JP2017002311A - 成形セラミック研磨粒子を製造するためのレーザー方法、成形セラミック研磨粒子、及び研磨物品 - Google Patents
成形セラミック研磨粒子を製造するためのレーザー方法、成形セラミック研磨粒子、及び研磨物品 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】基材上に形成されたセラミック前駆体材料の層であって、前記セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と液体とを含む、層を提供することと、レーザービームを用いて、前記セラミック前駆体材料の層を切断し、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、を含み、成形セラミック研磨粒子のそれぞれが、本体部材と、前記本体部材から延在する少なくとも3つのロッド形部材とを独立して備え、前記少なくとも3つのロッド形部材は、前記本体部材の平面の外にあり、前記少なくとも3つのロッド形部材は、前記本体部材の同じ側から延在する、方法。前記成形セラミック前駆体粒子を乾燥させ、乾燥した成形セラミック前駆体粒子とし、乾燥した成形セラミック前駆体粒子を、更に、焼成し、次に、焼結して、成形セラミック研磨粒子を製造する方法。
【選択図】図1A
Description
担体上に支持されたセラミック前駆体材料の層であって、セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と遊離水とを含む、層を提供することと、
レーザービームを用いて、セラミック前駆体材料の層を切断し、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、を含む方法を提供する。
成形セラミック前駆体粒子を乾燥させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
成形セラミック前駆体粒子を乾燥させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子を、第2の液体媒質と、金属酸化物及びその前駆体のうちの少なくとも1つとを含有する混合物を含む含浸組成物で含浸させて、含浸され焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことであって、焼成された成形セラミック前駆体粒子の他の表面よりもレーザービームによる切削によって形成された表面で、より軽度に、含浸組成物が、焼成された成形セラミック前駆体粒子に含浸される、ことと、
必要に応じて、含浸され焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
担体上に支持されたセラミック前駆体材料の層であって、セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と遊離水とを含む、層を提供することと、
レーザービームを用いて、セラミック前駆体材料の層に刻み目をつけ、セラミック前駆体材料の刻み目つきの層をもたらすことと、を含む方法を提供する。
セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を、刻み目線に沿って破断させ、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を乾燥させて、セラミック前駆体材料の刻み目つきの乾燥した層をもたらすことと、
セラミック前駆体材料の刻み目つきの乾燥した層を、刻み目線に沿って破断させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
用語「アブレーションされた領域」とは、融解、蒸発、及び/又は気化(例えば、レーザービームによって生じるような)によって形成され、丸い及び/又は鋭い突起並びに滑らかな凹みを含む不規則なトポグラフィーによって概ね特徴づけられた表面の領域を指し、
用語「焼成」とは、最低でも乾燥した基材内に存在した任意の残留する揮発物(全ての有機材料及び水を含む)が除去される温度に加熱することを指し、
用語「乾燥」とは、乾燥される物品内に含有される少なくとも一部の水を除去することを指し、必ずしも全ての水を除去する必要はなく、
用語「重力」とは、地球の表面での重力の力を指し、
用語「マイクロメートルスケール」とは、0.1マイクロメートル〜1ミリメートルのサイズ範囲を指し、
用語「成形粒子」とは、粒子の製造で用いられる所定の形状から得られる形状(例えば、形状は、所定の精密な形状を有する空隙内での鋳造の結果であり得るか、又は切削レーザーによる特定の切削パターンの結果であり得る)を有する粒子を指し、
用語「焼結」とは、最低でも化学結合が焼成した基材の接触するセラミック粒子間で形成するような温度に加熱することを指し、典型的には、増加した強度及び密度をもたらし、並びに
