JP5581395B2 - ボンド研磨物品およびその形成方法 - Google Patents

Description

以下は、ボンド研磨材、特に微結晶アルミナ砥粒を取込んだボンド研磨物品に関する。

研磨工具は一般に、材料除去の利用分野向けにボンド材料の内部に含まれる砥粒を有するように形成されている。超砥粒（例えばダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）または種添加（さらには種無添加）焼結ゾルゲルアルミナ砥粒は、微結晶アルファアルミナ（ＭＣＡ）砥粒とも呼ばれ、このような研磨工具において利用でき、さまざまな材料上で優れた研削性能を提供するものとして公知である。ボンド材料は有機材料、例えば樹脂、または無機材料、例えばガラスまたはビトリファイド材料であり得る。詳細には、ビトリファイドボンド材料を用いＭＣＡ粒子または超砥粒を含むボンド研磨工具は、一貫性があり改善された研削性能を必要とする精密金属部品および他の産業用コンポーネントを研削するために商業的に有用である。

一部のボンド研磨工具、特にビトリファイドボンド材料を利用するボンド研磨工具は、高温での形成プロセスを必要とし、これは、砥粒に対し不利な影響を及ぼす可能性がある。事実、研磨工具を形成するのに必要なこのような高温においては、ボンド材料は砥粒特にＭＣＡ粒子と反応し、研磨材の無欠性を損なって、粒子の鋭利度および性能特性を低減させる可能性があることが認識されている。結果として、業界は、形成プロセスの間に砥粒の高温劣化を阻止する目的でボンド材料を形成するのに必要な形成温度の低下に向かって移行してきた。

例えば、ＭＣＡ粒子とビトリファイドボンド間の反応量を低減させるために、米国特許第４，５４３，１０７号明細書は、約９００℃という低い温度で焼成するのに適したボンド組成物を開示している。代替的なアプローチにおいて、米国特許第４，８９８，５９７号明細書は、約９００℃という低い温度で焼成するのに適した少なくとも４０％のフリット材料を含むボンド組成物を開示している。１１００℃未満の温度そして実際には１０００℃未満の温度で形成できるボンド材料を利用するこのようなボンド研磨物品としては、米国特許第５，２０３，８８６号明細書、米国特許第５，４０１，２８４号明細書、米国特許第５，５３６，２８３号明細書および米国特許第６，７０２，８６７号明細書が含まれる。それでもなお、業界はひきつづき、このようなボンド研磨物品の性能の改善を必要としている。

第１の態様によると、研磨物品は、ボンド材料内部に砥粒を含む研磨体を有し、この研磨体は砥粒とボンドマトリックス間の界面に配置されたスピネル材料をさらに含んでいる。

別の態様によると、研磨物品は、ボンド材料のマトリクス内部に含まれる砥粒を含む研磨体を含み、研磨体は、砥粒の外部表面を覆うスピネル材料を含む層をさらに含んでいる。

さらに別の態様によると、研磨物品は、ガラス質相を含むボンド材料内部に含まれる微結晶酸化アルミニウムを含む砥粒を有する研磨体を含み、砥粒が、砥粒の外部表面を覆う材料層を有し、この層は、スピネル材料を含んでいる。

別の態様は、ガラス質ボンド材料内部に含まれる微結晶酸化アルミニウムを含む砥粒の第１のセットを有するボンド研磨体を含む研磨物品を含んでおり、ボンド研磨体はさらに、砥粒の少なくとも一部分をとり囲む不動態化領域を含み、不動態化領域は、ＡＢ_２Ｏ_４の一般化学組成を有するスピネル材料を含み、式中Ａは第１の元素を表わし、ＢはＡと異なる第２の元素を表わし、Ｏは酸素である。

別の態様によると、研磨物品は、微結晶酸化アルミニウムを含む砥粒と、砥粒の外部表面の少なくとも一部分を覆うスピネル材料を含む層とを有する研磨体を含む。この研磨体はさらに、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マンガンおよびその組合せからなる酸化物群から選択される充分量のスピネル形成材料を含む組成物から形成されたボンド材料を含む。

さらに別の態様において、研磨物品を形成する方法は、砥粒をボンド材料粉末と混合するステップと、混合物を形成して未加工体を形成するステップと、未加工体を処理してボンド材料中に砥粒を含む研磨物品を形成するステップとを含み、処理中に、砥粒のまわりにスピネル材料を含む不動態化領域が形成される。

添付図面を参照することによって、当業者は本開示をより良く理解し、その数多くの特徴および利点が明らかになるかもしれない。

一実施形態に係る研磨物品の形成方法を示す流れ図である。 実施形態に係るスピネル材料の層を有する研磨物品の部分の画像である。 実施形態に係るスピネル材料の層を有する研磨物品の部分の画像である。 実施形態に係るスピネル材料の層を有する研磨物品の部分の画像である。 一実施形態にしたがって形成された試料および従来の試料についての平均動力消費量対研削サイクル数の関係を示すプロットである。 一実施形態にしたがって形成された試料および従来の試料についての真直度対研削サイクル数の関係を示すプロットである。 一実施形態に係る研磨物品の一部分の走査電子顕微鏡画像である。 一実施形態にしたがって形成された試料および従来の試料についての平均動力消費量対研削サイクル数の関係を示すプロットである。 一実施形態にしたがって形成された試料および従来の試料についての真直度対研削サイクル数の関係を示すプロットである。

異なる図面中での同じ参照番号の使用は、類似のまたは同一の品目を表わす。

以下は、一般には研磨物品、詳細にはボンド材料内部に含まれる砥粒を用いるボンド研磨物品に向けられている。このような研磨物品は、材料除去の利用分野、例えば工作物に仕上げ加工および／または研削を施すためのさまざまな業界における材料除去の利用分野において有用である。研磨物品は、さまざまな仕上げ加工用工具例えば、ホイール、コーン、コップ形状の物品、ホーンおよび／または砥石を製造するように整形および分粒可能である。

図１は、一実施形態に係る研磨物品の形成方法を示す流れ図である。示されている通り、このプロセスは、ステップ１０１で砥粒をボンド材料粉末と混合することによって開始される。一実施形態によると、砥粒は酸化物などの無機材料を含むことができる。より詳細には、砥粒は微結晶アルミナ（ＭＣＡ）粒子を含むことができる。

ＭＣＡまたはゾルゲルアルミナ粒子は、好ましくは、種添加または種無添加ゾルゲルプロセスのいずれかにより生産される。本明細書で使用される「ゾルゲルアルミナグリット」という用語は、酸化アルミニウム一水和物のゾルを解膠してゲルを形成するステップと、ゲルを乾燥させ焼成してそれを焼結させるステップと、次に焼結ゲルを破砕し、篩にかけ、分粒してアルファアルミナ微結晶から成る多結晶粒（例えば少なくとも約９５％のアルミナ）を形成するステップとを含むプロセスによって作られたアルミナグリットのことである。アルファアルミナ微結晶に加えて、初期ゾルはさらに、１５重量％までのスピネル、ムライト、二酸化マンガン、チタニア、マグネシア、希土類金属酸化物、ジルコニア粉末またはジルコニア前駆体（これはより大量、例えば４０重量％以上で添加可能である）または他の相容性ある添加剤またはその前駆体を含んでいてよい。これらの添加剤は多くの場合、破壊靱性、硬度、脆性、破壊力学または乾燥挙動などの特性を修正するために含み入れられる。焼結ゾルゲルアルファアルミナ粒子の調製は、他の箇所で詳述される。このような調製の詳細は、例えば、その内容が参照により本明細書に援用されている米国特許第４，６２３，３６４号明細書、同第４，３１４，８２７号明細書および同第５，８６３，３０８号明細書中に見出されるかもしれない。

