JP4641185B2 - Ａｌ２Ｏ３−Ｌａ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＭｇＯセラミックおよびその製造方法 - Google Patents

Description

多数のガラス材料およびガラスセラミック材料が知られている。大多数の酸化物ガラス系は、ガラスの形成を助けるために、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、ＴｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、およびＶ_２Ｏ_５などの周知のガラス形成剤を使用する。これらのガラス形成剤で形成されたガラス組成物のいくつかを熱処理して、ガラスセラミックを形成することができる。そのようなガラス形成剤から形成されたガラスおよびガラスセラミックの高い方の使用温度は、一般に１２００℃未満、典型的には約７００〜８００℃である。ガラスセラミックは、それらが形成されるガラスより耐温度性である傾向がある。

さらに、既知のガラスおよびガラスセラミックの多くの特性が、ガラス形成剤の固有の特性によって制限される。たとえば、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、およびＰ_２Ｏ_５−ベースのガラスおよびガラスセラミックの場合、ヤング率、硬度、および強度は、比較的低い。そのようなガラスおよびガラスセラミックは、一般に、たとえばＡｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２と比較して、劣った機械的特性を有する。

希土類酸化物−酸化アルミニウムをベースとしたガラスなどの、いくつかのより従来的でないまたは非従来的なガラス（たとえば、特許文献１（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））、および２０００年２月１５日に公開された特許文献２を参照のこと）が知られており、付加的な新規なガラスおよびガラスセラミック、ならびに既知のおよび新規なガラスおよびガラスセラミックの両方のための新規な用途における使用が望ましい。
米国特許第６，４８２，７５８号明細書 特開２０００−４５１２９号公報

本発明は、ガラス（ガラスを含むセラミックを含む）およびガラスセラミックなどのセラミックを提供する。

一態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスであって、ガラスの総重量を基準にして、ガラスの少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００）重量パーセントが、合計で、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの合計重量の少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、８０、８５、またはさらには少なくとも９０）重量パーセントが、Ａｌ_２Ｏ_３である、ガラスを提供する。いくつかの実施形態において、ガラスは、ガラスの総重量を基準にして、合計で３０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、２５、２０、１５、１０、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、およびＰ_２Ｏ_５を含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、ガラスの総重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２を含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、ガラスの総重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２と、１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、１０、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＢ_２Ｏ_３とを含む。いくつかの実施形態において、ガラスは、ガラスの総重量を基準にして、合計で１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、およびＰ_２Ｏ_５を含む。いくつかの実施形態において、ガラスが、ガラスの総重量を基準にして、１０重量パーセントまで（いくつかの実施形態において、０．５から１０、０．５から５、０．５から２、またはさらには０．５から１の範囲内）のＳｉＯ_２を含むことが望ましい。

別の態様において、本発明は、本発明によるガラスを製造するための方法を提供する。本発明によるガラスを製造するための１つの例示的な方法において、方法は、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を含む溶融物を提供する（たとえば、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を溶融して、溶融物を提供する）工程と、溶融物を冷却して、ガラスを提供する工程とを含む。別の態様において、本発明は、本発明による、ガラスを含むセラミックを製造するための方法であって、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を含む溶融物を提供する（たとえば、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を溶融して、溶融物を提供する）工程と、溶融物を冷却して、セラミックを提供する工程とを含む方法を提供する。

別の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含む物品を製造するための方法を提供する。そのような物品を製造するための別の例示的な方法において、方法は、
少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を含む溶融物を提供する（たとえば、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を溶融して、溶融物を提供する）工程と、
溶融物を冷却して、本発明によるガラスを含むガラスビーズを提供する工程であって、ガラスがＴ_ｇを有する工程と、
ガラスビーズが合体して形状を形成するように、ガラスビーズをＴ_ｇより高く加熱する工程と、
合体した形状を冷却して、物品を提供する工程とを含む。

別の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含む物品を製造するための方法を提供する。そのような物品を製造するための１つの例示的な方法において、方法は、
少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を含む溶融物を提供する（たとえば、少なくともＡｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの源を溶融して、溶融物を提供する）工程と、
溶融物を冷却して、本発明によるガラスを含むガラスビーズを提供する工程であって、ガラスがＴ_ｇを有する工程と、
ガラスビーズを破砕して、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体して形状を形成するように、ガラス粉末をＴ_ｇより高く加熱する工程と、
合体した形状を冷却して、物品を提供する工程とを含む。

別の態様において、本発明は、ガラスセラミックであって、ガラスセラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、ガラスセラミックの総重量を基準にして、ガラスセラミックの少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００）重量パーセントが、合計で、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、およびＭｇＯの合計重量の少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、８０、８５、またはさらには少なくとも９０）重量パーセントが、Ａｌ_２Ｏ_３である、ガラスセラミックを提供する。いくつかの実施形態において、ガラスセラミックは、ガラスセラミックの総重量を基準にして、合計で３０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、２５、２０、１５、１０、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、およびＰ_２Ｏ_５を含む。いくつかの実施形態において、ガラスセラミックは、ガラスセラミックの総重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２を含む。いくつかの実施形態において、ガラスセラミックは、ガラスセラミックの総重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２と、１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＢ_２Ｏ_３とを含む。いくつかの実施形態において、ガラスセラミックは、ガラスセラミックの総重量を基準にして、合計で１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態において、５、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、およびＰ_２Ｏ_５を含む。いくつかの実施形態において、ガラスセラミックが、ガラスの総重量を基準にして、１０重量パーセントまで（いくつかの実施形態において、０．５から１０、０．５から５、０．５から２、またはさらには０．５から１の範囲内）のＳｉＯ_２を含むことが望ましい。

別の態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスセラミックであって、セラミックが、（ａ）平均微結晶サイズが１マイクロメートル未満（いくつかの実施形態において、５００ナノメートル、４００ナノメートル、３００ナノメートル、２５０ナノメートル、２００ナノメートル、１５０ナノメートル未満、またはさらには１００ナノメートル未満）の微結晶を含む微細構造を示し、（ｂ）共晶微細構造特徴がなく、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、ガラスセラミックを提供する。「別個の結晶質相」は、別の別個の結晶質相とともに固溶体中に存在する相と異なり、Ｘ線回折によって検出可能な結晶質相（結晶質複合金属酸化物を含む）である。たとえば、Ｙ_２Ｏ_３またはＣｅＯ_２などの酸化物が、結晶質ＺｒＯ_２とともに固溶体中にあり、相安定剤として役立つことがあることが周知である。そのような場合のＹ_２Ｏ_３またはＣｅＯ_２は、別個の結晶質相でない。

別の態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスセラミックであって、ガラスセラミックが、（ａ）平均微結晶サイズが２００ナノメートル未満（いくつかの実施形態において、１５０ナノメートル、またはさらには１００ナノメートル未満）の微結晶を含む微細構造を示し、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、ガラスセラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスセラミックであって、ガラスセラミックが、（ａ）微結晶を含む微細構造を示し、微結晶のいずれもサイズが２００ナノメートルを超えず（いくつかの実施形態において、１５０ナノメートル以下であり）、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、ガラスセラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスセラミックであって、ガラスセラミックが、（ａ）微結晶を含む微細構造を示し、微結晶の少なくとも一部がサイズが１５０ナノメートル以下であり（いくつかの実施形態において、１００ナノメートル以下であり）、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、ガラスセラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、少なくとも７５（いくつかの実施形態において、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００）体積パーセントの結晶質セラミックを含むセラミックであって、結晶質セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、セラミックが、（ａ）平均微結晶サイズが２００ナノメートル未満（いくつかの実施形態において、１５０ナノメートル未満、またはさらには１００ナノメートル未満）の微結晶を含む微細構造を示し、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、セラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、少なくとも７５（いくつかの実施形態において、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００）体積パーセントの結晶質セラミックを含むセラミックであって、結晶質セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、セラミックが、（ａ）微結晶を含む微細構造を示し、微結晶のいずれもサイズが２００ナノメートルを超えず（いくつかの実施形態において、１５０ナノメートル以下であり、またはさらには１００ナノメートル以下であり）、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、セラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、少なくとも７５（いくつかの実施形態において、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００）体積パーセントの結晶質セラミックを含むセラミックであって、結晶質セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、セラミックが、（ａ）微結晶を含む微細構造を示し、微結晶の少なくとも一部がサイズが１５０ナノメートル以下（いくつかの実施形態において、１００ナノメートル以下）であり、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、セラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、少なくとも７５（いくつかの実施形態において、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００）体積パーセントの結晶質セラミックを含むセラミックであって、結晶質セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、セラミックが、（ａ）サイズが２００ナノメートル以下（いくつかの実施形態において、１５０ナノメートル以下、またはさらには１００ナノメートル以下）の平均微結晶サイズを有する微結晶を含む微細構造を示し、（ｂ）密度が理論密度の少なくとも９０％（いくつかの実施形態において、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、または１００％）であり、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する（典型的には、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも２５（いくつかの実施形態において、少なくとも５０、７５、またはさらには１００）重量パーセントが、別個の結晶質相として存在する）、セラミックを提供する。

別の態様において、本発明は、本発明によるガラスセラミックを製造するための方法を提供する。本発明によるガラスセラミックを製造するための１つの例示的な方法において、方法は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラス（典型的には、本発明によるガラス）を熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換する（すなわち、ガラスの少なくとも一部が結晶化する）工程を含む。別の態様において、本発明は、本発明によるガラスセラミックを製造するための方法であって、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラス（典型的には、本発明によるガラス）を含むセラミックを熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換する工程を含む。

別の態様において、本発明は、ガラスセラミック物品を製造するための方法を提供する。そのような物品を製造するための１つの例示的な方法において、方法は、
ガラスビーズを提供する工程であって、ガラスが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み（典型的には、本発明によるガラス）、ガラスがＴ_ｇを有する工程と、
ガラスビーズが合体して形状を形成するように、ガラスビーズをＴ_ｇより高く加熱する工程と、
合体した形状を冷却して、物品を提供する工程と、
ガラス物品を熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換し、ガラスセラミック物品を提供する工程とを含む。

ガラスセラミック物品を製造するための別の例示的な方法において、方法は、
ガラス粉末を提供する（たとえば、ガラス（たとえば、ガラスビーズ）を破砕してガラス粉末を提供する）工程であって、ガラスが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み（典型的には、本発明によるガラス）、ガラスがＴ_ｇを有する工程と、
ガラス粉末が合体して形状を形成するように、ガラス粉末をＴ_ｇより高く加熱する工程と、
合体した形状を冷却して、ガラス物品を提供する工程と、
ガラス物品を熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換し、ガラスセラミック物品を提供する工程とを含む。

本発明によるセラミックのいくつかの実施形態は、セラミックの総体積を基準にして、たとえば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００体積パーセントの量で、ガラス（たとえば、ガラスセラミックのガラス）を含んでもよい。本発明によるセラミックのいくつかの実施形態は、セラミックの総体積を基準にして、たとえば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００体積パーセントの結晶質セラミック（たとえば、ガラスセラミックの結晶質セラミック）を含んでもよい。

本出願において
「非晶質材料」とは、Ｘ線回折によって定められるような長い範囲の結晶構造が少しもなく、および／または、「示差熱分析」という名称のここで説明されるテストによって定められるようなＤＴＡ（示差熱分析）によって定められるような非晶質材料の結晶化に対応する発熱ピークを有する、溶融物および／または蒸気相から得られる材料を指し、
「セラミック」は、ガラス、結晶質セラミック、ガラスセラミック、およびそれらの組合せを含み、
「複合金属酸化物」とは、２つ以上の異なった金属要素と、酸素とを含む金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、およびＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を指し、
「複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物」とは、理論的酸化物ベースで、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ａｌ以外の１つ以上の金属要素とを含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、およびＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を指し、
「複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３」とは、理論的酸化物ベースで、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３とを含む複合金属酸化物（たとえば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を指し、
「複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ」とは、理論的酸化物ベースで、Ａｌ_２Ｏ_３と、希土類酸化物とを含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８およびＤｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を指し、
「ガラス」とは、ガラス転移温度を示す非晶質材料を指し、
「ガラスセラミック」とは、ガラスを熱処理することによって形成された結晶を含むセラミックを指し、
「Ｔ_ｇ」とは、「示差熱分析」という名称のここで説明されるテストによって定められるようなガラス転移温度を指し、
「Ｔ_ｘ」とは、「示差熱分析」という名称のここで説明されるテストによって定められるような結晶化温度を指し、
「希土類酸化物」とは、酸化セリウム（たとえば、ＣｅＯ_２）、酸化ジスプロシウム（たとえば、Ｄｙ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（たとえば、Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化ユウロピウム（たとえば、Ｅｕ_２Ｏ_３）、ガドリニウム（たとえば、Ｇｄ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（たとえば、Ｈｏ_２Ｏ_３）、酸化ランタン（たとえば、Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化ルテチウム（たとえば、Ｌｕ_２Ｏ_３）、酸化ネオジム（たとえば、Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化プラセオジム（たとえば、Ｐｒ_６Ｏ_１１）、酸化サマリウム（たとえば、Ｓｍ_２Ｏ_３）、テルビウム（たとえば、Ｔｂ_２Ｏ_３）、酸化トリウム（たとえば、Ｔｈ_４Ｏ_７）、ツリウム（たとえば、Ｔｍ_２Ｏ_３）、および酸化イッテルビウム（たとえば、Ｙｂ_２Ｏ_３）、およびそれらの組合せを指し、
「ＲＥＯ」とは、希土類酸化物を指す。

さらに、金属酸化物（たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３、複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物など）が、たとえばガラスセラミック中で、結晶質であることが記載されない限り、それが、ガラス、結晶質、または一部ガラスおよび一部結晶質であってもよいことがここで理解される。たとえば、ガラスセラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを含む場合、Ａｌ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２は、各々、ガラス状態、結晶質状態、または一部ガラス状態および一部結晶質状態であってもよいし、さらには別の金属酸化物との反応生成物として存在してもよい（たとえば、たとえばＡｌ_２Ｏ_３が結晶質Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌ_２Ｏ_３の特定の結晶質相（たとえば、アルファＡｌ_２Ｏ_３）として存在することが記載されない限り、それは、結晶質Ａｌ_２Ｏ_３および／または１つ以上の結晶質複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物の一部として存在してもよい）。

