８（ｈ）、少なくとも約０．２（ｈ）、少なくとも約０．２２（ｈ）、少なくとも約０．２５（ｈ）、少なくとも約０．２７（ｈ）、少なくとも約０．３（ｈ）、少なくとも約０．３２（ｈ）、少なくとも約０．３５（ｈ）、または少なくとも約０．３８（ｈ）の距離だけ位置ずれしていてよい。さらに、本体８０１の塊の中心は、幾何中点８３０から０．５（ｈ）以下、例えば０．４９（ｈ）以下、０．４８（ｈ）以下、０．４５（ｈ）以下、０．４３（ｈ）以下、０．４０（ｈ）以下、０．３９（ｈ）以下、または０．３８（ｈ）以下の距離だけ位置ずれしていてよい。塊の中心と幾何中点との間の位置ずれは、上述の最低および最高値の間のいずれかの範囲内にあってよいことは理解されよう。

特定の例では、塊の中心は、図８に示したように成形研磨粒子８００が直立方向にある場合に幾何中点８３０から、塊の中心が本体８０１の上部よりも基底、例えば本体８０１の底面８０２に近いように位置ずれしていてよい。

また別の実施形態では、塊の中心は、幾何中点８３０から、幅を規定する本体８０１の横軸８０８に沿って約０．０５の幅（ｗ）である距離だけ位置ずれしていてよい。また別の態様では、塊の中心は、幾何中点８３０から少なくとも約０．１（ｗ）、例えば少なくとも約０．１５（ｗ）、少なくとも約０．１８（ｗ）、少なくとも約０．２（ｗ）、少なくとも約０．２２（ｗ）、少なくとも約０．２５（ｗ）、少なくとも約０．２７（ｗ）、少なくとも約０．３（ｗ）、または少なくとも約０．３５（ｗ）の距離だけ位置ずれしていてよい。さらに、１つの実施形態では、塊の中心は、幾何中点８３０から０．５（ｗ）以下、例えば０．４９（ｗ）以下、０．４５（ｗ）以下、０．４３（ｗ）以下、０．４０（ｗ）以下、または０．３８（ｗ）以下の距離だけ位置ずれしていてよい。

また別の実施形態では、塊の中心は、縦軸８０９に沿って幾何中点８３０から本体８０１の少なくとも約０．０５の長さ（ｌ）の距離（Ｄ_ｌ）だけ位置ずれしていてよい。特定の実施形態では、塊の中心は、幾何中点から少なくとも約０．１（ｌ）、例えば少なくとも約０．１５（ｌ）、少なくとも約０．１８（ｌ）、少なくとも約０．２（ｌ）、少なくとも約０．２５（ｌ）、少なくとも約０．３（ｌ）、少なくとも約０．３５（ｌ）、または少なくとも約０．３８（ｌ）の距離だけ位置ずれしていてよい。さらに、所定の研磨粒子について、塊の中心は、約０．５（ｌ）以下、例えば約０．４５（ｌ）以下、または約０．４０（ｌ）以下の距離だけ位置ずれしていてよい。

図９には、１つの実施形態による成形研磨粒子の図が含まれている。成形砥粒９００は、相互から１つ以上の側面９１０、９１２、および９１４によって相互から分離された底面９０２および上面９０４を含む本体９０１を含んでいてよい。１つの特定の実施形態によると、本体９０１は、底面９０２が上面９０４の平面形とは異なる平面形を有するように形成でき、平面形は各表面によって規定される平面において見られる。例えば、図９の実施形態において図示したように、本体９０１は、一般に円形を有する底面９０２および一般に三角形を有する上面９０４を有していてよい。底面９０２および上面９０４で形状の任意の組み合わせを含む他の変形が実現可能であることは理解されよう。

図１０には、１つの実施形態による研磨粒子材料を組み込んでいる研磨布紙製品の断面図が含まれている。図示したように、研磨布紙１０００は、基板１００１、基板１００１の表面を被覆している下引き接着剤層１００３、下引き接着剤層１００３を被覆してそれに結合している、本明細書の実施形態のいずれかによる研磨粒子材料１００５、および研磨粒子材料１００５を被覆してそれに結合している上引き接着剤層１０５を含んでいてよい。

