JP6151689B2 - セラミック成形研磨粒子、ゾル−ゲル組成物、及びセラミック成形研磨粒子を作製する方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［分野］
本開示は、広義には、研磨粒子及びこれを作製する方法に関する。

［背景］
セラミック成形研磨粒子を作製する既知の方法にしたがうと、セラミック前駆体材料を含むゾル−ゲル組成物は、モールド内のモールドキャビティの中に追い込まれる（urged）。典型的にはモールドキャビティは、例えば、ピラミッド又は切頭三角錐などの一般的な幾何学的形状に対応する、所定の形状を有する。次いで、ゾル−ゲル組成物を部分的に乾燥させ、結果として得られる成形セラミック前駆体粒子は、モールドから取り出され、セラミック成形研磨粒子へと更に処理される。

［概要］
モールドキャビティから成形セラミック前駆体粒子を取り出す間、部分的に乾燥させたゾル−ゲル組成物は、比較的壊れやすく、かつ付着しやすい傾向がある場合があるので、モールド内のモールドキャビティの破損及び／又は閉塞につながる。この問題を克服するために、モールドキャビティの充填の前にモールドに離型剤が塗布されてきた。しかしながら、モールドへの離型剤の塗布は、乾燥前及び／又は乾燥の間に、ゾル−ゲル組成物の形状の変化につながる場合があり、結果として得られる形状がモールドキャビティの形状に対応しない場合がある。この現象は、部分的に乾燥させたゾル−ゲル材料の平坦度及び／又はアスペクト比の制御などの、ひいては結果として得られるセラミック成形研磨粒子の生産の間の再現性について問題を生じさせる。追加的に、モールドへの離型剤の塗布は、モールドキャビティが非常に小さい場合、モールドキャビティに信頼性のあるコーティングを提供しない場合がある。

有利にも、本発明者らは、ゾル−ゲル組成物中に少量の分散した油を含むことによって、例えば、高密度（低い空隙率）などの、望ましい研磨の特性を有しながら、上述の問題を克服することができることを発見した。

一態様では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子を作製する方法を提供し、方法は、
複数のモールドキャビティを有するモールドを提供することであって、それぞれのモールドキャビティが共通の縁部に沿って結合する複数の面によって区切られた、モールドを提供することと、
少なくともいくつかのモールドキャビティをゾル−ゲル組成物で充填することであって、ゾル−ゲル組成物が、液体の媒体及びセラミック前駆体を含み、液体の媒体が揮発性成分及び揮発性成分全体にわたって分散された離型剤を含む、充填することと、
ゾル−ゲル組成物がモールドキャビティ内にある間に、揮発性成分の少なくとも一部をゾル−ゲル組成物から除去し、それによって成形セラミック前駆体粒子を提供することと、を含む。

別の態様では、本開示は、セラミック成形研磨粒子を作製する方法を提供し、方法は、
本開示の方法にしたがって、成形セラミック前駆体粒子を作製することと、
セラミック成形研磨粒子を提供するために、成形セラミック前駆体粒子の少なくとも一部を焼結することと、を含む。

別の態様では、本開示は、セラミック成形研磨粒子を作製する方法を提供し、方法は、
本開示の方法にしたがって、成形セラミック前駆体粒子を作製することと、
か焼した成形セラミック前駆体粒子を提供するために、請求項１に記載の成形セラミック前駆体粒子の少なくとも一部をか焼することと、
セラミック成形研磨粒子を提供するために、か焼した成形セラミック前駆体粒子の少なくとも一部を焼結することと、を含む。

別の態様では、本開示は、液体の媒体及びセラミック前駆体を含むゾル−ゲル組成物を提供し、液体の媒体は、揮発性成分及び揮発性成分全体にわたって分散された離型剤を含み、ゾル−ゲル組成物は、ゾル−ゲルを含む。

別の態様では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子であって、それぞれの成形セラミック前駆体粒子は、セラミック前駆体を含み、かつ複数の共通の縁部に沿って結合する面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
露出した面より面積が小さいモールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、成形セラミック前駆体粒子を提供する。

別の態様では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子であって、それぞれの成形セラミック前駆体粒子は、セラミック前駆体を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
モールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、成形セラミック前駆体粒子を提供する。

別の態様では、本開示は、セラミック成形研磨粒子であって、それぞれのセラミック成形研磨粒子は、セラミック材料を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
露出した面より面積が小さいモールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、セラミック成形研磨粒子を提供する。

別の態様では、本開示は、セラミック成形研磨粒子であって、それぞれのセラミック成形研磨粒子は、セラミック材料を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
モールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、セラミック成形研磨粒子を提供する。

セラミック成形研磨粒子は、全体的に、例えば、αアルミナなどのセラミック材料からなってもよく、セラミック成形研磨粒子全体にわたって実質的に均一の形態を有してもよい。

本明細書において使用する場合、
用語「楕円体」は、楕円体及び球体を含み、球体は楕円体の特殊な場合と考えられる。

用語「楕円体の断面」は、楕円体を平面で二分することによって得られる楕円体の断面を指す。

用語「成形セラミック前駆体粒子」は、モールドキャビティから取り出すことができ、後に続く処理動作中にその成型された形状を実質的に保持することができる固化されたボディを形成するように、モールドキャビティ内にあるときに、ゾル−ゲル組成物から十分な量の液体の媒体を除去することによって生成される、未か焼未焼結粒子を意味する。

本明細書で使用される「セラミック成形研磨粒子」という用語は、その研磨粒子の少なくとも一部が、成形セラミック前駆体粒子を形成するために使用されるモールドキャビティから複製された所定の形状を有するセラミック研磨粒子を意味する。成形セラミック前駆体粒子は、一般に、セラミック成形研磨粒子を形成するために使用されるモールドキャビティを実質的に複製する所定の形状を有する。本明細書で使用する場合、セラミック成形研磨粒子は、機械的破砕動作によって得られる研磨粒子を除外する。

セラミック前駆体に適用される用語「理論的酸化物重量」は、セラミック前駆体によって生成されたセラミック、セラミックを形成するための焼結（例えば、αアルミナに形質転換される酸化アルミニウム一水和物）後の対応する重量を指す。

成形粒子について言及する場合、用語「面」は、実質的にモールドキャビティから複製される所定の形状を有する表面を意味する。面は、モールドキャビティ壁（すなわち、モールド面）又はモールドキャビティ（すなわち、露出した面）の開口部に対応する場合がある。

本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで更に深い理解が得られるであろう。

本開示にしたがうセラミック成形研磨粒子の作製の例示的な方法を示す概略プロセスフロー図である。 それぞれ、本開示にしたがう例示的な成形セラミック前駆体粒子の上面及び下面の概略斜視図である。 それぞれ、本開示にしたがう例示的な成形セラミック前駆体粒子の上面及び下面の概略斜視図である。 それぞれ、本開示にしたがう例示的なセラミック成形研磨粒子の上面及び下面の概略斜視図である。 それぞれ、本開示にしたがう例示的なセラミック成形研磨粒子の上面及び下面の概略斜視図である。 実施例１２で調製されたセラミック成形研磨粒子の顕微鏡写真である。 実施例１２で調製されたセラミック成形研磨粒子の顕微鏡写真である。

上記の図面には本開示のいくつかの実施形態が記載されているが、例えば、考察の中で記述したように、その他の実施形態も考えられる。全ての場合において、本開示は、代表として提示するものであって、限定としてではない。図は、縮尺どおりに描かれていない場合もある。同様の参照番号が、同様の部分を示すために複数の図を通じて使用されている場合がある。