一般に、Ａｌ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３−Ｙ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系の典型的な利点は、比較的多い量のＡｌ_２Ｏ_３（すなわち、少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、８０、８５、またはさらには９０）重量パーセント）を有するガラスを形成する能力を含み、これらの実施形態は、比較的広い作業範囲を有する（すなわち、Ｔ_ｘ−Ｔ_ｇが２０℃を超える）。ガラスの実施形態を合体させて、さまざまな形状およびサイズを有するガラス物品を提供することができる。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３−Ｙ_２Ｏ_３−ＭｇＯベースのガラスの実施形態を結晶化して、ガラスセラミックを提供することができる。ガラスセラミックの実施形態は、非常に細かい結晶質構造（すなわち、平均微結晶サイズが、１マイクロメートル未満、いくつかの実施形態において、０．５、０．３、０．１５マイクロメートル未満、さらには０．１マイクロメートル未満の、少なくとも１つの相の微結晶）および高密度（すなわち、理論密度の少なくとも９０パーセント）の両方を有する。さらに、結果として生じるガラスセラミックは、典型的には、平均硬度が、少なくとも１５ＧＰａであり、いくつかの場合、１６、１７、１８、１９、またはさらには２０ＧＰａを超える。

本発明によるセラミックのいくつかの実施形態を、ビーズ（たとえば、直径が少なくとも１マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、２５マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、７５０マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、またはさらには少なくとも１０ｍｍのビーズ）、物品（たとえば、プレート）、繊維、粒子、およびコーティング（たとえば、薄いコーティング）として、製造、形成するか、それらに変換することができる。ビーズは、たとえば、再帰反射シーティングなどの反射デバイスに、英数字プレート、および舗道マーキングに有用であることができる。粒子および繊維は、たとえば、熱絶縁体、充填剤、または複合材（たとえば、セラミック、金属、またはポリマーマトリックス複合材）中の強化材料として有用である。薄いコーティングは、たとえば、磨耗を伴う用途における保護コーティングとして、および熱管理のために有用であることができる。本発明による物品の例としては、キッチンウェア（たとえば、プレート）、歯科用ブラケット、および強化繊維、切断工具インサート、研磨材料、およびガスエンジンの構造的構成要素、（たとえば、バルブおよびベアリング）が挙げられる。他の物品としては、本体または他の基材の外面上にセラミックの保護コーティングを有するものが挙げられる。本発明による特定のセラミック粒子は、研磨粒子として特に有用であることができる。研磨粒子は、研磨物品に組入れることができるか、ルースな形態で使用することができる。

研磨粒子は、通常、使用前、所与の粒度分布に分級される。そのような分布は、典型的には、粗い粒子から細かい粒子の粒度の範囲を有する。研磨技術において、この範囲は、「粗い」フラクション、「対照」フラクション、および「細かい」フラクションと呼ばれることがある。産業承認分級規格に従って分級された研磨粒子は、数値範囲内の各公称グレードの粒度分布を規定する。そのような産業承認分級規格（すなわち、規定された公称グレード）としては、アメリカ規格協会（ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｉｎｃ．）（ＡＮＳＩ）規格、欧州研磨製品製造業者連盟（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（ＦＥＰＡ）規格、および日本工業規格（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ）（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。一態様において、本発明は、規定された公称グレードを有する複数の研磨粒子であって、複数の研磨粒子の少なくとも一部が、本発明による研磨粒子である、複数の研磨粒子を提供する。いくつかの実施形態において、複数の研磨粒子の総重量を基準にして、複数の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０ ５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが、本発明による研磨粒子である。

別の態様において、本発明は、本発明によるガラスセラミックを含む研磨粒子（ガラスセラミック研磨粒子を含む）を提供する。本発明は、また、規定された公称グレードを有する複数の研磨粒子であって、複数の研磨粒子の少なくとも一部が、本発明による研磨粒子である、複数の研磨粒子を提供する。別の態様において、本発明は、バインダーと、複数の研磨粒子とを含む研磨物品（たとえば、結合研磨物品、不織研磨物品、または被覆研磨物品）であって、研磨粒子の少なくとも一部が、本発明による研磨粒子である、研磨物品を提供する。

別の態様において、本発明は、研磨粒子を製造するための方法を提供する。研磨粒子を製造するための１つの例示的な方法において、方法は、ガラス粒子を熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換し、本発明による研磨粒子を提供する工程であって、ガラスが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含む工程を含む。いくつかの実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を分級して、規定された公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、熱処理すべきガラス粒子は、規定された公称グレードを有する複数の粒子として提供され、粒子の少なくとも一部が、複数のガラス粒子である。

研磨粒子を製造するための別の例示的な方法において、方法は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスを含む粒子を熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換し、本発明による研磨粒子を提供する工程を含む。いくつかの実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を分級して、規定された公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。いくつかの実施形態において、熱処理すべきガラスを含む粒子は、規定された公称グレードを有する複数の粒子として提供され、粒子の少なくとも一部が、複数の、ガラスを含む粒子である。

研磨粒子を製造するための別の例示的な方法において、方法は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスを熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換する工程と、ガラスセラミックを破砕して、本発明による研磨粒子を提供する工程とを含む。いくつかの実施形態において、方法は、研磨粒子を分級して、規定された公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。

研磨粒子を製造するための別の例示的な方法において、方法は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスを含むセラミックを熱処理して、ガラスの少なくとも一部をガラスセラミックに変換する工程と、ガラスセラミックを破砕して、本発明による研磨粒子を提供する工程とを含む。いくつかの実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を分級して、規定された公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。

本発明による研磨物品は、バインダーと、複数の研磨粒子とを含み、研磨粒子の少なくとも一部が、本発明による研磨粒子である。例示的な研磨製品としては、被覆研磨物品、結合研磨物品（たとえば、ホイール）、不織研磨物品、および研磨ブラシが挙げられる。被覆研磨物品は、典型的には、第１および第２の対向した主面を有するバッキングを含み、バインダーおよび複数の研磨粒子は、第１の主面の少なくとも一部の上に研磨層を形成する。

いくつかの実施形態において、研磨物品の研磨粒子の総重量を基準にして、研磨物品の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが、本発明による研磨粒子である。

本発明は、また、表面を研磨する方法であって、
本発明による研磨粒子をワークピースの表面と接触させる工程と、
本発明による研磨粒子または接触表面の少なくとも一方を移動させて、表面の少なくとも一部を、本発明による研磨粒子の少なくとも１つで研磨する工程とを含む方法を提供する。

本発明は、新規なＡｌ_２Ｏ_３−Ｌａ_２Ｏ_３−Ｙ_２Ｏ_３−ＭｇＯガラスおよびガラスセラミック、ならびにそれらを製造するための方法に関する。ガラスは、必要な原料および処理技術を選択することによって調製される。

（理論的酸化物ベースの）Ａｌ_２Ｏ_３の、市販源を含む源としては、ボーキサイト（天然に存在するボーキサイトおよび合成的に生成されたボーキサイトの両方を含む）、か焼ボーキサイト、アルミナ水和物（たとえば、ベーマイトおよびギブサイト）、アルミニウム、バイヤー法アルミナ、アルミニウム鉱石、ガンマアルミナ、アルファアルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウム、およびそれらの組合せが挙げられる。Ａｌ_２Ｏ_３源は、Ａｌ_２Ｏ_３を含有してもよいし提供するだけでもよい。あるいは、Ａｌ_２Ｏ_３源は、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＡｌ_２Ｏ_３以外の１つ以上の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい（複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８など）の材料を含むか、複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８など）を含有する）。

（理論的酸化物ベースの）Ｌａ_２Ｏ_３の、市販源を含む源としては、酸化ランタン粉末、ランタン金属、ランタン含有鉱石、ランタン塩、硝酸ランタン、および炭酸ランタンが挙げられる。酸化ランタン源は、酸化ランタン、および酸化ランタン以外の１つ以上の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい（複合Ｌａ_２Ｏ_３・他の金属酸化物の材料を含むか、複合Ｌａ_２Ｏ_３・他の金属酸化物を含有する）。

（理論的酸化物ベースの）Ｙ_２Ｏ_３の、市販源を含む源としては、酸化イットリウム粉末、イットリウム、イットリウム含有鉱石、およびイットリウム塩（たとえば、炭酸イットリウム、硝酸イットリウム、塩化イットリウム、水酸化イットリウム、およびそれらの組合せ）が挙げられる。Ｙ_２Ｏ_３源は、Ｙ_２Ｏ_３を含有してもよいし提供するだけでもよい。Ｙ_２Ｏ_３源は、Ｙ_２Ｏ_３、およびＹ_２Ｏ_３以外の１つ以上の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい（複合Ｙ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）の材料を含むか、複合Ｙ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）を含有する）。

ＭｇＯの、市販源を含む源としては、酸化マグネシウム粉末、マグネシウム、マグネシウム含有鉱石、およびマグネシウム塩（たとえば、炭酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム、水酸化マグネシウム、およびそれらの組合せ）が挙げられる。ＭｇＯ源は、ＭｇＯを含有してもよいし提供するだけでもよい。ＭｇＯ源は、ＭｇＯ、およびＭｇＯ以外の１つ以上の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい（複合ＭｇＯ・金属酸化物（たとえば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）の材料を含むか、複合ＭｇＯ・金属酸化物（たとえば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）を含有する）。

希土類酸化物の、市販源を含む源としては、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱石（たとえば、バストネサイトおよびモナザイト）、希土類塩、希土類硝酸塩、および希土類炭酸塩が挙げられる。希土類酸化物源は、希土類酸化物を含有してもよいし提供するだけでもよい。希土類酸化物源は、希土類酸化物、および希土類酸化物以外の１つ以上の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい（複合希土類酸化物・他の金属酸化物（たとえば、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８など）の材料を含むか、複合希土類酸化物・他の金属酸化物（たとえば、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８など）を含有する）。

他の有用な金属酸化物としては、また、理論的酸化物ベースで、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、およびそれらの組合せを挙げてもよい。市販源を含む源としては、それら自体の酸化物、金属粉末、複合酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物などが挙げられる。これらの金属酸化物は、結果として生じるセラミックの物理特性を修正し、および／または処理を向上させるために加えられる。これらの金属酸化物は、典型的には、たとえば所望の特性によって、セラミック材料の０から５０重量％、いくつかの実施形態において０から２５重量％、またはさらには０から５０重量％で加えられる。

（理論的酸化物ベースの）ＺｒＯ_２の、市販源を含む源としては、酸化ジルコニウム粉末、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、およびジルコニウム塩（たとえば、炭酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、およびそれらの組合せ）が挙げられる。さらに、またはあるいは、ＺｒＯ_２源は、ＺｒＯ_２、およびハフニア（ｈａｆｎｉａ）などの他の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい。（理論的酸化物ベースの）ＨｆＯ_２の、市販源を含む源としては、酸化ハフニウム粉末、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、およびハフニウム塩が挙げられる。さらに、またはあるいは、ＨｆＯ_２源は、ＨｆＯ_２、およびＺｒＯ_２などの他の金属酸化物を含有してもよいし提供してもよい。

ＺｒＯ_２とＨｆＯ_２とを含む実施形態の場合、ＺｒＯ_２：ＨｆＯ_２の重量比は、１：ゼロ（すなわち、すべてＺｒＯ_２；ＨｆＯ_２なし）からゼロ：１の範囲内、ならびに、たとえば、少なくとも約９９、９８、９７、９６、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、および５（重量）部のＺｒＯ_２および対応する量のＨｆＯ_２（たとえば、少なくとも約９９（重量）部のＺｒＯ_２および約１部以下のＨｆＯ_２）、および少なくとも約９９、９８、９７、９６、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０、および５部のＨｆＯ_２および対応する量のＺｒＯ_２であってもよい。

いくつかの実施形態において、金属酸化物源の少なくとも一部（いくつかの実施形態において、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセント）が、酸化物形成の負のエンタルピーを有する金属（たとえば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびそれらの組合せ）Ｍまたはその合金の少なくとも１つを含む微粒子状金属材料を溶融物に加えるか、他の方法でそれらを他方の原料と組合せることによって得られることが有利であろう。理論に縛られることを望まないが、金属の酸化と関連する発熱反応から生じる熱が、均質な溶融物および結果として生じるガラスの形成に有益であると考えられる。たとえば、特に、ｘ、ｙ、およびｚ寸法が５０（１００、またはさらには１５０）マイクロメートルを超えるガラス粒子を形成するとき、原料内の酸化反応によって発生された付加的な熱が、不十分な熱伝達をなくすか最小にし、したがって、溶融物の形成および均質性を促進すると考えられる。付加的な熱の利用可能性が、さまざまな化学反応および物理プロセス（たとえば、高密度化、および球状化（ｓｐｈｅｒｏｄｉｚａｔｉｏｎ））を完成させるのを助けるとも考えられる。さらに、いくつかの実施形態の場合、酸化反応によって発生された付加的な熱の存在が、実際に、そうでなければ、材料の高い融点によって困難であるかそうでなければ実際的でない、溶融物の形成を可能にすると考えられる。さらに、酸化反応によって発生された付加的な熱の存在は、実際に、そうでなければ製造することができないか所望のサイズ範囲で製造することができないガラスの形成を可能にする。本発明の別の利点としては、ガラスを形成する際に、溶融、高密度化、および球状化（ｓｐｈｅｒｏｄｉｚｉｎｇ）などの化学および物理プロセスの多くを短い時間で行うことができ、それにより、非常に高い急冷速度を達成することができることが挙げられる。付加的な詳細については、２００２年８月２日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／２１１，６３９号明細書を参照されたい。