１つの実施形態によると、基板１００１は、有機材料、無機材料、およびそれらの組み合わせを含んでいてよい。所定の例では、基板１００１は、織布材料を含んでいてよい。しかし基板１００１は、不織布材料から製造されてもよい。特に適切な基板材料には、ポリマー、および特別にはポリエステル、ポリウレタン、ポリプロピレン、例えばＤｕＰｏｎｔ社製のＫＡＰＴＯＮなどのポリイミド、紙を含む有機材料を含むことができる。特に適切な無機材料には、金属、金属合金、および特別には銅、アルミニウム、鋼、およびそれらの組み合わせの箔を含むことができる。

下引き接着剤層１００３は、単一工程で基板１００１の表面に塗布することができ、または研磨粒子材料１００５を下引き接着剤層１００３と組み合わせて該基板１００１の表面に混合物として塗布することができる。下引き接着剤層１００３の適切な材料は、有機材料、特別には例えばポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリシロキサン、シリコーン、酢酸セルロース、ニトロセルロース、天然ゴム、デンプン、シェラック、およびそれらの混合物を含むポリマー材料を含んでいてよい。１つの実施形態では、下引き接着剤層１００３は、ポリエステル樹脂を含んでいてよい。被覆基板は、次に加熱すると、該樹脂および該研磨粒子材料を基板へ硬化させることができる。一般に、被覆基板は、この硬化処理中に約１００℃〜約２５０℃未満の間の温度へ加熱される。

その中に含有された研磨粒子材料１００５とともに下引き接着剤層１００３を十分に形成した後に、研磨粒子材料１００５を適所に被覆して接着させるために上引き接着剤層１００７を形成することができる。上引き接着剤層は、有機材料を含むことができ、本質的にポリマー材料から製造されてよく、および特に、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリシロキサン、シリコーン、酢酸セルロース、ニトロセルロース、天然ゴム、デンプン、シェラック、およびそれらの混合物を使用することができる。

実施例１
Ｓａｓｏｌ社からＣａｔａｐａｌＢとして市販で入手可能な原料であるベーマイトは、ベーマイトの総重量に対して４２％の固体（ベーマイト）、１重量％の種材料（α−アルミナ）、およびベーマイトの総重量に対して２．５重量％の硝酸を含む混合物中に組み込む。この混合物は、液体担体としての水を使用してスラリーの形態にあってよい。このスラリーは、周囲条件下でゲル化する。

ゲル化後、スラリーは、ベーマイト材料を含む成形粒子を形成するためにスクリーン印刷する。スクリーン印刷処理は、一般に米国特許第６０５４０９３号明細書に記載されている。スクリーン印刷処理では、連続ベルトの形態にある印刷スクリーンが塗布ゾーン、脱着ゾーン、洗浄ゾーン、および処理ゾーンを含む特定のゾーンを規定する一連の４つのローラの周囲を順に廻る。塗布ゾーンでは、印刷スクリーンは、連続ステンレススチール製ベルトと確実に接触させて保持され、研磨前駆体粒子のペーストを該印刷スクリーンの内面に塗布する。ペーストは、印刷スクリーンがベルトと直接接触している間に印刷スクリーン内のアパーチャ内に押し進められる。脱着ゾーンでは、印刷スクリーンがベルトから離れるにつれて、ベルトの表面上に不連続形状のペーストが残留し、該不連続形状は該印刷スクリーン内のアパーチャの輪郭を有する。これらの形状はベルトによって乾燥ゾーンへ運ばれ、該乾燥ゾーンでは、該形状はベルトの速度に依存しておよそ５〜１０分間にわたり周囲雰囲気下の９０〜９５℃で乾燥させられる。

成形した後、乾燥させて成形された粒子を回転炉内のおよそ９００℃の周囲雰囲気下で焼成すると、およそ０．３０ｃｍ^３／ｇの孔容積を有する多孔質アルミナ材料が形成される。