用語「実質的に平面」とは、厚さに関して比較的広範な表面を備えた平坦な形状を有することを意味する(例えば、厚さは表面の長さ及び/又は幅よりも少なくとも2、3、4、5、又は10分の1未満であり得る)。
第1の工程は、担体上への、すなわち最終的にセラミック材料に変換され得るセラミック前駆体材料の層(例えば、セラミック前駆体の粒子を含有する種添加又は種非添加分散液として)をコーティングすることを伴う。好適なセラミック前駆体の例としては、酸化アルミニウム一水和物(例えば、ベーマイト)などのαアルミナ前駆体、並びに米国特許第5,551,963号(Larmie)に記載されたものなどのジルコニア前駆体及び混合したジルコニア−アルミナ前駆体が挙げられる。セラミック前駆体の粒子は、水を含有する揮発性成分を含む液体中に分散されてもよい(又はそれと混合されてもよい)が、これは必ずしも必要ではない。分散液及び/又はスラリーは、担体上の品質コーティングを可能にするように分散液の粘度が十分に低くなるための液体の十分な量を含むことが好ましいが、後続の液体分散の除去を極端に高価にさせるほどの多量な液体を含まない。この分散液は、典型的には、30〜50重量%のセラミック前駆体粒子及び50〜70重量%の揮発性成分を含むが、他の比率が用いられてもよい。結果として生じる成形セラミック研磨粒子の物理的特性は、一般に、分散液で使用される材料の種類に依存する。
第1の実施形態では、本開示は、
担体上に支持されたセラミック前駆体材料の層であって、セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と遊離水とを含む、層を提供することと、
レーザービームを用いて、セラミック前駆体材料の層を切断し、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、を含む方法を提供する。
成形セラミック前駆体粒子を乾燥させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
成形セラミック前駆体粒子を乾燥させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子を、第2の液体媒質と、金属酸化物及びその前駆体のうちの少なくとも1つとを含有する混合物を含む含浸組成物で含浸させて、含浸され焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、を更に含み、焼成された成形セラミック前駆体粒子の他の表面よりもレーザービームによる切削によって形成された表面で、より軽度に、含浸組成物が、焼成された成形セラミック前駆体粒子に含浸される。
含浸され焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことを更に含む。
担体上に支持されたセラミック前駆体材料の層であって、セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と遊離水とを含む、層を提供することと、
レーザービームを用いて、セラミック前駆体材料の層に刻み目をつけ、セラミック前駆体材料の刻み目つきの層をもたらすことと、を含む方法を提供する。
セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を、刻み目線に沿って破断させ、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
必要に応じて成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子又は成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
レーザービームを用いてセラミック前駆体材料の層を切断することによって、潜在的な研磨材前駆体粒子の最密配置内に境界線を形成することを更に含み、この境界線が、潜在的なセラミック前駆体粒子の最密配置の部分を分離する。
潜在的な研磨材前駆体粒子の最密配置の部分が、刻み目線の少なくとも何本かに沿って破断し、成形セラミック前駆体粒子を形成するように、担体を変形させることを更に含む。
セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を乾燥させて、セラミック前駆体材料の刻み目つきの乾燥した層をもたらすことと、
セラミック前駆体材料の刻み目つきの乾燥した層を、刻み目線に沿って破断させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
必要に応じて乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
焼成された成形セラミック前駆体粒子又は乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む。