本発明の一態様において、原料は、独立して供給されて、溶融混合物を形成する。本発明の別の態様において、特定の原料がともに混合され、他の原料が溶融混合物中に独立して加えられる。いくつかの実施形態において、たとえば、原料は、溶融前にともに組合されるか混合される。原料を任意の適切で既知の態様で組合せて、実質的に均質な混合物を形成してもよい。これらの組合せ技術としては、ボールミリング、混合、タンブリングなどが挙げられる。ボールミルのミリングメディアは、金属ボール、セラミックボールなどであってもよい。セラミックミリングメディアは、たとえば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシアなどであってもよい。ボールミリングは、乾式、水環境中で、または溶媒ベースの（たとえば、イソプロピルアルコール）環境中で行われてもよい。原料バッチが金属粉末を含有する場合、ミリングの間に溶媒を使用することが一般に望ましい。この溶媒は、適切な引火点および原料を分散させる能力を有する任意の適切な材料であってもよい。ミリング時間は、数分から数日、一般に数時間から２４時間であってもよい。湿式または溶媒ベースのミリングシステムにおいて、液体媒体は、典型的には乾燥させることによって除去され、それにより、結果として生じる混合物は、典型的には均質であり、実質的に水および／または溶媒がない。溶媒ベースのミリングシステムが使用される場合、乾燥の間、溶媒回収システムを使用して、溶媒をリサイクルしてもよい。乾燥後、結果として生じる混合物は、「乾燥ケーク」の形態であってもよい。次に、このケーク状混合物を、溶融前に、粉砕または破砕して所望の粒度にしてもよい。あるいは、たとえば、スプレー乾燥技術を用いてもよい。後者は、典型的には、所望の酸化物混合物の球状微粒子をもたらす。前駆体材料は、また、沈殿およびゾル−ゲルを含む湿式化学的方法によって調製してもよい。そのような方法は、非常に高いレベルの均質性が望ましい場合に有益であろう。

微粒子原料は、典型的には、均質な溶融物の形成を急速に行うことができるような粒度を有するように選択される。典型的には、比較的小さい平均粒度および狭い分布を有する原料が、この目的のため使用される。いくつかの方法（たとえば、火炎形成およびプラズマスプレー）において、特に望ましい微粒子原料は、平均粒度が約５ｎｍから約５０マイクロメートルの範囲内（いくつかの実施形態において、約１０ｎｍから約２０マイクロメートル、またはさらには約１５ｎｍから約１マイクロメートルの範囲内）であるものであり、微粒子の少なくとも９０（いくつかの実施形態において、９５、またはさらには１００）重量パーセント、これらのサイズおよび範囲以外のサイズも有用であろう。サイズが約５ｎｍ未満の微粒子は、取扱うことが困難な傾向がある（たとえば、供給粒子の流れ特性は、供給粒子が劣った流れ特性を有する傾向があるので、望ましくない傾向があった）。典型的な火炎形成プロセスまたはプラズマスプレープロセスにおける約５０マイクロメートルを超える微粒子の使用は、均質な溶融物および非晶質材料および／または所望の組成を得ることをより困難にする傾向がある。

さらに、いくつかの場合、たとえば、微粒子材料が火炎または熱またはプラズマスプレー装置内に供給されて、溶融物を形成するとき、微粒子原料がある範囲の粒度で提供されることが望ましいであろう。理論に縛られることを望まないが、これは、供給粒子の充填密度および強度を最大にすると考えられる。一般に、最も粗い原料粒子は、所望の溶融物またはガラス粒度より小さい。さらに、粗すぎる原料粒子は、たとえば、火炎形成工程またはプラズマスプレー工程の間、供給粒子において不十分な熱応力および機械的応力を有する傾向がある。そのような場合の最終結果は、一般に、供給粒子のより小さい断片への破壊、組成の均一性の損失、所望のガラス粒度の収率の損失、またはさらには、断片が一般に熱源からの多数の方向においてそれらのトラジェクトリを変化させるので不完全な溶融である。

ガラスおよびガラスを含むセラミックは、たとえば、適切な金属酸化物源を加熱して（火炎またはプラズマに含める）、溶融物、望ましくは均質な溶融物を形成し、次に、溶融物を急速に冷却して、ガラスを提供することによって、製造することができる。ガラスのいくつかの実施形態を、たとえば、金属酸化物源を任意の適切な炉（たとえば、誘導または抵抗加熱炉、ガス燃焼炉、または電気炉）内で溶融することによって、製造することができる。

ガラスは、典型的には、溶融材料（すなわち、溶融物）を比較的急速に冷却することによって得られる。ガラスを得るための急冷速度（すなわち、冷却時間）は、溶融物の化学組成、成分のガラス形成能力、溶融物および結果として生じるガラスの熱特性、処理技術、結果として生じるガラスの寸法およびマス、ならびに冷却技術を含む多くの要因による。一般に、特にＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、ＴｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、およびＶ_２Ｏ_５などの既知のガラス形成剤がない状態で、より多い量のＡｌ_２Ｏ_３（すなわち、７５重量パーセントを超えるＡｌ_２Ｏ_３）を含むガラスを形成するために、比較的高い急冷速度が必要である。同様に、溶融物を冷却して、より大きい寸法のガラスにすることは、より困難であり、というのは、熱を十分に速く除去することが、より困難であるからである。

本発明のいくつかの実施形態において、原料は、加熱されて微粒子形態で溶融状態にされ、その後、冷却されてガラス粒子にされる。典型的には、粒子の粒度は、２５マイクロメートルを超える（いくつかの実施形態において、５０、１００、１５０、またはさらには２００マイクロメートルを超える）。

本発明によるガラスを製造する際に達成される急冷速度は、１０^３、１０^４、１０^５、またはさらには１０^６℃／ｓｅｃより高い（すなわち、それぞれ、１秒未満、１０分の１秒未満、１００分の１秒未満、またはさらには１０００分の１秒未満の、溶融状態からの１０００℃の温度降下）と考えられる。溶融物を冷却するための技術としては、溶融物を、冷却媒体（たとえば、高速空気ジェット、液体（たとえば、冷水）、金属プレート（チルド金属プレートを含む）、金属ロール（チルド金属ロールを含む）、金属ボール（チルド金属ボールを含む）など）に排出することが挙げられる。当該技術において知られている他の冷却技術としては、ロールチリングが挙げられる。ロールチリングは、たとえば、典型的には融点より２０〜２００℃高い温度で金属酸化物源を溶融し、溶融物を、高速回転ロール上に高圧下でスプレーする（たとえば、空気、アルゴン、窒素などの気体を使用して）ことによって冷却／急冷することによって、行うことができる。典型的には、ロールは、金属から製造され、水冷される。金属ブックモールドも、溶融物を冷却／急冷するのに有用であろう。

冷却速度は、急冷されたガラスの特性に影響を及ぼすと考えられる。たとえば、ガラスのガラス転移温度、密度、および他の特性は、典型的には、冷却速度とともに変化する。

急速な冷却は、また、冷却の間、所望の酸化状態などを維持し、および／または所望の酸化状態などに影響を及ぼすために、還元、中性、または酸化環境などの制御雰囲気下で行ってもよい。雰囲気は、また、過冷却された（ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｅｄ）液体からの結晶化キネティクスに影響を及ぼすことによって、ガラス形成に影響を及ぼすことができる。たとえば、空気中と比較して、結晶化を伴わないＡｌ_２Ｏ_３溶融物のより大きい過冷却が、アルゴン雰囲気中で報告されている。

１つの方法において、本発明によるガラスおよびガラスを含むセラミックを、たとえば米国特許第６，２５４，９８１号明細書（キャッスル（Ｃａｓｔｌｅ））に開示されたような火炎溶融を用いて製造することができる。この方法において、金属酸化物源は、バーナ（たとえば、メタン−空気バーナ、アセチレン−酸素バーナ、水素−酸素バーナなど）内に直接供給され（たとえば、「供給粒子」と呼ばれることがある粒子の形態で）、次に、たとえば、水、冷却油、空気などで急冷される。火炎に供給される供給粒子のサイズは、一般に、結果として生じるガラスを含む粒子のサイズを定める。

ガラスのいくつかの実施形態を、また、自由落下冷却を伴うレーザスピン溶融（ｌａｓｅｒ ｓｐｉｎ ｍｅｌｔ）、テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）ワイヤ技術、プラズマトロン技術、ハンマおよびアンビル技術、遠心急冷、エアガンスプラット冷却（ａｉｒ ｇｕｎ ｓｐｌａｔ ｃｏｏｌｉｎｇ）、シングルローラ急冷およびツインローラ急冷、ローラ−プレート急冷、ならびにペンダントドロップ溶融抽出などの他の技術によって得ることができる（たとえば、セラミックの急速な凝固（Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ブロックウェイ（Ｂｒｏｃｋｗａｙ）ら、オハイオ州コロンバス（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ， ＯＨ）の国防総省情報分析センター（Ａ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｅｒ）の金属およびセラミック情報センター（Ｍｅｔａｌｓ Ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ）、１９８４年１月、を参照のこと、この開示を引例としてここに援用する）。ガラスのいくつかの実施形態を、また、適切な前駆体の熱による（火炎またはレーザまたはプラズマ支援を含む）熱分解、金属前駆体の物理蒸気合成（ＰＶＳ）、およびメカノケミカル処理などの他の技術によって得てもよい。

溶融物を形成する、溶融物を冷却／急冷する、および／またはそうでなければガラスを形成するための他の技術としては、蒸気相急冷、プラズマスプレー、溶融抽出、および気体霧化または遠心霧化が挙げられる。蒸気相急冷は、たとえば、金属合金または金属酸化物源をスパッタリングターゲットに形成するスパッタリングによって行うことができる。ターゲットを、スパッタリング装置の所定の位置に固定し、被覆すべき基材を、ターゲットに対向する位置に配置する。１０^−３ｔｏｒｒの典型的な圧力の酸素ガスおよびＡｒガスの放電をターゲットと基材との間に発生させ、Ａｒイオンまたは酸素イオンがターゲットに衝突して、反応スパッタリングを開始し、それにより、組成物のフィルムを基材上に堆積させる。プラズマスプレーに関する付加的な詳細については、たとえば、２００２年８月２日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／２１１，６４０号明細書を参照されたい。

気体霧化は、供給粒子を溶融して、それらを溶融物に変換することを伴う。そのような溶融物の薄い流れが、破壊的空気ジェットとの接触によって霧化される（すなわち、ストリームは細かい小滴に分けられる）。次に、結果として生じる実質的に別個の略楕円体ガラス粒子（たとえば、ビーズ）を回収する。ビーズサイズの例としては、直径が約５マイクロメートルから約３ｍｍの範囲内のものが挙げられる。溶融抽出は、たとえば、米国特許第５，６０５，８７０号明細書（ストロム−オルセン（Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ）ら）に開示されているように行うことができる。たとえば米国特許第６，４８２，７５８号明細書（Ｗｅｂｅｒ（ウェーバー））に開示されているような、レーザビーム加熱を用いる容器のないガラス形成技術も、本発明によるガラスを製造するのに有用であろう。

典型的には、本発明によるガラスおよびガラスセラミックは、各々互いに垂直なｘ、ｙ、およびｚ寸法を有し、ｘ、ｙ、およびｚ寸法の各々は、少なくとも１０マイクロメートルである。いくつかの実施形態において、合体した場合、ｘ、ｙ、およびｚ寸法は、少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、またはさらには、少なくとも１０ｍｍである。材料のｘ、ｙ、およびｚ寸法は、寸法の大きさによって、目で、または顕微鏡法を用いて定められる。報告されたｚ寸法は、たとえば、球の直径、コーティングの厚さ、または角柱形状の最短寸法である。

特定の金属酸化物を加えることは、本発明によるセラミックの特性および／または結晶質構造もしくは微細構造、ならびにセラミックを製造する際の原料および中間体の処理を変更してもよい。たとえば、ＣａＯ、Ｌｉ_２Ｏ、ＭｇＯ、およびＮａ_２Ｏなどの酸化物添加が、ガラスのＴ_ｇおよびＴ_ｘ（ここで、Ｔ_ｘは結晶化温度である）の両方を変更することが観察されている。理論に縛られることを望まないが、そのような添加がガラス形成に影響を及ぼすと考えられる。さらに、たとえば、そのような酸化物添加は、系全体の溶融温度を低下させ（すなわち、系をより低い共融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｅｕｔｅｃｔｉｃ）の方に追いやる）、かつガラス形成の容易さを減少させる。多成分系（四成分など）の複合共晶が、より良好なガラス形成能力をもたらすことができる。その「作業」範囲内の液体溶融物の粘度およびガラスの粘度も、特定の必要な酸化物以外の金属酸化物を加えることによって影響を及ぼすことができる。

ガラスセラミックを形成するためのガラスおよびガラスを含むセラミックの結晶化も、材料の添加によって影響を及ぼすことができる。たとえば、特定の金属、金属酸化物（たとえば、チタン酸塩およびジルコン酸塩）、およびフッ化物が、核形成剤として作用し、有益な結晶の不均質な核形成をもたらしてもよい。また、いくつかの酸化物を加えることが、再加熱するとガラスから失透する準安定相の性質を変化させてもよい。別の態様において、結晶質ＺｒＯ_２を含む本発明によるセラミックの場合、ＺｒＯ_２の正方晶／立方晶形態を安定化させることが知られている金属酸化物（たとえば、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＣａＯ、およびＭｇＯ）を加えることが望ましいであろう。

本発明によるセラミックを製造するための金属酸化物源および他の添加剤の特定の選択は、典型的には、たとえば、所望の組成、微細構造、結晶度の程度、物理特性（たとえば、硬度または靭性）、望ましくない不純物の存在、ならびにセラミックを調製するために用いられる特定のプロセスの所望のまたは必要な特徴（設備ならびに溶融および／または凝固の前および／または間の原料のいかなる精製も含む）を考慮に入れる。

