JP5861277B2 - ジルコニア系研磨剤 - Google Patents
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Description
粉末X線回折装置(マック・サイエンス社製、商品名「MPX3」)を用いた。X線源としてはCu−Kα線を使用した。正方晶(T)と単斜晶(M)の割合は、正方晶の回折ピーク強度と単斜晶の回折ピーク強度の比から次式により求めた。
M(%)=100×(IM(111)+IM(11−1))/((IT(111)+IM(111)+IM(11−1))
IT(111):正方晶(111)面回折強度、IM(111):単斜晶(111)面回折強度、IM(11−1):単斜晶(11−1)面回折強度
なお、正方晶(T)と単斜晶(M)の割合がともに0である場合は、立方晶(C)が100%であるとした。
粉末の比表面積はBET法による一点式比表面積測定装置(ユアサアイオニクス社製、商品名「MONOSORB」)により測定した。
粉末のX線回折は粉末X線回折装置(マック・サイエンス社製、商品名「MPX3」)を用いた。X線源としてはCu−Kα線を使用した。結晶子径はX線回折のメインピーク(正方晶系の場合(111)面)を用いて次式により算出した。測定装置固有の半値幅(B)は結晶Siを標準試料として求めた。
L:結晶子径、λ:1.5418Å、b:メインピークの半値幅、B:Siの(111)面の半値幅、θ:メインピークの回折角度/2
(平均一次粒子径の測定)
透過電子顕微鏡で粉末粒子形状を観察した。試料は、粉末をアセトン溶媒に超音波分散させ、少量を樹脂膜が張られたメッシュ上に展開して作製した。10〜15万倍の写真を撮影し、一次粒子を任意に選び、その直径を一次粒子径とした。200個以上の一次粒子径を計測し、その平均値を平均一次粒子径とした。
平均二次凝集粒子径はレーザー光散乱方式の粒度分布測定装置(島津製作所製、商品名「SALD−7100」)を用いて測定した。粉末を水に超音波分散させ、測定試料とした。体積基準のメジアン径を平均二次凝集粒子径とした。
二次粒子の凝集の程度を定量化するために、透過型電子顕微鏡で測定した二次凝集粒子の形状についてフラクタル次元解析を行った。透過電子顕微鏡にて測定された100個の二次凝集粒子を用い、それぞれの粒子について画像解析ソフト(プラネトロン社製、「Image Pro Plus」)によりフラクタル次元を求めた。
(イットリア含有ジルコニア粉末の調製)
オキシ塩化ジルコニウム(ZrOCl2・8H2O)を純水に溶解させた溶液(ZrO2換算 0.4mol/l)を100℃に120時間、加熱して加水分解反応を起し、水和ジルコニアを析出させた。この白濁溶液を容積が1/10になるまで加熱濃縮し、そこに市販イットリア粉末と少量のNaCl(ZrO2に対して1wt%)を加えて溶解させた。イットリア添加量は3モル%(Y2O3/ZrO2=3/97)とした。濃縮液を耐酸性噴霧乾燥機を用いて乾燥し、乾燥粉末を1050℃で2時間焼成して、イットリアを固溶したジルコニア粉末を得た。得られたジルコニア粉末をジルコニアビーズ(φ0.3mm)を用いた攪拌ミルで粉砕して微粒化したものを研磨剤とした。
(イットリア含有ジルコニア粉末の調製)
イットリア添加量を8モル%(Y2O3/ZrO2=8/92)とする以外は、実施例1と同様の方法でジルコニア粉末を得た。得られたジルコニア粉末をジルコニアビーズ(φ0.3mm)を用いた攪拌ミルで粉砕して微粒化したものを研磨剤とした。
(セリア含有ジルコニア粉末の調製)
市販イットリア粉末の代わりに市販セリア粉末を用い、12モル%(CeO2/ZrO2=12/88)となるように濃縮液に添加した以外は実施例1と同様の方法でジルコニア粉末を得た。得られたジルコニア粉末をジルコニアビーズ(φ0.3mm)を用いた攪拌ミルで粉砕して微粒化したものを研磨剤とした。
(無添加ジルコニア粉末の調製)
市販イットリア粉末を無添加とした以外は実施例1と同様の方法でジルコニア粉末を得た。ジルコニアビーズ(φ0.3mm)を用いた攪拌ミルで粉砕して微粒化したものを研磨剤とした。
