JP4222449B2 - 改善された研磨性を有する研磨剤 - Google Patents
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Description
本発明は、合成レジンボンド研摩剤において適用するための溶融あるいは焼結したコランダム、ジルコニウムコランダム、ケイ素コランダム、シリコンカーバイドおよびボロンカーバイドを含んでなる慣用の研磨粒子の群からの研磨粒子であって、この表面上にこの非処理研磨粒子の重量に対して０.０５〜２.０重量パーセントのケイ素ベースの水性結合剤と、この非処理研磨粒子の重量に対して０.０５〜５.０重量パーセントの一般式ＡｘＢｙＯｚ（ここで、ＡおよびＢは各々元素の群であり、そしてＯはＡとＢに対する化学量論的比で存在する酸素であり、そして数ｘ、ｙおよびｚはこの複合酸化物の組成を示し、そして整数には限定されないものであり、そしてｚは（ｘ＋ｙ）の和と１.５〜２.５の間の乗数との積に相当する）の複合微粒子酸化物化合物と、からなるコーティングが設けられていることを特徴とするこの研磨粒子に関する。元素Ａの群は元素の周期系における金属の群に関し、一方元素Ｂの群は周期系における両性元素の群に関する。この複合微粒子酸化物化合物ＡｘＢｙＯｚは、金属の群から、あるいは周期系の両性元素の群から少なくとも１種の元素を各々含有する。このケイ素ベースの水性結合剤は好ましくはコロイド状ケイ酸である。加えて、本発明は、上記に挙げた研磨粒子の製造方法ならびに合成樹脂により結合された研磨剤におけるこれらの使用に関する。
研磨粒子は、最も多様な研磨方法用に結合した形またはゆるい形で最も多様な粒子サイズで使用される。例えばセラミック材料または人工樹脂との混合物において、これらは研磨剤ディスクに賦型され、このセラミック材料または人工樹脂は研磨粒子の結合剤としての役目をする。裏打ち材（紙、リネン布など）上の研磨剤の場合には、裏打ち材上への接着は一般に合成樹脂結合により実現される。しかしながら、種々の研磨剤の効率は、使用される研磨粒子により影響を受けるのみならず、研磨剤への粒子の結合によっても大きく影響される。この点で、研磨粒子および結合剤相の間の界面は特に重要である。これはいかなる結合からも研磨粒子を破壊するのに必要とされる力を決定する。研磨粒子が硬くかつ強固であるほど、界面上での結合および接着力の要請は大きく、そして結合から粒子を破壊することが容易となる。大部分の研磨粒子、特に溶融工程により製造されるものは比較的滑らかな表面を有し、これは主として接着に依存する結合に不利である。このことは、特に結合が殆どもっぱら接着に基いている合成樹脂により結合されている研磨剤について言えることである。それゆえ、過去には、表面を粗化するかあるいは拡大し、それによって結合を改善するための多数の手段が示唆された。
本発明が基いている（特許文献１）および（特許文献２）は、合成レジンボンド研磨剤の結合の改善を達成させると推測される粒子表面の拡大のために慣用の研磨粒子を水性結合剤および微粒子酸化物により処理することを述べている。
例えば（特許文献３）は、合成レジンボンドの研磨剤との結合を改善するために、微粒子金属酸化物粒子、例えばＩＩＩ価鉄酸化物またはモリブデン酸化物のマットコーティングにより被覆されている溶融アルミニウム酸化物およびシリコンカーバイド研磨粒子を述べている。この金属酸化物粒子は薄いガラス様の層により粒子の表面に接着する。
（特許文献４）は、紙およびリネン用途において粒子の結合を改善しそして同時に研磨剤の耐水性を改善すると推測されるメタリン酸塩および鉄酸化物顔料中での研磨粒子の被覆を述べている。
加えて、（特許文献５）は、例えばクレー、カオリンまたはガラスフリットなどのセラミック材料の層を研磨粒子上に溶融あるいは焼結する一部のチタン酸化物を含有するアルミニウム酸化物をベースとする研磨粒子の処理を述べている。焼結または溶融と同時に、研磨粒子の構造変化とあいまって起こるコランダム中に含有されるチタン酸化物の原子価３から原子価４への酸化レベルへの変化が起こる。
最後に、（特許文献６）は、湿式磨砕における研磨性能を改善するためのガラスフリット、結合剤および磨砕活性微粒子からなるセラミック被覆を述べている。