［詳細な説明］
セラミック成形研磨粒子を作製する例示的な方法が、図１に示される。第１の工程では、モールドが、複数のモールドキャビティを有して提供される。それぞれのモールドキャビティは、共通の縁部並びに少なくとも１つの外側開口に沿って結合する複数の側面によって区切られる。モールドは、一般に、平坦な下表面及び反対側の上表面を有することができる。上表面は、モールドキャビティを画定する構造化表面であってもよい。モールドは、例えば、ベルト、シート、連続ウェブ、輪転グラビアロールなどのコーティングロール、コーティングロール上に載置されるスリーブ、又はダイとすることができる。モールドキャビティは、モールドキャビティ内に収容されるゾル−ゲル組成物が、乾燥の間空気（又は他の気体）に露出される少なくとも１つの面を有するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、モールドは、１つ以上の側面、及び所望により下面によって区切られる、外側開口部をともなうモールドキャビティを有する。側面及び任意の下面は、平面状又は曲面状であってもよく、かつ共通の縁部（すなわち、２つの面が結合する縁部）に沿って相互に結合する。かかるモールドキャビティ内のゾル−ゲル組成物は、ゾル−ゲル組成物の初期の乾燥の間、少なくとも１つの（例えば、１つ又は２つの）露出した面を有する。このタイプの例示的なモールドは、米国特許出願公開第２０１０／０１４６８６７（Ａ１）号（Ｂｏｄｅｎら）に記載される。下面は、単一モールド内に設計されてもよく、又は、例えば、米国特許第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇら）に記載されるように、２分割モールドの第２の部分から形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、モールドキャビティは、１つ以上の側面をともない、かつ下表面のない開口部（例えば、米国特許第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇら）に記載されるようにシートを通して形成される開口部）に対応する。側面は、平面状又は曲面状であってもよく、隣接する側面は、互いに共通の縁部に沿って結合する。かかるモールドキャビティ内のゾル−ゲル組成物は、モールドキャビティから取り出されない場合、初期乾燥の間、２つの露出した面を有する。いくつかの実施形態では、かかるモールド内のゾル−ゲル組成物は、初期乾燥の前にモールドから分離され、基板上に配置されてもよい。かかる実施形態では、基板と接触しているゾル−ゲル組成物のその部分の上は、乾燥の間、空気（又は他の気体）に露出される部分ではない。

モールドは、例えば、金属、又は高分子材料などの任意の適切な材料を含むことができる。好適な高分子材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はこれらの組み合わせなどの熱可塑性樹脂、及び架橋された熱硬化性材料が挙げられる。いくつかの実施形態では、モールド全体は高分子材料から作製される。別の実施形態では、モールドキャビティを含む、乾燥の間、ゾル−ゲル組成物と接触するモールドの上表面は高分子材料を含み、モールディングの他の部分は、他の材料から作製することができる。例えば、その表面張力特性を変更するために、適切な高分子コーティングが金属のモールドに塗布されてもよい。

高分子モールドは、金属のマスター金型から複製することができる。マスター金型は、モールドに所望の逆パターンを有する。マスター金型は、モールドと同じ様式で作製することができる。いくつかの実施形態では、マスター金型は、金属（例えば、ニッケル）で作製され、ダイヤモンド旋削される。高分子シート材料をマスター金型と共に加熱して、この２つを一緒にプレス加工することにより、高分子材料を、マスター金型パターンでエンボス加工することができる。高分子材料は更に、マスター工具上へ押出加工又はキャストされ、次いでプレス加工され得る。高分子材料を冷却して固化し、モールドを製造する。熱可塑性モールドが使用される場合、熱可塑性モールドを歪めて寿命を制限する恐れのある過度の熱を生成しないよう注意が必要である。モールド及び／又はマスター金型の設計及び製作に関する更なる情報は、例えば、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）、同第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎら）、同第５，６７２，０９７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９４６，９９１号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、及び同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎら）に見出すことができる。

モールドキャビティへのアクセスは、モールドの上表面及び／又は下表面の開口部とすることができる。いくつかの実施形態では、モールドキャビティは、モールドの厚さ全体に対して延在することができる。いくつかの実施形態では、モールドキャビティは、モールドの厚さの部分に対してのみ延在することができる。いくつかの実施形態では、上表面は、実質的に均一な深さを有するモールドキャビティをともなうモールドの下表面と実質的に平行である。モールドの少なくとも１つの側面（例えば、モールドキャビティがその中に成形される側面）は、揮発性成分が除去される工程の間、周囲の大気に露出したままにすることができる。

モールドキャビティは、特定された三次元形状を有する。いくつかの実施形態では、モールドキャビティの形状は、上から見たときに、モールドキャビティの下表面が、上表面の開口部よりわずかに小さい傾斜した側壁を有する三角形であると言い表せる。傾斜した側壁は、研削性能を強化する場合があり、かつ成形セラミック前駆体粒子のモールドからのより容易な取り出しを可能にする。別の実施形態では、モールドは、複数の三角形のモールドキャビティを備える。複数の三角形のモールドキャビティのそれぞれは、正三角形を含む。

例えば、すべてがほぼ均一の深さ寸法を有する円形、矩形、正方形、六角形、星形、又はこれらの組み合わせなどの他のモールドキャビティ形状も使用することができる。深さ寸法は、モールドキャビティの外側の縁部からモールドキャビティの一番深いところまでの垂直の距離と等しい。所与のモールドキャビティの深さは、均一とすることができ、又はその長さ及び／又は幅に沿って変化することができる。所与のモールドのモールドキャビティは、同じ形状又は異なる形状とすることができる。

次に、モールドキャビティは、ゾル−ゲル組成物で充填される。例えば、ナイフロールコーター又は真空スロットダイコーターなどの任意の技法が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、モールドの上表面は、ゾル−ゲル組成物でコーティングされる。次に、モールドのモールドキャビティ内にゾル−ゲル組成物を完全に押し入れるために、スクレーパ又はならし棒を使用することができる。モールドキャビティに入らないゾル−ゲル組成物の残りの部分は、モールドの上表面から除去して再利用することができる。いくつかの実施形態では、ゾル−ゲル組成物の小さい部分が上表面上に残る可能性があり、他の実施形態では、上表面には、実質的に分散液がない。スクレーパ又はならし棒によって適用される圧力は、典型的に、１００ｐｓｉ（６９０ｋＰａ）未満、又は５０ｐｓｉ（３４０ｋＰａ）未満、又は１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）未満である。いくつかの実施形態では、結果的に得られるセラミック成形研磨粒子の厚さの均一性を確実にするために、ゾル−ゲル組成物の露出された表面は、実質的に上面を超えて延在することはない。

ゾル−ゲル組成物は、セラミック前駆体を溶解した又はその中に分散した液体の媒体を備える。ゾル−ゲル組成物は、溶解した又は分散した、例えば、αアルミナ、シリカ、セリア、チタニア、ジルコニア、スピネル、又はこれらの混合物などのセラミック材料に転換可能な、セラミック前駆体（例えば、ナノメートル−スケールの粒子（すなわち、ナノ粒子）として）を含む、種晶を添加されている又は種晶を添加されていないゾル−ゲル組成物であってもよい。

いくつかの実施形態では、セラミック前駆体は、水酸化物、アルミニウムのオキシ水酸化物、ケイ素、チタン、セリウム、及びジルコニウム、並びに水溶性及び／又は反応性塩並びにこれらの化合物；例えば、塩化アルミニウム六水和物、硝酸アルミニウム九水和物、水酸化アルミニウム（ギブサイト）、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイトを含む）、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムイソブトキシド、及びテトラエチルオルト珪酸塩から選択される。いくつかの実施形態では、金属酸化物としては、遷移金属酸化物、希土類金属酸化物、鉱物酸化物、セラミック酸化物、又はこれらの任意の組み合わせが挙げられる。例示の酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、酸化ニオブ、及び酸化タンタルが挙げられる。