いくつかの場合、Ｎａ_２Ｏ、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_３、およびそれらの組合せからなる群から選択される金属酸化物の限られた量を組入れることが望ましいであろう。市販源を含む源としては、それら自体の酸化物、複合酸化物、要素（たとえば、Ｓｉ）粉末、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物などが挙げられる。これらの金属酸化物を、たとえば、結果として生じるガラスセラミックの物理特性を修正し、および／または処理を向上させるために加えてもよい。使用されるときこれらの金属酸化物は、典型的には、たとえば所望の特性によって、合計でガラスセラミックの０を超えて２０重量％まで（いくつかの実施形態において、合計で０を超えて５重量％まで、またはさらには合計で０を超えて２重量％まで）加えられる。

材料の微細構造または相組成（ガラス質／結晶質）は、いくつかの方法で定めることができる。さまざまな情報を、たとえば、光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、示差熱分析（ＤＴＡ）、およびＸ線回折（ＸＲＤ）を用いて得ることができる。

光学顕微鏡法を用いると、非晶質材料は、典型的には、結晶境界などの光散乱中心の欠如によって主として透明であり、結晶質材料は、結晶質構造を示し、かつ光散乱効果によって不透明である。

パーセント非晶質（またはガラス）収率を、−１００＋１２０メッシュサイズのフラクション（すなわち、１５０マイクロメートルの開口部サイズから１２５マイクロメートルの開口部サイズのスクリーンで収集されたフラクション）を使用して、粒子（たとえば、ビーズ）などについて計算することができる。測定は、次のように行われる。粒子、ビーズなどの１つの層を、ガラススライド上に広げる。粒子、ビーズなどを、光学顕微鏡を使用して観察する。光学顕微鏡アイピースの十字線をガイドとして使用して、直線に沿ってある粒子、ビーズなどを、それらの光学的透明性によって、非晶質または結晶質とカウントする。合計５００の粒子、ビーズなどが、典型的にはカウントされるが、より少ない粒子、ビーズなどを使用してもよく、パーセント非晶質収率を、非晶質粒子、ビーズなどの量を、カウントされた全部の粒子、ビーズなどで割ったものによって定める。本発明による方法の実施形態のパーセント非晶質（またはガラス）収率は、少なくとも５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００パーセントである。

粒子がすべて非晶質（またはガラス）であることが望ましく、結果として生じる収率が１００％未満である場合、非晶質（またはガラス）粒子を非晶質でない（または非ガラス）粒子から分離してもよい。そのような分離は、たとえば、密度または光学的透明性に基いて分離することを含む任意の従来の技術によって行ってもよい。

ＤＴＡを用いて、材料は、材料の対応するＤＴＡトレースが発熱結晶化事象（Ｔ_ｘ）を含む場合、非晶質として分類される。同じトレースが、また、Ｔ_ｘより低い温度で吸熱事象（Ｔ_ｇ）を含む場合、それは、ガラス相からなるとみなされる。材料のＤＴＡトレースがそのような事象を含まない場合、それは、結晶質相を含有するとみなされる。

示差熱分析（ＤＴＡ）を、次の方法を用いて行うことができる。−１４０＋１７０メッシュサイズのフラクション（すなわち、１０５マイクロメートルの開口部サイズから９０マイクロメートルの開口部サイズのスクリーンで収集されたフラクション）を使用して、ＤＴＡランを行うことができる（ドイツ、ゼルブのネッチュ・インストルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｓｅｌｂ， Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名「ネッチュ（ＮＥＴＺＳＣＨ） ＳＴＡ ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で得られるような器具を使用して）。ある量の各スクリーニングされたサンプル（典型的には約４００ミリグラム（ｍｇ））を、１００マイクロリットルＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに配置する。各サンプルを、静止空気中で、１０℃／分の速度で、室温（約２５℃）から１１００℃に加熱する。

粉末Ｘ線回折ＸＲＤを用いて（ニュージャージー州マーワーのフィリップス（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ， Ｍａｈｗａｈ， ＮＪ）から商品名「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ） ＸＲＧ ３１００」で得られるようなＸ線回折計を、１．５４０５０オングストロームの銅Ｋ α１放射線とともに使用して）、結晶化材料のＸＲＤトレース中に存在するピークを、国際回折データセンター（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）によって発行されたＪＣＰＤＳ（粉末回折標準に関する合同委員会（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ））データベースで提供された結晶質相のＸＲＤパターンと比較することによって、材料中に存在する相を定めることができる。さらに、ＸＲＤを定性的に用いて、相のタイプを定めることができる。広い拡散した強度ピークの存在は、材料の非晶質性質の表示とみなされる。広いピークおよびはっきりしたピークの両方の存在は、ガラスマトリックス内の結晶質物質の存在の表示とみなされる。

最初に形成されたガラスまたはセラミック（結晶化前のガラスを含む）は、望まれるものよりサイズが大きくてもよい。ガラスが所望の幾何学的形状および／またはサイズである場合、サイズ減少は典型的には必要ではない。ガラスまたはセラミックは、ロール破砕、カナリーミリング（ｃａｎａｒｙ ｍｉｌｌｉｎｇ）、ジョー破砕、ハンマミリング、ボールミリング、ジェットミリング、衝撃破砕などを含む、当該技術において知られている破砕および／または粉砕技術を用いて、より小さい片に変換することができる。いくつかの場合、２つまたは多数の破砕工程を有することが望ましい。たとえば、セラミックは、形成された（凝固した）後、望まれるより大きい形態であってもよい。第１の破砕工程は、これらの比較的大きいマスまたは「塊」を破砕して、より小さい片を形成することを伴ってもよい。これらの塊のこの破砕を、ハンマミル、インパクトクラッシャ、またはジョークラッシャで行ってもよい。次に、その後、これらのより小さい片を破砕して、所望の粒度分布を生じさせてもよい。所望の粒度分布（グリットサイズまたはグレードと呼ばれることがある）を生じさせるために、多数の破砕工程を行うことが必要であろう。一般に、破砕条件は、所望の粒子形状および粒度分布を達成するように最適化される。結果として生じる、所望のサイズでない粒子を、それらが大きすぎる場合、再破砕してもよいし、それらが小さすぎる場合、「リサイクルし」再溶融のための原料として使用してもよい。

粒子の形状は、たとえば、セラミックの組成および／または微細構造、それが冷却されたジオメトリ、およびセラミックが破砕される態様（すなわち、用いられる破砕技術）によることができる。一般に、「ブロック状」形状が好ましい場合、より多くのエネルギーを使用して、この形状を達成してもよい。逆に、「鋭い」形状が好ましい場合、より少ないエネルギーを使用して、この形状を達成してもよい。異なった所望の形状を達成するために、破砕技術も変化させてもよい。いくつかの粒子の場合、１：１から５：１の平均アスペクト比が典型的には望ましく、いくつかの実施形態において、１．２５：１から３：１、またはさらには１．５：１から２．５：１が望ましい。

たとえば、所望の形状の物品を直接形成することも、本発明の範囲内である。たとえば、溶融物をモールド内に注ぐか形成することによって、所望の物品を形成（型込を含む）してもよい。また、たとえば、本出願と同じ日に出願された米国特許出願第１０／３５８，７７２号明細書に記載された形成技術を参照されたい。

本発明によるセラミックの実施形態を、寸法の制限なく得ることができる。これは、ガラス転移温度より高い温度で行われる合体工程によって可能であることがわかった。この合体工程は、本質的に、２つ以上のより小さい粒子から、より大きいサイズの本体を形成する。たとえば、図４から明らかなように、本発明によるガラスは、発熱（Ｔ_ｘ）より低い温度における吸熱（Ｔ_ｇ）の存在によって証明されるように、著しい結晶化が発生する（Ｔ_ｘ）前にガラス転移（Ｔ_ｇ）を経る。たとえば、セラミック（結晶化前のガラスを含む）を、また、たとえば、ガラスを含む粒子、および／または繊維などを、粒子などが合体して形状を形成するようにＴ_ｇより高く加熱し、合体した形状を冷却することによって、提供してもよい。合体に用いられる温度および圧力は、たとえば、ガラスの組成、および結果として生じる材料の所望の密度によってもよい。温度は、ガラス転移温度を超えるべきである。特定の実施形態において、加熱は、約８５０℃から約１１００℃（いくつかの実施形態において、９００℃から１０００℃）の範囲内の少なくとも１つの温度で行われる。典型的には、ガラスの合体を助けるために、ガラスは、合体の間、圧力下にある（たとえば、ゼロを超えて１ＧＰａ以上まで）。一実施形態において、ある投入量の粒子などがダイ内に配置され、ホットプレスがガラス転移より高い温度で行われ、ガラスの粘性流が合体して比較的大きい部分になる。典型的な合体技術の例としては、ホットプレス、熱間等方加圧、熱間押出、熱間鍛造、および同種のもの（たとえば、焼結、プラズマ支援焼結）が挙げられる。たとえば、ガラスを含む粒子（たとえば破砕によって得られる）（ビーズおよび微小球を含む）、繊維などを、より大きい粒度に形成してもよい。合体は、また、所望の形態に成形された本体をもたらしてもよい。典型的には、さらなる熱処理前に、結果として生じる合体した本体を冷却することが、一般に望ましい。望ましい場合は熱処理後、合体した本体をより小さい粒度または所望の粒度分布に破砕してもよい。

ガラスおよび／またはガラスセラミック（たとえば、粒子）の合体は、また、加圧のない焼結または加圧焼結を含むさまざまな方法によって行ってもよい。

一般に、熱処理を、ガラスを熱処理してガラスセラミックを提供するための、当該技術において知られているものを含むさまざまな方法のいずれかで行うことができる。たとえば、熱処理を、バッチで、たとえば、抵抗、誘導、またはガス加熱炉を使用して行うことができる。あるいは、たとえば、熱処理（またはその一部）を、連続的に、たとえば、回転キルン、流動床炉、または振り子キルンを使用して行うことができる。回転キルンまたは振り子キルンの場合、材料は、典型的には、高温で動作するキルン内に直接供給される。流動床炉の場合、熱処理すべきガラスは、典型的には、ガス（たとえば、空気ガス、不活性ガス、または還元ガス）中につるされる。高温における時間は、数秒（いくつかの実施形態において、さらには５秒未満）から数分から数時間であってもよい。温度は、典型的にはガラスのＴ_ｘから１６００℃、より典型的には９００℃から１６００℃、いくつかの実施形態において、１２００℃から１５００℃である。多数の工程で熱処理のいくらかを行うこと（たとえば、核形成のためのもの、および結晶成長のための別のもの、高密度化も、典型的には、結晶成長工程の間に発生する）も、本発明の範囲内である。多工程熱処理が行われるとき、核形成速度および結晶成長速度のいずれか一方または両方を制御することが、典型的には望ましい。一般に、ほとんどのセラミック処理操作の間、著しい結晶成長を伴わずに最大高密度化を得ることが望ましい。理論に縛られることを望まないが、一般に、より大きい結晶サイズが低減した機械的特性をもたらし、より細かい平均微結晶サイズが向上した機械的特性（たとえば、より高い強度およびより高い硬度）をもたらすとセラミック技術において考えられる。特に、密度が理論密度の少なくとも９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには少なくとも１００パーセントであるセラミックであって、平均結晶サイズが０．１５マイクロメートル未満、またはさらには０．１マイクロメートル未満であるセラミックを形成することが非常に望ましい。

本発明のいくつかの実施形態において、ガラスまたはガラスを含むセラミックを熱処理前にアニールしてもよい。そのような場合、アニールが、典型的には、ガラスのＴ_ｘより低い温度で、数秒から数時間またはさらには複数の日の期間行われる。典型的には、アニールは、３時間未満、またはさらには１時間未満の期間行われる。任意に、アニールを、また、空気以外の雰囲気中で行ってもよい。さらに、熱処理の異なった段階（すなわち、核形成工程および結晶成長工程）を異なった雰囲気下で行ってもよい。Ｔ_ｇおよびＴ_ｘ、ならびに本発明によるガラスのＴ_ｘ−Ｔ_ｇを、熱処理の間に用いられる雰囲気によって、シフトしてもよいと考えられる。

当業者は、当該技術において知られている技術を用いて、ガラスの時間−温度−転移（ＴＴＴ）研究から適切な条件を定めることができる。当業者は、本発明の開示を読んだ後、本発明によるガラスセラミックを製造するために使用されるガラスのＴＴＴ曲線を提供し、適切な核形成および／または結晶成長条件を定めて、本発明によるガラスセラミックを提供することができるはずである。

熱処理を、たとえば、材料を高温の炉内に直接供給することによって行ってもよい。あるいは、たとえば、材料をずっと低い温度（たとえば、室温）の炉内に供給して、次に、所定の加熱速度で所望の温度に加熱してもよい。空気以外の雰囲気中で熱処理を行うことは、本発明の範囲内である。いくつかの場合、還元雰囲気中で熱処理することがさらに望ましいであろう。また、たとえば、たとえば熱間等方プレス内またはガス圧炉内のようなガス圧下で、熱処理することが望ましいであろう。理論に縛られることを望まないが、雰囲気が、非晶質材料およびガラスセラミックの成分のいくつかの酸化状態に影響を及ぼすことができると考えられる。酸化状態のそのような変化は、ガラスおよびガラスセラミックのさまざまな着色をもたらすことができる。さらに、雰囲気によって、核形成工程および結晶化工程に影響を及ぼすことができる（たとえば、雰囲気は、ガラスのいくつかの種の原子移動度に影響を及ぼすことができる）。

材料の所望の特性をさらに向上させるために付加的な熱処理を行うことも、本発明の範囲内である。たとえば、残りの多孔性を除去し、材料の密度を増加させるために、熱間等方加圧を行ってもよい（たとえば、約９００℃から約１４００℃の温度で）。