上記に挙げた特許によるこの粒子の処理、特に（特許文献７）による処理はこれらの既知の欠点にも拘わらず当業界への参入を果たした。ここでは、コストの理由により、合成レジンボンドの研磨剤で使用するために研磨粒子の粒子表面を拡大するための鉄酸化物顔料（Ｆｅ２Ｏ３）による処理は、特別な重要性を獲得した。しかしながら、この処理の難点は、研磨操作時の粒子の高い応力と強い加熱下で結合中の粒子の接着は低下し、そして粒子は結合から破壊するという事実に存する。この挙動の一つの説明は、ＩＩＩ価の鉄酸化物がＩＩ価の鉄酸化物に熱的に破壊されるという事実に見出され得る。体積変化およびこれと関連する酸素の放出が合成樹脂中の結合を損傷し、そして粒子の破壊を促進する。この研磨剤の使用可能な寿命または研磨性能は対応して低い。
セラミック材料を（特許文献８）により塗布することはチタン含有コランダムに限定され、加えて高温を加えることを必要とする。一つの難点は、これらの温度において安定な粒子集塊が形成され、これを壊すのが極めて困難であるということである。このことは、所望の粒子サイズ分布における研磨粒子の収率を低下させるか、あるいはこのように得られる混合物を労働集約的な、したがってコストのかかる粉砕段階にかけなければならない。また、高温によって、この微粒子の粒子は結合剤と一緒に融解して、ガラス様のコーティングを形成するので、処理される粒子の表面は、ほとんどの場合少程度でしか増加しない。
（特許文献９）の研磨活性微粒子の粒子による被覆において、意図した微粒子の粒子を研磨粒子の表面に強固に固定することは困難である。
また、この意図された微粒子の粒子はガラスフリットにより融着されて、そして可能な限り滑らかである表面を形成すると推測される研磨活性剤を含み；ここで、このことは研磨粒子の比表面が小程度でしか拡大されないことも意味する。
米国特許第２，５２７，０４４号明細書
第２，５４１，６５８号明細書
米国特許第２，５２７，０４４号明細書
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ＥＰ−Ｂ−０ ０８０ ６０４明細書
米国特許第２，５４１，６５８号明細書
ＥＰ−Ａ−０ ０１４ ２３６明細書
ＥＰ−Ｂ−０ ０８０ ６０４明細書
本発明の目的は、大きな機械的応力、例えば合成レジンボンドの切断ホイールと熱応力の下でも良好でかつ持続性の結合を持つ拡大された表面の被覆研磨粒子であって、それゆえ、述べたように技術の現状の難点を示さないものを提供することである。これと連結するのは、粒子剥離の低減に加えて、研磨性能の認識可能な改善においてそれ自身を実証する粒子の性質の更に良好な使用である。
驚くべきことには、この目的は、最初に、溶融あるいは焼結したコランダム、ジルコニウムコランダム、シリコンカーバイドおよびボロンカーバイドをベースとする研磨粒子をミキサー中でこの出発粒子の重量に対して０.０５〜２.０重量％のケイ素水溶液、好ましくはコロイド状ケイ酸により濡らし、そして引き続きこの出発粒子の重量に対して０.０５〜５.０重量％の一般式ＡｘＢｙＯｚ（ここで、ＡおよびＢは各々元素の群であり、そしてＯはＡおよびＢに対する化学量論的比で存在する酸素であり、そして数ｘ、ｙおよびｚはこの複合酸化物の組成を示し、そして整数には限定されないものであり、そしてｚは（ｘ＋ｙ）の和と１.５〜２.５の間の乗数との積に相当する）の複合微粒子酸化物化合物によりこれらを被覆することにより達成可能である。元素Ａの群は元素の周期系におけるチタン、ジルコニウム、鉄、コバルトおよび／またはニッケル金属の群に関し、一方元素Ｂの群は周期系におけるバナジウム、クロム、マンガン、亜鉛、スズおよび／またはアンチモン両性元素の群に関する。この複合微粒子酸化物化合物ＡｘＢｙＯｚは、元素の周期系における金属の群からの少なくとも１つの元素Ａおよび両性元素の群からの少なくとも１つの元素Ｂ、ならびにＡとＢに対する化学量論的比での酸素を含有する。被覆対象の研磨粒子の耐熱性に依って、被覆工程に続いて１００と９００℃の間の熱処理を行って、この被覆の接着を改善する。