ＭＣＡ粒子という用語は、少なくとも９５％の理論密度および５００グラムで少なくとも１８ＧＰａのビッカース硬度（５００グラム）を有する少なくとも６０％のアルファアルミナ微結晶を含むあらゆる結晶粒を含むように定義される。焼結ゾルゲルアルファアルミナ粒子は、アルファアルミナ微結晶中に分散されたアルファアルミナ以外の材料の板状体を含んでいてよい。一般に、アルファアルミナ粒子および板状体は、この形態で作られた場合、サイズがサブミクロンである。本発明において有用であるＭＣＡ砥粒調製物およびＭＣＡ砥粒タイプのさらなる詳細は、米国特許第４，６２３，３６４号明細書および同第４，３１４，８２７号明細書中に開示されている基本的技術を引用する数多くの他の特許および公報のいずれか１つに見出されるかもしれない。

砥粒内で用いられる微結晶アルミナは、１ミクロン未満の平均結晶子サイズを有し得る。実際に、一部の場合において、微結晶アルミナは約０．５ミクロン未満、そして詳細には約０．１〜約０．２ミクロンの間の範囲内の平均結晶子サイズを有し得る。

さらに、本明細書の実施形態のボンド研磨物品は、一定含有量の二次砥粒を利用してよいということがわかる。二次砥粒が使用される場合、このような砥粒は、工具の合計砥粒の約０．１〜約９７体積％、より好ましくは約３０〜約７０体積％を提供することができる。使用してよい二次砥粒としては、酸化アルミナ、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリント（ｆｌｉｎｔ）およびガーネット粒子そしてその組合せが含まれるが、これらに限定されない。したがって、本明細書中の一部の研磨物品は、それが、ＭＣＡで製造された砥粒の第１の部分と、超砥粒、微結晶アルミナおよびその組合せからなる材料群から選択される第２の部分とを含むような形で、砥粒の混合物を利用することができる。

ボンド材料粉末に関しては、無機材料、詳細にはガラス質ボンドを有する最終形成済み研磨物品の形成を容易にする無機材料を使用してよい。すなわち、最終形成済み研磨物品は、一定含有量の非晶相を有するガラス質ボンドを有することができる。詳細には、本明細書中の実施形態の最終形成済みボンド研磨物品は、本質的に非晶相で構成されたボンド材料を含み得る。他の一部の実施形態では、少量（約５０体積％未満）で存在し得る結晶相の含有量を幾分か含むボンド材料が含まれ得ることが分かる。

特定の場合において、ボンド材料粉末は、酸化物などの無機材料を含むことができる。とりわけボンド材料粉末は、最終形成済みガラス質ボンド材料を形成するために適しているフリット材料を含むことができる。フリット材料は、最初に高温（例えば１０００℃以上）まで焼成し、冷却し、圧砕しかつ分粒して、粉末化材料（「フリット」）を形成することにより形成される、ガラスから形成された粉末材料を含み得る。フリットはこのとき、シリカおよび粘土などの原料からガラスを作るために使用される初期焼成温度よりもはるかに低い温度で溶融させられるかもしれない。

以下の段落では、ボンド材料粉末中に使用されてよい一部の含有量および一部の組成物を示す。本明細書中において、混合物を形成する上での一部の組成物の特定の量に対して言及されている場合であっても、それが必ずしも指摘された種の各々を全く同じ含有量で有する最終形成済み研磨物品中の最終ボンド組成物を形成しないかもしれないということがわかるだろう。事実、典型的には、形成プロセス中、一部の種の含有量は変化する可能性があり、したがって、最終形成済みボンド研磨材は必ずしも、初期混合物のボンド材料粉末内に含まれていたものと同じ量で一部の種を含まないかもしれない。

本明細書中の実施形態は、フリット材料を有するボンド材料粉末を利用することができる。フリット材料は、シリカ、アルカリ性酸化物（ａｌｋａｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ）化合物、アルカリ土類酸化物化合物などの酸化物およびその組合せから形成されてよい。フリット材料は、最終形成済みボンド研磨材中におけるビトリファイドボンド材料の適切な形成を促進する。一実施形態によると、ボンド材料粉末は、一定含有量のシリカ（ＳｉＯ_２）を含むことができる。例えば本明細書中の実施形態は、少なくとも約５０モル％のシリカから形成されたボンド材料粉末を利用してよい。他の実施形態において、シリカの量はより大きいもの、例えば少なくとも約５２モル％、例えば少なくとも約５５モル％、そして詳細には約５０モル％〜約７０モル％の範囲内のシリカ、例えば約５５モル％〜約７０モル％であり得る。

フリット材料は同様に、例えば酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化クロムおよび酸化アルミニウムを含めたスピネル形成材料の特定の含有量を含んでいてもよい。１つ以上のスピネル形成材料を有するフリット材料を提供することにより、ボンド材料の形成中に形成される初期組成物の１つがスピネル材料となるように、形成プロセス中にスピネル形成材料が富化されている第１の液相の形成が促進されるかもしれない。

さらに、最終形成ボンド材料は、一定含有量の酸化アルカリ（ａｌｋａｌｉ ｏｘｉｄｅ）化合物を有するボンド材料粉末から形成可能である。酸化アルカリ化合物は、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ_２Ｏ）およびその組合せなどの、周期表中に第１Ａ族元素として示されているアルカリ種を用いた酸化物化合物および錯体である。

一実施形態によると、ボンド材料粉末は、約１４モル％以下の合計酸化アルカリ化合物で形成され得る。他の場合において、ボンド材料粉末は、より少ない酸化アルカリ化合物、例えば約１３モル％以下、約１２モル％以下、さらには約１１モル％以下程度のアルカリ性酸化物化合物から形成されている。本明細書中の特定の実施形態は、約５．０モル％〜約１４モル％の範囲内の合計含有量の酸化アルカリ化合物を有するボンド材料粉末を形成するかもしれない。

ボンド材料粉末は、一部の低温ボンド組成物中でより多く見られるかもしれない酸化リチウムを極めて低含有量で含み得る。例えば、一部の実施形態において、ボンド材料粉末は、３．０モル％未満の酸化リチウム、約２．０モル％未満の酸化リチウム、さらには約１．０モル％未満の酸化リチウムから形成され得る。事実、一部の例において、ボンド材料粉末は本質的に酸化リチウムを含まない可能性がある。

ボンド材料粉末は、特定の含有量の酸化ナトリウムから形成され得る。例えば、一部の実施形態において、ボンド材料粉末は、３．０モル％未満の酸化ナトリウム、約２．０モル％未満の酸化ナトリウム、さらには約１．０モル％未満の酸化ナトリウムから形成され得る。事実、一部の例において、ボンド材料粉末は本質的に酸化ナトリウムを含まない可能性がある。

ボンド材料は、特定の含有量の酸化カリウム、例えば他のいずれの酸化アルカリ材料の含有量よりも大きい含有量の酸化カリウムから形成され得る。事実、一部のボンド材料粉末組成物は、微量（例えば約０．１モル％未満）の他の酸化アルカリ化合物を除き、単一の酸化アルカリ化合物材料として酸化カリウムのみを含んでいてよい。ボンド材料粉末は少なくとも約２．０モル％、例えば少なくとも約５．０モル％、少なくとも約１０モル％そして詳細には約２．０モル％〜約１５モル％の酸化カリウムを含むことができる。