セラミック作製のために適切な数多くのゾルが、市販されている。例えば、αアルミナの生成のために適切なベーマイトゾルが、Ｓａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能である。シリカの生成のために適切なシリカゾルが、Ｎａｌｃｏ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｎａｐｅｒｖｉｌｌｅ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から入手可能である。セリアゾルは、Ｅｍｉｎｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｓｃｏｔｔｓｄａｌｅ，Ａｒｉｚｏｎａ）から入手可能である。ジルコニア、シリカ、及びアルミナゾルは、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｏｕｓｔｏｎ Ｔｅｘａｓ）から入手可能である。

セラミック前駆体に加えて、ゾル−ゲル組成物は、揮発性成分である液体の媒体を含む。本開示の実践に有用なゾル−ゲル組成物は、分散したラテックス粒子を含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、揮発性成分は、水を含む。いくつかの実施形態では、液体の媒体は、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、又は２−メトキシエタノールなどの水溶性又は水混和性の有機溶媒と組み合わせた水を含む。

ゾル−ゲル組成物は、モールドキャビティの充填及びモールド表面の複製を可能にするようにゾル−ゲル組成物の粘性を十分低くするために、十分な量の液体の媒体を含むべきであるが、しかし非常に高価になる、それに続くモールドキャビティからの液体の媒体の除去を生じるので、それほど大量の液体の媒体とするべきではない。いくつかの実施形態では、ゾル−ゲル組成物は、例えば、酸化アルミニウム一水和物の粒子などのαアルミナに転換可能な、２重量％〜９０重量％のセラミック前駆体、及び少なくとも１０重量％、又は５０重量％〜７０重量％、又は５０重量％〜６０重量％の水を含む。反対に、いくつかの実施形態では、ゾル−ゲル組成物は、３０重量％〜５０重量％、又は４０重量％〜５０重量％のセラミック前駆体を含有する。

セラミック前駆体は、ベーマイトを含んでもよい。適切な形状のベーマイトは、既知の技法によって調製することができ又は商業的に得ることができる。市販のベーマイトの例としては、Ｓａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．からどちらも入手可能な「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」及び「ＤＩＳＰＡＬ」の商標を有する製品、又はＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能な「ＨｉＱ−４０」が挙げられる。これらの酸化アルミニウム一水和物は比較的純粋である。すなわち、一水和物以外の水和物の相をたとえ含んでいるとしても比較的少なく含み、高い表面積を有する。結果として得られるセラミック成形研磨粒子の物理的特性は、一般に、ゾル−ゲル組成物内に使用されるセラミック前駆体のタイプに依存する。

いくつかの実施形態では、ゾル−ゲル組成物は、ゲル状態である。本明細書で使用される場合、「ゾル−ゲル」は、液体の媒体中に溶解又は分散したセラミック前駆体のゲル化によって形成された固体の３次元網目構造である。ゾル−ゲル組成物は、変性剤又は変性剤の前駆体を含有してもよい。変性剤は、セラミック成形研磨粒子のいくつかの望ましい特性を強化するように、又はそれに続く焼結工程の有効性を増加させるように機能することができる。変性剤又は変性剤の前駆体は、溶解性の塩の形状であってもよく、典型的には水溶性の塩であってもよい。これらは、典型的には、金属含有化合物からなり、マグネシウム、亜鉛、鉄、シリコン、コバルト、ニッケル、ジルコウム、ハフニウム、クロム、イットリウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテルビウム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、チタン、又はこれらの混合物の酸化物の前駆体とすることができる。ゾル−ゲル組成物中に存在することができるこれらの添加剤の具体的な濃度は、当該技術に基づき異なることが可能である。典型的には、セラミック前駆体への変性剤又は変性剤の前駆体の導入は、ゾル−ゲル組成物を形成させることになる。一定時間にわたって熱をかけることによって、セラミック前駆体溶液／分散液をゲル化するように誘導することもできる。

ゾル−ゲル組成物は、水和又はか焼した酸化アルミニウムからαアルミナへの形質転換を強化するために、成核剤も含有することができる。この目的のために適切な成核剤としては、αアルミナ、α酸化第二鉄若しくはその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、又はこの形質転換を核形成するであろう任意の他の材料の微粒子が挙げられる。成核剤を使用する場合、その量は、αアルミナの形質転換を引き起こすために十分であるべきである。かかるゾル−ゲル組成物の核形成は、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示される。

より安定なヒドロゾル又はコロイド状のゾル−ゲル組成物を生成するために、ゾル−ゲル組成物中に解膠剤を含むことができる。適切な解膠剤としては、例えば、酢酸、塩酸、ギ酸、及び硝酸のような一塩基酸又は酸化合物が挙げられる。多塩基酸も使用することができるが、多塩基酸はゾル−ゲル組成物を急速にゲル化し、取り扱い又はゾル−ゲル組成物への追加的な成分の導入を困難にする可能性がある。いくつかのベーマイトの商業的供給源は、安定したゾル−ゲル組成物の形成を助ける（吸収されたギ酸又は硝酸などの）酸タイターを含有する。

ゾル−ゲル組成物は、その多くは当業者に周知である、任意の適切な手段によって形成することができる。例えば、ベーマイトゾル−ゲルの場合、酸化アルミニウム一水和物（すなわち、ベーマイト）を解膠剤を含有する水と単に混合することによって、又は解膠剤がそれに添加される酸化アルミニウム一水和物スラリーを形成することによって調製されてもよい。気泡を形成する傾向又は混合中に空気を混入する傾向を低減するために、消泡剤又は他の好適な化学物質を加えることができる。所望する場合、金属酸化物セラミック前駆体、湿潤剤、アルコール、又はカップリング剤などの追加的な薬品を添加することができる。結果として生じるαアルミナ研磨粒子グレインは、米国特許第５，６４５，６１９号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に開示されるように、シリカ及び酸化鉄を含有してもよい。αアルミナ研磨粒子は、米国特許第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）に開示されているように、ジルコニアを含有してもよい。代替的には、αアルミナ研磨粒子は、米国特許第６，２７７，１６１号（Ｃａｓｔｒｏ）に開示されているように、ミクロ構造又は添加剤を有することができる。

液体の媒体は、揮発性成分（例えば、水及び／又は有機溶媒）並びに揮発性成分中に分散した離型剤を含む。離型剤は、液滴又は微粒子の形態で分散してもよいが、（例えば、１つ以上の乳化剤を使用して）乳化されてもよい。ゾル−ゲル組成物は、セラミック前駆体の理論酸素重量の０．０８〜４．２５％の量の離型剤を含有してもよいが、他の量が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、ゾル−ゲル組成物は、セラミック前駆体の理論酸素重量の０．２〜２．０％の量で離型剤を含有する。いくつかの実施形態では、ゾル−ゲル組成物は、セラミック前駆体の理論酸素重量の０．４２〜０．７５％の量で離型剤を含有する。

離型剤の例としては、フッ素化物（例えば、過フッ化エーテル及びポリエーテル、フッ素化アルカン、及びこれらの組み合わせ）、炭化水素、及びシリコーンが挙げられる。離型剤は、油又は油の組み合わせを含んでもよい。離型剤は、高剪断混合器又はホモジナイザーを使用して、ゾル−ゲル組成物中の残りの成分に添加されてもよい。適切な高剪断混合器は、商業的供給源から幅広く入手可能である。一旦完全にゲル化すると、ゾル−ゲル混合物の粘度は、離型剤の相バルク分離を阻止する（例えば、ゾル−ゲル組成物の表面上に層を形成する）。

