JP3993376B2 - Cerium oxide abrasive for glass and method for producing the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本件発明は、ガラス用酸化セリウム系研摩材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータハードディスクのガラス基板使用の普及、ＴＦＴカラー液晶の普及に伴い、より一層市場に安価で高品質な製品を供給できるよう、ガラス基板の価格の低廉化が求められてきた。ガラス基板をより安価に市場に供給するためには、ガラス自体の生産工程の改良、材料の変更等で対応するのが最も効果的な方法であるとは思われるが、上述した分野において用いられるガラス基板は、通常のガラスと異なり、ガラス表面を研摩する技術が製品品質を左右するものとなっている。
【０００３】
これらのガラス研摩には、従来から、酸化セリウム系研摩材が最も優れたものとして知られ、研摩材中の酸化セリウム品位が高いものほど、高品質のガラス研摩材として言われてきた。
【０００４】
即ち、従来のガラス用の酸化セリウム系研摩材は、酸化セリウム系研摩材原料、水とを混ぜ合わせた混合原料とし、当該混合原料を混合粉砕機を用いて混合粉砕し粉砕スラリーとし、当該粉砕スラリーとフッ化水素酸溶液とを混合し含フッ素粉砕スラリーとし、当該含フッ素粉砕スラリーを濾過してケーキを濾取し、当該濾取したケーキを乾燥して７５０〜１０００℃前後の温度で焙焼して粉体とし、当該粉体を粉砕整粒して分級することにより製造されてきた。従って、酸化セリウム系研摩材原料中の酸化セリウム品位により研摩材としてのグレードが決められ、酸化セリウムに変わる研摩材原料はないとされてきた。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、酸化セリウム系研摩材原料中の酸化セリウム品位を向上させようとすればするほど、原料価格としての上昇は避けられず、製造プロセスをいかに簡略化、効率化したとしても、従来よりも安価で高品質な製品を供給できるようにはならないと判断できるのである。
【０００６】
このため、酸化セリウム系研摩材の一部を他の成分に置き換え、ガラス研摩用に用いることを考え、種々の研究がなされ報告が行われている。例えば、特開昭６０−４４５７７号公報にはレア・アースに珪酸塩の酸化誘導体を組み合わせた研摩材が開示されており、特開平１０−１８３１０３号公報にはレア・アース炭酸塩とＳｉ酸化誘導体とを組み合わせた研摩材が開示されている。
【０００７】
ところが、本件研究者等が、確認実験を行ったところ、これらに開示された発明に係る、研摩材では、十分な研摩力が得られない、十分な研摩力が確認できても、欠陥のない安定した研摩性能を引き出すことが困難との印象が得られた。従って、ハードウェア等に用いるガラス基板の仕上げ研摩に使えるほどの精密研摩には適さないものと判断したのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本件発明者等は、鋭意研究の結果、酸化セリウム系研摩材原料の一部を他の原料で置き換えることを考えた。この結果、増量剤として用いることが可能で、しかも安価である粘土を用いることに想到したのである。しかも、粘土を用いたとしても、ハードウェア等に用いるガラス基板の研摩にも適用できるレベルの酸化セリウム系研摩材を開発するに到ったのである。
【０００９】
本願発明は、酸化セリウム系研摩材原料と粘土との混合物をフッ素処理して得られるガラス用酸化セリウム系研摩材であって、粘土が０．１〜２０ｗｔ％、フッ素含有量が０．５〜１０ｗｔ％、残部が酸化セリウムを主に含む酸化希土類であることを特徴とするガラス用酸化セリウム系研摩材としている。ここから分かるように、最終製品であるガラス用酸化セリウム系研摩材として、粘土が０．１〜２０ｗｔ％、フッ素含有量が０．５〜１０ｗｔ％、残部が酸化希土類という構成を採ることが、鋭意研究の結果、最適であることが明らかとなったのである。
【００１０】
ここで、粘土を０．１〜２０ｗｔ％としたのは、そもそも研摩材は、その中に含まれた粒子が被研摩面を磨耗させて清浄な平滑面を得るために用いるものであり、その成分構成を変動させることにより、仕上げ研摩用から粗研摩用途にまで応用使用することの出来るものである。従って、ここで言う下限値である０．１ｗｔ％を下回る粘土の量でもガラス用研摩材として問題が生じるわけではないが、本来目的とするところである価格を引き下げる効果が全くないこととなるからである。これに対して、上限値の２０ｗｔ％を越えて粘土の量を増加させると、価格的には非常に低廉なものとなるが、研摩したガラス面に傷が生じやすく、仕上がり精度が悪くなるのである。
【００１１】
次にフッ素の含有量について説明する。フッ素は焙焼する際に含有した希土類元素と化合物を形成し、低温での焙焼を可能とし、焙焼時の結晶粒成長を促進する役割を果たすものとして作用するものである。また、フッ素はガラス研摩を行う際に、化学的作用によりガラス表面を僅かに溶解させる役割を果たし、ガラス研摩がより円滑に行えるよう作用するものと考えられてきた。従って、酸化セリウム系ガラス用研摩材によるガラス研摩は、一種のトライボロジー研摩に相当するものと言える。従って、ガラス用酸化セリウム系研摩材に含まれるフッ素量も、他の構成成分とのバランスを考慮して定められるべきものであり、上述した粘土含有量との関係において、フッ素含有量が０．５〜１０ｗｔ％の範囲であることが好ましいのである。従って、この領域のフッ素含有量をはずれた場合には、研摩したガラス表面の仕上がり精度が悪くなるのである。中でも、最も美麗な仕上がり面が得られるのは、フッ素含有量が１〜８ｗｔ％の領域で、より好ましい範囲と言える。