レーザービームを用いて、セラミック前駆体材料の層を切断することによって、潜在的な乾燥したセラミック前駆体粒子の最密配置内に境界線を形成することを更に含み、この境界線は、潜在的な乾燥したセラミック前駆体粒子の最密配置の部分を分離する。
125°F(52℃)で、水及び1.86%の硝酸を含有する溶液中で連続的に混合することによって、商品名「DISPERAL」(Sasol North America(Houston,Texas))を有する酸化アルミニウム一水和物粉末を分散させることで、ベーマイトゲルを作製した。得られたゾル−ゲルは、40重量%の固体であった。
ゲルシートの周囲の乾燥時間が、30分まで増加されたことと、ステンレス鋼基材が用いられたことを除けば、比較実施例Aの手順を繰り返した。図13は、レーザー切断直後のゲルシートを示す。
セラミック前駆体材料の層の周囲の乾燥時間が2時間まで増加されたことと、ポリエステルフィルム基材が用いられたことを除けば、比較実施例Aの手順を繰り返した。図14は、レーザー切断直後のゲルシートを示す。
実施例2の焼結された研磨粒子を有する2つの7インチ(17.8cm)直径×7/8インチ(2.2cm)の中心孔研磨ディスクを調製した。このディスクは、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂(2.5%の水酸化カリウムで触媒された1.5〜2.1:1のフェノール:ホルムアルデヒド比を有する)の75%固体水溶液49部、炭酸カルシウム(J.M.Huber Corporation,Edison,New Jerseyからの「HUBERCARB Q325」)41部、及び水10部からなるフェノールメークコーティングを用いて、バルカンファイバ裏材上に調製された。実施例2の研磨粒子を、メークコーティング上に静電気的にコーティングし、サイズコーティング[フェノール−ホルムアルデヒド樹脂(2.5%の水酸化カリウムで触媒された1.5〜2.1:1のフェノール:ホルムアルデヒド比を有する)の75%固体水溶液29部、充填剤(Kopper Trading(Pittsburg,Pennsylvania)からの「CRYOLITE TYPE RTN−C」51部、酸化鉄色素2部、及び水18部からなる]を塗布した。全てのコーティング重量が表1(以下)に示される。切断に続いて、ディスクを研磨性能について評価した。
試験方法1−スイングアーム試験
評価される研磨ディスクを、3M Companyから部品番号05114145192として市販されている20.3cmの円形受け板に取り付けた。次いで、その受け板を、金属ねじ固定具を使用して、Reel Manufacturing,Centerville,Minnesotaから商標表記「SWING ARM TESTER」として入手した試験装置に固定した。30.5cm直径、1.897mm厚さの14ゲージ(1.9mm)1010鋼のディスク状加工物を計量し、試験装置に金属製固定具で固定した。各試験の間、鋼製の加工物を、研磨物品ディスクに2910グラム(28.5N)の荷重で適用した。研磨物品ディスクを毎分3500回転(rpm)で回転させ、加工物を2rpmで回転させながら、加工物をディスクに対して18.5度の角度で、1分間隔で8回配置した。インクリメンタルカットがイニシャルカットの40%以下に下降する場合を試験の終点と決定した。除去された鋼の量(スイングアームカットの総量)を記録した。
評価される研磨ディスクを用いて、1.25cm×18cm 1018の軟鋼加工物の面を研削した。使用した研削盤は、定荷重油圧式のディスク研削盤であった。それぞれの加工物と研磨ディスクとの間の一定の荷重を、16ポンド(71.2N)の力に維持した。切削機の受けパッドは、アルミニウムの受けパッドであった。ディスクは、止めナットでアルミニウム製パッドに固定し、5,000rpmで作動させた。動作中に、端部から延在しかつ加工物の中心に向かって3.5cmで延在する研磨バンドを呈するよう、試験ディスクを約7度で傾斜させた(傾けた)。試験の間、加工物は、約8.4cm/秒の速度で、その長さに沿って横断した。各ディスクを使用して、連続する60秒間隔で別個の加工物を研削した。終点に到達するまで、更に60秒の研削間隔にカットを決定した。終点は、1分間の試験間隔中に切削量が、初期の試験間隔の切削量の70%以下に降下する場合又はディスク一体性が損なわれる場合と決定した。試験結果を表2(以下)で報告する。
水及び1.86%の硝酸を含有する溶液中で125°F(52℃)で連続的に混合することによって、商品名「DISPERAL」(Sasol North America,Houston,Texas)を有する酸化アルミニウム一水和物粉末を分散させることで、ベーマイトゲルを作製した。得られたゾル−ゲルは、40重量%の固体であった。