およそ５００ｇの多孔質アルミナ材料は、１２５ｇの水中に溶解させた３２ｇの硝酸マグネシウム六水和物および６ｇの硝酸カルシウム四水和物から作られた第１添加組成物で含浸する。第１添加組成物は、前駆体塩材料（つまり、ＣａおよびＭｇ）のカチオンの含浸を実行するために多孔質アルミナ材料と混合する。含浸した材料は、９５℃でおよそ１２時間乾燥させる。

多孔質アルミナ材料を第１添加組成物で含浸した後、成形して含浸した粒子を焼結する。焼結する工程は、含浸研磨粒子材料を形成するために周囲雰囲気を使用して回転炉内のおよそ１，３００℃の温度で実施する。最後に形成された研磨粒子は、およそ１．５ｍｍの寸法の辺およびおよそ２７５ミクロンの厚さを有する正三角形の形状にある成形された研磨粒子材料である。該研磨粒子材料は、１．０重量％のＭｇ、および０．３重量％のＣａで含浸したおよそ９８．７％のα−アルミナである。

実施例２
実施例１の成形研磨粒子材料は、以下の処理にしたがって被覆研磨サンプル（ＣＡＳ１）に形成する。平坦な織布基板は、２つの直接塗布法によってレゾール型フェノール樹脂の下引き接着剤層で被覆する。成形研磨粒子材料は、静電的投射処理によって基板へそれらを付着させるために下引き接着剤層内に配置する。下引き接着剤層は、およそ１．５時間の期間にわたり空気の雰囲気下で１７５〜２２５°Ｆの温度のオーブンによって硬化させる。下引き接着剤層を形成した後、氷晶石を含有するレゾール型フェノール樹脂の上引き接着剤層を成形研磨粒子材料の上方に形成し、１．５〜３時間の期間にわたり空気の雰囲気下において１７５〜２２５°Ｆの温度のオーブンによって硬化させる。

従来型研磨布紙サンプルは、サンプルＣＡＳ１を作成するために使用した方法と同一方法を使用して作成する。従来型サンプル２（ＣＡＣ２）は、およそ９９．７重量％のα−アルミナおよび０．３重量％のＣａの組成を有する材料を含浸することを除いて、ＣＡＳ１と同一処理によって形成された成形研磨粒子材料を利用する。従来型サンプル３（ＣＡＣ３）は、およそ９８．７重量％のα−アルミナおよび１．３重量％のＭｇの組成を有する材料を含浸することを除いて、ＣＡＳ１と同一処理によって形成した成形研磨粒子材料を利用する。従来型サンプル４（ＣＡＣ４）は、成形研磨粒子材料を含浸せず、およそ１００重量％のアルミナの組成を有することを除いて、ＣＡＳ１と同一処理によって形成した成形研磨粒子材料を利用する。

全サンプルは、研削性能を決定するために以下の研削試験にしたがって試験した：３０４ステンレススチールの加工物上での４ｉｎｃｈ^３／分ｉｎｃｈでの乾式プランジ研削であるが、研削工程は各間隔で加工物から０．２ｉｎｃｈ^３の材料を除去するために間隔をあけて実施した。車輪速度は、７，５００ｓｆｐｍであった。

図１１は、上記に詳述した研削試験にしたがって試験した比研削エネルギー（ＳＧＥＨＰ：分／ｉｎ^３）対サンプル（ＣＡＳ１、ＣＡＣ２、ＣＡＣ３、およびＣＡＣ４）について除去された累積材料のプロットを示している。明確に図示したように、本明細書に記載の実施形態によって形成した典型的なサンプルは、研削性能における有意な改良を証明した。図示したように、サンプルＣＡＳ１は、全ての従来型サンプルに比較して改良された研削性能を示している。ＣＡＳ１は、連続使用にわたって、およびより大量の累積材料除去についてより一貫したＳＧＥを証明した。実際に、ＣＡＳ１サンプルは、最も近いサンプル（ＣＡＣ３）に比較して除去した累積材料において２０％を超える改良およびＣＡＣ２サンプルに比較して４０％を超える改良を示した。さらに、サンプルＣＡＳ１は、除去した累積材料の全範囲にわたって本質的に従来型サンプルのいずれよりも低い比研削エネルギーを示したが、これはより除去した大量の累積材料について材料除去率における改良された効率を証明している。要するに、第１添加組成物成分としてＭｇおよびＣａの特定組み合わせを有する典型的サンプルＣＡＳ１は、含浸添加物を有していない粒子ならびにＣａ単独またはＭｇ単独を利用する成形研磨粒子に比較して改良された研削能力を証明した。