【００１２】
また、ここで用いる粘土には、焼結助剤の役割を果たすことのできる粘土を用いる事が望ましい。そのためには粘土を構成する主成分として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とシリカ（ＳｉＯ２）とでなる粘土を使用することが好ましいのである。
【００１３】
これらは、一般的に広く研摩材として用いられる成分であり、本件発明に係るガラス用酸化セリウム系研摩材では、フッ素によるガラス表面の化学的研摩効果と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とシリカ（ＳｉＯ２）とによるガラス表面のアブレッシブ研摩が重畳的に起こり、酸化セリウムを主成分とする希土類酸化物が微細な精度の高い研摩に資することで、トータルで見た際にガラス表面を効率よく研摩するため、優れた研摩能力を得ることが可能であり、従来の酸化セリウム系研摩材以上の研摩力を得ることが可能となるのである。
【００１４】
従って、粘土はアルミナとシリカとのトータル含有量が７５．０ｗｔ％以上であるガラス用酸化セリウム系研摩材としている。前述したように主成分として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とシリカ（ＳｉＯ２）とでなる粘土が望ましいとしていたが、これは粘土中には種々の微量成分が含まれているためである。
【００１５】
その他微量成分としては、例えば、酸化鉄、酸化ナトリウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、二酸化マンガン等である。最終製品である研摩材中にこれらの物質を多く含むと、ガラス研摩を行った後に洗浄を行っても、微量の不純物がガラス表面に残留し、ガラスの性能に悪影響を及ぼすため、これらの最終製品に対する混入を極力防止することを考えなければならない。従って、本来ガラス研摩に寄与する成分であるアルミナとシリカとのトータル含有量が一定以上であり、粘土として自然界から採取できるものの性質を考慮して、アルミナとシリカとのトータル含有量が７５．０ｗｔ％以上とここに明記したのである。
【００１６】
そして、この条件に合致する粘土として、焼結助剤の役割を果たすことのできる粘土は、ベントナイト、ボールクレイ、カオリンの少なくとも１種を用いることが好ましいのである。ベントナイトはアルミナが１４ｗｔ％、シリカが６３ｗｔ％程度含まれ、ボールクレイはアルミナが２８ｗｔ％、シリカが５５ｗｔ％程度含まれ、カオリンはアルミナが３８ｗｔ％、シリカが４４ｗｔ％程度含まれ、それぞれその他微量成分は、上述したと同様のものが含まれている。
【００１７】
本願では、好ましくは、酸化セリウムを主に含む酸化希土類は酸化セリウム品位がＣｅＯ２／ＴＲＥＯ＝５０％以上であるガラス用酸化セリウム系研摩材としている。確かに、酸化セリウムによるガラス表面の研摩効果を重点的に得ようとすると、酸化セリウム含有量が多ければ多いほど望ましいものとなる。しかしながら、コスト的な意味合いにおいては、極めて高価なものとならざるを得ない。従って、本件発明者等が、ガラス用フッ素含有酸化セリウム系研摩材として用いる場合、最低限ＣｅＯ２／ＴＲＥＯ＝５０％が確保できていれば、粘土と組み合わせて用いても、従来の酸化セリウム系研摩材と同等若しくはそれ以上の研摩力を得ることが可能である。
【００１８】
以下、本件発明に係るガラス用酸化セリウム系研摩材の製造方法について説明する。この方法は、酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水とを混ぜ合わせた混合原料とし、当該混合原料を混合粉砕機を用いて混合粉砕し粉砕スラリーとし、当該粉砕スラリーと所定濃度のフッ化水素酸溶液とを接触反応させフッ素処理し含フッ素粉砕スラリーとし、当該含フッ素粉砕スラリーを濾過してケーキを濾取し、当該濾取したケーキを乾燥して７００〜１０５０℃の温度で焙焼して粉体とし、当該粉体を整粒して分級することにより製造することを特徴とするガラス用酸化セリウム系研摩材の製造方法としている。
【００１９】
この製造方法において、特に重要となるのは、混合粉砕機を用いて粉砕スラリーを得るときの粉砕時間と、焙焼温度である。前者の粉砕時間は、最終製品であるガラス用低フッ素酸化セリウム系研摩材を仕上げ研摩用とするか、粗研摩用とするか、又はその中間研摩用とするかにより異なる設定がなされる。このとき、酸化セリウム系研摩材原料に比べ、粘土の方が粉砕され易いため、一定の整粒効果を期待するものでもあることを考えれば、粉砕時間にも留意を要することとなる。
【００２０】
また、混合粉砕機で粉砕を行う手順として、酸化セリウム系研摩材原料と水とのみを混合粉砕機内に入れ、所定時間の攪拌を行った後に、粘土を添加する等の手法を採用することも可能となる。より具体的に言えば、酸化セリウム系研摩材原料と水とを混合粉砕機内に入れ、１〜２時間の攪拌を行った後に、粘土を加え、更に１〜３時間の混合攪拌を行う等である。
【００２１】
本件明細書において、酸化セリウム系研摩材原料とは、酸化希土類若しくは炭酸希土類等の粉状物のことであり、焙焼することにより希土類元素が酸化物の状態で残留するものを意味している。粘土には、上述したベントナイト、ボールクレイ、カオリンのいずれか一種若しくは２種以上を混合して用いるのである。