結果として生じる物品または熱処理された物品を変換して（たとえば、破砕して）、粒子（たとえば、本発明による研磨粒子）を提供することは、本発明の範囲内である。

典型的には、ガラスセラミックは、それらが形成されるガラスより強い。したがって、材料の強度を、たとえば、ガラスが結晶質セラミック相に変換される程度によって、調整してもよい。あるいは、またはさらに、材料の強度は、また、たとえば、作られた核形成部位の数によって影響を及ぼすことができ、これを用いて、結晶質相の結晶の数に影響を及ぼし、結晶質相の結晶のサイズに影響を及ぼすことができる。ガラスセラミック形成に関する付加的な詳細については、たとえば、ガラスセラミック（Ｇｌａｓｓ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ピー・ダブリュー・マクミラン（Ｐ．Ｗ．ＭｃＭｉｌｌａｎ）、アカデミック・プレス・インコーポレイテッド（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｉｎｃ．）、第２版、１９７９、を参照されたい。

多くの他のタイプのセラミック処理（たとえば、か焼材料を焼結して、高密度の焼結セラミック材料にすること）と比較して、ガラスセラミックを形成するためのガラスの結晶化の間、比較的小さい収縮（典型的には、３０体積パーセント未満、いくつかの実施形態において、２０体積パーセント未満、１０体積パーセント未満、５体積パーセント未満、またはさらには３体積パーセント未満）がある。収縮の実際の量は、たとえば、ガラスの組成、熱処理時間、熱処理温度、熱処理圧力、結晶化されているガラスの密度、形成された結晶質相の相対量、および結晶化の程度による。収縮の量は、ディラトメトリ、アルキメデス（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ）法、または熱処理前および後に材料の寸法を測定することによるものを含む、当該技術において知られている従来の技術によって測定することができる。いくつかの場合、熱処理の間に揮発性種のいくらかの放出があってもよい。

いくつかの実施形態において、比較的低収縮の特徴は、特に有利であろう。たとえば、物品を、ガラス相で所望の形状および寸法に（すなわち、ニアネットシェイプで）形成し、その後、熱処理して、ガラスを少なくとも部分的に結晶化してもよい。結果として、結晶化材料の製造および機械加工と関連する実質的なコスト節減を実現してもよい。

いくつかの実施形態において、ガラスは、ｘ、ｙ、ｚ方向を有し、これらの各々の長さは少なくとも１ｃｍ（いくつかの実施形態において、少なくとも５ｃｍ、またはさらには少なくとも１０ｃｍ）であり、ガラスは体積を有し、結果として生じるガラスセラミックは、ｘ、ｙ、ｚ方向を有し、これらの各々の長さは少なくとも１ｃｍ（いくつかの実施形態において、少なくとも５ｃｍ、またはさらには少なくとも１０ｃｍ）であり、ガラスセラミックの体積は、ガラス体積の少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、またはさらには少なくとも９７）パーセントである。

たとえば、本発明によるガラスセラミックを製造するためのいくつかの例示的なガラスの熱処理の間、Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、および、ＺｒＯ_２が存在するならば、立方晶／正方晶ＺｒＯ_２、いくつかの場合単斜晶ＺｒＯ_２などの相の形成が、約９００℃より高い温度で発生することがある。理論に縛られることを望まないが、ジルコニア関連相が、ガラスから核形成する最初の相であると考えられる。Ａｌ_２Ｏ_３、ＲｅＡｌＯ_３（ここで、Ｒｅは少なくとも１つの希土類カチオンである）、ＲｅＡｌ_１１Ｏ_１８、Ｒｅ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２などの相の形成は、一般に、約９２５℃より高い温度で発生すると考えられる。典型的には、この核形成工程の間の微結晶サイズは、ナノメートルのオーダである。たとえば、１０〜１５ナノメートルもの小さい結晶が観察されている。少なくともいくつかの実施形態の場合、約１時間の約１３００℃での熱処理が、完全な結晶化をもたらす。一般に、核形成工程および結晶成長工程の各々の熱処理時間は、数秒（いくつかの実施形態において、さらには５秒未満）から数分から１時間以上であってもよい。

平均結晶サイズは、ＡＳＴＭ規格Ｅ １１２−９６「平均粒度を定めるための標準テスト方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ）」に従う線分（ｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）法によって定めることができる。サンプルを、取付け樹脂（イリノイ州レイク・ブラフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ， Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ， ＩＬ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で得られるものなど）、典型的には直径約２．５ｃｍおよび高さ約１．９ｃｍの樹脂の円筒に取付ける。取付けられたセクションを、ポリッシャ（イリノイ州レイク・ブラフのビューラーから商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」で得られるものなど）を使用して従来のポリッシング技術を用いて準備する。サンプルを約３分間ダイヤモンドホイールでポリッシングし、その後、４５、３０、１５、９、３、および１マイクロメートルのスラリーの各々での５分のポリッシングが続く。取付けられポリッシングされたサンプルを金−パラジウムの薄い層でスパッタリングし、走査型電子顕微鏡法（マサチューセッツ州ピーボディー（Ｐｅａｂｏｄｙ， ＭＡ）のＪＥＯＬからのモデルＪＳＭ ８４０Ａなど）を用いて見る。サンプルに見出された微細構造の典型的な後方散乱電子（ＢＳＥ）デジタル顕微鏡写真を使用して、次のように平均微結晶サイズを定める。デジタル顕微鏡写真を横切って描かれたランダムな直線の単位長さ（Ｎ_Ｌ）あたり交差する微結晶の数をカウントする。平均微結晶サイズを、この数から次の式を用いて定める。

ここで、Ｎ_Ｌは単位長さあたり交差した微結晶の数であり、Ｍはデジタル顕微鏡写真の倍率である。

別の態様において、本発明によるセラミック（ガラスセラミックを含む）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００体積パーセントの微結晶を含んでもよく、微結晶の平均サイズは、１マイクロメートル未満である。別の態様において、本発明によるセラミック（ガラスセラミックを含む）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００体積パーセントの微結晶を含んでもよく、微結晶の平均サイズは、０．５マイクロメートル未満である。別の態様において、本発明によるセラミック（ガラスセラミックを含む）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００体積パーセントの微結晶を含んでもよく、微結晶の平均サイズは、０．３マイクロメートル未満である。別の態様において、本発明によるセラミック（ガラスセラミックを含む）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには１００体積パーセントの微結晶を含んでもよく、微結晶の平均サイズは、０．１５マイクロメートル未満である。

本発明によるセラミック中に存在してもよい結晶質相の例としては、アルミナ（たとえば、アルファアルミナおよび遷移アルミナ）、ＲＥＯ（たとえば、Ｌａ_２Ｏ_３）、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、１つ以上の他の金属酸化物、たとえば、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｒＯ、ＴｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２（たとえば、立方晶ＺｒＯ_２および正方晶ＺｒＯ_２）など、ならびに「複合金属酸化物」（複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ）を含む）、複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ（たとえば、ＲｅＡｌＯ_３（たとえば、ＧｄＡｌＯ_３ ＬａＡｌＯ_３）、ＲｅＡｌ_１１Ｏ_１８（たとえば、ＬａＡｌ_１１Ｏ_１８）、およびＲｅ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（たとえば、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２））、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３（たとえば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、および複合ＺｒＯ_２・ＲＥＯ（たとえば、Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）、ならびにそれらの組合せが挙げられる。典型的には、本発明によるセラミックは、共晶微細構造特徴がない。

本発明によるガラスおよびガラスセラミックのいくつかの実施形態、ならびにＺｒＯ_２および／またはＨｆＯ_２を含むそのようなガラスセラミックを製造するために使用されるいくつかのガラスの場合、存在するＺｒＯ_２および／またはＨｆＯ_２の量は、それぞれ、ガラスセラミックまたはガラスの総重量を基準にして、少なくとも５、１０、１５、またはさらには少なくとも２０重量パーセントであってもよい。

複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯおよび／または複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３（たとえば、ざくろ石結晶構造を示すアルミン酸イットリウム））中のイットリウムカチオンおよび／またはアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンで置換することも、本発明の範囲内である。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏ、およびそれらの組合せからなる群から選択される要素の、少なくとも１つのカチオンで、置換してもよい。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３中のＹカチオンの一部を、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｈ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびそれらの組合せからなる群から選択される要素の、少なくとも１つのカチオンで、置換してもよい。さらに、たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏ、およびそれらの組合せからなる群から選択される要素の、少なくとも１つのカチオンで、置換してもよい。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ中の希土類カチオンの一部を、Ｙ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびそれらの組合せからなる群から選択される要素の、少なくとも１つのカチオンで、置換してもよい。上述されたようなカチオンの置換は、セラミックの特性（たとえば、硬度、靭性、強度、熱伝導性など）に影響を及ぼすことができる。

本発明によるガラスセラミックの実施形態を提供するために非晶質を熱処理することによって形成された結晶は、たとえば、針状等軸（ａｃｉｃｕｌａｒ ｅｑｕｉａｘｅｄ）、柱状、または平坦な薄板状（ｓｐｌａｔ−ｌｉｋｅ）の特徴であってもよい。

本発明によるいくつかのガラスおよびガラスセラミックは、それぞれガラスまたはガラスセラミックの総重量を基準にして、少なくとも７５（いくつかの実施形態において、少なくとも８０、またはさらには少なくとも８５）重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３と、０．１から２３．９重量パーセントの範囲内のＬａ_２Ｏ_３と、１から２４．８重量パーセントの範囲内のＹ_２Ｏ_３、０．１から８重量パーセントの範囲内のＭｇＯと、１０重量パーセントまで（いくつかの実施形態において、５、４、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２とを含む。

本発明によるいくつかのガラスおよびガラスセラミックは、それぞれガラスまたはガラスセラミックの総重量を基準にして、少なくとも７０（いくつかの実施形態において、少なくとも７５、またはさらには少なくとも８５）重量パーセントのＡｌ_２Ｏ_３と、０．１から２８．９重量パーセントの範囲内のＬａ_２Ｏ_３と、１から２９．８重量パーセントの範囲内のＹ_２Ｏ_３、０．１から８重量パーセントの範囲内のＭｇＯと、１０重量パーセントまで（いくつかの実施形態において、５、４、３、２、１重量パーセント以下、またはさらにはゼロ重量パーセント）のＳｉＯ_２とを含む。

本発明によるガラスまたはガラスセラミックなどは、バルク材料の形態であってもよいが、本発明によるガラス、ガラスセラミックなどを含む複合材を提供することも本発明の範囲内である。そのような複合材は、たとえば、本発明によるガラス、ガラスセラミックなどの中に分散された相または繊維（連続または不連続）または粒子（ウイスカーを含む）（たとえば、金属酸化物粒子、ホウ化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、ダイヤモンド粒子、金属粒子、ガラス粒子、およびそれらの組合せ）、または層状複合材構造（たとえば、ガラスセラミックから、ガラスセラミックを製造するために使用されたガラスへの勾配、および／またはガラスセラミックの異なった組成物の層）を含んでもよい。

本発明による特定のガラスは、たとえば、Ｔ_ｇが約７５０℃から約９５０℃の範囲内であってもよい。

本発明による材料の平均硬度は、次のように定めることができる。材料のセクションを、取付け樹脂（イリノイ州レイク・ブラフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ， Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ， ＩＬ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で得られる）、典型的には直径約２．５ｃｍおよび高さ約１．９ｃｍの樹脂の円筒に取付ける。取付けられたセクションを、ポリッシャ（イリノイ州レイク・ブラフのビューラーから商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」で得られるものなど）を使用して従来のポリッシング技術を用いて準備する。サンプルを約３分間ダイヤモンドホイールでポリッシングし、その後、４５、３０、１５、９、３、および１マイクロメートルのスラリーの各々での５分のポリッシングが続く。微小硬度測定は、１００グラムの押込み荷重を用いてビッカース圧子が取付けられた従来の微小硬度テスタ（日本、東京の株式会社ミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ）から商品名「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」で得られるものなど）を使用して行う。微小硬度測定は、ＡＳＴＭテスト方法Ｅ３８４ 材料の微小硬度のテスト方法（Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（１９９１）に記載されたガイドラインに従って行う。平均硬度は１０測定の平均である。

本発明による特定のガラスは、たとえば、平均硬度が、少なくとも５ＧＰａ（より望ましくは、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、または９ＧＰａ、典型的には約５ＧＰａから約１０ＧＰａの範囲内）であってもよく、本発明による結晶質セラミックの平均硬度は、少なくとも５ＧＰａ（より望ましくは、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、９ＧＰａ、１０ＧＰａ、１１ＧＰａ、１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａ、または１８ＧＰａ、典型的には約５ＧＰａから約１８ＧＰａの範囲内）であってもよく、ガラスと結晶質セラミックとを含む本発明によるガラスセラミックまたは本発明によるセラミックの平均硬度は、少なくとも５ＧＰａ（より望ましくは、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、９ＧＰａ、１０ＧＰａ、１１ＧＰａ、１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａ、または１８ＧＰａ（またはそれ以上）、典型的には約５ＧＰａから約１８ＧＰａの範囲内）であってもよい。本発明による研磨粒子の平均硬度は、少なくとも１５ＧＰａであり、いくつかの実施形態において、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａ、またはさらには少なくとも１８ＧＰａである。

本発明による特定のガラスは、たとえば、熱膨張係数が、少なくとも２５℃から約９００℃の温度範囲にわたって、約５×１０^−６／Ｋから約１１×１０^−６／Ｋの範囲内であってもよい。

典型的には、および望ましくは、本発明によるセラミックの、比重と呼ばれることがある（真）密度は、典型的には、理論密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明によるセラミックの（真）密度は、理論密度の少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、またはさらには１００％である。本発明による研磨粒子の密度は、理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、またはさらには１００％である。