イットリア含有ジルコニア、セリア含有ジルコニア、無添加ジルコニアの各粉末の焼成温度を950℃とした以外は実施例1と同様の方法でジルコニア粉末を得た。得られたジルコニア粉末をジルコニアビーズ(φ0.3mm)を用いた攪拌ミルで粉砕して微粒化したものを研磨剤とした。
中和法で製造された市販ジルコニア粉末をジルコニアビーズ(φ0.3mm)を用いた攪拌ミル(シンマルエンタープライズ社製、LP−AZV−1S)で粉砕して微粒化したものを研磨剤とした。
実施例1〜4及び比較例1〜5で得られた粉末について、結晶相、比表面積、結晶子径、平均一次粒子径、平均二次凝集粒子径、300〜800nmの二次凝集粒子の割合、二次凝集粒子のフラクタル次元を測定し、表1の結果を得た。
実施例1〜4及び比較例1〜5の各粉末に純水を加え、スラリー(固形分25wt%)とし、これを用いて石英ガラス基板の研磨レートを評価した。下工具片面小型研磨試験機にポリウレタン製研磨パッド(ローデス社製、商品名「LP−66」(ショア硬さ76))と石英ガラス基板(34mm角、1.7mm厚さ)3枚とをセットし、研磨圧力169g/cm2、上下定盤回転数30rpm、スラリー流量120ml/minの条件で1時間研磨し、1回目試験とした。次に、同様の条件で1時間研磨し、2回目試験とした。各試験でのガラス基板の厚さ減少量を測定し、2回の平均値から研磨レートを算出した。
研磨評価試験において、研磨パッドをポリウレタン製研磨パッド(東レコーテックス社製、商品名「CF5706」(ショア硬さ93))に変えた以外は試験例1〜10と全く同様の方法で研磨レートを評価した。結果を表3に示す。研磨レートは、研磨パッドを硬くすることによって市販セリア研磨剤との差は小さくなったが、ほぼ同等であり、依然として高いものであることがわかった。
2.一次粒子
3.二次凝集粒子
Claims (8)
- 結晶子径25〜50nmである一次粒子が集合した二次凝集粒子の平均粒径が300〜500nmであり、前記二次凝集粒子の50体積%以上が粒径300〜800nmである、比表面積4〜10m2/gであることを特徴とするジルコニア粉末からなる研磨剤。
- 二次凝集粒子がフラクタル次元1.00〜1.05を示す球近似形状であることを特徴とする請求項1記載のジルコニア粉末からなる研磨剤。
- 一次粒子の平均粒径が70〜150nmの範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載のジルコニア粉末からなる研磨剤。
- Y2O3、CaO、MgO、ランタノイド系希土類金属酸化物から選択される安定化剤のうち、少なとも1種以上を総量で20mol%未満含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のジルコニア粉末からなる研磨剤。
- 0.25〜0.50mol/l(ZrO2換算)のジルコニウム塩水溶液を95〜110℃で加熱し、加水分解反応により水和ジルコニア粒子を析出させ、前記水和ジルコニア粒子を乾燥した後、1000〜1200℃で焼成してジルコニア粒子とすることを特徴とする請求項1〜3に記載のジルコニア粉末からなる研磨剤の製造方法。
- 水和ジルコニアにアルカリ金属化合物を酸化ジルコニウムに対して0.1〜10wt%添加することを特徴とする請求項5に記載のジルコニア粉末からなる研磨剤の製造方法。
- 焼成したジルコニア粒子を粉砕して微粒化することを特徴とする請求項5または6に記載のジルコニア粉末からなる研磨剤の製造方法。
- 加熱したジルコニウム塩水溶液にイットリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、ランタノイド希土類金属塩から選択される安定化剤となる塩のうち少なくとも1種以上を添加した後、溶液を噴霧乾燥し、焼成によってジルコニアと反応させることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のジルコニア粉末からなる研磨剤の製造方法。
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