【００２２】
混合粉砕機とは、高エネルギーボールミル等の内部に納められたものを混合して粉砕出来るものであれば、特に限定されるものではない。この混合粉砕処理を行うことで粉砕スラリーを得るのである。
【００２３】
この段階で、当該粉砕スラリーとフッ素含有物質とを接触反応させフッ素処理し含フッ素粉砕スラリーとするのである。このとき用いる、フッ化水素酸溶液は、粉砕スラリーと０．１〜３時間の接触反応させ処理を行うのである。
【００２４】
このフッ素処理が終了すると、この含フッ素粉砕スラリーを濾過してケーキを濾取するのである。このときの濾過方法については、特に限定を要するものではなく、一般的な高圧濾過法を用いて、いわゆるケーキの状態で濾取することができる。続いて、この濾取したケーキを乾燥し焙焼して、ミル粉砕することで研摩材としての粉体を得るのであるが、このときの手順自体は、従来の製造方法と全く同様である。
【００２５】
本件発明者等が鋭意研究した結果、フッ素処理を用いずに粘土のみを添加して研摩材を得ようとすると、フッ素処理した場合に比べ、焼成温度を５０〜１００℃程度高めた７５０℃〜１１００℃の高温範囲での焼成を行わないと研摩材として用いることが出来ないものとなる。これに対し、フッ素処理を用いることで、粘土を焼結材として用いる場合でも、低温領域での焙焼が可能となるのである。
【００２６】
焙焼後の粉体は、再度粉砕して整粒し、いわゆる風力分級機を用いて分級処理して最終製品のガラス用低フッ素酸化セリウム系研摩材が得られるのである。
【００２７】
酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水とを混ぜ合わせた混合原料は、当該酸化セリウム系研摩材原料と粘土との混合割合は粘土が０．１〜２０ｗｔ％であるガラス用低フッ素酸化セリウム系研摩材の製造方法としている。これは、酸化セリウム系研摩材原料と粘土とを合わせた重量を１００ｗｔ％としたときの粘土の混合割合を定めたものである。即ち、粘土の混合割合が多くなるほど、微細で良好な研摩は困難となってくる。従って、２０ｗｔ％を越える量の粘土を混合するとガラス用途での研摩材としての使用が困難となってくるのである。一方、０．１ｗｔ％に足らない量の粘土の混合だと焙焼時の焼結助剤としての役割を果たさなくなるのである。
【００２８】
酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水とを混ぜ合わせた混合原料は、当該酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水の総重量を１００ｗｔ％とした場合の、水が３０〜６０ｗｔ％となる様に調整するものであるガラス用低フッ素酸化セリウム系研摩材の製造方法としている。
【００２９】
このように酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水とを混ぜ合わせた混合原料中に加える、水の量を規定したのは、混合攪拌する際には酸化セリウム系研摩材原料と粘土とを細かく粉砕するという目的もあり、水の添加量が多くなると、単なる混合は容易であるが、細かく粉砕するという効果を得るのに時間を要することとなる。一方で、水の添加量が少なすぎると攪拌抵抗が大きくなり、混合撹拌装置に大きな負荷を与えると共に、均一に混合するという目的自体の達成が困難となるのである。従って、本件発明者等は、上述した様な理由から、当該酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水の総重量を１００ｗｔ％とした場合に、水が３０〜６０ｗｔ％となる様に調整することが望ましいと判断したのである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本件発明に係るガラス用酸化セリウム系研摩材の製造方法を説明し、得られた研摩材のガラス研摩時の研摩値を示すことで、本件発明に関して、より詳細に説明する。本明細書における研摩材中のフッ素の分析方法は、試料をアルカリ融剤にて融解し、放冷後温水にて抽出し、定容する。その適量を分取し、バッファー液を添加後、ｐＨを約３．５に調整し、定容して試料溶液とする。標準液は、試料を用いないこと及び分取後フッ素標準液を添加すること以外は、試料と同様に操作したものをフッ素濃度を変えて数種類準備した。標準液及び試料溶液をフッ素イオン電極を取り付けたイオンメーターにて測定し、標準液測定によって得られる検量線から試料溶液のフッ素濃度を求め、それを試料のフッ素含有量に換算することで行った。
【００３１】
第１実施形態：ここでは、図１に示したフローにより、ガラス用酸化セリウム系研摩材を製造し、ガラス研摩を行った際の研摩値を示すこととする。
【００３２】
酸化セリウム系研摩材原料として、炭酸希土類を７５０℃で仮焼した酸化希土類であって、酸化セリウム品位がＣｅＯ２／ＴＲＥＯ＝６０％のものを２．４ｋｇ用いた。そして、粘土にはカオリンを０．６ｋｇ、即ち、酸化セリウム系研摩材原料と粘土との総重量の２０ｗｔ％分として用いた。また、本件発明者等は、同様の酸化セリウム系研摩材原料２．８５ｋｇ、粘土０．１５ｋｇの粘土が５ｗｔ％分をも同時に製造した。
【００３３】
そして、これらの酸化セリウム系研摩材原料２．４ｋｇ（５ｗｔ％の場合は２．８５ｋｇ）と粘土０．６ｋｇ（５ｗｔ％の場合は０．１５ｋｇ）に、３リットルの水を加えて混合原料とし、この混合原料を高エネルギーボールミル（いわゆるアトライター）に入れ、４時間混合粉砕して粉砕スラリーを得た。この粉砕スラリーに５５％フッ化水素酸溶液を、粉砕スラリー１リットル当たり６９．２ｍｌを加えて、攪拌しつつ１時間のフッ素処理を行い、その後、濾過を行ったのである。