実施例３
ＣａまたはＭｇ単独の添加物を含む従来型材料のサンプル、および制御された量のＣａおよびＭｇを含む典型的サンプルを含む様々なサンプルを対象に、硬度および靱性を測定した。下記の表１は、三角形の二次元形状を備える成形研磨粒子である研磨粒子のサンプルの硬度、靱性、および脆砕性を含む機械的特性を表示している。表１のデータには、制御された量のＣａおよびＭｇを有する本明細書に記載の実施形態による典型的サンプル（Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３）が含まれ、特にこれらのサンプルは適切な硬度、靱性、および脆砕性の特性を示している。さらに、極めて予想外であることに、Ｃａの添加はこれらの典型的サンプルの硬度を減少させない。

硬度は、ＡＳＴＭ１３２７によって測定した。靱性は、「ＡＣｒｉｔｉｃａｌＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＩｎｄｅｎｔａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＭｅａｓｕｒｉｎｇＦｒａｃｔｕｒｅＴｏｕｇｈｎｅｓｓ：Ｉ，ＤｉｒｅｃｔＣｒａｃｋＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」，Ｇ．Ｒ．ＡＮＳＴＩＳ，Ｐ．ＣＨＡＮＴＩＫＵＬ，Ｂ．Ｒ．ＬＡＷＮ，ａｎｄＤ．Ｂ．ＭＡＲＳＨＡＬＬ，ＪＡｍ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ６４，ｐ５３３に記載された方法によって測定した。

表２には、制御された量のＣａおよびＭｇを有する本明細書に記載の実施形態によって形成した典型的サンプル（Ｓ４およびＳ５）、Ｃａ単独の添加を有する従来型サンプル（ＣＳ１およびＣＳ２）、Ｍｇ単独の添加を有する従来型サンプル（ＣＳ３）、ならびにＭｇもしくはＣａが添加されていない従来型サンプルＣＳ４が含まれている。表２のデータによって例示したように、サンプルＣＳ１およびＣＳ２におけるＣａ単独の添加は、硬度における即時の顕著な減少を生じさせる。実際に、従来型サンプルＣＳ２は、サンプルＳ５に比較してほぼ１０％低い硬度を有する。

サンプルＳ４およびＳ５は、Ｍｇ単独を含む従来型サンプルＣＳ３に比較して有意に高い靱性、およびサンプルＣＳ３に匹敵する硬度を有する。

特に研磨粒子材料内に存在するＣａの含量を考えると、研削性能におけるそのような改良を達成できたことは極めて予想外であった。特定の説明に結び付けようとしなくても、特定の比率にあるＭｇおよびＣａの組み合わせは、ＣａはＣａを含んでいない組成物（例えば、図１１のＣＡＣ４を参照されたい）に比較して機械的安定性に有害な作用を有することが証明されているために（例えば、図１１、サンプルＣＡＣ２を参照されたい）アルミナ研磨材においてはたとえ微量であってもＣａを回避すべきであるという工業界の一般的理解があるにも係わらず、測定可能な有益な効果を提供できることが理論付けられている。