TETRAARYLDIAMINE(赤外染料、Fabric Color Holding Company,Paterson,New Jerseyからの製品コードFHI 104422P)を、比較実施例Aのように調製されたベーマイトのゾル−ゲルと、0.08重量%で混合した。得られた修正されたゾル−ゲルを、厚さ50ミル(1.27mm)を有する平坦なポリエチレンテレフタレートポリエステルフィルム上にコーティングした。得られた層を、SPI Lasers,Southampton,United Kingdomからの20ワットのパルスファイバレーザーを用いて切断した。レーザー波長は、1.06マイクロメートルであった。波形#1を用いた。選択されたレーザーパルス繰り返し率は、65kHzであった。フルパワー(100%)で、レーザー出力(平均パワー)は12.8ワットと測定した。163mmの焦点距離を有するテレセントリックレンズを備える、Scanlab AG,Munich,GermanyからのHURRYSCAN 14レーザースキャナーを用いて、レーザーが方向づけされた。ゾル−ゲルの層の上に収束されたスポットサイズは、約10マイクロメートルであると概算された。レーザーは、ゾル−ゲルシート表面に垂直に入射した。平行線を、互いに対して60度で三方向で切削し、最密配置の三角形の成形セラミック前駆体粒子を得た。レーザーパワーは、95%(12.1Wパワー)に設定した。線間距離は259マイクロメートルであり、レーザー横断速度は300mm/秒であった。代表的粒子(図4に示される)を、切削されたゾル−ゲルシートから除去し、SEMを介して検査した。上縁(レーザーに面する)は、アブレーションの人工物を示し、粒子エッジの底部は断裂されていた。
TETRAARYLDIAMINE(赤外染料、Fabric Color Holding Company,Paterson,New Jerseyからの製品コードFHI 104422P)を、比較実施例Aのように調製されたベーマイトのゾル−ゲルと、0.13重量%で混合し、高速ミキサを用いて溶液を10分間攪拌した。得られた0.25重量%の染料でドープされた溶液は、色が緑色であった。ドープされたゾル−ゲルを、コーティング前に1時間プラスチックボトル内で熟成した。50ミル(1.27mm)のコーティングスロットを有する3インチ(8cm)の幅の正方形アプリケータを、5インチ×10インチ×5ミル(12.7cm×25.4×127マイクロメートル)のポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのシート上に配置した。ドープされた溶液の30グラムをアプリケータの中央に配置して、PETフィルムのシートに塗布し、PETシートの表面にゾル−ゲルコーティングの50ミル(1.27mm)の層を得た。このゾル−ゲルコーティングを室内条件で15分間放置し、乾燥させた。SPI Laserからの20ワットのパルスファイバレーザーを用いて、得られた層を切断した。レーザー波長は、1.07+/−0.01マイクロメートルであった。波形#0を用いた。選択されたレーザーパルス繰り返し率は、30kHzであった。90%のパワーで、レーザー出力(平均パワー)は12.8ワットと測定した。レーザーパルス幅は、200ナノ秒(nsec)周辺と測定した。163mmの焦点距離を有するテレセントリックレンズを備える、Scanlab AG,Munich,GermanyからのHURRYSCAN 14レーザースキャナーを用いて、レーザーが方向づけされた。ゾル−ゲルの層上に収束したスポットサイズは、約10マイクロメートルと概算された。レーザーは、ゾル−ゲルシートに垂直に入射した。平行線を、互いに対して60度で三方向で切削し、最密配置の三角形の成形セラミック前駆体粒子を得た。線間距離は、93.5ミル(2.37mm)であった。レーザー横断速度は、1000mm/秒であった。図17Aは、上記手順から得られた例示の成形セラミック前駆体粒子を示す。図17Bは、後続の焼結後に上記手順から得られた例示の成形セラミック前駆体粒子を示す。図17Cは、後続の焼成及び焼結後に上記手順から得られた例示の成形セラミック前駆体粒子を示す。
TETRAARYLDIAMINE(赤外染料、Fabric Color Holding Company,Paterson,New Jerseyからの製品コードFHI 104422P)を、比較実施例Aのように調製されたベーマイトのゾル−ゲルと0.24重量%で混合し、高速ミキサを用いて溶液を10分間攪拌した。50ミル(1.27mm)のコーティングスロットを有する正方形アプリケータの3インチ(8cm)の幅を、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの5インチ×10インチ×6ミル(12.7cm×25.4×127マイクロメートル)のシート上に配置した。染料でドープされた溶液を、アプリケータの中央に配置し、PETフィルムのシートに塗布し、ゾル−ゲルコーティングの50ミル(1.27mm)の層をPETシートの表面上にもたらした。ゾル−ゲルコーティングを、レーザー切断実験前に、通常の室内条件下で3時間(午前10:19〜午後1:19)放置して乾燥させる。得られた層を、SPI Laserからの40ワットパルスファイバレーザーを用いて切断した。レーザー波長は、1.07+/−0.01マイクロメートルであった。波形#2を用いた。選択されたレーザーパルス繰り返し率は、76kHzであった。100%のパワーで、レーザー出力(平均パワー)は、40.3ワットと測定した。レーザーパルス幅は、60ナノ秒周辺と測定した。Scanlab AG,Munich,GermanyからのHURRYSCAN 25レーザースキャナーを用いて、レーザーが方向づけされた。ゾル−ゲルの層上に収束したスポットサイズは、約10マイクロメートルであると概算された。