最終ガラス質ボンド材料は、一定含有量のアルカリ土類酸化物化合物から形成され得るボンド材料粉末から形成され得る。アルカリ土類酸化物化合物は、元素周期表の第２Ａ族中に存在するアルカリ土類元素由来の２価の種を取込んだ酸化物化合物および錯体である。すなわち例えば、適切なアルカリ土類酸化物化合物としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）およびその組合せが含まれ得る。一実施形態によると、使用されるボンド材料粉末は、少なくとも約５．０モル％の合計アルカリ土類酸化物化合物から形成され得る。他の場合において、アルカリ土類酸化物化合物の含有量は、より大きいものであり、例えば少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１２モル％、さらには少なくとも約１５モル％程度である。本明細書中の特定の実施形態は、約５．０モル％〜約３０モル％、例えば約５．０モル％〜約２５モル％の範囲内の合計含有量のアルカリ土類酸化物化合物を使用してよい。

ボンド材料粉末中に存在するアルカリ土類酸化物化合物のうち、酸化マグネシウムは、他のアルカリ土類酸化物化合物と比べて最大の含有量で存在してよい。酸化マグネシウムの含有量は、他のアルカリ土類酸化物化合物に比べて多い量で、そして詳細には砥粒をとり囲むスピネル材料の形成を促進するのに充分な量で使用してもよい。例えば、ボンド材料粉末内部の酸化マグネシウムの充分な量としては、少なくとも約５．０モル％、例えば少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１２モル％、さらには少なくとも約１５モル％の酸化マグネシウムが含まれ得る。一部の混合物では、ボンド材料粉末は、約５．０モル％〜２５モル％、例えば約１０モル％〜約２０モル％、さらには約１２モル％〜約１８モル％の酸化マグネシウムを含むことができる。充分な量を決定する別の手段には、本明細書に記載されている最終ガラス質ボンド内に形成されたスピネル材料の層の厚みを測定するステップが含まれる、ということが指摘される。

ボンド材料粉末は、一定含有量の酸化カルシウムを含むことができる。例えば、本明細書中の実施形態は、約５．０モル％以下の酸化カルシウム、例えば約３．０モル％以下、約２．０モル％以下、さらには約１．０モル％以下の酸化カルシウムから形成されたボンド材料粉末を使用してよい。ボンド材料粉末の特定のミックスは、約０．０１モル％〜約５．０モル％、例えば約０．０５モル％〜約３．０モル％、さらには約０．０５モル％〜約１．０モル％の酸化カルシウムから形成され得る。一部の場合、ボンド材料粉末は本質的に酸化カルシウムを含まない可能性がある。

ボンド材料粉末内部の酸化バリウムの量は制限され、詳細には酸化マグネシウムおよび／または酸化カルシウムの含有量よりも少ないものであり得る。例えば、本明細書中の実施形態は、約５．０モル％以下の酸化バリウム、例えば約３．０モル％以下、約２．０モル％以下、さらには約１．０モル％以下の酸化バリウムから形成されたボンド材料粉末を使用してよい。とりわけ、ボンド材料粉末は、約０．０１モル％〜約５．０モル％、例えば約０．０５モル％〜約３．０モル％、さらには約０．０５モル％〜約１モル％の酸化バリウムから形成され得る。一部の場合、ボンド材料粉末は本質的に酸化バリウムを含まない可能性がある。

本明細書中の実施形態によると、最終ガラス質ボンド材料は、特定含有量のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を有するように形成され得る、ボンド材料粉末から形成され得る。とりわけ、ボンド材料粉末は、最終研磨物品の形成においてＭＣＡ（すなわち高い含有量のアルミナ）とボンド材料を含んでいてよい、砥粒の界面におけるスピネル材料の反応および形成を促進するかもしれない特定含有量のアルミナ（すなわち粉末形態の遊離アルミナ）から形成され得る。例えば本明細書中の実施形態は、約２５モル％以下のアルミナ、例えば約２０モル％以下のアルミナ、約１５モル％以下のアルミナ、約１２モル％以下のアルミナ、約１０モル％以下のアルミナ、例えば約８．０モル％以下のアルミナ、約６．０モル％以下のアルミナ、約５．０モル％以下、約３．０モル％以下、さらには約１．０モル％以下程度のアルミナから形成されたボンド材料粉末を使用してよい。それでもなお、一部の混合物は、約１．０モル％〜約２５モル％、例えば約１．０モル％〜約２０モル％、約１．０モル％〜約１５モル％、約３．０モル％〜約１５モル％のアルミナそしてさらには約３．０モル％〜約１０モル％の含有量のアルミナから形成されたボンド材料粉末を使用することができる。特定のボンド材料粉末は本質的にアルミナを含まない可能性がある。

上記酸化物種に加えて、最終ガラス質ボンドは、一部の低温ボンド組成物に比べると極めて少量であるかもしれない特定含有量の酸化リン（Ｐ_２Ｏ_５）を有するボンド材料粉末から形成されてもよい。例えば、ボンド材料粉末は、１．０モル％未満の酸化リンから形成され得る。他の実施形態では、ボンド材料粉末は、約０．５モル％未満の酸化リンから形成され得る。特定の場合において、ボンド材料粉末は、それが本質的に酸化リンを含まないような形で形成され得る。

さらに、ボンド材料粉末は、特定含有量の酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）から形成され得る。例えば、ボンド材料粉末は、少なくとも約５．０モル％、少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１．０モル％、少なくとも約１２モル％、さらには少なくとも約１５モル％の酸化ホウ素から形成されてよい。一部の場合において、ボンド材料粉末は、約５．０モル％〜約２５モル％、例えば約５．０モル％〜２０モル％の酸化ホウ素から形成され得る。

上述の一部の種に加えて、（例えば酸化マグネシウム）追加の金属酸化物化合物を混合物に加えて、追加のスピネル形成化合物としても言及される最終研磨物品の内部でのスピネル材料の形成を促すことができる。一部の適切な追加のスピネル形成化合物は、遷移金属酸化物化合物を含むことができ、詳細には、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロムおよびその組合せを含んでいてよい。このような追加のスピネル形成化合物は、スピネル材料を形成するのに充分な量で存在し得る。例えば、ボンド材料粉末は、少なくとも約１．０モル％、少なくとも約２．０モル％、少なくとも約５．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１５モル％、さらには少なくとも約１８モル％の追加のスピネル形成化合物から形成され得る。とりわけ、このような量は、単一の追加のスピネル形成化合物または異なる追加のスピネル形成化合物の組合せ全体の総量を表わしてよい。特定のボンド材料粉末組成物は、合計で約１．０モル％〜約３０モル％、例えば約２．０モル％〜約２５モル％、約２．０モル％〜約２０モル％、さらには約２．０モル％〜約１０モル％の１つ以上の追加のスピネル形成化合物から形成され得る。

砥粒とボンド材料粉末の混合物を製造した後、他の材料をこの混合物に添加してよいことがわかる。例えば、物品の形成を容易にするために、結合剤などの一部の有機化合物を混合物に添加してよい。１つの特定の実施形態によると、混合物は、一定含有量のポリエチレングリコール、動物性膠、デキストリン、マレイン酸、ラテックス、ワックスエマルジョン、ＰＶＡ、ＣＭＣおよび他の有機および／または無機結合剤を含むことができる。

さらに、最終形成済みボンド研磨物品の形成を容易にするために混合物内部に他の添加剤を提供してよい。例えば、適切な添加剤には、中空ガラスビーズ、粉砕したクルミの殻、プラスチック材料または有機化合物のビーズ、発泡ガラス粒子および発泡アルミナ、細長い粒子、繊維およびその組合せを含む（ただしこれらに限定されない）細孔形成剤が含まれ得る。