本出願は、現行技術からの脱却を表す。工業界はアルミナ研磨材内にカルシウムが存在してよいと認識してきたが、一般にカルシウムの量は、好ましくは０．３重量％未満、より現実的には０重量％〜０．１重量％の量に限定しなければならないと認識されてきたが、これはＣａがアルミナ研磨材料の性能低下と関連付けられているためである。例えば、米国特許第５７７０１４５号明細書を参照されたい。これとは対照的に、本願の発明者らは、予想外にもアルミナ研磨材中でカルシウムを特に例えば他の第１添加物成分（例、Ｍｇ）を含む本明細書に記載した他の特徴と結び付けて使用できることを見いだした。そして実際に、および極めて予想外であることに、そのような組成物は研削性能の改良を促進することができる。本明細書に記載した研磨粒子材料は、第１添加組成物、第２添加組成物、第１添加組成物種の比率、特定組成物の最高量および最小量、ならびに例えば性能の改良が可能である研磨粒子材料を提供することが証明されている含浸処理を含む特定形成方法を含む特徴の組み合わせを利用する。

上記に開示した主題は、例示であって限定的ではないと見なすべきであり、添付の特許請求項は全ての当該の修飾、増強、ならびに本発明の真の範囲内に含まれる他の実施形態を含むことが企図されている。そこで、法律によって許容される最高程度まで、本発明の範囲は、以下の請求項およびそれらの同等物の最も広い容認できる解釈によって決定すべきであり、上記に詳述した説明によって制限または限定されるべきではない。

本開示の概要は、特許法を遵守するために提供されており、請求項の範囲もしくは意味を解釈もしくは制限するために使用されないという了解の下で提出されている。さらに、上記の図面の詳細な説明において、様々な特徴は一緒にまとめることができる、または本開示を合理化する目的で単独実施形態において記載することができる。本開示は、特許請求された実施形態が各請求項において明示的に列挙されているより多くの特徴を必要とする企図を反映していると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、本発明の主題は、本明細書に開示した実施形態のいずれかの全ての特徴より少ない特徴に向けられる可能性がある。そこで、下記の請求項は、図面の詳細な説明に組み込まれ、各請求項は個別に請求された主題を規定するものとして自立している。