【００３４】
続いて、当該粉砕スラリーを濾過してケーキを濾取した。ここでの濾過は、フィルタープレスを用いて行った。その後、濾取したケーキを、１２０℃の温度にて２４時間乾燥させた。
【００３５】
乾燥させた後に、そのケーキを焙焼して、ミル粉砕し、風力分級することでガラス用低フッ素酸化セリウム系研摩材を得た。このときの焙焼条件は、７００℃、７５０℃、８５０℃、９５０℃の４種類の温度で１２時間の各条件とし、４種類のガラス用酸化セリウム系研摩材を得たのである。
【００３６】
更に、本件発明者等は、ここで用いたカオリンに替え、ボールクレイ及びベントナイトを用いて同様の方法及び条件でガラス用酸化セリウム系研摩材を製造した。これらも併せて、表１にガラスを研摩した際の研摩値を示すものとする。この評価に用いたガラスは、直径６０ｍｍの平面パネル用ガラスを用い、高速研磨機を用いて研摩圧力１５．７ｋｇ／ｃｍ２、研磨剤スラリー濃度１０ｗｔ％で行った。また、表中には粘土成分を入れず、酸化セリウム系研摩材原料のみを３．０ｋｇ用いて、上述と同様の方法と条件で製造した研摩材を「粘土成分なし」と表示して比較用に掲載している。なお、研摩値は、研摩前後のガラスの重量を測定し、ガラスの比重及びガラス径から研磨した厚さを換算したものである。
【００３７】
【表１】
この表１から分かるように、粘土成分を全く入れなかった場合と比較して、粘土を用いた方が、高い研摩値を示していることが分かる。従って、粘土を用いることで、酸化セリウムの使用量を低減させ製品コストの低減が可能であり、しかも粘土を混ぜない場合に比べても、高い研摩力を持つ酸化セリウム系研摩材の提供が可能となるのである。
【００３９】
第２実施形態： ここでは、図１に示したフローであって、第１実施形態と同様のフローであるが、フッ素処理を行うときのフッ素濃度を変化させた場合について説明する。従って、製造フロー自体については、第１実施形態と全く同様であるため、ここでの説明は省略する。異なるのは、粉砕スラリーに５５％フッ化水素酸溶液を、粉砕スラリー１リットル当たり２３．０ｍｌを加えて、攪拌しつつ１時間のフッ素処理を行い、その後、濾過を行った点である。
【００４０】
また、本件発明者等は、ここでも第１実施形態と同様にカオリンに替え、ボールクレイ及びベントナイトを用いて同様の方法及び条件でガラス用低フッ素酸化セリウム系研摩材を製造した。これらも併せて、表２にガラスを研摩した際の研摩値を示すものとする。この評価に用いたガラス及び研摩条件は第１実施形態の場合と同様である。また、表中には粘土成分を入れず、酸化セリウム系研摩材原料のみを３．０ｋｇ用いて、上述と同様の方法と条件で製造した研摩材を「粘土成分なし」と表示して比較用に掲載した点も同様である。
【００４１】
【表２】
この表２から分かるように、粘土成分を全く入れなかった場合と比較して、低温側での焼成品でも、高温側での焙焼品でも高い研摩値を示しており、粘土成分としてカオリン、ボールクレイ、ベントナイトのいずれを用いても、ほぼ同等の研摩値を示すものと認められる。即ち、第１実施形態と同様の結果が得られている。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係るガラス用酸化セリウム系研摩材は、ガラス用研摩材として用いる酸化希土類の一部を安価な粘土に置き換えることで、研摩材としても、より安価な価格で市場に供給することが可能となるのである。また、この本件発明に係る研摩材は、従来のガラス研摩用に用いられてきた酸化セリウム系研摩材を越える研摩力を有するものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス用酸化セリウム系研摩材の製造フローを表す概念図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cerium oxide abrasive for glass and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
With the recent spread of the use of glass substrates for computer hard disks and the spread of TFT color liquid crystals, it has been required to reduce the price of glass substrates so that inexpensive and high-quality products can be supplied to the market. In order to supply the glass substrate to the market at a lower cost, it seems that the most effective method is to improve the production process of the glass itself, change the material, etc., but it is used in the above-mentioned fields. Unlike normal glass, glass substrates have a technology that polishes the glass surface and determines the product quality.