本発明によるセラミックを、たとえば、充填剤、強化材料、および／またはマトリックス材料として使用して、物品を製造することができる。たとえば、本発明によるセラミックは、複合材（たとえば、セラミック、金属、またはポリマー（熱硬化性または熱可塑性））中の強化材料としての使用に適した粒子および／または繊維の形態であることができる。粒子および／または繊維は、たとえば、マトリックス材料のモジュラス、耐熱性、耐摩耗性、および／または強度を増加させてもよい。複合材を製造するために使用される粒子および／または繊維のサイズ、形状、および量は、たとえば、複合材の特定のマトリックス材料および使用によってもよいが、強化粒子のサイズは、典型的には約０．１から１５００マイクロメートル、より典型的には１から５００マイクロメートル、望ましくは２から１００マイクロメートルである。ポリマー用途のための粒子の量は、典型的には約０．５重量パーセントから約７５重量パーセント、より典型的には約１から約５０重量パーセントである。熱硬化性ポリマーの例としては、フェノール、メラミン、尿素ホルムアルデヒド、アクリレート、エポキシ、ウレタンポリマーなどが挙げられる。熱可塑性ポリマーの例としては、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。

強化されたポリマー材料（すなわち、ポリマー中に分散された、本発明による強化粒子）の使用の例としては、たとえば、コンクリート、家具、床、道路、木材、木材状材料、セラミックなどのための保護コーティング、ならびに、すべり止めコーティング、および射出成形プラスチック部品および構成要素が挙げられる。

さらに、たとえば、本発明によるセラミックをマトリックス材料として使用することができる。たとえば、本発明によるセラミックを、ダイヤモンド、立方晶ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、およびＳｉＣなどのセラミック材料などのためのバインダーとして使用することができる。そのような材料を含む有用な物品の例としては、複合材基材コーティング、切断工具インサート、研磨凝集体、および結合研磨物品、たとえばガラス化ホイールなどが挙げられる。本発明によるセラミックを、たとえば、複合材物品のモジュラス、耐熱性、耐摩耗性、および／または強度を増加させるために、バインダーとして使用することができる。

本発明による研磨粒子は、一般に、結晶質セラミック（たとえば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００体積パーセントの結晶質セラミック）を含む。別の態様において、本発明は、細かいから粗い粒度分布を有する複数の粒子であって、複数の粒子の少なくとも一部が、本発明による研磨粒子である、複数の粒子を提供する。別の態様において、本発明による研磨粒子の実施形態は、一般に、（たとえば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００体積パーセントの）本発明によるガラスセラミックを含む。

本発明による研磨粒子は、ＡＮＳＩ（アメリカ規格協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ））、ＦＥＰＡ（欧州研磨製品製造業者連盟（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ Ｅｕｒｏｐｅｅｎｎｅ ｄｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｎｔｓ ｄｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｂｒａｓｉｆｓ））、およびＪＩＳ（日本工業規格（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ））などの産業認定分級規格の使用を含む、当該技術において周知の技術を用いて、スクリーニングし分級することができる。本発明による研磨粒子は、広範囲の粒度で使用してもよく、典型的には、サイズが約０．１から約５０００マイクロメートル、より典型的には約１から約２０００マイクロメートル、望ましくは約５から約１５００マイクロメートル、より望ましくは約１００から約１５００マイクロメートルである。

所与の粒度分布において、粗い粒子から細かい粒子までの粒度の範囲がある。研磨技術において、この範囲は、「粗い」フラクション、「対照」フラクション、および「細かい」フラクションと呼ばれることがある。産業承認分級規格に従って分級された研磨粒子は、数値範囲内の各公称グレードの粒度分布を規定する。そのような産業承認分級規格としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、欧州研磨製品製造業者連盟（ＦＥＰＡ）規格、および日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。ＡＮＳＩグレード指定（すなわち、規定された公称グレード）としては、ＡＮＳＩ ４、ＡＮＳＩ ６、ＡＮＳＩ ８、ＡＮＳＩ １６、ＡＮＳＩ ２４、ＡＮＳＩ ３６、ＡＮＳＩ ４０、ＡＮＳＩ ５０、ＡＮＳＩ ６０、ＡＮＳＩ ８０、ＡＮＳＩ １００、ＡＮＳＩ １２０、ＡＮＳＩ １５０、ＡＮＳＩ １８０、ＡＮＳＩ ２２０、ＡＮＳＩ ２４０、ＡＮＳＩ ２８０、ＡＮＳＩ ３２０、ＡＮＳＩ ３６０、ＡＮＳＩ ４００、およびＡＮＳＩ ６００が挙げられる。ＦＥＰＡグレード指定としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、およびＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳグレード指定としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、およびＪＩＳ１０，０００が挙げられる。

破砕およびスクリーニング後、典型的には、多数の異なった研磨粒子サイズ分布またはグレードがある。これらの多数のグレードは、その特定の時間において製造業者または供給業者の要求と一致しないことがある。在庫を最小にするために、需要のないグレードをリサイクルして溶融物に戻して、ガラスを形成することが可能である。このリサイクルは、粒子が、特定の分布にスクリーニングされていない大きい塊またはより小さい片（「微粉」と呼ばれることがある）である、破砕工程後に行われてもよい。

別の態様において、本発明は、研磨粒子を製造するための方法、本発明によるガラス粒子またはガラスを含む粒子を熱処理して、本発明によるガラスセラミックを含む研磨粒子を提供する工程を含む方法を提供する。あるいは、たとえば、本発明は、研磨粒子を製造するための方法、本発明によるガラスを熱処理する工程と、結果として生じる熱処理された材料を破砕して、本発明によるガラスセラミックを含む研磨粒子を提供する工程とを含む方法を提供する。破砕されると、ガラスは、著しく結晶化したガラスセラミックまたは結晶質材料を破砕するより鋭い粒子をもたらす傾向がある。

別の態様において、本発明は、各々が、バインダーによってともに結合された、本発明による複数の研磨粒子を含む凝集研磨粒を提供する。別の態様において、本発明は、バインダーと、複数の研磨粒子とを含む研磨物品（たとえば、被覆研磨物品、結合研磨物品（ガラス化、レジノイド、および金属結合研削ホイール、カットオフホイール、取付けられたポイント（ｍｏｕｎｔｅｄ ｐｏｉｎｔ）、およびホーニング砥石を含む）、不織研磨物品、および研磨ブラシ）であって、研磨粒子の少なくとも一部が、本発明による研磨粒子（研磨粒子が凝集された場合を含む）である、研磨物品を提供する。そのような研磨物品を製造する方法および研磨物品を使用する方法は、当業者には周知である。さらに、本発明による研磨粒子は、研磨化合物（たとえば、ポリッシング化合物）のスラリー、ミリングメディア、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体などの、研磨粒子を使用する研磨用途に使用することができる。

被覆研磨物品は、一般に、バッキングと、研磨粒子と、研磨粒子をバッキング上に保持するための少なくとも１つバインダーとを含む。バッキングは、布、ポリマーフィルム、繊維、不織ウェブ、紙、それらの組合せ、およびそれらの処理されたものを含む任意の適切な材料であることができる。バインダーは、無機または有機バインダー（熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂を含む）を含む任意の適切なバインダーであることができる。研磨粒子は、被覆研磨物品の１つの層または２つの層中に存在することができる。

被覆研磨物品の例が、図１に示されている。図１を参照すると、被覆研磨物品１が、バッキング（基材）２と、研磨層３とを有する。研磨層３は、メイクコート５およびサイズコート６によってバッキング２の主面に固定された、本発明による研磨粒子４を含む。いくつかの場合、スーパーサイズコート（図示せず）が使用される。

結合研磨物品は、典型的には、有機バインダー、金属バインダー、またはガラス化バインダーによってともに保持された研磨粒子の成形マスを含む。そのような成形マスは、たとえば、研削ホイールまたはカットオフホイールなどのホイールの形態であることができる。研削ホイールの直径は、典型的には約１ｃｍから１メートルを超えるまでであり、カットオフホイールの直径は、約１ｃｍから８０ｃｍを超えるまで（より典型的には３ｃｍから約５０ｃｍ）である。カットオフホイールの厚さは、典型的には約０．５ｍｍから約５ｃｍ、より典型的には約０．５ｍｍから約２ｃｍである。成形マスは、また、たとえば、ホーニング砥石、セグメント、取付けられたポイント、ディスク（たとえばダブルディスクグラインダ）、または他の従来の結合研磨材形状の形態であることができる。結合研磨物品は、典型的には、結合研磨物品の総体積を基準にして、約３〜５０体積％の結合剤材料と、約３０〜９０体積％の研磨粒子（または研磨粒子ブレンド）と、５０体積％までの添加剤（研削助剤を含む）と、７０体積％までの細孔とを含む。

例示的な研削ホイールが図２に示されている。図２を参照すると、ホイールに成形されかつハブ１２上に取付けられた、本発明による研磨粒子１１を含む研削ホイール１０が示されている。

不織研磨物品は、典型的には、本発明による研磨粒子が、構造全体にわたって分配され、かつ有機バインダーによって中に接着結合された開多孔性嵩高（ｏｐｅｎ ｐｏｒｏｕｓ ｌｏｆｔｙ）ポリマーフィラメント構造を含む。フィラメントの例としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、およびポリアラミド繊維が挙げられる。例示的な不織研磨物品が図３に示されている。図３を参照すると、典型的な不織研磨物品の約１００倍に拡大された概略図が示されており、上に本発明による研磨粒子５２がバインダー５４によって接着された、基材としての繊維マット５０を含む。

有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体の複数の剛毛を有するものが挙げられる（たとえば、米国特許第５，４２７，５９５号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，４４３，９０６号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，６７９，０６７号明細書（ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，９０３，９５１号明細書（イオンタ（Ｉｏｎｔａ）ら）らを参照のこと。望ましくは、そのようなブラシは、ポリマーと研磨粒子との混合物を射出成形することによって製造される。

研磨物品を製造するための適切な有機バインダーとしては、熱硬化性有機ポリマーが挙げられる。適切な熱硬化性有機ポリマーの例としては、フェノール樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ペンダントα，β不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート化ウレタン、アクリレート化エポキシ、およびそれらの組合せが挙げられる。バインダーおよび／または研磨物品は、また、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロピー材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（たとえば、カーボンブラック、酸化バナジウム、黒鉛など）、カップリング剤（たとえば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミネートなど）、可塑剤、懸濁剤などの添加剤を含んでもよい。これらの任意の添加剤の量は、所望の特性をもたらすように選択される。カップリング剤は、研磨粒子および／または充填剤への接着を向上させることができる。バインダーの化学的性質は、熱硬化性、放射線硬化性、またはそれらの組合せであってもよい。バインダーの化学的性質に関する付加的な詳細は、米国特許第４，５８８，４１９号明細書（コール（Ｃａｕｌ）ら）、米国特許第４，７５１，１３８号明細書（ツメイ（Ｔｕｍｅｙ）ら）、および米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）に見出されるであろう。

ガラス化結合研磨材に関してより具体的には、非晶質構造を示し、典型的には硬質であるガラス質結合材料が、当該技術において周知である。いくつかの場合、ガラス質結合材料は結晶質相を含む。本発明による結合ガラス化研磨物品は、ホイール（カットオフホイールを含む）、ホーニング砥石、取付けられたポイントの形状、または他の従来の結合研磨材形状であってもよい。いくつかの実施形態において、本発明によるガラス化結合研磨物品は、研削ホイールの形態である。

ガラス質結合材料を形成するために使用される金属酸化物の例としては、シリカ、ケイ酸塩、アルミナ、ソーダ、カルシア（ｃａｌｃｉａ）、ポタシア（ｐｏｔａｓｓｉａ）、チタニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化リチウム、マグネシア、ボリア（ｂｏｒｉａ）、ケイ酸アルミニウム、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸リチウムアルミニウム、それらの組合せなどが挙げられる。典型的には、ガラス質結合材料を、１０から１００％のガラスフリットを含む組成物から形成することができるが、より典型的には、この組成物は、２０％から８０％のガラスフリット、または３０％から７０％のガラスフリットを含む。ガラス質結合材料の残余部分は、非フリット材料であることができる。あるいは、ガラス質結合剤は、非フリット含有組成物から得てもよい。ガラス質結合材料は、典型的には約７００℃から約１５００℃の範囲内、通常約８００℃から約１３００℃の範囲内、時には約９００℃から約１２００℃の範囲内、またはさらには約９５０℃から約１１００℃の範囲内の温度で熟成される。結合剤が熟成される実際の温度は、たとえば、特定の結合剤の化学的性質による。

いくつかの実施形態において、ガラス化結合材料としては、シリカ、アルミナ（望ましくは、少なくとも１０重量パーセントのアルミナ）、およびボリア（望ましくは、少なくとも１０重量パーセントのボリア）を含むものが挙げられる。ほとんどの場合、ガラス化結合材料は、アルカリ金属酸化物（たとえば、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏ）（いくつかの場合、少なくとも１０重量パーセントのアルカリ金属酸化物）をさらに含む。

バインダー材料は、また、典型的には微粒子材料の形態の、充填剤材料または研削助剤を含有してもよい。典型的には、微粒子材料は無機材料である。本発明のための有用な充填剤の例としては、金属炭酸塩（たとえば、炭酸カルシウム（たとえば、チョーク、方解石、泥灰岩、トラバーチン、大理石、および石灰岩）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム）、シリカ（たとえば、石英、ガラスビーズ、ガラスバブル、およびガラス繊維）ケイ酸塩（たとえば、タルク、粘土、（モンモリロナイト）長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム）金属硫酸塩（たとえば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム）、石膏、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（たとえば、酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）、および金属亜硫酸塩（たとえば、亜硫酸カルシウム）が挙げられる。

一般に、研削助剤を加えることは、研磨物品の有用な寿命を増加させる。研削助剤は、研磨の化学および物理プロセスに著しい影響を及ぼし、向上した性能をもたらす材料である。理論に縛られることを望まないが、研削助剤は、（ａ）研磨粒子と研磨されているワークピースとの間の摩擦を減少させるか、（ｂ）研磨粒子が「キャッピング」しないようにする（すなわち、金属粒子が研磨粒子の頂部に溶接されないようにする）か、少なくとも、研磨粒子がキャッピングする傾向を低減するか、（ｃ）研磨粒子とワークピースとの間の界面温度を低下させるか、（ｄ）研削力を減少させると考えられる。