Claims

アルミナ結晶を有する研磨粒子材料および前記研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を含む研磨製品であって、前記第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを含み、ＭｇおよびＣａは約１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む研磨製品。
前記研磨粒子材料は、アルカリ金属元素を本質的に含んでいない、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、ナトリウムを本質的に含んでいない、請求項１に記載の研磨製品。
前記アルミナ結晶はα−アルミナを含み、前記アルミナ結晶はα−アルミナから本質的に成る、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して、約２重量％以下のＣａ、例えば約１．８重量％以下のＣａ、約１．６重量％以下のＣａ、約１．４重量％以下のＣａ、約１．２重量％以下のＣａ、約１．０重量％以下のＣａ、約０．９重量％以下のＣａ、約０．８重量％以下のＣａ、約０．６重量％以下のＣａを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２５重量％のＣａ、少なくとも約０．２７重量％、少なくとも約０．２９重量％、少なくとも約０．３重量％の、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して、約５重量％以下のＭｇ、約４．５重量％以下のＭｇ、約４重量％以下のＭｇ、約３．５重量％以下のＭｇ、約３重量％以下のＭｇ、約２．０重量％以下のＭｇ、約１．８重量％以下のＭｇ、約１．５重量％以下のＭｇ、約１．２重量％以下のＭｇを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して、少なくとも約０．１重量％のＭｇ、少なくとも約０．２重量％のＭｇ、少なくとも約０．３重量％のＭｇ、少なくとも約０．４重量％のＭｇ、少なくとも約０．５重量％のＭｇ、少なくとも約０．６重量％のＭｇ、少なくとも約０．７重量％のＭｇ、少なくとも約０．８重量％のＭｇを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して、約８重量％以下の第１添加組成物、約７重量％以下の添加組成物、約６重量％以下の添加組成物、約５重量％以下の添加組成物、約４重量％以下の添加組成物、約３重量％以下の添加組成物、約２重量％以下の添加組成物を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して、少なくとも約０．４重量％の添加組成物、少なくとも約０．５重量％の添加組成物、少なくとも約０．７重量％の添加組成物、少なくとも約０．９重量％の添加組成物、少なくとも約１重量％の添加組成物、少なくとも約１．２重量％の添加組成物を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記アルミナ結晶は、約１ミクロン以下、約８００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１７５ｎｍ以下、約１６０ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下の平均結晶サイズを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記アルミナ結晶は、少なくとも約０．１ｎｍ、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約５ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約３０ｎｍ、少なくとも約４０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍの平均結晶サイズを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、約３ｍｍ以下、約２．８ｍｍ以下、約２．５ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約５００ミクロン以下、約３００ミクロン以下、約１００ミクロン以下、約５０ミクロン以下、約１０ミクロン以下、約１ミクロン以下、約０．８ミクロン以下、約０．６ミクロンの平均粒子サイズを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、少なくとも約５０ｎｍ、少なくとも約８０ｎｍ、少なくとも約１００ｎｍ、少なくとも約１５０ｎｍの平均粒子サイズを含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、アルミナ結晶および第１添加組成物から本質的に成り、前記第１添加組成物の大部分は結晶境界に選択的に局在し、前記第１添加組成物のＣａは前記結晶境界に選択的に局在し、前記Ｍｇは前記結晶内および前記結晶境界で前記研磨粒子材料全体に実質的に均一に分散しており、前記第１添加組成物はＭｇおよびＣａから本質的に成る、請求項１に記載の研磨製品。
前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約１：１〜約９：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約１：１〜約８：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約１：１〜約７：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約２：１〜約７：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約２：１〜約６：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約２：１〜約５：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は、約１：１〜約４：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約２：１〜約４：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約１：１〜約３：１の範囲内にある、前記添加比［Ｍｇ：Ｃａ］は約２：１〜約３：１の範囲内にある、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、少なくとも約３．７ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約３．７５ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約３．８ｇ／ｃｍ^３、少なくとも約３．８５ｇ／ｃｍ^３、および約４．００ｇ／ｃｍ^３以下、約３．９９ｇ／ｃｍ^３以下、約３．９８ｇ／ｃｍ^３以下の密度を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、約０．１５ｍ^２／ｇ以下、約０．１３ｍ^２／ｇ以下、約０．１ｍ^２／ｇ以下の比表面積を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量の少なくとも約９０重量％、少なくとも約９２重量％の添加組成物、少なくとも約９５重量％、少なくとも約９７重量％、少なくとも約９９重量％、本質的に全部の結晶含量を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は輪郭を含み、前記輪郭は多面形を含み、前記研磨粒子材料は複雑な形状を含み、前記研磨粒子材料は三角形、長方形、五角形、六角形、円錐形、螺旋形、楕円形、細長い形状、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される輪郭を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は少なくとも約１．１：１の第１アスペクト比を含み、前記第１アスペクト比は、前記粒子材料の最長寸法である長さ対前記粒子材料の前記長さに実質的に直交する方向にある前記粒子材料の第２最長寸法の尺度である幅の尺度であり、前記第１アスペクト比は、少なくとも約１．５：１、少なくとも約２：１、少なくとも約３：１であり、前記第１アスペクト比は少なくとも約４：１であり、前記第１アスペクト比は少なくとも約５：１である、請求項１に記載の研磨製品。
前記本体は、少なくとも約０．５：１の幅：高さの比によって規定される第２アスペクト比を含む、少なくとも約０．８：１の幅：高さの比によって規定される第２アスペクト比を含む、前記第２アスペクト比は少なくとも約１：１である、前記第２アスペクト比は少なくとも約１．５：１である、前記第２アスペクト比は少なくとも約２：１である、前記第２アスペクト比は少なくとも約２．５：１である、請求項１に記載の研磨製品。
前記本体は、少なくとも約１：１の長さ：高さの比によって規定される第３アスペクト比を含む、前記本体は、少なくとも約２：１の長さ：高さの比によって規定される第３アスペクト比を含む、前記第３アスペクト比は、少なくとも約３：１である、請求項１に記載の研磨製品。
前記本体は、ギリシャ文字、ラテン文字、またはロシア文字から選択される文字の形態にある断面輪郭を含む、請求項１に記載の研磨製品。
前記本体は、前記本体の長さを規定する縦軸に沿ったねじりを含む、前記縦軸に沿った前記ねじりは少なくとも約１°の前記本体の２つの端間で縦ねじり角度を規定する、前記ねじり角度は少なくとも約１０°である、前記ねじり角度は少なくとも約２０°である、前記ねじり角度は少なくとも約６０°である、前記ねじり角度は少なくとも約９０°である、請求項１に記載の研磨製品。
前記本体は、前記本体の幅を規定する横軸に沿ったねじりを含む、前記横軸に沿った前記ねじりは少なくとも約１°の前記本体の２つの端間の横ねじり角度を規定する、前記横ねじり角度は少なくとも約５°である、前記横ねじり角度は少なくとも約１０°である、前記横ねじり角度は少なくとも約２０°である、前記横ねじり角度は少なくとも約４０°である、前記横ねじり角度は少なくとも約６０°である、前記横ねじり角度は少なくとも約９０°である、請求項１に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、固定砥粒の一部である、請求項１に記載の研磨製品。
前記固定砥粒は、接着砥粒および研磨布紙の群から選択される製品を含む、請求項２７に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、結合材料によって基材に付着させられる、請求項２７に記載の研磨製品。
アルミナ結晶および第１添加組成物を含む研磨粒子材料を含む研磨製品であって、前記第１添加組成物は第１アルカリ土類元素およびＣａを含み、前記Ｃａは第１アルカリ土類元素の量以下の量で存在し、前記研磨粒子材料は前記研磨粒子材料の総重量に対して約０．１重量％〜約５重量％の前記第１添加組成物を含む研磨製品。
前記第１アルカリ土類元素はＭｇを含み、前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して約５重量％以下のＭｇ、約４．５重量％以下のＭｇ、約４重量％以下のＭｇ、約３．５重量％以下のＭｇ、約３重量％以下のＭｇ、約２．０重量％以下のＭｇ、約１．８重量％以下のＭｇ、約１．５重量％以下のＭｇ、約１．２重量％以下のＭｇ、および前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．１重量％のＭｇ、少なくとも約０．２重量％のＭｇ、少なくとも約０．３重量％のＭｇ、少なくとも約０．４重量％のＭｇ、少なくとも約０．５重量％のＭｇ、少なくとも約０．６重量％のＭｇ、少なくとも約０．７重量％のＭｇ、少なくとも約０．８重量％のＭｇを含む、請求項３０に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、塊の中心、幾何中点を有する本体を含み、前記塊の中心は、前記高さを規定する前記本体の垂直軸に沿って前記幾何中点から少なくとも約０．