モールドキャビティの少なくとも一部をゾル−ゲル組成物で充填した後、モールドは、液体の媒体の大部分、又は十分な液体の媒体を除去するために、炉の中に置かれ、十分な温度で、かつ十分な時間の間加熱され、乾燥させたゾル−ゲル組成物は流れに対する十分な抵抗力と、モールドから分離され得る、かつ取り扱い得る凝集力と、を有する。望ましくは、液体の媒体は、急速な蒸発速度で除去される。いくつかの実施形態では、蒸発による液体の媒体の除去は、液体の媒体を含む揮発性成分の沸点より高い温度で生じる。乾燥温度の上限は、モールドを作製する材料に依存することが多い。ポリプロピレンモールディングに対しては、温度は、プラスチックの融点より低いべきである。

約４０〜５０％固体の水性ゾル−ゲル組成物及びポリプロピレンモールドを含む実施形態では、乾燥温度は、約９０℃〜約１６５℃、又は約１０５℃〜約１５０℃、又は約１０５℃〜約１２０℃とすることができる。

いくつかの実施形態では、成形セラミック前駆体粒子を提供するためにゾル−ゲル組成物を少なくとも部分的に乾燥させた後、成形セラミック前駆体粒子は、典型的にはモールドキャビティから取り出されるが、所望される場合、モールドは、燃焼によって（例えば、か焼の間に）消費されてもよい。他の実施形態では、ゾル−ゲル組成物は、乾燥させる前にモールドキャビティから取り出すことができる。ゾル−ゲル組成物及び／又は成形セラミック前駆体粒子は、モールドキャビティから粒子を取り出すための以下のプロセス、すなわち重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気を、単独で又は組み合わせて、モールドに対して使用することによって、モールドキャビティから取り出すことができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本開示にしたがう例示的な成形セラミック前駆体粒子を示す。ここで図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、成形セラミック前駆体粒子２００は、共通の縁部２３０に沿って結合する複数の面２２０を有する表面２１０によって区切られる。表面２１０は、表面２１０の一部、又は全部の上に空隙２４０を備える。空隙２４０は、中空の楕円体の断面（例えば、まるで半球形のアイスクリームディッシャーですくい取ったかのような）を備える。露出した面２２２は、空隙２４０の第１の密度（すなわち、露出した面２２２内の空隙開口部４４５の面積を、露出した面２２２の総面積で除算した）を有する。モールド面２２４は、空隙２４０の第２の密度（すなわち、モールド面２２４内の空隙開口部２４５の面積をモールド面２２４の総面積で除算した）を有する。

成形セラミック前駆体粒子は、モールドの外側でさらに乾燥させることができる。ゾル−ゲル組成物を、モールド内で所望のレベルまで乾燥させる場合には、この追加的な乾燥工程は必要ない。しかしながら、場合によっては、この追加的な乾燥工程を採用して、ゾル−ゲル組成物がモールドのモールドキャビティ内に滞留する時間を最低限にすることが経済的である場合がある。典型的には、成形研磨材前駆体粒子は、１０秒間〜１２０分間、又は１〜１０分間、５０℃〜１６０℃の温度で、又はより典型的には１２０℃〜１５０℃の温度で乾燥させられるが、他の条件がまた使用されてもよい。

理論に束縛されるものではないが、空隙は液滴として表面に移動する油から結果的にもたらされ、かつ露出された表面への優先的な移動は、ゾル−ゲル組成物／空気界面によって駆動されると考えられる。

セラミック成形研磨粒子が本開示にしたがう方法によって形成される実施形態では、露出した面２２２又は露出した面３２２は、モールドキャビティ内に配置されている間にゾル−ゲル組成物の露出した面（すなわち、モールドキャビティ壁に対して形成されない面）に対応し、モールド面２２４又はモールド面３２４は、モールドキャビティ内のモールド表面（すなわち、モールドキャビティ壁に対して形成された面）に対応する。いくつかの実施形態では、第１の面及び第２の面は、相互に接触してもよい。他の実施形態では、第１の面及び第２の面は、相互に接触しない（例えば、これらは、例えば、上面及び下面の場合のように隣接している面によって離間されてもよい）。任意の面又はすべての面は平面状、凹形状、凸形状、又はこれらの組み合わせであってもよい。セラミック成形研磨粒子は、三角錐、切頭三角錐、プリズム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される形状を有してもよい。

この段階で、成形セラミック前駆体粒子は、一般に、粒子の内側の中に油の液滴を含有する。更に加熱すると、油の液滴は、結果として生じるセラミック成形研磨粒子の内部内に楕円体のキャビティを後に残して気化する。

所望により成形セラミック前駆体粒子は、か焼した成形セラミック前駆体粒子を提供するために、か焼され得る。か焼の間、本質的にすべての揮発性材料が除去され、セラミック前駆体分散体中に存在していた様々な成分は、金属酸化物へと形質転換される。成形研磨材前駆体粒子は、一般に、４００℃〜８００℃の温度に加熱され、遊離水及び９０重量％を超えるあらゆる結合揮発性材料が除去されるまで、この温度範囲内に維持される。任意選択的な工程では、含浸プロセスによって変性剤を導入することが望ましい場合がある。か焼した成形研磨材前駆体粒子の孔内に、水溶性塩を、含浸によって導入することができる。次いで、成形研磨材前駆体粒子は、再度か焼される。この選択肢は、米国特許第５，１６４，３４８号（Ｗｏｏｄ）に更に記載されている。

成形セラミック前駆体粒子及び／又はか焼した成形セラミック前駆体粒子は、セラミック成形研磨粒子を提供するために焼結することができる。焼結する前は、か焼した、成形研磨材前駆体粒子は、完全に高密度化してはおらず、したがって成形研磨粒子として使用するための所望の硬度に欠ける。焼結は、か焼した、成形研磨材前駆体粒子を約１，０００℃〜約１，６５０℃の温度に加熱し、実質的にセラミック前駆体材料の全てがセラミック材料に転換されるまで、これをこの温度範囲内に維持することによって行われる。例えば、αアルミナ一水和物（又は均等物）は、αアルミナに転換されてもよく、空隙率は、１５堆積％未満に低減される。このレベルの転換を達成するために、か焼した、成形研磨材前駆体粒子が焼結温度に露出されなければならない時間の長さは多様な因子に依存するが、通常、５秒間〜４８時間が典型的である。

別の実施形態において、焼結工程の持続時間は、１分間〜９０分間の範囲である。焼結後、結果として得られるセラミック成形研磨粒子は、１０ギガパスカル（ＧＰａ）、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ、又はそれを超えるビッカース硬さを有することができる。

所望によりか焼後の、成形セラミック前駆体粒子の焼結は、結果的に対応するセラミック成形研磨粒子をもたらす。焼結後、成形セラミック前駆体粒子内に存在する場合がある任意の離型剤は、燃え尽きる。

図３Ａ及び図３Ｂは、本開示にしたがう代表的なセラミック成形研磨粒子を示す。ここで図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、セラミック成形研磨粒子３００は、共通の縁部３３０に沿って結合する複数の面３２０を有する表面３１０によって区切られる。表面３１０は、表面３１０の一部又は全部の上に空隙３４０を備える。空隙３４０は、中空の楕円体の断面（例えば、まるで半球形のアイスクリームディッシャーですくい取ったかのような）を備える。露出した面３２２は、空隙３４０の第１の密度（すなわち、露出した面３２２内の空隙開口部３４５の面積を、露出した面３２２の総面積で除算した）を有する。モールド面３２４は、空隙３４０の第２の密度（すなわち、モールド面３２４内の空隙開口部３４５の面積をモールド面３２４の総面積で除算した）を有する。