表面の拡大および結合の改善のために現状技術により使用される他の同様の微粒子材料と比較して、研磨粒子の結合と、したがって研磨剤の研磨性能のために本発明により使用される微粒子複合酸化物のプラスの効果はかなり更に顕著なものであり、実施例により後で説明する。このように、このプラスの効果の一つの説明は、シリケート結合剤により粒子の表面によく接着する複合微粒子酸化物化合物による研磨粒子の表面積の拡大と、大部分が接着に基づく結合力を増加させる粒子の特別な表面構造とに見出されるべきもののみでない。加えて、本発明の複合微粒子酸化物化合物は熱力学的に極めて安定であり、したがって反応抵抗性である。粒子上の高い機械的応力および／または熱応力を伴ういかなる研磨工程時にも研磨対象の材料または研磨粒子について崩壊または反応は殆ど起こらない。このことの原因は、恐らく金属元素と両性元素の間の特別な酸化物組成であろう。別な利点は、研磨粒子の良好な濡れならびにケイ素結合剤、好ましくはコロイド状ケイ酸による複合酸化物組成から生じる。この粒子の熱安定性に合わせて調整される被覆粒子の熱処理と同時に、このことは複合酸化物化合物の最適な接着を生じる。
コランダム、シリコンカーバイドおよびボロンカーバイドを９００℃まで１時間加熱して、この基本的な物質にいかなる注目に値する変化も起こさずにこの被覆を融解することができる。１つの例外は、この製品に特徴的な過度に比例した延伸によりほぼ６００℃以上で崩壊する共融ジルコニウムコランダムである。それゆえ、この被覆を融解するためにこの製品を５００℃以上に加熱してはならない。驚くべきことには、この粒子へのこの被覆の所望の良好な接着を保障し、そしてはっきりと改善された研磨性能を得るためには、この温度が充分であるということが示された。
被覆研磨粒子の集積およびこれと関連する研磨性能の改善は、合成レジンボンドの切断ホイールにおいて試験済である。剥離試験においては、この個別の粒子を上記で平均の応力およびこの粒子とこの合成樹脂との界面に極端な応力を生じる熱にさらした；それゆえ、このような方法により本発明による被覆の効果を特にはっきりと示すことが可能である。
次の例はいかなる制約も構成せずに、本発明を詳細に説明するためのものである。
切断ホイールの作製
ＦＥＰＡ粒子サイズＦ３６におけるＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ ＳｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌのＦＲＳＫセミスペシャル溶融アルミナ
５個の切断ホイール毎に、最初に、７８０ｇの研磨粒子を５５ｇの液体樹脂（フェノール樹脂）と混合し、引き続いてこの混合物を５０．０重量％のフェノール粉末樹脂、２５．０重量％のクライオライト、２４．０重量％のパイライトおよび１．０重量％のＣａＯからなる２４０ｇの粉末混合物とブレンドした。この後、この混合物の対応する部分を１７８ｍｍの直径と２．８ｍｍの厚さのディスクにプレスし、１８０℃で１４時間硬化させた。
切断ホイールの作製
ＦＥＰＡ粒子サイズＦ３６におけるＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ ＳｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌのＺＫ４０共融ジルコニウムコランダム
ＦＲＳＫ粒子に対照的に、ＺＫ４０の場合には、７８０ｇの研磨粒子を６５ｇの液体樹脂および２６０ｇの上述の粉末混合物と混合する
剥離試験のための試験パラメーター
・２０回の切断／切断ホイール
・材料：平鋼ＳＴ３７、３０×８ｍｍ（ＦＲＳＫに対して）
丸鋼Ｖ２Ａ（１８％Ｃｒ、１０％Ｎｉ）、２０ｍｍ直径（ＺＫ４０に対して）
・時間／切断：３．５秒（ＦＲＳＫ）
５．５秒（ＺＫ４０）
ＦＥＰＡ粒子サイズＦ３６におけるＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ ＳｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌのＦＲＳＫセミスペシャル溶融アルミナ
５個の切断ホイール毎に、最初に、７８０ｇの研磨粒子を５５ｇの液体樹脂（フェノール樹脂）と混合し、引き続いてこの混合物を５０．０重量％のフェノール粉末樹脂、２５．０重量％のクライオライト、２４．０重量％のパイライトおよび１．０重量％のＣａＯからなる２４０ｇの粉末混合物とブレンドした。この後、この混合物の対応する部分を１７８ｍｍの直径と２．８ｍｍの厚さのディスクにプレスし、１８０℃で１４時間硬化させた。
切断ホイールの作製