ステップ１０１で混合物を形成した後、プロセスは、ステップ１０３で混合物を形成して未加工物品を形成することによって続行可能である。未加工物品とは、高密度化を補完するために完全に熱処理されていなくてよい（すなわち完全に焼成されていなくてよい）仕上げ加工されていない物品を意味する。一実施形態によると、混合物を形成するプロセスには、混合物を意図された最終形成済みボンド研磨物品の形状に類似する特定の形状にプレス加工するプレス加工作業が含まれ得る。プレス加工作業は、冷間プレス加工作業として行なわれてよい。適切な圧力は、約１０トン〜約３００トンの範囲内であり得る。

ステップ１０３で混合物を適切に形成した後、ボンド材料中の砥粒を含む研磨物品を形成するように未加工体を処理することによって、ステップ１０５でプロセスを続行することができ、ここで、処理中、砥粒のまわりにはスピネル材料を含む不動態化領域が形成される。処理プロセスは、少なくとも約８００℃の焼成温度まで未加工物品を加熱して研磨物品を形成するステップを含むことができる。焼成は、一般には、ビトリファイドボンド材料を形成するのに適した温度で実施される。一部の場合において、焼成温度は、より高いもの、例えば少なくとも約８２５℃、少なくとも約８５０℃、少なくとも約８７５℃、少なくとも約９００℃、少なくとも約９１０℃、少なくとも約９５０℃、少なくとも約１１００℃、少なくとも約１１５０℃、少なくとも１２００℃、少なくとも約１２５０℃、さらには少なくとも約１３００℃であり得る。本明細書中の実施形態のボンド研磨物品を形成するために用いられる焼成温度は、約８００℃〜約１４００℃の範囲内、例えば約８００℃〜約１３００℃の範囲内、例えば約９００℃〜約１３００℃の範囲内、さらには１０００℃〜約１３００℃の範囲内にあり得る。

一般に、焼成は、空気を含むように、環境大気中で実施可能である。一般に、焼成のためのピーク温度の持続時間は、少なくとも約１時間、詳細には約１〜１０時間の範囲内であり得る。ガラス質ボンド材料内に含まれる砥粒を有するボンド研磨物品を形成するに充分な程度に物品を加熱した後、物品を冷却することができる。本明細書中の実施形態は、炉の動力をオフに切換えて物品を焼成温度から室温まで自然に冷却させる自然冷却プロセスを使用してよい。

本明細書の実施形態のボンド研磨物品は、ボンド材料内に含まれる砥粒を含むことができ、ここで、ボンド材料は非晶相を有するガラス質材料である。一部の組成物（例えばアルカリ性酸化物化合物、シリカ、アルミナ、酸化ホウ素など）の特定の含有量は高温形成プロセス中に変化し得、こうして最終形成済みボンド研磨物品が、初期混合物中のこのような組成物の含有量に比べて異なる含有量でこのような組成物を有するようになることが指摘される。したがって、本明細書中の実施形態のボンド研磨物品は、それが微結晶アルミナ砥粒の劣化および／または溶解を低減できるスピネル材料を有するように形成されうるような形で一部の構成成分の一定含有量そしてより詳細には一部の構成成分の比を研磨物品の最終ボンド材料が有するように形成される。

ここで、最終形成済み研磨物品におけるガラス質ボンド材料のいくつかの面に言及する。以下で認識される通り、最終形成済み研磨物品のボンド材料は、有意な量のシリカを含むことができる。一実施形態によると、最終形成済みボンド材料は、少なくとも約４５モル％のシリカ、例えば少なくとも約５０モル％のシリカ、少なくとも約５２モル％のシリカを含むことができる。さらに、一部の実施形態において、ボンド材料は約４５モル％〜約６５モル％のシリカ、そしてより詳細には約５０モル％〜約６０モル％のシリカを有することができる。

本明細書における実施形態の最終形成済みボンド材料は、特定含有量の酸化ホウ素を有することができる。例えば、最終形成済みボンド材料は、少なくとも約５．０モル％の酸化ホウ素を有することができる。他の場合において、ボンド材料は、少なくとも約１０モル％、例えば少なくとも約１５モル％の酸化ホウ素を含むことができる。一部の実施形態において、ボンド材料は、約５．０モル％〜約２５モル％、例えば約５．０モル％〜約２０モル％、さらには約１０モル％〜約１８モル％の範囲内の含有量の酸化ホウ素を有する。

本明細書中の実施形態の研磨物品は、無欠性の高いＭＣＡ粒子を用いた高温でのボンド研磨物品の形成を促進する合計含有量の酸化アルカリ化合物を、最終形成済み研磨材のボンド材料内部に有することができる。すなわち、最終ボンド材料内の酸化アルカリ化合物の合計量［Ｃａｏｃ］は、約２０モル％以下であり得る。詳細には、酸化アルカリ化合物の合計含有量は、約１８モル％以下、約１５モル％以下、約１２モル％以下、さらには約１０モル％以下であり得る。一部の場合において、本明細書中の研磨物品は、ボンド材料が、約２．０モル％〜約２０モル％、例えば約４．０モル％〜約１８モル％、さらには約６．０モル％〜約１５モル％の範囲内の酸化アルカリ化合物合計含有量を有するように形成される。

上述の通り、最終ガラス質ボンド材料を形成するのに使用されるボンド材料粉末の初期混合物は、一部の酸化アルカリ化合物、例えば酸化リチウムおよび酸化ナトリウムをきわめて少量含むことができる。こうして、研磨物品のガラス質ボンド材料は約２．０モル％未満の酸化リチウム、例えば１．５モル％未満、例えば１．０モル％未満、さらには０．５モル％未満の酸化リチウムを有することができる。とりわけ、特定の実施形態において、研磨物品の最終形成済みボンド材料は本質的に酸化リチウムを含まない可能性がある。同様に、研磨物品のボンド材料は、約２．０モル％未満の酸化ナトリウム、例えば１．５モル％未満、例えば１．０モル％未満、さらには０．５モル％未満の酸化ナトリウムを有することができる。とりわけ、特定の実施形態において、研磨物品の最終形成済みボンド材料は、本質的に酸化ナトリウムを含まない可能性がある。きわめて少量の酸化ナトリウムと酸化リチウムを用いるこれらの実施形態において、酸化カリウムの量が、ボンド材料内に存在する酸化アルカリ化合物の有意にも全てを占めるかもしれない。

さらに、最終形成済みボンド材料は、一定含有量のアルカリ土類酸化物化合物［Ｃａｅｏｃ］を含んでいてよい。特定の場合において、研磨物品は、ボンド材料が少なくとも約５．０モル％、例えば少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１２モル％、さらには少なくとも約１５モル％のアルカリ土類酸化物化合物を含むことができるような形で形成され得る。一部の実施形態によると、ボンド材料は、約５．０モル％〜約５０モル％、約１０モル％〜約５０モル％、さらには約１５モル％〜約４５モル％のアルカリ土類酸化物化合物の合計含有量を有し得る。