研削助剤は、非常にさまざまな異なった材料を網羅し、かつ無機ベースまたは有機ベースであることができる。研削助剤の化学物質グループの例としては、ろう、有機ハロゲン化物化合物、ハロゲン化物塩、ならびに金属およびそれらの合金が挙げられる。有機ハロゲン化物化合物は、典型的には、研磨の間分解され、ハロゲン酸または気体ハロゲン化物化合物を放出する。そのような材料の例としては、テトラクロロナフタレン（ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｏｎａｐｈｔａｌｅｎｅ）、ペンタクロロナフタレン、およびポリ塩化ビニルなどの塩素化ろうが挙げられる。ハロゲン化物塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｂｏａｔｅ）、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、および塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、および鉄チタンが挙げられる。他の多種多様な研削助剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、黒鉛、および金属硫化物が挙げられる。異なった研削助剤の組合せを使用することも本発明の範囲内であり、いくつかの場合、これは相乗効果をもたらしてもよい。

研削助剤は、被覆研磨物品および結合研磨物品に特に有用であることができる。被覆研磨物品において、研削助剤は、典型的には、研磨粒子の表面の上に塗布されるスーパーサイズコートに使用される。しかし、研削助剤は、サイズコートに加えられることがある。典型的には、被覆研磨物品に組入れられる研削助剤の量は、約５０〜３００ｇ／ｍ^２（望ましくは約８０〜１６０ｇ／ｍ^２）である。ガラス化結合研磨物品において、研削助剤は、典型的には、物品の細孔に含浸される。

研磨物品は、１００％の本発明による研磨粒子、またはそのような研磨粒子と他の研磨粒子および／または希釈粒子とのブレンドを含有することができる。しかし、研磨物品中の研磨粒子の少なくとも約２重量％、望ましくは少なくとも約５重量％、より望ましくは約３０〜１００重量％が、本発明による研磨粒子であるべきである。いくつかの場合、本発明による研磨粒子を、別の研磨粒子および／または希釈粒子と、５対７５重量％、約２５対７５重量％約４０対６０重量％、または約５０重量％対５０重量％の比（すなわち、等しい重量による量）でブレンドしてもよい。適切な従来の研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム（白色溶融アルミナ、熱処理された酸化アルミニウム、および褐色酸化アルミニウムを含む）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ざくろ石、溶融アルミナ−ジルコニア、およびゾル−ゲル誘導研磨粒子などが挙げられる。ゾル−ゲル誘導研磨粒子は、シーディングしてもよいし、シーディングしなくてもよい。同様に、ゾル−ゲル誘導研磨粒子は、ランダムな形状であってもよいし、ロッドまたは三角形などの、それらと関連する形状を有してもよい。ゾルゲル研磨粒子の例としては、米国特許第４，３１４，８２７号明細書（ライタイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，５１８，３９７号明細書（ライタイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガー（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ）ら）、米国特許第４，７４４，８０２号明細書（シュバーベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、米国特許第４，７７０，６７１号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、米国特許第４，８８１，９５１号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，０１１，５０８号明細書（ウォールド（Ｗａｌｄ）ら）、米国特許第５，０９０，９６８号明細書（ペロウ（Ｐｅｌｌｏｗ））、米国特許第５，１３９，９７８号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、米国特許第５，２０１，９１６号明細書（バーグ（Ｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５，２２７，１０４号明細書（バウアー（Ｂａｕｅｒ））、米国特許第５，３６６，５２３号明細書（ローウェンホースト（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）ら）、米国特許第５，４２９，６４７号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、米国特許第５，４９８，２６９号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、および米国特許第５，５５１，９６３号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））に記載されたものが挙げられる。アルミナ粉末を原料源として使用することによって製造された焼結アルミナ研磨粒子に関する付加的な詳細は、また、たとえば、米国特許第５，２５９，１４７号明細書（ファルツ（Ｆａｌｚ））、米国特許第５，５９３，４６７号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ））、および米国特許第５，６６５，１２７号明細書（モルトゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））に見出すことができる。溶融研磨粒子に関する付加的な詳細は、たとえば、米国特許第１，１６１，６２０号明細書（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、米国特許第１，１９２，７０９号明細書（トーン（Ｔｏｎｅ））、米国特許第１，２４７，３３７号明細書（ソーンダーズ（Ｓａｕｎｄｅｒｓ）ら）、米国特許第１，２６８，５３３号明細書（アレン（Ａｌｌｅｎ））、および米国特許第２，４２４，６４５号明細書（ボーマン（Ｂａｕｍａｎｎ）ら）、米国特許第３，８９１，４０８号明細書（ラウス（Ｒｏｗｓｅ）ら）、米国特許第３，７８１，１７２号明細書（ペット（Ｐｅｔｔ）ら）、米国特許第３，８９３，８２６号明細書（キナン（Ｑｕｉｎａｎ）ら）、米国特許第４，１２６，４２９号明細書（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、米国特許第４，４５７，７６７号明細書（プーン（Ｐｏｏｎ）ら）、米国特許第５，０２３，２１２号明細書（デュボツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、米国特許第５，１４３，５２２号明細書（ギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，３３６，２８０号明細書（デュボツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、ならびに、各々２０００年２月２日に出願された米国特許出願第０９／４９５，９７８号明細書、米国特許出願第０９／４９６，４２２号明細書、米国特許出願第０９／４９６，６３８号明細書、および米国特許出願第０９／４９６，７１３号明細書、ならびに、各々２０００年７月１９日に出願された米国特許出願第０９／６１８，８７６号明細書、米国特許出願第０９／６１８，８７９号明細書、米国特許出願第０９／６１９，１０６号明細書、米国特許出願第０９／６１９，１９１号明細書、米国特許出願第０９／６１９，１９２号明細書、米国特許出願第０９／６１９，２１５号明細書、米国特許出願第０９／６１９，２８９号明細書、米国特許出願第０９／６１９，５６３号明細書、米国特許出願第０９／６１９，７２９号明細書、米国特許出願第０９／６１９，７４４号明細書、および米国特許出願第０９／６２０，２６２号明細書、２０００年１１月２日に出願された米国特許出願第０９／７０４，８４３号明細書、ならびに、２００１年１月３０日に出願された米国特許出願第０９／７７２，７３０号明細書に見出すことができる。セラミック研磨粒子に関する付加的な詳細は、たとえば、２００１年８月２日に出願され、現在放棄された米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、米国特許出願第０９／９２２，５２７号明細書、米国特許出願第０９／９２２，５２８号明細書、および米国特許出願第０９／９２２，５３０号明細書、各々２００２年８月２日に出願された米国特許出願第１０／２１１，５９７号明細書、米国特許出願第１０／２１１，６３８号明細書、米国特許出願第１０／２１１，６２９号明細書、米国特許出願第１０／２１１，５９８号明細書、米国特許出願第１０／２１１，６３０号明細書、米国特許出願第１０／２１１，６３９号明細書、米国特許出願第１０／２１１，０３４号明細書、米国特許出願第１０／２１１，０４４号明細書、米国特許出願第１０／２１１，６２８号明細書、米国特許出願第１０／２１１，４９１号明細書、米国特許出願第１０／２１１，６４０号明細書、および米国特許出願第１０／２１１，６８４号明細書、ならびに、米国特許出願第１０／３５８，９１０号明細書、米国特許出願第１０／３５８，７０８号明細書、米国特許出願第１０／３５８，７７２号明細書、および米国特許出願第１０／３５８，７６５号明細書に見出すことができる。いくつかの場合、研磨粒子のブレンドが、いずれかのタイプの研磨粒子１００％を含む研磨物品と比較して、向上した研削性能を示す研磨物品をもたらすことができる。

研磨粒子のブレンドがある場合、ブレンドを形成する研磨粒子タイプは、同じサイズのものであってもよい。あるいは、研磨粒子タイプは、異なった粒度のものであってもよい。たとえば、より大きいサイズの研磨粒子が、本発明による研磨粒子であり、より小さいサイズの粒子が、別の研磨粒子タイプであってもよい。逆に、たとえば、より小さいサイズの研磨粒子が、本発明による研磨粒子であり、より大きいサイズの粒子が、別の研磨粒子タイプであってもよい。

適切な希釈粒子の例としては、大理石、石膏、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラスバブルおよびガラスビーズを含む）、アルミナバブル、アルミナビーズ、および希釈凝集体が挙げられる。本発明による研磨粒子を、また、研磨凝集体中にまたは研磨凝集体と組合せることができる。研磨凝集体粒子は、典型的には、複数の研磨粒子と、バインダーと、任意の添加剤とを含む。バインダーは、有機および／または無機であってもよい。研磨凝集体は、ランダムな形状であってもよいし、それらと関連する所定の形状を有してもよい。形状は、ブロック、円筒、角錐、コイン、正方形などであってもよい。研磨凝集体粒子は、典型的には、粒度が、約１００から約５０００マイクロメートル、典型的には約２５０から約２５００マイクロメートルである。研磨凝集体粒子に関する付加的な詳細は、たとえば、米国特許第４，３１１，４８９号明細書（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、米国特許第４，６５２，２７５号明細書（ブローシャー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第４，７９９，９３９号明細書（ブローシャー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第５，５４９，９６２号明細書（ホームズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））、ならびに、２０００年１０月１６日に出願された米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書および米国特許出願第０９／６８８，４８４号明細書、２０００年１０月１６日に出願された米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書、米国特許出願第０９／６８８，４８４号明細書、米国特許出願第０９／６８８，４８６号明細書、ならびに、２００１年１０月５日に出願された米国特許出願第０９／９７１，８９９号明細書、米国特許出願第０９／９７２，３１５号明細書、および米国特許出願第０９／９７２，３１６号明細書に見出されるであろう。

研磨粒子は、研磨物品中に均一に分配してもよいし、研磨物品の選択された領域または部分に集中させてもよい。たとえば、被覆研磨材において、研磨粒子の２つの層があってもよい。第１の層は、本発明による研磨粒子以外の研磨粒子を含み、第２の（最も外側の）層は、本発明による研磨粒子を含む。同様に、結合研磨材において、研削ホイールの２つの別個のセクションがあってもよい。最も外側のセクションは、本発明による研磨粒子を含んでもよく、最も内側のセクションは、本発明による研磨粒子を含まない。あるいは、本発明による研磨粒子を、結合研磨物品全体にわたって均一に分配してもよい。

被覆研磨物品に関するさらなる詳細は、たとえば、米国特許第４，７３４，１０４号明細書（ブロバーグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、米国特許第４，７３７，１６３号明細書（ラーキー（Ｌａｒｋｅｙ））、米国特許第５，２０３，８８４号明細書（ブキャナン（Ｂｕｃｈａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１５２，９１７号明細書（パイパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）、米国特許第５，３７８，２５１号明細書（カラー（Ｃｕｌｌｅｒ）ら）、米国特許第５，４１７，７２６号明細書（スタウト（Ｓｔｏｕｔ）ら）、米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）、米国特許第５，４９６，３８６号明細書（ブロバーグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５，６０９，７０６号明細書（ベネディクト（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ）ら）、米国特許第５，５２０，７１１号明細書（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、米国特許第５，９５４，８４４号明細書（ロー（Ｌａｗ）ら）、米国特許第５，９６１，６７４号明細書（ガグリアルディ（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））に見出すことができる。結合研磨物品に関するさらなる詳細は、たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，７４１，７４３号明細書（ナラーヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第４，８００，６８５号明細書（ヘインズ（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マーコフ−マセニー（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０３７，４５３号明細書（ナラーヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１１０，３３２号明細書（ナラーヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（キ（Ｑｉ）ら）に見出すことができる。ガラス質結合研磨材に関するさらなる詳細は、たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マーコフ−マセニー（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０９４，６７２号明細書（ジャイルズ・ジュニア（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．）ら）、米国特許第５，１１８，３２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，１３１，９２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２０３，８８６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２８２，８７５号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，７３８，６９６号明細書（ウー（Ｗｕ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（キ（Ｑｉ））に見出すことができる。不織研磨物品に関するさらなる詳細は、たとえば、米国特許第２，９５８，５９３号明細書（フーバー（Ｈｏｏｖｅｒ）ら）に見出すことができる。

本発明は、表面を研磨する方法であって、本発明による少なくとも１つの研磨粒子を、ワークピースの表面と接触させる工程と、研磨粒子または接触表面の少なくとも一方を移動させて、前記表面の少なくとも一部を研磨粒子で研磨する工程とを含む方法を提供する。本発明による研磨粒子で研磨するための方法は、スナッギング（すなわち、高圧高ストック除去）からポリッシング（たとえば、医療用インプラントを被覆研磨ベルトでポリッシングすること）に及び、後者は、典型的には、より細かいグレード（たとえば、ＡＮＳＩ２２０およびより細かい）の研磨粒子で行われる。研磨粒子を、また、カムシャフトをガラス化結合ホイールで研削するなどの精密研磨用途に使用してもよい。特定の研磨用途に使用される研磨粒子のサイズは、当業者には明らかであろう。

本発明による研磨粒子での研磨を、乾式または湿式で行ってもよい。湿式研磨の場合、液体を軽いミストの形態で導入供給して、フラッド（ｆｌｏｏｄ）を完成させてもよい。通常使用される液体の例としては、水、水溶性油、有機潤滑剤、およびエマルションが挙げられる。液体は、研磨と関連する熱を低減し、および／または潤滑剤として作用するのに役立ってもよい。液体は、殺菌剤、消泡剤などの添加剤を小量含有してもよい。

本発明による研磨粒子は、たとえば、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、硬化鋼、チタン、ガラス、セラミック、木材、木材状材料（たとえば、合板およびパーティクルボード）、塗料、塗装表面、有機コーティング表面などのワークピースを研磨するのに有用であろう。研磨の間に加えられる力は、典型的には、約１から約１００キログラムである。