TETRAARYLDIAMINE(赤外染料、Fabric Color Holding Company,Paterson,New Jerseyからの製品コードFHI 104422P)を、比較実施例Aのように調製されたベーマイトのゾル−ゲルと0.08重量%で混合した。得られた変性ゾル−ゲルを、平坦なポリエチレンテレフタレートポリエステルフィルム上に厚さ10ミル(25.4mm)でコーティングした。得られた層を、SPI Laserからの20ワットパルスファイバレーザーを用いて切断した。レーザー波長は、1.06マイクロメートルであった。波形#1を用いた。選択されたレーザーパルス繰り返し率は、65kHzであった。フルパワー(100%)で、レーザー出力(平均パワー)は12.8ワットと測定した。163mmの焦点距離を有するテレセントリックレンズを備える、Scanlab AGからのHURRYSCAN 14レーザースキャナーを用いて、レーザーが方向づけされた。ゾル−ゲルの層上に収束したスポットサイズは、約10マイクロメートルと概算された。レーザーは、ゾル−ゲルシート表面に垂直に入射した。平行線を、互いに対して60度で三方向で切削し、最密配置の三角形の成形セラミック前駆体粒子を得た。線間距離は93.5ミル(2.37mm)であった。レーザー横断速度は、200mm/秒であった。
実施例9及び比較実施例B〜Cは、精密成形された研磨粒子及び先行技術の研磨粒子の研磨有効性と比較された、本発明の研磨粒子に関する経時的な相対的研磨有効性を立証する。
研磨粒子の調製
水及び1.86%の硝酸を含有する溶液中で、125°F(52℃)で連続的に混合することにより、商品名「DIEPERAL」(Sasol North Americaから)を有する酸化アルミニウム一水和物粉末を分散させて、ベーマイトゲルを作製した。得られたゾル−ゲルは、40重量%の固体であった。
中心に直径7/8インチ(2.2cm)の穴及び0.83mm(33ミル)の厚さを有する直径7インチ(17.8cm)のプレカットバルカンファイバ(DYNOS GmbH,Troisdorf,Germanyから商品名「DYNOS VULCANIZED FIBRE」で得られる)ディスクブランクを、研磨基材として使用した。このファイバディスクを、フェノールメーク樹脂(これは、塩基触媒された(2.5%のKOH)1.5:1〜2.1:1のフェノール−ホルムアルデヒド縮合体(水中75%)の49.2重量部、CACOの40.6重量部、及び脱イオン水10.2重量部を混合することによって調製された)で、ブラシにより、3.8+/−0.5グラムの重量までコーティングした。研磨粒子17.3グラムを、静電塗布装置を用いて塗布した。ディスクを90℃で1時間、続いて103℃で3時間加熱した。次いでディスクを、40.6重量部の塩基触媒された(2.5%のKOH)1.5:1〜2.1:1のフェノール−ホルムアルデヒド縮合体(水中75%)、69.9重量部のクライオライト(Koppers Trading,Pittsburgh,Pennsylvaniaから「CRYOLITE TYPE RTN−C」として得られる)、2.5重量部のベンガラ色素、及び25重量部の脱イオン水を混合することで調製されたサイズ樹脂でブラシによりコーティングした。浸水した光沢のある外観がマットな外観に変わるまで、過剰なサイズ樹脂をドライブラシで除去した。サイズコーティング重量は、17.1グラムであった。ディスクを90℃で90分間、続いて103℃で16時間加熱した。硬化したディスクを、1.5インチ(3.8cm)直径のローラ上で直角に屈曲させて、試験前に周囲湿度で1週間均衡化させた。得られたディスクは実施例8である。
比較実施例Bを以下のことを除いては実施例8と同様に調製した。1)研磨粒子は、深さ28ミル(0.71mm)及び各辺110ミル(2.79mm)の三角形状の成形用空隙を有する鋳型から作られた成形されたαアルミナ研磨粒子であり、米国特許出願公開第2010/0151196 A1号(Adefrisら)に開示されるような、エッジの勾配について約98度の夾角、等級36+を有するように、より大きな三角面の各辺が約1.5mmの長さ、約0.3mmの厚さで三角形成形研磨粒子を作製したこと、2)メークコート重量が3.2グラムであったこと、3)研磨粒子コート重量が16.9グラムであったこと、並びに、4)サイズコート重量が13.9グラムであったこと。