ＦＥＰＡ粒子サイズＦ３６におけるＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ ＳｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌのＺＫ４０共融ジルコニウムコランダム
ＦＲＳＫ粒子に対照的に、ＺＫ４０の場合には、７８０ｇの研磨粒子を６５ｇの液体樹脂および２６０ｇの上述の粉末混合物と混合する
剥離試験のための試験パラメーター
・２０回の切断／切断ホイール
・材料：平鋼ＳＴ３７、３０×８ｍｍ（ＦＲＳＫに対して）
丸鋼Ｖ２Ａ（１８％Ｃｒ、１０％Ｎｉ）、２０ｍｍ直径（ＺＫ４０に対して）
・時間／切断：３．５秒（ＦＲＳＫ）
５．５秒（ＺＫ４０）
による２０回切断（５個のホイールの平均値）後のＧファクターの計算
［実施例１］（比較例）
［実施例１］（比較例）
最初に、５．０ｋｇのＴｒｅｉｂａｃｈｅｒ ＳｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌのＦＲＳＫ Ｆ３６セミスペシャル溶融アルミナ（ＦＥＰＡ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ Ｅｕｒｏｐｅｅｎｎｅ ｄｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｎｔｓ ｄｅｓ Ｐｒｏｄｕｉｔｓ Ａｂｒａｓｉｆｓ）による粒子サイズ）を実験室用インテンシブミキサー中でこの非処理粒子の重量に対して０．３重量％のＭＡＰＬ（Ｃｈｅｍｉｓｃｈｅ Ｆａｂｒｉｋ Ｂｕｄｅｎｈｅｉｍの５０％のリン酸モノアルミニウム水溶液）により濡らし、そしてほぼ３分間の更なる混合期間の後この非処理粒子の重量に対して１．２重量％のＢａｙｆｅｒｒｏｘ ２２２（合成鉄酸化物顔料、Ｂａｙｅｒ ＡＧのＦｅ２Ｏ３）により被覆した。２分間の更なる混合期間の後この被覆粒子を８００℃で１時間焼成した。
この被覆セミスペシャル溶融アルミナ粒子を用いて、５個の切断ホイールを上述の方法で作製し、そして通常の平鋼で試験した。求めたＧファクターを下記の表１に見ることができる。
［実施例２］（本発明）
［実施例２］（本発明）
５．０ｋｇのＦＲＳＫ Ｆ３６セミスペシャル溶融アルミナを０．２重量％のコロイド状ケイ酸（Ｄｕ ＰｏｎｔのＬＵＤＯＸ ＨＳ ３０）により濡らし、そしてほぼ３分間の更なる混合期間の後１０重量％のＭｎＯ２、２４重量％のＳｂ２Ｏ３および６６重量％のＴｉＯ２の近似組成の０．２重量％のチタンマンガンアンチモンルチル（Ｆｅｒｒｏ Ｃｏｒｐ．の顔料ＰＫ１２１００）により被覆した。２分間の更なる混合期間の後、この粒子を８００℃で１時間焼成し、引き続いて切断ホイールに加工した。
通常のスチールについての剥離試験の結果を表１に見ることができる。
この剥離試験の結果は，非処理粒子または現状技術により処理した粒子と比較して本発明の被覆によって研磨性能のはっきりとした改善が達成可能であるということを示す。
［実施例３］（比較例）
［実施例３］（比較例）
５．０ｋｇのジルコニウムコランダムＺＫ ４０ Ｆ３６を実施例１におけるようにＭＡＰＬおよびＢａｙｆｅｒｒｏｘ ２２２により被覆し、そしてこの粒子を引き続いて４００℃で熱処理した。この製品を使用して、切断ホイールを製造した。
ステンレススチールについての剥離試験の結果を表２に見ることができる。
［実施例４］（比較例）
［実施例４］（比較例）
実施例３に対照的に、最初に、５．０ｋｇの共融ジルコニウムコランダムＺＫ ４０ Ｆ３６を実験室インテンシブミキサー中で０．２重量％のＭＡＰＬにより濡らし、そして３分間の更なる混合期間の後０．２重量％のＢａｙｆｅｒｒｏｘにより被覆した。この被覆粒子の熱処理を４００℃で１時間行った。
この粒子により製造される切断ホイールの剥離試験の結果を表２に示す。
[実施例５]（比較例）
[実施例５]（比較例）
５．０ｋｇの共融ジルコニウムコランダムＺＫ ４０ Ｆ３６を実験室インテンシブミキサー中で０．２重量％のコロイド状ケイ酸（Ｌｕｄｏｘ ＨＳ ３０）により濡らし、そして３分間の更なる混合期間の後０．２重量％のチタン酸化物顔料により被覆した。２分間の更なる混合期間の後熱処理を４００℃で行った。この被覆粒子を使用して、上述の方法で切断ホイールを製造し、次に研磨性に関して試験した。
この試験結果を表２に示す。
[実施例６]（本発明）
[実施例６]（本発明）