例えば、か焼温度から焼結温度まで材料を急速に加熱する工程、ゾル−ゲル組成物を遠心分離してスラッジ及び／又は他の廃棄物等を除去する工程などの記述したプロセスを修正するために、他の工程を使用することができる。更に、所望により２つ以上のプロセス工程を組み合わせることによってこのプロセスを修正することができる。本開示のプロセスを修正するために使用できる従来のプロセス工程は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）に、より完全に詳述されている。追加的に、セラミック成形研磨粒子は、米国特許出願公開第２０１０／０１４６８６７（Ａ１）号（Ｂｏｄｅｎら）に記載されるように、面の１つの上に溝を有することができる。溝は、モールドキャビティの下表面の複数の隆線によって形成され、モールドから成形研磨材の前駆体粒子を取り出すことをより容易にする場合がある。セラミック成形研磨粒子を作製する方法に関する更なる情報が、米国特許出願公開第２００９／０１６５３９４（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒら）に開示される。

いくつかの実施形態において、セラミック成形研磨粒子はαアルミナを含む。これらの実施形態、及び他の実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、少なくとも３．８、少なくとも３．８５、又は更には少なくとも３．９グラム／立方センチメートルの真密度を有する場合がある。

セラミック成形研磨粒子が本開示にしたがう方法によって形成される実施形態では、露出した面２２２、又は露出した面３２２は、モールドキャビティ内に配置されている間にゾル−ゲル組成物の露出した面（すなわち、モールドキャビティ壁に対して形成されない面）に対応し、モールド面２２４、又はモールド面３２４は、モールドキャビティ内のモールド表面（すなわち、モールドキャビティ壁に対して形成された面）に対応する。いくつかの実施形態では、第１の面及び第２の面は、相互に接触してもよい。他の実施形態では、第１の面及び第２の面は、相互に接触しない（例えば、これらは、例えば、上面及び下面の場合のように隣接している面によって離間されてもよい）。任意の面又はすべての面は平面状、凹形状、凸形状、又はこれらの組み合わせであってもよい。セラミック成形研磨粒子は、三角錐、切頭三角錐、プリズム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される形状を有してもよい。

いくつかの実施形態では、セラミック成形研磨材前駆体粒子及び／又はセラミック成形研磨粒子の空隙は、約１．２マイクロメートル〜約２．０マイクロメートル、又は約１．５マイクロメートル〜約１．７マイクロメートルの範囲の平均フェレー径を有する。

本開示にしたがうセラミック成形研磨粒子は、研磨物品に組み込むか、又は固めていない（loose）形態で用いることができる。研磨粒子は、一般に、使用前に、所与の粒径分布に分級される。そのような分布は、典型的には、粗粒子から微粒子までのある範囲の粒径を有する。研磨の技術分野において、この範囲は、ときには「粗い」画分、「統制された」画分、及び「細かい」画分と呼ばれる。研磨業界公認の分級基準にしたがって分級された研磨粒子は、各公称等級に対する粒径分布を数量的限界内で指定している。このような工業的に認められた分級規格（すなわち、研磨工業規格の公称等級）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格、及び日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。

ＡＮＳＩ等級表記（すなわち、公称等級として指定される）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、及びＡＮＳＩ ６００が挙げられる。ＦＥＰＡ等級表記としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、及びＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳ等級表記としては、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、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。

代替的には、セラミック成形研磨粒子は、ＡＳＴＭ Ｅ−１１「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗｉｒｅ Ｃｌｏｔｈ ａｎｄ Ｓｉｅｖｅｓ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に準拠する米国標準試験用篩を使用して、篩分けされた公称等級に分級することができる。ＡＳＴＭ Ｅ−１１は、指定の粒径にしたがって材料を分類するために、枠にはめた織布ワイヤクロスを媒体として用いる試験用篩の設計及び構造の要件を規定している。典型的な表記は、−１８＋２０のように表される場合があり、これは、セラミック成形研磨粒子がＡＳＴＭ Ｅ−１１の１８号篩の規格に準拠する篩を通過するものであり、ＡＳＴＭ Ｅ−１１の２０号篩の規格に準拠する篩の上に留まるものであることを意味する。いくつかの実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、大部分の粒子が１８号のメッシュ試験用篩を通過し、２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０号のメッシュ試験用篩の上に留まるような粒径を有する。様々な実施形態において、セラミック成形研磨粒子は、−１８＋２０、−２０＋２５、−２５＋３０、−３０＋３５、
−３５＋４０、−４０＋４５、−４５＋５０、−５０＋６０、−６０＋７０、−７０＋８０、−８０＋１００、−１００＋１２０、−１２０＋１４０、
−１４０＋１７０、−１７０＋２００、−２００＋２３０、−２３０＋２７０、−２７０＋３２５、−３２５＋４００、−４００＋４５０、
−４５０＋５００、又は−５００＋６３５を含む公称の篩分けされた等級を有することができる。いくつかの実施形態では、セラミック成形研磨粒子は、２５ミリメートル未満、１５ミリメートル未満、又は５ミリメートル未満の粒径を有する。

所望する場合、研磨工業規格の公称等級又は公称の篩分けされた等級の研磨材を有するセラミック成形研磨粒子は、他の既知の研磨粒子又は非研磨粒子と混合することができる。いくつかの実施形態では、複数の研磨粒子の総重量に基づき、研磨工業規格の公称等級又は公称の篩分け等級を有する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、又は更には１００重量％が、本開示にしたがって作製されたセラミック成形研磨粒子である。

セラミック成形研磨粒子と混合するのに好適な粒子としては、従来の研磨グレイン、希釈グレイン、又は米国特許第４，７９９，９３９号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙら）及び同第５，０７８，７５３号（Ｂｒｏｂｅｒｇら）に記載されるものなどの侵食性疑集体が挙げられる。従来の研磨グレインの代表的な例としては、溶融酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、キュービック窒化ホウ素、ダイヤモンドなどが挙げられる。希釈グレインの代表的な例としては、大理石、せっこう、及びガラスが挙げられる。異なるように成形されたセラミック成形研磨粒子のブレンドを、本発明の物品に使用することができる。

セラミック成形研磨粒子は、表面コーティングも有してもよい。表面コーティングは、研磨物品の研磨グレインと結合剤との接着を改善することで知られており、又はセラミック成形研磨粒子の静電蒸着を支援するために使用することができる。かかる表面コーティングは、特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａら）、同第５，０１１，５０８号（Ｗａｌｄら）、同第１，９１０，４４４号（Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ）、同第３，０４１，１５６号（Ｒｏｗｓｅら）、同第５，００９，６７５号（Ｋｕｎｚら）、同第５，０８５，６７１号（Ｍａｒｔｉｎら）、同第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙら）、及び同第５，０４２，９９１号（Ｋｕｎｚ）に記載されている。更に、表面コーティングは成形研磨粒子のキャッピングを防ぐ場合がある。キャッピングとは、研磨中の加工対象物からの金属粒子が成形研磨粒子の上面に溶接されるようになる現象を記述する用語である。上記の機能を発揮する表面コーティングは、当業者には既知である。

以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これらの実施例に記載する特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。