アルカリ土類酸化物化合物の合計含有量に加えて、最終ガラス質ボンド材料は、約１．０未満の値を有し得る、［Ｃａｅｏｃ／Ｃａｏｃ］として表わされる酸化アルカリ化合物（モル％単位）とアルカリ土類酸化物化合物（モル％単位）の合計含有量間の特定の比を用いてよい。他の実施形態では、この比は、約０．９未満、例えば少なくとも約０．８５、約０．８未満、さらには約０．７５未満であり得る。それでも、［Ｃａｅｏｃ／Ｃａｏｃ］比は、約０．２５〜約１．０、例えば約０．３〜約０．９、例えば約０．４〜約０．９、例えば約０．４〜約０．８５、そしてさらには約０．４〜約０．８の範囲内であり得る。

本明細書中の特定の実施形態によると、ボンド材料は、最終形成済み研磨物品内部でスピネル材料を形成するのに充分な量の酸化マグネシウムから形成される。一部の研磨物品において、ボンド材料は、他のいずれのアルカリ土類酸化物化合物よりも多い量の酸化マグネシウムを有することができる。事実、より特定の実施形態においては、ボンド材料は、ボンド内部の他のいずれのアルカリ土類酸化物化合物よりも少なくとも約２倍多い量の酸化マグネシウムを含む。さらに、他の実施形態において、ボンド材料は、他のいずれのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも約５倍多い、例えば少なくとも約８倍多い、少なくとも約１０倍多い、さらには少なくとも約１２倍多い量の酸化マグネシウムを有することができる。

換言すると、最終形成済み研磨物品は、少なくとも約１．０モル％の酸化マグネシウムを有するボンド材料を含み得る。他の実施形態は、ボンド材料内部により大量の酸化マグネシウム、例えば少なくとも約３．０モル％、少なくとも約５．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１５モル％、少なくとも約２０モル％、さらには少なくとも約２５モル％程度の酸化マグネシウムを使用することができる。特定の実施形態は、約１．０モル％〜約５０モル％、例えば約１．０モル％〜約４０モル％、約１．０モル％〜約３０モル％、約３．０モル％〜約３０モル％、約３．０モル％〜約２５モル％、さらには約５．０モル％〜約２０モル％の範囲内の酸化マグネシウム含有量を有する最終形成済み研磨物品のボンド材料を有する。

酸化マグネシウム含有量に加えて、最終形成済み研磨物品のボンド材料は、ボンド内でスピネル材料を形成する上で有用である特定の量の他の追加のスピネル形成化合物を含んでいてよい。このような適切なスピネル形成用添加剤材料（酸化マグネシウムを除く）には、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化マンガン、酸化クロム、およびその組合せが含まれ得る。一実施形態によると、最終形成済み研磨物品のボンド材料は、スピネル形成用添加剤材料のいずれか１つ（またはその組合せ）を少なくとも約０．１モル％含むことができる。他の実施形態では、スピネル形成用添加剤材料のいずれか１つまたは１つの組合せの量は、少なくとも約０．５モル％、少なくとも約１．０モル％、少なくとも約２．０モル％、少なくとも約３．０モル％、少なくとも約５．０モル％、少なくとも約８．０モル％、少なくとも約１０モル％、少なくとも約１２モル％、少なくとも約１５モル％、さらには少なくとも約２０モル％の量で存在し得る。最終形成済み研磨物品中の特定のボンド材料は、スピネル形成用添加剤材料のいずれか１つまたは１つの組合せを、約０．１モル％〜約３５モル％、例えば約０．５モル％〜約３０モル％、例えば約０．５モル％〜約２５モル％、約０．５モル％〜約１０モル％、さらには０．５モル％〜約５．０モル％含むことができる。最終ボンド材料内部の酸化マグネシウムを含めたスピネル形成材料の含有量は、この材料がスピネル材料の一部を成してもよいことから、初期の量よりもきわめて低いものであってよいということがわかる。

特定のボンド組成物において、最終形成済み研磨物品のボンド材料は、少なくとも約０．１モル％の酸化亜鉛を含む。他の場所において、酸化亜鉛の量はさらに多く、例えば少なくとも約１．０モル％、少なくとも約２．０モル％、少なくとも約３．０モル％、さらには少なくとも約５．０モル％であり得る。一部のボンド組成物は、約０．５モル％〜約３．０モル％、そしてより詳細には約１．０モル％〜約３．０モル％の酸化亜鉛を有することができる。さらに、一変形実施形態によると、研磨物品は、ボンド材料が同量の酸化亜鉛と酸化マグネシウムとを有するような形で形成される。一部のボンド組成物は、同量の酸化鉄、酸化マンガンおよび／または酸化クロムも含む可能性がある。

さらに、最終形成済みボンド材料は、特定含有量の酸化カルシウム、詳細には酸化マグネシウムの含有量より少ない量の酸化カルシウムを含むことができる。例えば、最終形成済みボンド材料は、約３．０モル％未満の酸化カルシウム、例えば約２．０モル％未満の酸化カルシウム、さらには約１．０モル％未満の酸化カルシウムを含み得る。一部の実施形態において、最終形成済みボンド材料は本質的に酸化カルシウムを含まない可能性がある。同様に、最終形成済みボンド材料内部の酸化バリウムの量は、酸化カルシウムについて以上で指摘された値範囲と同じであり得る。その上、最終形成済みボンド材料は、約２．０モル％未満、例えば約１．０モル％未満、そして詳細には約０．１〜約１．０モル％の範囲内の量の酸化バリウムを含み得る。一部のボンド材料は本質的に酸化バリウムを含まない可能性がある。

ボンドは、他の材料、詳細には酸化リンなどの酸化物化合物をわずかな量で含んでいてよい。例えば、最終形成済みボンド材料は、約１．０モル％未満の酸化リン、例えば約０．５モル％未満の酸化リンを有することができる。詳細には、研磨物品の最終形成済みボンド材料は本質的に酸化リンを含まない可能性がある。

本明細書中の実施形態のスピネル材料は、ボンド材料内で形成され得、研磨物品の形成中、ＭＣＡ砥粒の溶解および劣化を削減するかもしれない。スピネル材料は一般に、立方格子構造を有し、一般構造式ＡＢ_２Ｏ_４で表わすことができ、式中Ａはマグネシウム、亜鉛、マンガン、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Ｂは、アルミニウム、クロム、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Ｏは酸素である。一部の場合において、スピネル材料は、それが実質的に組成物ＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含むような形で形成される。事実、一部の実施形態についての最終形成済み研磨物品のボンド材料内のスピネル材料は、本質的にＭｇＡｌ_２Ｏ_４で構成され得る。

さらに、他の実施形態において、スピネル材料は、式（Ｍｇ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ｆｅ^２＋，Ｍｎ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｆｅ^３＋，Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４により表わされる組成を有する固溶体であり得る。一部の他の実施形態において、スピネル材料は、Ｂタイプの元素（すなわち三価の種）に対する元素置換をより少なくすることができ、こうして材料は、スピネル材料内部でアルミニウムが実質的に唯一の三価の種である式（Ｍｇ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ｆｅ^２＋，Ｍｎ^２＋）（Ａｌ^３＋）_２Ｏ_４で表わされる固溶体となる。事実、特定の場合において、スピネル材料は、三価の種が本質的にアルミニウムのみで構成されるような形で形成可能である。あるいは、固溶体スピネル材料は、（Ｍｇ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ｆｅ^２＋，Ｍｎ^２＋）（Ｆｅ^３＋）_２Ｏ_４という組成を有することができ、こうして材料内に存在する三価の種の本質的に全てが鉄となる。別の実施形態において、スピネル材料は、（Ｍｇ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ｆｅ^２＋）（Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４という組成で表わすことができ、ここでこの材料内に存在する三価の種の本質的に全てがクロムである。さらに、一部のスピネル材料は、アルミニウム、クロムおよび鉄を含む元素の混合物を利用できることがわかる。このようなスピネル材料の内部では、アルミニウムが三価の種の大部分の含有量を占めるいくつかの実施形態が企図されており、一部の実施形態では、アルミニウムが実質的な量例えば少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％程度以上を占めている。したがって、上述のスピネル材料によると、鉄とクロムがわずかな量（例えば鉄およびクロムの各々が約１０％未満）で存在してよい。