比較実施例Cは、Saint−Gobain Abrasives North America,Worcester,Massachusettsから「NORTON SG BLAZE F980 FIBER DISC、7インチ×7/8インチ(17.8cm×2.22cm)、36等級」として得られる市販の研削ディスクであった。
以下の手順を用いて研磨ディスクを試験した。評価用の直径7インチ(17.8cm)の研磨ディスクを、7インチ(17.8cm)のリブ付きディスクパッド平面皿(3M Companyから入手した「80514 EXTRA HARD RED」)を装備した回転研削盤に取り付けた。次に、研削盤を稼動させ、0.75×0.75インチ(1.9×1.9cm)の予め計量した1045棒鋼の末端面を、10ポンド(44.5N)の荷重下で押し付けた。この荷重下でのこの加工物に対する研削盤の結果的な回転速度は5000rpmであった。この加工物を、これらの条件下で合計100回、20秒の研削インターバル(サイクル)で研磨した。それぞれの20秒サイクルの後、加工物を室温まで冷却させ、計量して、研磨動作による切削量を測定した。表3に示すように、試験結果を、それぞれのインターバルについてのインクリメンタルカット及び除去された総切削量として報告した。比較実施例B及び比較実施例Cについては、2つのディスクを試験した。実施例8のディスクは、比較実施例Cのものに優る持続性カット及び比較実施例Bに匹敵する初期達成カットを示した。
Claims (51)
- 担体上に支持されたセラミック前駆体材料の層であって、前記セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と遊離水とを含む、層を提供することと、
レーザービームを用いて、前記セラミック前駆体材料の層を切断し、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、を含む方法。 - 前記成形セラミック前駆体粒子を乾燥させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記成形セラミック研磨粒子が、αアルミナ系成形セラミック研磨粒子を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の層が、ゾル−ゲル層を部分的に乾燥させることによってもたらされる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の層が、重力のために実質的に非流動性である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の層が、60〜70重量%の範囲の固体含量を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成形セラミック前駆体粒子を乾燥させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記焼成された成形セラミック前駆体粒子を、第2の液体媒質と、金属酸化物及びその前駆体のうちの少なくとも1つとを含有する混合物を含む含浸組成物で含浸させて、含浸され焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、を更に含み、前記焼成された成形セラミック前駆体粒子の他の表面よりも前記レーザービームによる切削によって形成された表面で、より軽度に、前記含浸組成物が、前記焼成された成形セラミック前駆体粒子に含浸される、請求項1に記載の方法。 - 前記含浸され焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことを更に含む、請求項7に記載の方法。
- 担体上に支持されたセラミック前駆体材料の層であって、前記セラミック前駆体材料の層がセラミック前駆体と遊離水とを含む、層を提供することと、
レーザービームを用いて、前記セラミック前駆体材料の層に刻み目をつけ、セラミック前駆体材料の刻み目つきの層をもたらすことと、を含む方法。 - 前記セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を、刻み目線に沿って破断させ、成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記セラミック前駆体材料の刻み目つきの層が、前記セラミック前駆体材料の層内の刻み目線に沿って、互いに結合した潜在的な研磨材前駆体粒子の最密配置を形成するように刻み目がつけられている、請求項10に記載の方法。
- 前記レーザービームを用いて、前記セラミック前駆体材料の層を切断することによって、前記潜在的な研磨材前駆体粒子の最密配置内に境界線を形成することを更に含み、前記境界線が、前記潜在的なセラミック前駆体粒子の最密配置の部分を分離する、請求項11に記載の方法。