特に断らないかぎり、実施例及び本明細書の残りの部分におけるすべての部、比率（％）、及び比等は、重量基準である。

（実施例１）
２３１６グラムの脱イオン水と６６グラムの硝酸とを、１６０１ｒｐｍで作動する高剪断混合器（Ｓｃｏｔｔ Ｔｕｒｂｏｎ Ｍｉｘｅｒ（Ａｄｅｌａｎｔｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ））の中で混合して、アルミナゾルを調製した。１６００グラムの酸化アルミニウム一水和物（ＤＩＳＰＥＲＡＬとしてＳａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能）が１分間にわたって添加された。５分後、追加的な６グラムの硝酸が添加され、７分間の混合の後、１２グラムのピーナッツ油（ピーナッツ油Ｎ．Ｆ．としてＡｌｎｏｒ Ｏｉｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｖａｌｌｅｙ Ｓｔｒｅａｍ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）から入手可能）（ベーマイトの理論酸素重量の０．８８％）が混合物に添加され、２分間組み込まれた。バッチサイズは４０００グラムであった。結果として生じる組成物は、ゲル化することができ、かつ使用する前に２４時間熟成し、それによってゾル−ゲル組成物を準備した。

ゾル−ゲル組成物を、幅５インチ（１３ｃｍ）のステンレス鋼パテナイフを使用して、微細複製されたモールドのキャビティ内に押し入れた。モールドは、（１１０ミル（２．８ｍｍ）のそれぞれの側面×２８ミル（０．７ｍｍ）の深さ）の三角形状に成形モールドキャビティを有する９インチ×１３インチ（２３ｃｍ×３３ｃｍ）のポリプロピレン片であった。側壁モールド面と下面モールド面との間の抜き勾配は、９８度であった。モールドは、モールドキャビティの５０％が三角形の一辺と９０度の角度で交差するモールドキャビティの下表面から立ち上がる８つの平行な隆線を有し、残りのモールドキャビティが平滑なモールドキャビティの下表面を有するように製造された。平行な隆線は０．２７７ｍｍごとに離隔され、隆線の断面は、高さ０．０１２７ｍｍで、先端におけるそれぞれの隆線の辺の間の角度が４５度の三角形であった。過剰なゾル−ゲル組成物は、パテナイフでモールディングから注意深く取り出された。次いで、コーティングされたモールディングは、水分を除去し、ゾル−ゲル組成物を乾燥させるために空気対流式オーブンの中に４５℃で１．５時間置かれ、粒子を形作った。超音波ホーンの補助により、粒子をモールディングから取り出した。０．７５％のピーナッツ油をともなう成形研磨材前駆体粒子を約６５０℃で（１５分間）か焼し、次いで、以下の濃度、すなわち１．０％のＭｇＯ、１．２％のＹ_２Ｏ_３、４．０％のＬａ_２Ｏ_３及び０．０５％のＣｏＯの混合硝酸塩溶液（酸化物として報告された）で含浸した。過剰の酢酸溶液を除去し、含浸した成形研磨材前駆体粒子を乾燥させ、その後、この粒子を６５０℃で（１５分間）か焼し、かつ約１４００℃で（５分間）焼結した。か焼及び焼結は双方とも、回転式管状釜を使用して実行した。結果として得られる成形粒子を、かさ比重及び真密度について評価した。かさ比重は、ＡＮＳＩ Ｂ７４．４−１９９２「Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ Ｂｕｌｋ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｇｒａｉｎｓ」にしたがって測定した。真密度は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ ＡＣＣＵＰＹＣ １３３０ ＨＥＬＩＵＭ ＰＹＣＮＯＭＥＴＥＲ（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、（Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，Ｇｅｏｒｇｉａ））を使用して測定された。

比較実施例Ａ
比較実施例Ａは、ピーナッツ油を添加していないこと以外、実施例７と同じに実施された。実質的にすべての粒子は、モールドキャビティ内で乾燥させている間に断裂したが、モールドから順調に取り外された。

（実施例２〜１１）
実施例２〜１１は、表１に示すように、様々な量のピーナッツ油を組み込んだことを除いて、実施例１と同様に調製された。

比較実施例Ｂ
以下の処方を使用して、ベーマイトゾル−ゲルが作製され、処方は、水（２４００部）及び７０％水性硝酸（７２部）を含有する溶液を１１分間高せん断混合することによって、商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」を有する酸化アルミニウム一水和物粉末（１６００部）を分散することである。結果として生じるゾルゲルは、少なくとも１時間熟成してから塗布した。ゾル−ゲルを、深さ２８ミル（０．７１ｍｍ）及びそれぞれの辺が１１０ミル（２．７９ｍｍ）の、三角形に成形モールドキャビティを有するモールドに押し入れた。モールドキャビティの側壁と下面との間の抜き勾配は９８度であった。モールドは、モールドキャビティの５０％が三角形の一辺と９０度の角度で交差するモールドキャビティの下表面から立ち上がる８つの平行な隆線を有し、残りのモールドキャビティが平滑なモールドキャビティの下表面を有するように製造された。米国特許出願公開第２０１０／０１４６８６７（Ａ１）号（Ｂｏｄｅｎら）に記載されるように、平行な隆起部は０．２７７ｍｍごとに離隔され、隆線の断面は、高さ０．０１２７ｍｍで、先端におけるそれぞれの隆線の辺の間の角度が４５度の三角形であった。

モールディングの開口部が完全に充填されるように、ゾルゲルをパテナイフでモールドキャビティに押し入れた。ピーナッツ油を約０．５ｍｇ／インチ^２（０．０８ｍｇ／ｃｍ^２）でモールディングに塗布して、モールディングをコーティングするために、モールド離型剤、メタノール中の０．２％のピーナッツ油が使用された。過剰なメタノールは、モールディングのシートを空気対流炉内に４５℃で５分間置くことにより除去した。ゾル−ゲルでコーティングされたモールディングを、４５℃の空気対流炉に少なくとも４５分間置いて乾燥させた。超音波ホーン上を通過させることにより、前駆体の成形研磨粒子をモールディングから取り出した。前駆体の成形研磨粒子を約６５０℃でか焼し、次いで（酸化物として報告された）以下の濃度、すなわちＭｇＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、及びＬａ_２Ｏ_３がそれぞれ１．８％の、硝酸混合液で含浸した。過剰な硝酸溶液を除去し、開口部を有する含浸した前駆体の成形研磨粒子を乾燥させ、その後、この粒子は再び６５０℃でか焼され、約１４００℃で焼結された。か焼及び焼結は双方とも、回転式管状釜を使用して実行した。

実施例１〜１１並びに比較実施例Ａ及びＢの組成物及び／又は密度が表１（下記）に報告される。

実施例１〜１１に対して、成形研磨粒子前駆体は、モールディングに離型剤を別個に塗布する必要なしに、モールドキャビティのそれぞれから容易に取り出された。表１から明らかなように、ゾル−ゲル組成物中へのピーナッツ油の導入量の増加は、かさ比重（少なくとも部分的に、焼成における粒子収縮の増加に起因する）の増加、及び真密度（空隙率の導入に起因する）の減少を結果的にもたらす。

Ｘ線回折は、実施例２〜１１で調製されたセラミック成形研磨粒子が、主として感知可能な量のアルミン酸マグネシウムランタンをともなうコランダムであることを確認した。これは典型的であり、かつこの材料に対して予想された焼成化学である。

（実施例１２）
実施例１２は、ピーナッツ油が、酸化アルミニウム一水和物の重量の２．７５％の量（理論酸素重量の３．２４％）だけ含まれることを除いて、実施例１と同様に調製された。図４Ａ及び図４Ｂは、結果として生じるセラミック成形研磨粒子の上（露出した）表面及び下（モールド）表面をそれぞれ示す。これらの顕微鏡写真は、２つの面上の空隙の不均一な分布を示し、図４Ａは、図４Ｂと比較して少なくとも１０倍の数の空隙を示す。