さらに他の実施形態において、スピネル材料は、式（Ｍｇ^２＋，Ｚｎ^２＋，Ｆｅ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｆｅ^３＋，Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４により表わされる一般組成を有する固溶体材料であり得、式中、材料内の２価の種を表わすＡタイプの元素は、マグネシウム、亜鉛、鉄およびその組合せを含む異なる元素の組合せを含むことができる。一部の実施形態において、マグネシウムは、亜鉛および／または鉄よりも多い量で存在してよい。例えば、マグネシウムは、元素Ｚｎ^２＋とＭｎ^２＋に比べて大部分を占める量で固溶体内に存在してよい。事実、一部のスピネル材料は、組成物中の全ての二価の種の少なくとも約７５％、例えば少なくとも約８０％、少なくとも約８５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、さらには少なくとも約９８％程度である量のマグネシウムを使用するかもしれない。

他のスピネル材料は、式（Ｍｇ^２＋，Ｚｎ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｆｅ^３＋，Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４により表わされる組成を有することができ、式中Ａタイプの元素は、マグネシウムまたは亜鉛のいずれかを含み、この組成は実質的に鉄を含まない。さらに他の実施形態において、組成は（Ｍｇ^２＋，Ｆｅ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｆｅ^３＋，Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４として表わすことができ、式中Ａタイプの二価の種はマグネシウムまたは鉄のいずれかを含むことができ、組成は実質的に亜鉛を含まない。

１つの特定の実施形態によると、スピネル組成物は、式（Ｍｇ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｆｅ^３＋，Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４により表わされ、マグネシウムのみをＡタイプの二価の種として使用する。とりわけ、一部のスピネル組成物について、固溶体スピネル材料は、比較的少ない三価の種を含む組成も有することができ、実質的にクロムを含まない（Ｍｇ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｆｅ^３＋）_２Ｏ_４などの組成物、あるいは実質的に鉄を含まない（Ｍｇ^２＋）（Ａｌ^３＋，Ｃｒ^３＋）_２Ｏ_４として表わされる組成物を含むことができる。

スピネル材料は、ボンド材料内部で不動態化領域として存在することができる。不動態化領域には、研磨物品内部の他の領域とは対照的に特に高濃度のスピネル材料を有しているかもしれないボンド材料内の領域に対する言及も含まれる。一部の不動態化領域は必ずしも、個別層または膜など、ボンド材料と砥粒の間で別個に識別できる構造ではないかもしれないという点に留意すべきである。不動態化領域という用語は、ボンド材料とは異なる組成または相のものであり得、砥粒をとり囲む材料の不連続領域、あるいは砥粒の外部に沿って延在し、かくして砥粒をとり囲む材料層などの連続領域を含めた一般的用語である。スピネル材料を含む不動態化領域は、好ましくは砥粒の少なくとも一部分のまわり、そしてより詳細には微結晶アルミナを含む砥粒に隣接してこれをとり囲んで配置され得る。詳細には、スピネル材料を有する不動態化領域は、主としてボンド材料内部にあり、好ましくは砥粒とボンド材料の間の界面に配置され得る。不動態化領域は、砥粒に隣接する位置に配置されてよいが、必ずしも砥粒にボンディングされていなくてよい。事実、一部の場合において不動態化領域は本質的にスピネル材料で構成されてよい。

不動態化領域は、それが砥粒の一部分に沿って、詳細には砥粒の外部領域に沿って延在するような形で形成されてよい。不動態化領域は、研磨物品の内部で砥粒の大部分をとり囲むことができる。事実、不動態化領域は、研磨物品の内部に含まれている砥粒の少なくとも約６０％、少なくとも約７５％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％または本質的に全てをとり囲むことができる。

とりわけ、一部の実施形態において、研磨物品は、２つ以上のタイプの砥粒を取込むことができる。すなわち、例えば、研磨物品は、ＭＣＡを含む砥粒および、超砥粒材料、単結晶アルミナまたは本明細書中で指摘されている他の二次的タイプの砥粒材料のいずれかで製造された砥粒で形成され得る。このような実施形態において、研磨物品は、不動態化領域が好ましくはＭＣＡを含む砥粒のまわりに、そして詳細にはＭＣＡの砥粒のみをとり囲んで配置されるような形で形成され得る。このような実施形態においては、スピネル材料を含む不動態化領域は必ずしも第２の砥粒材料のまわりに（すなわちこれをとり囲んで）配置されなくてもよい。したがって、一部の設計において、研磨物品は、ＭＣＡの砥粒を含み、そこで不動態化領域はＭＣＡの砥粒のまわり（例えば砥粒とボンド材料の界面）に選択的に配置されており、さらに不動態化領域は、第２の砥粒セットから離隔されており、こうしてこの第２の砥粒セットは、不動態化領域またはスピネル材料を含む層を実質的に含まない。

一部の実施形態によると、スピネル材料は実際には、粒子の少なくとも一部分を覆う観察可能な個別の材料層として存在してよい。すなわち、スピネル材料を含む個別層が、砥粒の外部表面に配置され、この表面を覆うことができる。特定の研磨物品において、層は、砥粒と直接接触することができる。より特定の場合において、スピネル材料を含む層は、砥粒に直接ボンディングされ得る。さらにスピネル材料を含む層をボンド材料に直接ボンディングすることもできる。

この層は、特に研磨物品内部の砥粒全量の被覆率に関して、不動態化領域と同じ属性を有することができる。その上、この層は、砥粒とボンド材料の間の界面にある個別の特定可能な領域であり得、こうして層はボンド材料と砥粒とは別の微細構造を有する。このような場合、層は砥粒の全外部表面の少なくとも一部分、例えばその少なくとも約２５％、少なくとも約４０％、さらにはその大部分を覆うことができる。さらに、砥粒の外部表面のスピネル材料層の被覆度はより大きいもの、例えば少なくとも約７５％、少なくとも約８０％さらには本質的に砥粒の外部表面全体であり得る。

スピネル材料を含む層は、形成中の一部の砥粒の劣化および／または溶解を削減するのに適した平均厚みを有することができる。例えば、層は少なくとも約０．０１ミクロンの平均厚みを有することができる。他の場合において、この層は、少なくとも約０．１ミクロン、例えば少なくとも約１ミクロン、少なくとも約２ミクロン、少なくとも約３ミクロン、さらには少なくとも約４ミクロンの平均厚みを有することができる。さらに、スピネル層の平均厚みは、約０．０１ミクロン〜約１０ミクロン、例えば約０．１ミクロン〜約５ミクロンの範囲内にあり得る。

とりわけ、スピネル材料を使用する本明細書中の実施形態については、研磨物品は、研磨物品内のスピネル材料の大部分が不動態化領域または層の内部に配置されるような形で形成される。特定の場合において、研磨物品内部に存在するスピネル材料の本質的に全てが、不動態化領域または層の内部に存在し得る。