[0003]
Conventionally, cerium oxide-based abrasives are known to be the most excellent for these glass polishings, and the higher the quality of cerium oxide in the abrasives, the higher the quality of the glass abrasives.
[0004]
That is, the conventional cerium oxide-based abrasive for glass is a mixed raw material obtained by mixing a cerium oxide-based abrasive raw material and water, and the mixed raw material is mixed and pulverized into a pulverized slurry using a mixing pulverizer. The slurry and the hydrofluoric acid solution are mixed to obtain a fluorine-containing pulverized slurry, the fluorine-containing pulverized slurry is filtered to remove the cake, and the filtered cake is dried and roasted at a temperature of about 750 to 1000 ° C. It has been manufactured by baking to form powder, pulverizing and classifying the powder. Therefore, the grade as the abrasive is determined by the quality of the cerium oxide in the cerium oxide-based abrasive raw material, and it has been assumed that there is no abrasive raw material that can be changed to cerium oxide.
[0005]
[Problems to be Solved by the Invention]
However, the higher the quality of the cerium oxide in the cerium oxide-based abrasive raw material, the higher the raw material price is unavoidable. Even if the manufacturing process is simplified and more efficient, it is cheaper than before. It can be determined that it will not be possible to supply high-quality products.
[0006]
For this reason, various studies have been made and reported considering that a part of the cerium oxide-based abrasive is replaced with other components and used for glass polishing. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 60-44577 discloses a polishing material in which a rare earth is combined with an oxidized silicate derivative, and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-183103 is a rare earth carbonate and a Si oxidized derivative. Abrasive materials in combination with are disclosed.
[0007]
However, when the present researchers conducted confirmation experiments, the polishing materials according to the inventions disclosed in these documents do not provide a sufficient polishing force. Even if a sufficient polishing force can be confirmed, there is no defect. The impression that it was difficult to bring out stable polishing performance was obtained. Therefore, it was judged that it is not suitable for precision polishing that can be used for finish polishing of a glass substrate used for hardware or the like.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the inventors of the present invention, as a result of earnest research, considered replacing a part of the cerium oxide-based abrasive raw material with another raw material. As a result, they came up with the use of clay that can be used as a bulking agent and is inexpensive. Moreover, even if clay is used, a cerium oxide-based abrasive has been developed that can be applied to polishing glass substrates used for hardware and the like.
[0009]
The present invention is a cerium oxide abrasive for glass obtained by subjecting a mixture of a cerium oxide abrasive raw material and clay to fluorine treatment, wherein the clay is 0.1 to 20 wt%, and the fluorine content is 0.5 to 0.5%. The cerium oxide abrasive for glass is characterized by 10 wt%, the balance being rare earth oxide mainly containing cerium oxide. As can be seen from this, as the final product cerium oxide-based abrasive for glass, it takes 0.1-20 wt% clay, 0.5-10 wt% fluorine content, and the rest is a rare earth oxide configuration. As a result of earnest research, it became clear that it was optimal.
[0010]
Here, the reason why the clay is 0.1 to 20 wt% is that the abrasive is used to obtain a clean smooth surface by the particles contained in the abrasive being abraded the surface to be polished. By varying the composition of the components, it can be used in applications ranging from finishing polishing to rough polishing. Therefore, even if the amount of clay is less than the lower limit of 0.1 wt%, there is no problem as an abrasive for glass, but there is no effect of reducing the price that is originally intended. is there. On the other hand, if the amount of clay is increased beyond the upper limit of 20 wt%, the price will be very low, but the polished glass surface will be easily scratched and the finish accuracy will deteriorate. is there.
[0011]
Next, the fluorine content will be described. Fluorine forms a compound with rare earth elements contained during roasting, enables roasting at a low temperature, and acts as a role of promoting crystal grain growth during roasting. Further, it has been considered that fluorine plays a role of slightly dissolving the glass surface by a chemical action when glass polishing is performed, so that glass polishing can be performed more smoothly. Therefore, it can be said that the glass polishing by the abrasive for cerium oxide glass corresponds to a kind of tribological polishing. Accordingly, the amount of fluorine contained in the cerium oxide abrasive for glass should also be determined in consideration of the balance with other components, and in the relationship with the clay content described above, the fluorine content is 0.00. The range of 5 to 10 wt% is preferable. Therefore, when the fluorine content in this region is deviated, the finished accuracy of the polished glass surface is deteriorated. Above all, the most beautiful finished surface can be obtained in the region where the fluorine content is 1 to 8 wt%, which is a more preferable range.
[0012]
Moreover, it is desirable to use the clay which can play the role of a sintering auxiliary agent for the clay used here. For this purpose, it is preferable to use clay composed of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) as the main component constituting the clay.
[0013]
These are components that are generally widely used as abrasives. In the cerium oxide abrasive for glass according to the present invention, the chemical polishing effect of the glass surface by fluorine, alumina (Al 2 O 3 ) and silica ( Abrasive polishing of the glass surface with SiO 2 ) occurs in a superimposed manner, and the rare earth oxide mainly composed of cerium oxide contributes to fine high-precision polishing, so that the glass surface is efficiently polished when viewed in total. Therefore, it is possible to obtain an excellent polishing ability, and it is possible to obtain a polishing force higher than that of a conventional cerium oxide-based abrasive.