- 前記潜在的な研磨材前駆体粒子の最密配置の部分が、前記刻み目線の少なくとも何本かに沿って破断し、前記成形セラミック前駆体粒子を形成するように、前記担体を変形させることを更に含む、請求項12に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を乾燥させて、セラミック前駆体材料の刻み目つきの乾燥した層をもたらすことと、
前記セラミック前駆体材料の刻み目つきの乾燥した層を、刻み目線に沿って破断させて、乾燥した成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記乾燥した成形セラミック前駆体粒子を焼成して、焼成された成形セラミック前駆体粒子をもたらすことと、
前記焼成された成形セラミック前駆体粒子を焼結して、成形セラミック研磨粒子をもたらすことと、を更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記セラミック前駆体材料の層が、前記セラミック前駆体材料の層内の刻み目線に沿って、互いに結合した潜在的な乾燥したセラミック前駆体粒子の最密配置を形成するように刻み目がつけられている、請求項14に記載の方法。
- 前記レーザービームを用いて、前記セラミック前駆体材料の層を切断することによって、前記潜在的な乾燥したセラミック前駆体粒子の最密配置内に境界線を形成することを更に含み、前記境界線が、前記潜在的な乾燥したセラミック前駆体粒子の最密配置の部分を分離する、請求項15に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の刻み目つきの層を刻み目線に沿って前記破断させることが、少なくとも一部で、前記潜在的なセラミック前駆体粒子の最密配置の前記部分が、前記刻み目線の少なくとも何本かに沿って破断し、前記乾燥した成形セラミック前駆体粒子を形成するように前記担体を変形させることによって起こる、請求項16に記載の方法。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、αアルミナ系成形セラミック研磨剤粒子を含む、請求項10〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の層が、ゾル−ゲル層を部分的に乾燥させることによってもたらされる、請求項9〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の層が、重力のために実質的に非流動性である、請求項9〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料の層が、60〜70重量%の固体含量を有する、請求項9〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記レーザービームが、赤外ファイバレーザーによって発生される、請求項9〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記セラミック前駆体材料が、前記レーザービームの入射電磁放射線を吸収しかつそれを熱へと変換する吸収剤を更に含む、請求項9〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記吸収剤が、前記レーザービームの主波長で少なくとも10000M−1cm−1のモル吸光係数を有する、請求項23に記載の方法。
- 前記吸収剤が、前記レーザービームの入射電磁放射線の少なくとも30%を吸収するのに十分な量で存在する、請求項23又は24に記載の方法。
- 請求項1〜25のいずれか一項に記載の方法により調製される、成形セラミック研磨粒子。
- 成形セラミック研磨粒子であって、前記成形セラミック研磨粒子のそれぞれが、本体部材と、前記本体部材から延在する少なくとも3つのロッド形部材とを独立して備える、成形セラミック研磨粒子。
- 前記少なくとも3つのロッド形部材のうちのそれぞれ1つが、円形、楕円形、正方形、長方形、又は三角形から独立して選択される断面の輪郭を有する、請求項27に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記少なくとも3つのロッド形部材が、前記本体部材の面の外にあり、前記少なくとも3つのロッド形部材が、前記本体部材の同じ辺から延在する、請求項27又は28に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、αアルミナを含む、請求項27〜29のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記本体部材が、その中に開口を有する、請求項27〜30のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記少なくとも3つのロッド形部材が、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、及び第8のロッド形部材を備える、請求項27〜31のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、αアルミナを含む、請求項27〜32のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、研磨業界公認の公称等級に対応するサイズ分布を有する、請求項27〜33のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 