図２Ａ〜２Ｃを簡単に参照すると、一実施形態に係るスピネルを有する不動態化領域そしてより詳細にはスピネル材料層を明示する研磨物品の部分の走査電子顕微鏡画像が提供されている。図２Ａの画像は、砥粒のまわりのスピネルを含む層の形成を明示するためおよそ７００倍の倍率で撮られたものである。砥粒をとり囲むスピネル層にさらにピントを合わせた図２Ｂの写真の倍率はさらに大きいものであった。図２Ａに提供されている通り、研磨物品の一部分は、ボンド材料２０３の内部に含まれる最も濃い部分として示された砥粒２０１を含んでいる。示されている通り、研磨物品は、砥粒２０１をとり囲み、砥粒２０１の外部表面で砥粒２０１とボンド材料２０３の間の界面に位置づけされた材料層２０５を含む。この層２０５は、形成中の砥粒の劣化および／または溶解を防止できるスピネル材料を含む。層２０５は、砥粒２０１およびボンド材料２０３と直接接触している個別の識別可能な層として示されている。より詳細には、層２０５は、砥粒２０１およびボンド材料２０３に直接ボンディングされ得る。

図２Ｂはさらに、砥粒２０１とボンド材料２０３の間の界面に配置されたスピネル材料の層２０５の個別性を示している。図２Ｂはさらに、約３〜４ミクロンの範囲内の平均厚みを有する層２０５の厚みを示している。

図２Ｃは、本明細書中の実施形態にしたがって形成された研磨物品の別の拡大画像を提供しており、砥粒２０１とボンド材料２０３の界面に配置されたスピネル材料を含む層２０５を明示している。

材料コーティングなどの特定の特徴を有するように砥粒を形成できるということがわかる。材料コーティングは、酸化物などの無機材料を含むことができる。コーティングを用いた砥粒のこのような場合においては、コーティングの外部例えばコーティングとボンド材料の間の界面に、スピネル材料を含む不動態化領域または層を配置することができる。

本明細書中の実施形態に係る研磨物品は、研磨物品の総体積の約３４体積％〜約５６体積％、例えば約４０体積％〜約５４体積％、そして詳細には約４４体積％〜約５２体積％の砥粒合計含有量を含むことができる。ＭＣＡ研磨材は、研磨物品の全砥粒の約１〜約１００体積％、例えば研磨物品中の砥粒の総体積の約１０体積％〜約８０体積％、または３０体積％〜約７０体積％を占めることができる。その上、一部の研磨物品は、１つ以上の二次的砥粒、充填材および／または添加剤を０．１体積％〜６０体積％含むことができる。

本明細書中の実施形態の研磨物品は、研磨物品の総体積の約３体積％〜約３０体積％のボンド材料を含むことができる。より特定の場合において、研磨物品は、約３体積％〜約２５体積％のボンド、約４体積％〜約２０体積％のボンド、さらには約５体積％〜約１８．５体積％のボンドを含むことができる。

研磨工具の大部分はさまざまな多孔度を有し得るが、本明細書中の実施形態にしたがって形成された研磨体の一部は、一定の細孔含有率を示してよい。例えば、研磨体は、研磨物品の総体積の約５０体積％未満である気孔率を有することができる。他の場合においては、気孔率は約４９体積％未満、例えば約４０体積％未満であり得る。特定の場合において、研磨体は、少なくとも約２０体積％で約４０体積％未満、例えば約３０体積％〜約５０体積％、そしてより特定的には約３０体積％〜約４９体積％である気孔率を有するように形成され得る。

実施例１
２つの試料、すなわち本明細書中の実施形態にしたがって形成された第１の試料Ｓ１と従来のボンド材料を有する第２の従来の試料ＣＳ１とを調製した。試料Ｓ１およびＣＳ１を特定の研削条件下で試験して、その性能特性を比較した。

最初に８０〜９０重量％の砥粒と下表１に提供された組成を有する初期ボンド材料の９〜１５重量％とを組合せることによってＳ１試料を形成させた。この混合物はさらに、結合剤材料を含めた他の添加剤を残量（重量％）だけ含んでいた。試料Ｓ１を最初に冷間プレス加工して未加工物品を形成し、その後、約１０００℃の焼成温度で焼結して、およそ４６〜５０体積％の砥粒、７〜１２体積％のガラス質ボンド材料、および残量の細孔を有する最終ボンド研磨物品を形成した。ボンド材料の初期および最終組成は、表１に提供されている。最終組成は、ＣＡＭＥＣＡ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳＸ５０機を用いたマイクロプローブ分析を用いて測定した。

試料ＣＳ１は、試料Ｓ１のプロセスに従って形成されるが、約９００℃〜９５０℃の焼成温度で焼成される。試料Ｓ１と同様、試料ＣＳ１も、およそ４６〜５０体積％の砥粒、７〜１２体積％のボンド材料、および残量の細孔を含むように形成した。

ＣＳ１試料についての最終形成済みガラス質ボンドのボンド組成は、およそ４５〜５２モル％のシリカ、１５〜１８モル％のアルミナ、一定含有量の酸化ホウ素、大量の酸化リチウムを含む２０モル％未満の酸化アルカリ化合物、２．０モル％未満のアルカリ土類酸化物化合物を有し、１．５モル％未満のＭｇＯ、ＺｎＯおよびＦｅ_２Ｏ_３をも含んでいた。とりわけ、ＣＳ１試料の最終形成済みガラス質ボンドはスピネル材料を全く有していなかった。

試料Ｓ１およびＣＳ１を内径研削作業に付し、１研削サイクルあたりのボンド研磨物品の動力消費量と同様、研削手順後の試料Ｓ１およびＣＳ１の真直度を判定した。研削条件を、下表２に要約する。

図３および４は、テスト結果を要約している。図３は、各々の試料（すなわちＳ１およびＣＳ１）についての動力対研削サイクル数のプロットを含んでいる。図３のデータは、試料Ｓ１が、全ての研削サイクルについて使用動力量が少なく、ひいては研削サイクルの各々についての平均動力消費量が低いことを明示し、試料１が試料ＣＳ１に比べて改善された砥粒無欠性を有することを示唆している。

さらに、図４は、ボンド研磨物品による研削作業後に工作物中に生成される表面の直線性の尺度である、真直度と研削サイクルの関係を示すプロットを含む。生成された部品の真直度は、縁部とバルク領域内のホイール摩耗の均一性に関係づけすることができる。真直度の測定は、円ゲージ（Ｍａｈｒ Ｆｅｄｅｒａｌ製Ｆｏｒｍｓｃａｎ ２６０）を用いて実施され、工作物の表面に沿ってラインプロファイルが生成される。このような測定を各部品について４回行ない、その平均を真直度の値として報告する。この試験方法は、規格ＡＳＭＥ Ｙ１４．５Ｍ「Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｏｌｅｒａｎｃｉｎｇ」にしたがったものである。示されている通り、試料Ｓ１は、試料ＣＳ１に比べて真直度の変動が少なく、したがって研削能力により一貫性があることを明示している。

実施例２
試料Ｓ１と同じ構造を有する別の試料（Ｓ２）を、試料Ｓ１の方法にしたがって形成した。下表３は、モル％単位の材料構成成分の初期ボンド組成を要約したものである。本明細書中で開示されているプロセスに係るボンド研磨材料を形成した後、試料を切片化し、１２００倍の倍率で検分して、不動態化領域の性質を判定した。

図５は、切片化した試料Ｓ２の画像を含む。提供されている試料Ｓ２のボンド研磨剤は、砥粒５０３を覆う個別層５０１の形での不動態化領域を明示している。事実、示されている通り、スピネル材料を含む層５０１は、砥粒５０３とボンド材料５０５の間で砥粒５０３の外部表面に沿って延在する連続領域である。スピネル材料を含む層５０１は、ボンド研磨物品の微細構造の内部にあり個別でかつ別個に識別可能な相として示されている。