[0014]
Accordingly, the clay is a cerium oxide abrasive for glass having a total content of alumina and silica of 75.0 wt% or more. As described above, the clay composed of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) as the main components is desirable. This is because the clay contains various trace components.
[0015]
Other trace components include, for example, iron oxide, sodium oxide, magnesium oxide, potassium oxide, calcium oxide, manganese dioxide and the like. If these materials are contained in the final polishing material, the final amount of impurities will remain on the glass surface even after cleaning after glass polishing. You must consider preventing contamination to the product as much as possible. Accordingly, the total content of alumina and silica, which is a component that originally contributes to glass polishing, is above a certain level, and the total content of alumina and silica is 75.0 wt. It is specified here as more than%.
[0016]
As the clay that satisfies this condition, it is preferable to use at least one of bentonite, ball clay, and kaolin as the clay that can serve as a sintering aid. Bentonite contains about 14 wt% alumina and 63 wt% silica, ball clay contains about 28 wt% alumina and about 55 wt% silica, kaolin contains about 38 wt% alumina and about 44 wt% silica. Includes the same as described above.
[0017]
In the present application, preferably, the rare earth oxide mainly containing cerium oxide is a cerium oxide abrasive for glass having a cerium oxide quality of CeO 2 / TREO = 50% or more. Certainly, when the polishing effect of the glass surface by cerium oxide is to be obtained mainly, the higher the cerium oxide content, the more desirable. However, in terms of cost, it must be extremely expensive. Therefore, when the present inventors use it as a fluorine-containing cerium oxide abrasive for glass, a conventional cerium oxide system can be used even if it is used in combination with clay as long as CeO 2 / TREO = 50% can be secured. It is possible to obtain a polishing force equivalent to or higher than that of the abrasive.
[0018]
Hereinafter, the manufacturing method of the cerium oxide type abrasive | polishing material for glass which concerns on this invention is demonstrated. This method uses a cerium oxide-based abrasive raw material, a mixed raw material obtained by mixing clay and water, and the mixed raw material is mixed and pulverized using a mixing pulverizer to form a pulverized slurry, and the pulverized slurry and hydrogen fluoride having a predetermined concentration are mixed. Fluorine treatment is carried out by contact reaction with an acid solution to obtain a fluorine-containing pulverized slurry, the fluorine-containing pulverized slurry is filtered and the cake is filtered, the filtered cake is dried and roasted at a temperature of 700 to 1050 ° C. In this method, the cerium oxide abrasive for glass is produced by sizing and classifying the powder.
[0019]
In this production method, what is particularly important is the pulverization time and roasting temperature when a pulverized slurry is obtained using a mixed pulverizer. The former pulverization time is set differently depending on whether the low-fluorine cerium oxide-based abrasive for glass, which is the final product, is used for final polishing, rough polishing, or intermediate polishing. At this time, since the clay is more easily pulverized than the cerium oxide-based abrasive material, it is necessary to pay attention to the pulverization time in view of the fact that a certain sizing effect is expected.
[0020]
In addition, as a procedure for pulverizing with a mixing pulverizer, it is also possible to adopt a method such as adding only cerium oxide abrasive material and water into the mixing pulverizer, stirring for a predetermined time, and then adding clay. It becomes possible. More specifically, after putting the cerium oxide-based abrasive raw material and water in a mixing and grinding machine, stirring for 1 to 2 hours, adding clay, and further mixing and stirring for 1 to 3 hours, etc. is there.
[0021]
In this specification, the cerium oxide-based abrasive raw material is a powdered material such as rare earth oxide or rare earth carbonate, and means that the rare earth element remains in an oxide state by roasting. . As the clay, one or more of bentonite, ball clay and kaolin described above are used.
[0022]
The mixing pulverizer is not particularly limited as long as it can mix and pulverize what is contained in a high energy ball mill or the like. By performing this mixing and pulverization treatment, a pulverized slurry is obtained.
[0023]
At this stage, the pulverized slurry and the fluorine-containing substance are contact-reacted to perform a fluorine treatment to obtain a fluorinated pulverized slurry. The hydrofluoric acid solution used at this time is subjected to a contact reaction with the pulverized slurry for 0.1 to 3 hours.
[0024]
When the fluorine treatment is completed, the fluorine-containing pulverized slurry is filtered to collect the cake. The filtration method at this time is not particularly limited, and it can be filtered in a so-called cake state using a general high-pressure filtration method. Subsequently, the cake obtained by filtration is dried, roasted, and milled to obtain a powder as an abrasive. The procedure itself at this time is exactly the same as the conventional manufacturing method.
[0025]
As a result of diligent research by the present inventors, when an attempt was made to obtain an abrasive by adding only clay without using fluorine treatment, the firing temperature was increased by about 50 to 100 ° C. compared to the case where fluorine treatment was performed. Unless firing is performed in a high temperature range of 1100 ° C., it cannot be used as an abrasive. On the other hand, by using fluorine treatment, even when clay is used as a sintered material, roasting in a low temperature region becomes possible.