成形セラミック研磨粒子であって、前記成形セラミック研磨粒子のそれぞれが、周囲ループ部分によって境界づけられた本体部分を有し、前記周囲ループ部分は前記本体部分に比べて粗い表面質感を有する、成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、研磨業界公認の公称等級に対応するサイズ分布を有する、請求項35に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子がαアルミナを含む、請求項35又は36に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 成形セラミック前駆体粒子であって、前記成形セラミック前駆体粒子が、内部を包囲しかつそれに接触する周囲ループ部分を有し、前記周囲ループ部分が、αアルミナを含み、前記内部が、αアルミナ前駆体を含みかつαアルミナを含まない、成形セラミック前駆体粒子。
- 前記αアルミナ前駆体が、ベーマイトゲルを含む、請求項38に記載の成形セラミック前駆体粒子。
- 成形セラミック研磨粒子であって、前記成形セラミック研磨粒子が、内部を包囲しかつそれに接触するが、前記内部を完全には取り囲まない周囲ループ部分を有し、前記周囲ループ部分が、前記内部とは異なる微細結晶構造を有する、成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、研磨業界公認の公称等級に対応するサイズ分布を有する、請求項40に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 結合剤内に保持された、請求項40又は41に記載の成形セラミック研磨粒子を含む、接合研磨物品。
- 成形セラミック前駆体粒子であって、前記成形セラミック前駆体粒子のそれぞれが、第1及び第2の、表裏となる非隣接の主表面と、前記第1の主表面と前記第2の主表面との間から延在する周囲部表面とを有し、前記周囲部表面が、前記第1の主表面に隣接して前記周囲部表面に沿って延在するが前記第2の主表面とは接触しないアブレーションされた領域と、前記第2の主表面に隣接して前記周囲部表面に沿って延在するが前記第1の主表面とは接触しない断裂領域とを備える、成形セラミック前駆体粒子。
- 前記断裂領域が、前記アブレーションされた領域の面積よりも大きい面積を有する、請求項43に記載の成形セラミック前駆体粒子。
- 前記成形セラミック前駆体粒子が、αアルミナ前駆体を含む、請求項43又は44に記載の成形セラミック前駆体粒子。
- 成形セラミック研磨粒子であって、前記成形セラミック研磨粒子のそれぞれが、第1及び第2の、表裏となる非隣接の主表面と、前記第1の主表面と前記第2の主表面との間で延在する周囲部表面とを有し、前記周囲部表面が、前記第1の主表面に隣接して前記周囲部表面に沿って延在するが前記第2の主表面とは接触しないアブレーションされた領域と、前記第2の主表面に隣接して前記周囲部表面に沿って延在するが前記第1の主表面とは接触しない断裂領域とを備える、成形セラミック研磨粒子。
- 前記断裂領域が、前記アブレーションされた領域の面積よりも大きい面積を有する、請求項46に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子がαアルミナを含む、請求項46又は47に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 前記成形セラミック研磨粒子が、研磨業界公認の公称等級に対応するサイズ分布を有する、請求項46〜48のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子。
- 結合剤内に保持された請求項46〜49のいずれか一項に記載の成形セラミック研磨粒子を含む接合研磨物品。
- 成形セラミック研磨粒子であって、前記成形セラミック研磨粒子のそれぞれが、第1及び第2の対向する辺並びに第1及び第2の対向する端部によって接続される第1及び第2の、表裏となる主表面を備え、前記第1及び第2の主表面が、実質的に滑らかであり、前記第1及び第2の対向する辺並びに前記第1及び第2の対向する端部が、屈曲し丸められたマイクロメートルスケールの凸部及び凹部を備える表面トポグラフィーを有し、前記第1の辺が前記第1の主表面に接触して鋭角の二面角を形成し、前記第2の辺が前記第1の主表面に接触して、鈍角の二面角を形成する、成形セラミック研磨粒子。
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