（実施例１３）
実施例７にしたがって調製された（すなわち、ピーナッツ油が酸化アルミニウム一水和物の重量の０．６５％の量で存在する）、１０個のセラミック成形研磨粒子（すなわち、焼成した）の露出した面（モールドキャビティ外側開口部に対応する）及び下側モールド面（露出した外面と反対側の）が、ＪＥＯＬ ７６００Ｆ電界放射走査形電子顕微鏡（ＪＥＯＬ Ｌｔｄ．（日本、東京）から）を使用して、２，０００Ｘで、後方散乱電子を使用して、独立して画像化された。比較的高倍率なので、粒子のそれぞれの上の不規則領域が選択された。画像は、引き続いてＩｍａｇｅＪ画像解析ソフトウェアを使用して解析された。１０個の露出した面及び１０個のモールド面のそれぞれについて個々の露出した空隙の面積を手動で測定し、これらの個々の孔面積測定値を組み合わせて画像当たりの空隙の総面積を得て、次いで、この値を総視野面積で除算して、最終的に「空隙率で覆われた面積百分率」を得ることによって、データが得られた。空隙によって占められているそれぞれの面の表面積の百分率は、露出した面−平均値＝０．７２％、標準偏差＝０．５０％；及びモールド面−平均値＝０．１６％、標準偏差＝０．１４％であった。

（実施例１４）
手順は、ピーナッツ油の代わりにココナッツ油が代用され、残りの成分と組み合される前にココナッツ油を炉内で液体になるまで４５℃に加熱されたことを除いて、実施例７と同一であった。

（実施例１５）
この実施例では、金属スクリーンが使用された。金属スクリーンは、厚さ２２ミル（０．５６ｍｍ）で、それぞれの辺が０．１１０インチ（２．８ｍｍ）の正３角形状の開口部を有する。実施例１と同様に調製されたゾル−ゲル組成物が、パテナイフを使用して金属スクリーンに塗布され、それによってスクリーン内の開口部を充填した。スクリーンは、直ちに取り出され、試料を４５℃で１５分間乾燥させた。

（実施例１６）
プラスチックスキージを使用してゾル−ゲルが塗布される間、金属スクリーンが垂直に保持されることと、過剰なゾル−ゲルをスクリーンの両方の側面上から同時に剥ぎ取ることと、ゾル−ゲルでコーティングされた金属スクリーンを４５℃で１５分間乾燥させることと、乾燥させる間粒子がスクリーンから収集パン内へと落ちることと、を除いて、実施例１５が繰り返された。

（実施例１７）
１０個のセラミック成形研磨材前駆体（すなわち、焼成されていない）粒子の露出した面（モールドキャビティ外側開口部に対応する）及び下側モールド面（露出した外面と反対側の）が、後方散乱電子を使用したＪＥＯＬ ７６００Ｆ電界放射走査形電子顕微鏡を２，０００Ｘで使用して、独立して画像化された。粒子が未焼成で、ピーナッツ油のレベルが酸化アルミニウム一水和物の重量の２．５％（理論酸素重量の２．９％）であることを除いて、粒子が実施例１にしたがって調製された。比較的高倍率なので、粒子のそれぞれの上の不規則領域が選択された。画像は、引き続いてＩｍａｇｅＪ画像解析ソフトウェアを使用して解析された。１０個の露出した面及び１０個のモールド面のそれぞれについて個々の露出した空隙の面積を手動で測定し、これらの個々の孔面積測定値を組み合わせて画像当たりの空隙の総面積を得て、次いで、この値を総視野面積で除算して、最終的に「空隙率で覆われた面積百分率」を得ることによって、データが得られた。空隙によって占められているそれぞれの面の表面積の百分率は、露出した面−平均値＝６．５％、標準偏差＝１．７％；及びモールド面−平均値＝０．８％、標準偏差＝０．４％であった。

（実施例１８）
１０個のセラミック成形研磨材（すなわち、焼成された）粒子の露出した面（モールドキャビティ外側開口部に対応する）及び下側モールド面（露出した外面と反対側の）が、後方散乱電子を使用したＪＥＯＬ ７６００Ｆ電界放射走査形電子顕微鏡を２，０００Ｘで使用して、独立して画像化された。ピーナッツ油のレベルが酸化アルミニウム一水和物の重量の２．５％（理論酸素重量の２．９％）であることを除いて、粒子が実施例１にしたがって調製された。比較的高倍率なので、粒子のそれぞれの上の不規則領域が選択された。画像は、引き続いてＩｍａｇｅＪ画像解析ソフトウェアを使用して解析された。１０個の露出した面及び１０個のモールド面のそれぞれについて個々の露出した空隙の面積を手動で測定し、これらの個々の孔面積測定値を組み合わせて画像当たりの空隙の総面積を得て、次いでこの値を総視野面積で除算して、最終的に「空隙率で覆われた面積百分率」を得ることによって、データが得られた。空隙によって占められているそれぞれの面の表面積の百分率は、露出した面−平均値＝６．０４％、標準偏差＝２．２１％；及びモールド面−平均値＝０．２４％、標準偏差＝０．１８％であった。露出した面上の平均の空隙のフェレー径は、１．５７マイクロメートルで、標準偏差＝０．７９マイクロメートルであり、かつこれはモールド面上では１．６４マイクロメートル、標準偏差＝０．７２マイクロメートルであった。

（実施例１９）
１０個のセラミック成形研磨粒子（焼成された）の露出した面（モールドキャビティ外側開口部に対応する）及び下側モールド面（露出した外面と反対側の）が、後方散乱電子を使用したＪＥＯＬ ７６００Ｆ電界放射走査形電子顕微鏡を２，０００Ｘで使用して、独立して画像化された。粒子は、実施例２にしたがって調製された（すなわち、ピーナッツ油が酸化アルミニウム一水和物の重量の０．１％の量で存在する）。比較的高倍率なので、粒子のそれぞれの上の不規則領域が選択された。画像は、引き続いてＩｍａｇｅＪ画像解析ソフトウェアを使用して解析された。１０個の露出した面及び１０個のモールド面のそれぞれについて個々の露出した空隙の面積を手動で測定し、これらの個々の孔面積測定値を組み合わせて画像当たりの空隙の総面積を得て、次いで、この値を総視野面積で除算して、最終的に「空隙率で覆われた面積百分率」を得ることによって、データが得られた。空隙によって占められているそれぞれの面の表面積の百分率は、露出した面−平均値＝０．１１％、標準偏差＝０．０８％；及びモールド面−平均値＝０．０４％、標準偏差＝０．０４％であった。

［本開示の選択された実施形態］
第１の実施形態では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子を作製する方法であって、
複数のモールドキャビティを有するモールドを提供することであって、それぞれのモールドキャビティが共通の縁部に沿って結合する複数の面によって区切られた、モールドを提供することと、
少なくともいくつかのモールドキャビティをゾル−ゲル組成物で充填することであって、ゾル−ゲル組成物が、液体の媒体及びセラミック前駆体を含み、液体の媒体が揮発性成分及び揮発性成分全体にわたって分散された離型剤を含む、充填することと、
ゾル−ゲル組成物がモールドキャビティ内にある間に、揮発性成分の少なくとも一部をゾル−ゲル組成物から除去し、それによって成形セラミック前駆体粒子を提供することと、を含む、方法を提供する。

第２の実施形態では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子をモールドから分離することを更に含む、第１の実施形態にしたがって、成形セラミック前駆体粒子を作製する、方法を提供する。