[0026]
The powder after roasting is pulverized and sized again, and classified using a so-called wind classifier to obtain a low-fluorine cerium oxide-based abrasive for glass as the final product.
[0027]
The mixed raw material obtained by mixing the cerium oxide-based abrasive raw material, clay and water is a low fluorine cerium oxide-based oxide for glass in which the mixing ratio of the cerium oxide-based abrasive raw material and clay is 0.1 to 20 wt% of clay. It is a manufacturing method for abrasives. This defines the mixing ratio of clay when the total weight of the cerium oxide-based abrasive raw material and clay is 100 wt%. That is, finer and better polishing becomes more difficult as the clay mixing ratio increases. Therefore, when an amount of clay exceeding 20 wt% is mixed, it becomes difficult to use it as an abrasive in glass applications. On the other hand, if the amount of clay is less than 0.1 wt%, it will no longer serve as a sintering aid during roasting.
[0028]
The mixed raw material obtained by mixing the cerium oxide-based abrasive raw material, clay and water is such that the water is 30-60 wt% when the total weight of the cerium oxide-based abrasive raw material, clay and water is 100 wt%. This is a method for producing a low-fluorine cerium oxide-based abrasive for glass that is to be adjusted.
[0029]
The amount of water added to the mixed raw material obtained by mixing the cerium oxide-based abrasive raw material, clay and water in this way is specified when finely mixing the cerium oxide-based abrasive raw material and the clay when mixing and stirring. There is also an object of pulverization. When the amount of water added is large, simple mixing is easy, but it takes time to obtain the effect of fine pulverization. On the other hand, if the amount of water added is too small, the agitation resistance increases, a large load is applied to the mixing and agitation device, and it is difficult to achieve the object of uniform mixing. Therefore, the inventors of the present invention adjust the water to be 30 to 60 wt% when the total weight of the cerium oxide-based abrasive raw material, clay and water is 100 wt% for the reasons described above. Was deemed desirable.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the manufacturing method of the cerium oxide-based abrasive for glass according to the present invention will be described, and the polishing value of the obtained abrasive during glass polishing will be described to explain the present invention in more detail. In this specification, the method for analyzing fluorine in the abrasive is to melt a sample with an alkaline flux, leave it to cool, extract it with warm water, and maintain the volume. Appropriate amount is taken, and after adding buffer solution, the pH is adjusted to about 3.5, and the volume is adjusted to obtain a sample solution. Several types of standard solutions were prepared by changing the fluorine concentration, except that the sample was not used and the fluorine standard solution was added after fractionation. The standard solution and the sample solution were measured with an ion meter equipped with a fluorine ion electrode, and the fluorine concentration of the sample solution was obtained from the calibration curve obtained by the standard solution measurement, and converted to the fluorine content of the sample. .
[0031]
1st Embodiment: Here, the cerium oxide type abrasive | polishing material for glass is manufactured with the flow shown in FIG. 1, and the polishing value at the time of performing glass polishing shall be shown.
[0032]
As a cerium oxide-based abrasive raw material, 2.4 kg of rare earth oxide obtained by calcining rare earth carbonate at 750 ° C. and having a cerium oxide quality of CeO 2 / TREO = 60% was used. The clay used was 0.6 kg of kaolin, that is, 20 wt% of the total weight of the cerium oxide abrasive material and clay. In addition, the inventors of the present invention simultaneously manufactured 5 wt% of the same cerium oxide-based abrasive raw material 2.85 kg and clay 0.15 kg of clay.
[0033]
Then, 3 kg of water is added to 2.4 kg (2.85 kg for 5 wt%) and 0.6 kg (0.15 kg for 5 wt%) of these cerium oxide-based abrasive raw materials to form a mixed raw material. The mixed raw material was put into a high energy ball mill (so-called attritor) and mixed and ground for 4 hours to obtain a ground slurry. A 55% hydrofluoric acid solution was added to this pulverized slurry, and 69.2 ml per liter of the pulverized slurry was subjected to a fluorine treatment for 1 hour with stirring, followed by filtration.
[0034]
Subsequently, the pulverized slurry was filtered to obtain a cake. The filtration here was performed using a filter press. Thereafter, the cake collected by filtration was dried at a temperature of 120 ° C. for 24 hours.
[0035]
After drying, the cake was roasted, milled and air classified to obtain a low fluorine cerium oxide abrasive for glass. The roasting conditions at this time were four conditions of 700 ° C., 750 ° C., 850 ° C., and 950 ° C. for 12 hours, and four types of cerium oxide abrasives for glass were obtained.
[0036]
Further, the inventors of the present invention manufactured a cerium oxide-based abrasive for glass under the same method and conditions using ball clay and bentonite instead of kaolin used here. In addition to these, Table 1 shows the polishing values when the glass is polished. The glass used for this evaluation was a flat panel glass having a diameter of 60 mm, and a high-speed polishing machine was used at a polishing pressure of 15.7 kg / cm 2 and an abrasive slurry concentration of 10 wt%. In addition, in the table, the clay component is not included, and 3.0 kg of the cerium oxide-based abrasive raw material is used, and the abrasive produced by the same method and conditions as above is displayed as “no clay component” for comparison. It is published in. The polished value is obtained by measuring the weight of the glass before and after polishing and converting the polished thickness from the specific gravity of the glass and the glass diameter.