本発明の利点および実施の形態を、次の実施例によって、さらに例示するが、これらの実施例に記載された特定の材料およびそれらの量、ならびに他の条件および詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。部およびパーセンテージはすべて、特に明記しない限り、重量による。特に明記しない限り、実施例はすべて、著しい量のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、ＴｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、およびＶ_２Ｏ_５を含有しない。

実施例１、６、８、９、１２および１５、ならびに参考例２〜５、７、１０、１１、１３、１４および１６
２５０ｍｌのポリエチレンボトル（直径７．３ｃｍ）に、さまざまな粉末の５０グラム混合物（表１（下記）の実施例ごとに規定されたように、表２（下記）に記載された原料源を用いる）、イソプロピルアルコール７５グラム、およびアルミナミリングメディア（形状が円筒形、高さおよび直径の両方とも０．６３５ｃｍ、９９．９％アルミナ、コロラド州ゴールデンのクアーズ（Ｃｏｏｒｓ， Ｇｏｌｄｅｎ ＣＯ）から得られる）２００グラムを投入した。ポリエチレンボトルの中身を、６０毎分回転数（ｒｐｍ）で１６時間ミリングした。ミリング後、ミリングメディアを除去し、スラリーを温かい（約７５℃）ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）パン上に層に注ぎ、乾燥させ冷却させた。材料の比較的薄い層（すなわち、厚さ約３ｍｍ）および温かいパンによって、スラリーは、５分以内にケークを形成し、約３０分で乾燥した。乾燥材料を、ペイントブラシの助けで、７０メッシュのスクリーン（２１２マイクロメートルの開口部サイズ）を通してスクリーニングすることによって、粉砕した。

^＊すなわち、Ａｌ金属がＡｌ_２Ｏ_３に変換されたときの酸化物の相対量

表２

結果として生じるスクリーニングされた粒子を、水素／酸素トーチ火炎中にゆっくり供給し（約０．５グラム／分）、これは、粒子を溶融し、連続的に循環する乱流水（２０℃）の１９リットル（５ガロン）の円筒形容器（直径３０センチメートル（ｃｍ）×高さ３４ｃｍ）内に直接搬送して、溶融小滴を急速に急冷した。トーチは、ペンシルバニア州ヘラータウンのベツレヘム・アパラタス・カンパニー（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．， Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ， ＰＡ）から得られたベツレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナＰＭ２ＤモデルＢであった。トーチの水素流量および酸素流量は、次の通りであった。内側のリングの場合、水素流量は８標準毎分リットル（ＳＬＰＭ）であり、酸素流量は３．５ＳＬＰＭであった。外側のリングの場合、水素流量は２３ＳＬＰＭであり、酸素流量は１２ＳＬＰＭであった。火炎が水にあたる角度は約４５°であり、バーナから水表面までの火炎長さは約１８センチメートル（ｃｍ）であった。結果として生じる（急冷された）ビーズを、パンに収集し、１１０℃で電気加熱炉内で、乾燥するまで乾燥させた（約３０分）。ビーズは、形状が球状であり、サイズが数マイクロメートルから約２５０マイクロメートルまで変わり、透明（すなわち、非晶質）および／または不透明（すなわち、結晶質）であり、サンプル内で変わった。非晶質材料（ガラス質材料を含む）は、典型的には、結晶境界などの光散乱中心の欠如によって主として透明であり、結晶質粒子は、結晶境界の光散乱効果によって不透明である。示差熱分析（ＤＴＡ）によって非晶質およびガラスであることが証明されるまで、透明な火炎形成ビーズは、非晶質のみであるとみなされた。

パーセント非晶質収率を、結果として生じる火炎形成ビーズから、−１００＋１２０メッシュサイズのフラクション（すなわち、１５０マイクロメートルの開口部サイズから１２５マイクロメートルの開口部サイズのスクリーンで収集されたフラクション）を使用して計算した。測定は次のように行った。ビーズの１つの層をガラススライド上に広げた。ビーズを光学顕微鏡を使用して観察した。光学顕微鏡アイピースの十字線をガイドとして使用して、直線に沿って十字線と一致して水平にあるビーズを、それらの光学的透明性によって、非晶質または結晶質とカウントした。合計５００のビーズをカウントし、パーセント非晶質収率を、非晶質ビーズの量をカウントされた全ビーズで割ったものによって定めた。

相組成（ガラス質／非晶質／結晶質）を、示差熱分析（ＤＴＡ）によって定めた。材料は、材料の対応するＤＴＡトレースが発熱結晶化事象（Ｔ_ｘ）を含んだ場合、非晶質として分類した。同じトレースが、また、Ｔ_ｘより低い温度で吸熱事象（Ｔ_ｇ）を含んだ場合、それは、ガラス相からなるとみなされた。材料のＤＴＡトレースがそのような事象を含まなかった場合、それは、結晶質相を含有するとみなされた。

次の方法を用いて、実施例９のビーズに対して示差熱分析（ＤＴＡ）を行った。−１４０＋１７０メッシュサイズのフラクション（すなわち、１０５マイクロメートルの開口部サイズから９０マイクロメートルの開口部サイズのスクリーンで収集されたフラクション）を使用して、ＤＴＡランを行った（ドイツ、ゼルブのネッチュ・インストルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， Ｓｅｌｂ， Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名「ネッチュ（ＮＥＴＺＳＣＨ） ＳＴＡ ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で得られる器具を使用して）。ある量の各スクリーニングされたサンプルを、１００マイクロリットルＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに配置した。各サンプルを、静止空気中で、１０℃／分の速度で、室温（約２５℃）から１１００℃に加熱した。

図４に示された、実施例１２で準備されたビーズのＤＴＡトレースは、トレースの曲線の下方への変化によって証明されるように、約８７６℃の温度で吸熱事象を示した。この事象は、ガラス材料のガラス転移（Ｔ_ｇ）によったと考えられる。同じ材料は、トレースの鋭いピークによって証明されるように、約９１２℃の温度で発熱事象を示した。この事象は、材料の結晶化（Ｔ_ｘ）によったと考えられる。したがって、材料は、ガラス質であることが定められた。

ＤＴＡを、また、実施例６、８および９に対して、実施例１２について上述されたように行った。対応するガラス転移（Ｔ_ｇ）温度およびガラス結晶化（Ｔ_ｘ）温度は、下記表３に記載されている。

実施例１７〜２０
実施例１７〜２０のビーズを、使用された原料の量および源が、それぞれ表４（下記）および表１（上記）に記載されている以外は、実施例および参考例１〜１６について上述されたように準備した。パーセント非晶質収率を、結果として生じる火炎形成ビーズから、実施例および参考例１〜１６について用いられた方法と同じ方法を用いて計算した。ＤＴＡを、実施例１２について上述されたように行った。実施例１７〜２０のパーセント非晶質収率データおよびガラス転移（Ｔ_ｇ）温度およびガラス結晶化（Ｔ_ｘ）温度は、下記表４に記載されている。

表４

^＊すなわち、Ａｌ金属がＡｌ_２Ｏ_３に変換されたときの酸化物の相対量

実施例１７〜２０で準備されたガラスビーズ約５グラムを、１２５０℃で１５分間電気加熱炉内で熱処理することによって結晶化した。熱処理されたビーズは、光学顕微鏡を使用して観察されるように不透明であった（熱処理前、ビーズは透明であった）。熱処理されたビーズの不透明性は、ガラスの少なくとも一部の結晶化の結果であると考えられる。ガラス質材料は、典型的には、結晶境界などの光散乱中心の欠如によって主として透明であり、結晶質材料は、結晶境界の光散乱効果によって不透明である。

結晶化ビーズを、直径約２．５ｃｍおよび高さ約１．９ｃｍの樹脂の円筒の取付け樹脂（イリノイ州レイク・ブラフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ， Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ， ＩＬ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で得られる）に取付けた。取付けられたセクションを、ポリッシャ（イリノイ州レイク・ブラフのビューラーから商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」で得られる）を使用して従来のポリッシング技術を用いて準備した。サンプルを約３分間ダイヤモンドホイールでポリッシングし、その後、４５、３０、１５、９、３、および１マイクロメートルのスラリーの各々での５分のポリッシングが続いた。微小硬度測定は、１００グラムの押込み荷重を用いてビッカース圧子が取付けられた従来の微小硬度テスタ（日本、東京の株式会社ミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ）から商品名「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」で得られる）を使用して行う。微小硬度測定は、ＡＳＴＭテスト方法Ｅ３８４ 材料の微小硬度のテスト方法（Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（１９９１）に記載されたガイドラインに従って行う。サンプルごとに１０測定の平均に基いた、実施例１７、１９、および２０の平均硬度は、下記表５に報告されている。

表５

硬度測定に使用された取付けられポリッシングされたサンプルを、金−パラジウムの薄い層でスパッタリングし、走査型電子顕微鏡法（マサチューセッツ州ピーボディー（Ｐｅａｂｏｄｙ， ＭＡ）のＪＥＯＬからのモデルＪＳＭ ８４０Ａ）を用いて見た。平均粒度は、ＡＳＴＭ規格Ｅ １１２−９６「平均粒度を定めるための標準テスト方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ）」に従う線分（ｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）法によって定めた。サンプルに見出された微細構造の典型的な後方散乱電子（ＢＳＥ）デジタル顕微鏡写真を使用して、次のように平均粒度を定めた。デジタル顕微鏡写真を横切って描かれたランダムな線の単位長さ（Ｎ_Ｌ）あたり交差する粒の数をカウントした。次に、平均微結晶サイズを、この数から次の式を用いて定めた。

ここで、Ｎ_Ｌは単位長さあたり交差した微結晶の数であり、Ｍはデジタル顕微鏡写真の倍率である。実施例１７のＢＳＥデジタル顕微鏡写真が、図５に示されている。実施例１７、１９、および２０の各々の測定された平均微結晶サイズは、上記表５に記載されている。

実施例１７のガラスビーズ約２５グラムを、別個の黒鉛ダイ内に配置し、一軸加圧装置（カリフォルニア州ブレアのサーマル・テクノロジー・インコーポレイテッド（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．， Ｂｒｅａ， ＣＡ）の商品名「ＨＰ−５０」で得られる）を使用してホットプレスした。ホットプレスを、窒素雰囲気および７４．２メガパスカル（ＭＰａ）（１平方インチあたり１０，７００ポンド）の圧力において行った。ホットプレス炉を２５℃／分で９７０℃に上昇させた。直径約３２ミリメートル（ｍｍ）および厚さ６ｍｍの、結果として生じる透明なディスクを、「チップマンク（Ｃｈｉｐｍｕｎｋ）」ジョークラッシャ（カリフォルニア州バーバンクのビコ・インコーポレイテッド（ＢＩＣＯ Ｉｎｃ．， Ｂｕｒｂａｎｋ， ＣＡ）によって製造されたタイプＶＤ）を使用することによって、破砕して粒子にし、−３０＋３５フラクション（すなわち、６００マイクロメートルの開口部サイズから５００マイクロメートルの開口部サイズのスクリーンで収集されたフラクション）および−３５＋４０メッシュのフラクション（すなわち、５００マイクロメートルの開口部サイズおよび４２５マイクロメートルの開口部サイズのスクリーンで収集されたフラクション）を維持するように分級した。

破砕および分級された粒子を、１２００℃で２０分間電気加熱炉内で熱処理することによって結晶化した。熱処理から生じる研磨粒子は、光学顕微鏡を使用して観察されるように不透明であった（熱処理前、粒子は透明であった）。熱処理された研磨粒子の不透明性は、ガラスの少なくとも一部の結晶化の結果であると考えられる。

本発明のさまざまな修正および変更が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者には明らかになるであろう。また、本発明は、ここに記載された例示的な実施形態に不当に限定されるべきではないことが理解されるべきである。

本発明による研磨粒子を含む被覆研磨物品の部分断面概略図である。 本発明による研磨粒子を含む結合研磨物品の斜視図である。 本発明による研磨粒子を含む不織研磨物品の拡大概略図である。 実施例１２で準備された材料のＤＴＡである。 実施例１７で準備された材料のポリッシングされたセクションの後方散乱電子デジタル顕微鏡写真である。

Claims (4)

1. Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含むガラスであって、前記ガラスの総重量を基準にして、前記ガラスの少なくとも７０重量パーセントが、合計で、前記Ａｌ_２Ｏ_３と、前記Ｌａ_２Ｏ_３と、前記Ｙ_２Ｏ_３と、前記ＭｇＯとを含み、前記Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３およびＭｇＯの合計重量の少なくとも７０重量パーセントが、Ａｌ_２Ｏ_３であり、前記ガラスの総重量を基準にして、３重量パーセント以下のＳｉＯ_２を含む、ガラス。
2. ガラスセラミックであって、前記ガラスセラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ｌａ_２Ｏ_３と、Ｙ_２Ｏ_３と、ＭｇＯとを含み、前記ガラスセラミックの総重量を基準にして、前記ガラスセラミックの少なくとも７０重量パーセントが、合計で、前記Ａｌ_２Ｏ_３と、前記Ｌａ_２Ｏ_３と、前記Ｙ_２Ｏ_３と、前記ＭｇＯとを含み、前記Ａｌ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３およびＭｇＯの合計重量の少なくとも７０重量パーセントが、Ａｌ_２Ｏ_３であり、前記ガラスセラミックが、平均微結晶サイズ１マイクロメートル未満の微結晶を含む微細構造を示し、前記ガラスセラミックが、共晶微細構造の特徴がなく、前記Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部が、別個の結晶質相として存在する、ガラスセラミックであって、前記ガラスセラミックが、前記ガラスセラミックの総重量を基準にして、３重量パーセント以下のＳｉＯ _２ を含む、ガラスセラミック。
3. 前記ガラスセラミックが、平均微結晶サイズ２００ナノメートル未満の微結晶を含む微細構造を示し、密度が理論密度の少なくとも９０％である、請求項２に記載のガラスセラミック。
4. 請求項２または請求項３に記載のガラスセラミックを含む研磨粒子。

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