第３の実施形態では、本開示は、セラミック成形研磨粒子を作製する方法であって、
第１又は第２の実施形態の方法にしたがって、成形セラミック前駆体粒子を作製することと、
成形セラミック前駆体粒子の少なくとも一部を焼結して、セラミック成形研磨粒子を提供することと、を含む、方法を提供する。

第４の実施形態では、本開示は、セラミック成形研磨粒子を作製する方法であって、
第１〜３の実施形態のいずれか１つの方法にしたがって、成形セラミック前駆体粒子を作製することと、
か焼した成形セラミック前駆体粒子を提供するために、請求項１に記載の成形セラミック前駆体粒子の少なくとも一部をか焼することと、
セラミック成形研磨粒子を提供するために、か焼した成形セラミック前駆体粒子の少なくとも一部を焼結することと、を含む、方法を提供する。

第５の実施形態では、本開示は、第３又は第４の実施形態にしたがう方法であって、セラミック成形研磨粒子がαアルミナを含む、方法を提供する。

第６の実施形態では、本開示は、第３〜５の実施形態のいずれか１つにしたがう方法であって、セラミック成形研磨粒子が研磨工業規格の公称等級を有する、方法を提供する。

第７の実施形態では、本開示は、第３〜６の実施形態のいずれか１つにしたがう方法であって、セラミック成形研磨粒子が５ミリメートル未満の粒径を有する、方法を提供する。

第８の実施形態では、本開示は、第３〜７の実施形態のいずれか１つにしたがう方法であって、セラミック成形研磨粒子が、少なくとも３．８グラム／立方センチメートルの真密度を有する、方法を提供する。

第９の実施形態では、本開示は、第１〜８の実施形態のいずれか１つにしたがう方法であって、離型剤が油を含む、方法を提供する。

第１０の実施形態では、本開示は、第１〜９の実施形態のいずれか１つにしたがう方法であって、ゾル−ゲル組成物中に、セラミック前駆体の理論酸素重量の０．０８〜４．２５％の量の離型剤が含まれる、方法を提供する。

第１１の実施形態では、本開示は、第１〜１０の実施形態のいずれか１つにしたがう方法であって、セラミック前駆体がαアルミナ前駆体を含む、方法を提供する。

第１２の実施形態では、本開示は、液体の媒体及びセラミック前駆体を含み、液体の媒体が揮発性成分及び揮発性成分全体にわたって分散される油を含み、ゾル−ゲル組成物がゾル−ゲル含む、ゾル−ゲル組成物を提供する。

第１３の実施形態では、本開示は、第１２の実施形態にしたがうゾル−ゲル組成物であって、離型剤が油を含む、ゾル−ゲル組成物を提供する。

第１４の実施形態では、本開示は、第１２又は１３の実施形態にしたがうゾル−ゲル組成物であって、ゾル−ゲル組成物中に、セラミック前駆体の理論酸素重量の０．０８〜４．２５％の量の離型剤が含まれる、ゾル−ゲル組成物を提供する。

第１５の実施形態では、本開示は、第１２〜１４の実施形態のいずれか１つにしたがうゾル−ゲル組成物であって、セラミック前駆体がαアルミナ前駆体を含む、ゾル−ゲル組成物を提供する。

第１６の実施形態では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子であって、それぞれの成形セラミック前駆体粒子は、セラミック前駆体を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
露出した面より面積が小さいモールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、成形セラミック前駆体粒子を提供する。

第１７の実施形態では、本開示は、第１６の実施形態にしたがうセラミック成形研磨粒子であって、露出した面がモールド面の反対側である、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第１８の実施形態では、本開示は、成形セラミック前駆体粒子であって、それぞれの成形セラミック前駆体粒子は、セラミック前駆体を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
モールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、成形セラミック前駆体粒子を提供する。

第１９の実施形態では、本開示は、第１８の実施形態にしたがうセラミック成形研磨粒子であって、露出した面がモールド面の反対側である、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２０の実施形態では、本開示は、セラミック成形研磨粒子であって、それぞれのセラミック成形研磨粒子は、セラミック材料を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
露出した面より面積が小さいモールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２１の実施形態では、本開示は、第２０の実施形態にしたがうセラミック成形研磨粒子であって、露出した面がモールド面と反対側である、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２２の実施形態では、本開示は、セラミック成形研磨粒子であって、それぞれのセラミック成形研磨粒子は、セラミック材料を含み、かつ共通の縁部に沿って結合する複数の面を有する表面によって区切られ、表面は、その少なくとも一部の上に空隙を有し、空隙は、中空の楕円体の断面として形作られ、複数の面が、
その上に空隙の部分を有する露出した面であって、空隙の第１の密度を有する、露出した面と、
モールド面であって、モールド面がその上の空隙の部分を有し、モールド面が空隙の第２の密度を有し、空隙の第１の密度が、空隙の第２の密度より大きい、モールド面と、を含む、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２３の実施形態では、本開示は、第２２の実施形態にしたがう成形セラミック前駆体粒子であって、露出した面がモールド面の反対側である、成形セラミック前駆体粒子を提供する。

第２４の実施形態では、本開示は、第２０〜２３の実施形態のいずれか１つによるセラミック成形研磨粒子であって、セラミック成形研磨粒子が研磨工業規格の公称等級を有する、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２５の実施形態では、本開示は、第２０〜２４の実施形態のいずれか１つにしたがうセラミック成形研磨粒子であって、セラミック成形研磨粒子が５ミリメートル未満の粒径を有する、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２６の実施形態では、本開示は、第２０〜２５の実施形態のいずれか１つにしたがうセラミック成形研磨粒子であって、セラミック成形研磨粒子がαアルミナを含む、セラミック成形研磨粒子を提供する。

第２７の実施形態では、本開示は、第２０〜２６の実施形態のいずれか１つにしたがうセラミック成形研磨粒子であって、セラミック成形研磨粒子が、少なくとも３．８グラム／立方センチメートルの真密度を有する、セラミック成形研磨粒子を提供する。

すべての特許並びに本明細書で上記引用した特許及び出版物は、特に除外されない限り、参照により本明細書に組み込まれる。当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な改変及び変更を行うことが可能であり、また、本開示は上記に記載した例示的な実施形態に不要に限定されるべきではない点は理解されるべきである。

Claims (2)

1. 成形セラミック前駆体粒子を作製する方法であって、
   複数のモールドキャビティを有するモールドを提供することであって、それぞれのモールドキャビティが共通の縁部に沿って結合する複数の面によって区切られた、モールドを提供することと、
   少なくともいくつかの前記モールドキャビティをゾル−ゲル組成物で充填することであって、前記ゾル−ゲル組成物が、液体の媒体及びセラミック前駆体を含み、前記液体の媒体が揮発性成分及び前記ゾル−ゲル組成物全体にわたって分散された離型剤を含む、充填することと、
   前記離型剤が油を含み、
   前記ゾル−ゲル組成物が前記モールドキャビティ内にある間に、前記揮発性成分の少なくとも一部を前記ゾル−ゲル組成物から除去し、それによって前記成形セラミック前駆体粒子を提供することと、を含む、方法。
2. ゾル−ゲル組成物であって、
   液体の媒体及びセラミック前駆体を含み、前記液体の媒体が、揮発性成分及び前記ゾル−ゲル組成物全体にわたって分散された離型剤を含み、
   前記ゾル−ゲル組成物はゾル−ゲルを含み、
   前記離型剤が油を含み、
   前記セラミック前駆体が、αアルミナに転換可能である、ゾル−ゲル組成物。

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