[0037]
[Table 1]
As can be seen from Table 1, it can be seen that the use of clay shows a higher polishing value compared to the case where no clay component was added. Therefore, by using clay, the amount of cerium oxide used can be reduced and the product cost can be reduced. In addition, it is possible to provide a cerium oxide-based abrasive with high polishing power compared to the case where clay is not mixed. It becomes.
[0039]
Second Embodiment: Here, the flow shown in FIG. 1 is the same as that in the first embodiment, but the case where the fluorine concentration during the fluorine treatment is changed will be described. Accordingly, the manufacturing flow itself is exactly the same as in the first embodiment, and a description thereof is omitted here. The difference is that a 55% hydrofluoric acid solution was added to the pulverized slurry, and 23.0 ml per liter of the pulverized slurry was subjected to a fluorine treatment for 1 hour with stirring, followed by filtration.
[0040]
In addition, the inventors of the present invention also manufactured a low-fluorine cerium oxide abrasive for glass under the same method and conditions using ball clay and bentonite instead of kaolin as in the first embodiment. In addition to these, Table 2 shows the polishing values when the glass is polished. The glass and polishing conditions used for this evaluation are the same as in the first embodiment. In addition, in the table, the clay component is not included, and 3.0 kg of the cerium oxide-based abrasive raw material is used, and the abrasive produced by the same method and conditions as above is displayed as “no clay component” for comparison. The same applies to the points listed in.
[0041]
[Table 2]
As can be seen from Table 2, compared with the case where no clay component was added at all, both the baked product at the low temperature side and the roasted product at the high temperature side showed high polishing values, and kaolin, Regardless of whether ball clay or bentonite is used, it is recognized that the polishing value is almost the same. That is, the same result as in the first embodiment is obtained.
[0043]
【The invention's effect】
The cerium oxide-based abrasive for glass according to the present invention can be supplied to the market at a lower price as an abrasive by replacing a part of rare earth oxide used as an abrasive for glass with inexpensive clay. It becomes. Further, the abrasive according to the present invention has a polishing force exceeding that of the cerium oxide-based abrasive used for conventional glass polishing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a manufacturing flow of a cerium oxide abrasive for glass.
Claims (5)
粘土が０．１〜２０ｗｔ％、フッ素含有量が０．５〜１０ｗｔ％、残部が酸化セリウムを主に含む酸化希土類であり、
当該粘土は、アルミナとシリカとのトータル含有量が７５．０ｗｔ％以上であるガラス用酸化セリウム系研摩材。A cerium oxide-based abrasive for glass produced by fluorine treatment of a mixture of a cerium oxide-based abrasive raw material and clay,
The clay is 0.1 to 20 wt%, the fluorine content is 0.5 to 10 wt%, and the balance is a rare earth oxide mainly containing cerium oxide,
The clay is a cerium oxide abrasive for glass having a total content of alumina and silica of 75.0 wt% or more .
酸化セリウム系研摩材原料、アルミナとシリカとのトータル含有量が７５．０ｗｔ％以上である粘土、及び、水を、酸化セリウム系研摩材原料と粘土との混合割合として粘土が０．１〜２０ｗｔ％となるように混ぜ合わせた混合原料とし、
当該混合原料を混合粉砕機を用いて混合粉砕し粉砕スラリーとし、
当該粉砕スラリーとフッ素含有物質とを接触反応させフッ素処理し含フッ素粉砕スラリーとし、
当該含フッ素粉砕スラリーを濾過してケーキを濾取し、
当該濾取したケーキを乾燥して７００〜１０５０℃の温度で焙焼して粉体とし、
当該粉体を整粒して分級することにより製造することを特徴とするガラス用酸化セリウム系研摩材の製造方法。A method for producing a cerium oxide-based abrasive for glass according to any one of claims 1 to 3,
The cerium oxide-based abrasive raw material, clay having a total content of alumina and silica of 75.0 wt% or more, and water are mixed at a mixing ratio of the cerium oxide-based abrasive raw material and clay of 0.1 to 20 wt. % As a mixed raw material,
The mixed raw material is mixed and pulverized into a pulverized slurry using a mixing pulverizer,
The pulverized slurry and a fluorine-containing substance are contact-reacted to obtain a fluorine-containing pulverized slurry by fluorine treatment,
Filter the fluorine-containing pulverized slurry and collect the cake by filtration.
The filtered cake is dried and roasted at a temperature of 700 to 1050 ° C. to obtain a powder,
A method for producing a cerium oxide-based abrasive for glass, wherein the powder is produced by sizing and classifying the powder.
当該酸化セリウム系研摩材原料、粘土及び水の総重量を１００ｗｔ％とした場合の、水が３０〜６０ｗｔ％となる様に調整するものである請求項４に記載のガラス用酸化セリウム系研摩材の製造方法。The cerium oxide-based abrasive raw material, mixed raw material mixed with clay and water,
The cerium oxide-based abrasive for glass according to claim 4, wherein the cerium oxide-based abrasive for glass according to claim 4, wherein the cerium oxide-based abrasive is adjusted so that the water is 30 to 60 wt% when the total weight of the cerium oxide abrasive material, clay and water is 100 wt%. Manufacturing method.
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