最初に、５．０ｋｇの共融ジルコニウムコランダムＺＫ ４０ Ｆ３６を実施例２におけるようにコロイド状ケイ酸により濡らし、引き続きチタンマンガンアンチモンルチルにより被覆した。この熱処理を４００℃で１時間行った。上述の方法で切断ホイールの製造を行った。
剥離試験の結果を表２に示す。
[実施例７]（本発明）
[実施例７]（本発明）
最初に、５．０ｋｇの共融ジルコニウムコランダムＺＫ ４０ Ｆ３６を実験室インテンシブミキサー中で０．２重量％のコロイド状ケイ酸により濡らし、そして３分間の更なる混合期間の後クロム鉄マンガンニッケル混合酸化物（ＤｅｇｕｓｓａのＤ ２４１４８黒色顔料）により被覆した。２分間の更なる混合期間の後、この被覆粒子を４００℃で１時間加熱し、次に切断ホイールに加工した。
剥離試験の結果を表２に示す。
表２の結果は研磨切断において、非処理ジルコニウムコランダム研磨粒子または旧来の方法で処理したものと比較して、本発明の被覆共融ジルコニウムコランダムによってはっきりとした改善が達成可能であることを示す。
Claims (11)
- 溶融あるいは焼結したコランダム、ジルコニウムコランダム、シリコンカーバイドおよびボロンカーバイドを含んでなる研磨粒子の群からの研磨粒子であり、かつ水性結合剤と複合微粒子酸化物化合物からなる被覆を備えた研磨粒子であって、前記複合微粒子の酸化物化合物が組成ＡｘＢｙＯｚのものであること、そしてＡｘおよびＢｙが元素Ａの群からの、あるいは元素Ｂの第２の群からの１種または数種の元素を各々含み、元素Ａの群は元素の周期系におけるチタン、ジルコニウム、鉄、コバルトおよび／またはニッケル金属の群に関し、元素Ｂの群は元素の周期系におけるバナジウム、クロム、マンガン、亜鉛、スズおよび／またはアンチモン両性元素の群に関し、そしてＯｚはＡｘとＢｙに対する化学量論的比で存在する酸素を含み、ｘおよびｙは＞０の自然数であり、そしてｚは（ｘ＋ｙ）の和と１ . ５〜２ . ５の間の乗数との積に相当することを特徴とする研磨粒子。
- シリケート結合剤を使用することを特徴とする請求項１に記載の研磨粒子。
- コロイド状ケイ酸をシリケート結合剤として使用することを特徴とする請求項２に記載の研磨粒子。
- 前記被覆が非処理粒子の重量に対して０.０５−５.０重量％の複合微粒子酸化物化合物を含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の研磨粒子。
- 前記被覆が好ましくは前記非処理粒子の重量に対して０.１−２.０重量％の複合微粒子酸化物化合物を含有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の研磨粒子。
- 前記被覆が前記非処理粒子の重量に対して０.０５−２.０重量％の結合剤部分を含有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の研磨粒子。
- 前記結合剤の部分が好ましくは前記非処理粒子の重量に対して０.１−１.０重量％に達することを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の研磨粒子。
- ｉ．前記研磨粒子を初期段階において混合器中で液体シリケート結合剤により濡らし、
ｉｉ．前記濡らされた研磨粒子を第２段階において一般式ＡｘＢｙＯｚの複合微粒子酸化物化合物と混合し、そして前記複合微粒子酸化物化合物が前記研磨粒子の表面にわたって均等に分布されるまで混合し、そして
ｉｉｉ．最終的に、被覆の更に良好な接着を得るために、第３段階において前記このように被覆された研磨粒子を熱処理にかける
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の研磨粒子を処理するための方法。 - 段階ｉ）およびｉｉ）における前記混合期間が各々０.５および５分に達することを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記熱処理を１００と９００℃の間の温度で行うことを特徴とする請求項８あるいは９に記載の方法。
- 請求項の１から７のいずれか一つに記載の研磨粒子により製造される合成レジンボンド研磨剤。
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