０５（ｈ）の距離（Ｄ_ｈ）だけ位置ずれしている、請求項３０に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、塊の中心、幾何中点を有する本体を含み、前記塊の中心は、前記幅を規定する前記本体の横軸に沿って前記幾何中点から少なくとも約０．０５（ｗ）の距離（Ｄ_ｗ）だけ位置ずれしている、請求項３０に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、塊の中心、幾何中点を有する本体を含み、前記塊の中心は、前記長さを規定する前記本体の縦軸に沿って前記幾何中点から少なくとも約０．０５（ｌ）の距離（Ｄ_ｌ）だけ位置ずれしている、請求項３０に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、長さ（ｌ）、幅（ｗ）、および高さ（ｈ）を有する本体を含み、前記本体は底面および上面を含み、前記底面は前記上面の断面形とは異なる断面形を含む、請求項３０に記載の研磨製品。
アルミナ結晶ならびに第１アルカリ土類元素およびＣａを含む第１添加組成物を含む研磨粒子材料を含む研磨製品であって、Ｃａは前記第１アルカリ土類元素以下の量で存在し、前記第１添加組成物の大部分は前記アルミナ結晶の結晶境界に選択的に局在する研磨製品。
前記第１アルカリ土類元素はＭｇを含み、前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して約５重量％以下のＭｇ、約４．５重量％以下のＭｇ、約４重量％以下のＭｇ、約３．５重量％以下のＭｇ、約３重量％以下のＭｇ、約２．０重量％以下のＭｇ、約１．８重量％以下のＭｇ、約１．５重量％以下のＭｇ、約１．２重量％以下のＭｇ、および前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．１重量％のＭｇ、少なくとも約０．２重量％のＭｇ、少なくとも約０．３重量％のＭｇ、少なくとも約０．４重量％のＭｇ、少なくとも約０．５重量％のＭｇ、少なくとも約０．６重量％のＭｇ、少なくとも約０．７重量％のＭｇ、少なくとも約０．８重量％のＭｇを含む、請求項３６に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、第２添加組成物を含み、前記第２添加組成物は、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＨｆＯ_２、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される材料を含む、請求項３６に記載の研磨製品。
前記研磨粒子材料は、前記研磨粒子材料の総重量に対して約５重量％以下、約４．５重量％以下、約４重量％以下、約３．５重量％以下、約３重量％以下、約２．０重量％以下、約１．８重量％以下、約１．５重量％以下、約１．２重量％以下の第２添加組成物、および前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．１重量％、少なくとも約０．２重量％、少なくとも約０．３重量％、少なくとも約０．４重量％、少なくとも約０．５重量％、少なくとも約０．６重量％、少なくとも約０．７重量％、少なくとも約０．８重量％の第２添加組成物を含む、請求項３８に記載の研磨製品。
成形輪郭を有する研磨粒子材料を含む研磨製品であって、前記研磨粒子材料はアルミナ結晶および前記研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を有し、前記第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを有し、ＭｇおよびＣａは１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む研磨粒子材料を含む研磨製品。
基板；および
アルミナ結晶を有する研磨粒子材料および前記研磨粒子材料内に含浸された第１添加組成物を含む研磨製品であって、前記第１添加組成物は、ＭｇおよびＣａの組み合わせを含み、ＭｇおよびＣａは１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在し、さらに前記研磨粒子材料の総重量に対して少なくとも約０．２重量％のＣａをさらに含む研磨製品。
前記基板は、柔軟性材料を含む、請求項４１に記載の研磨製品。
前記基板を被覆する下引き接着剤層をさらに含む、請求項４１に記載の研磨製品。
前記基板を被覆する上引き接着剤層をさらに含む、請求項４１に記載の研磨製品。
研磨製品を形成する方法であって：
多孔質アルミナ材料を形成する工程；および
含浸粒子材料を形成するために前記多孔質アルミナ材料を第１添加組成物で含浸する工程であって、前記第１添加組成物はＭｇおよびＣａの組み合わせを有し、ＭｇおよびＣａは１：１〜約１０：１の範囲内にある添加比［Ｍｇ：Ｃａ］で存在する工程を含む方法。
前記形成する工程は、焼成する工程を含み、焼成する工程は周囲雰囲気下で実施され、焼成する工程は周囲雰囲気条件で実施され、焼成する工程はロータリーキルン内で実施される、請求項４５に記載の方法。
焼成する工程は、少なくとも約５００℃、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、少なくとも約８００℃、および約１，５００℃以下、約１，２００℃以下、約１，０００℃以下の温度で実施される、請求項４６に記載の方法。
含浸は、前記第１添加組成物の種を含有する前駆体塩材料を前記多孔質アルミナ材料と混合する工程を含み、混合する工程は前記前駆体塩材料を含む溶液を前記多孔質アルミナ材料と湿式混合する工程を含む、請求項４５に記載の方法。
前記前駆体塩材料は、硝酸塩を含む、請求項４５に記載の方法。
前記焼成温度より高い焼結温度で前記含浸粒子材料を焼結する工程をさらに含み、前記焼結温度は、少なくとも約８００℃、少なくとも約９００℃、少なくとも約１，０００℃、少なくとも約１，１００℃、少なくとも約１，２００℃、および約１，６００℃以下、約１，５００℃以下、約１，４００℃以下、約１，３５０℃以下である、請求項４５に記載の方法。
前記含浸粒子材料は、約０．１５ｍ^２／ｇ以下、約０．１３ｍ^２／ｇ以下、約０．１ｍ^２／ｇの比表面積を含む、請求項４５に記載の方法。