実施例３
試料Ｓ１と同じ構造を有する別の試料（Ｓ３）を、試料Ｓ１の方法にしたがって形成した。下表４は、モル％単位の材料構成成分の初期ボンド組成を要約したものである。

図６および７は、試料Ｓ３の本体から形成された試料を用いて行なった研削試験を要約したものである。試料Ｓ３および比較用試料ＣＳ１を用いて、実施例１中で詳述した研削作業を行なった。図６は試料Ｓ３と実施例１の比較用試料ＣＳ１についての動力と研削サイクル数の関係を示すプロットを含んでいる。図６で提示したデータは、試料Ｓ３が、全ての研削サイクルについて使用動力量が低く、ひいては各々の研削サイクルについての平均動力消費量が少ないことを明示し、試料Ｓ３が試料ＣＳ１と比べて改善された砥粒無欠性を有することを示している。

さらに、図７は、実施例１において説明されたテストパラメータにしたがって研削作業を実施した後の、試料Ｓ３と従来の試料ＣＳ１についての真直性と研削サイクル数の関係を示すプロットを含んでいる。以上で指摘した通り、生成された部品の真直性は、縁部およびバルク領域内のホイール摩耗の均一性に関係づけすることができ、これは本明細書中に記載したパラメータにしたがって測定される。試料Ｓ３は、試料ＣＳ１に比べて真直性の変動がやや大きいが、このような値は、著しく少ない動力を使用して達成されており、したがって、全体として、従来の試料に比べた試料の性能の改善が示された。

本明細書中の実施形態は、高温ボンド研磨物品中に微結晶アルミナ粒子を取込んだ研磨物品において、微結晶アルミナ粒子が改善された無欠性と最小限の溶解および劣化を示す研磨物品に向けられている。一般に、ＭＣＡ粒子を用いた最先端のボンド研磨物品は、１０００℃未満の温度で形成された低温ビトリファイドボンドの形成と使用に向けられてきた。しかしながら、本明細書中の実施形態は、ＭＣＡを含む砥粒の近傍に（例えばこれを取囲むかまたはこれを覆って）好ましくは不動態化領域さらには材料層として配置されたスピネル材料を含むように形成され、こうしてＭＣＡ粒子の溶解を最低限に抑えるボンド研磨物品に向けられている。本明細書中の実施形態は、特定のボンド組成、酸化アルカリ化合物とアルカリ土類酸化物化合物の間の比、シリカと他の化合物の比、酸化ホウ素と他の構成成分の比などを含めた（ただしこれらに限定されない）ボンド内部の化合物の特定の比を含めた特徴の１つ以上の組合せを使用することができる。以上では、実施形態のボンド研磨物品を記述し定義するためにさまざまな要領で組合せることのできる特徴の組合せが記載されている。この記述は、特徴の序列を説明するように意図されたものではなく、本発明を定義するために１つ以上の要領で組合せることのできる異なる特徴を説明するように意図されたものである。

以上で、具体的な実施形態およびいくつかの構成成分の関連性に対する言及は、例示的なものである。連動または関連しているものとしての構成成分に対する言及は、前記構成成分間の直接的関連性または本明細書中で論述されている方法を実施するものとして今後認識されるような１つ以上の介入する構成成分を通した間接的な関連性のいずれかを開示するように意図されたものであることがわかるだろう。したがって、以上で開示した内容は、限定的なものではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、添付のクレームは、本発明の真の範囲内に入る全ての修正、増強および他の実施形態を網羅するように意図されている。こうして、法律により許容される最大限度で、本発明の範囲は、以下のクレームおよびその等価物の許容可能な最も広義の解釈により決定されるべきであり、以上の詳細な説明により制約または限定されるものではない。

「開示の要約」は、特許法に準拠するように提供されたものであり、クレームの範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという了解の下に提出されたものである。さらに上述の「詳細な説明」では、開示を簡素化する目的で、さまざまな特徴を一緒にまとめるかまたは単一の実施形態に記述しているかもしれない。この開示は、請求対象の実施形態が各クレーム内で明示的に列挙されているよりも多くの特徴を必要としているという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下のクレームが反映しているように、発明力ある内容は、開示されている任意の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴に向けられていてよい。したがって、以下のクレームは、各クレームが別個に請求される内容を定義するものとして独立している状態で、「詳細な説明」の中に組込まれるものである。

Claims (13)

1. ボンド材料のマトリクス内部に含まれる砥粒を含む研磨体を含む研磨物品において、前記研磨体が、前記砥粒の少なくとも６０％をとり囲むように覆う、スピネル材料を含む不動態化領域を前記ボンド材料内部にさらに含み、前記ボンド材料は酸化マグネシウムを含み、前記ボンド材料内の酸化マグネシウムの含有量は、前記ボンド材料内の他のいずれのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも２倍多い、研磨物品。
2. ボンド材料内部に砥粒を含む研磨体を含む研磨物品において、前記砥粒が微結晶酸化アルミニウムを含み、前記研磨体がさらに前記砥粒と前記ボンド材料間の界面に配置された、スピネル材料を含む不動態化領域を前記ボンド材料内部に含み、前記不動態化領域が前記砥粒の少なくとも６０％をとり囲み、前記ボンド材料は酸化マグネシウムを含み、前記ボンド材料内の酸化マグネシウムの含有量は、前記ボンド材料内の他のいずれのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも２倍多い、研磨物品。
3. 研磨物品を形成する方法において、
   砥粒をボンド材料粉末と混合するステップと；
   前記混合物を形成して未加工体を形成するステップと；
   前記未加工体を処理してボンド材料中に砥粒を含む研磨物品を形成するステップと、
   を含み、処理中に、前記ボンド材料内部の前記砥粒のまわりにスピネル材料を含む不動態化領域が、当該不動態化領域が前記砥粒の少なくとも６０％をとり囲むように形成され、前記ボンド材料は酸化マグネシウムを含み、前記ボンド材料内の酸化マグネシウムの含有量は、前記ボンド材料内の他のいずれのアルカリ土類酸化物化合物の量よりも少なくとも２倍多い、方法。
4. 前記砥粒が、砥粒の第１の部分を含み、前記研磨物品がさらに、前記砥粒の前記第１の部分と異なる組成を有する砥粒の第２の部分を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
5. 前記スピネル材料が、一般等式ＡＢ_２Ｏ_４によって表わされ、式中Ａはマグネシウム、亜鉛、マンガン、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Ｂはアルミニウム、クロム、鉄およびその組合せからなる群から選択される元素であり、Ｏが酸素である、請求項１、または２に記載の研磨物品。
6. 前記スピネル材料がＭｇＡｌ_２Ｏ_４を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
7. 前記ボンド材料がガラス質材料を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
8. 前記ボンド材料が少なくとも４５モル％の量でシリカ（ＳｉＯ_２）を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
9. 前記ボンド材料が酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
10. 前記ボンド材料が、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ_２Ｏ）およびその組合せからなる酸化物化合物群から選択されるアルカリ性酸化物化合物を含み、前記ボンド材料が、２０モル％以下のアルカリ性酸化物化合物合計含有量［Ｃ_ａｏｃ］を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
11. 前記ボンド材料が少なくとも１．０モル％の酸化マグネシウムを含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
12. 前記ボンド材料が酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む、請求項１、または２に記載の研磨物品。
13. 前記スピネル材料を含む不動態化領域は、前記ボンド材料内のマグネシウムと砥粒との反応によって形成される、請求項１、または２に記載の研磨物品。

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