JPH0240277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミナと添加物とを含む分散系を
乾燥し、研摩粒子の大きさに粉砕し、複数段階で
熱処理して、焼結された酸化アルミニウムを基材
とする研摩粒子を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

電気溶融プロセス、例えばアーク炉で得られる
α−酸化アルミニウム−溶融コランダムは、現在
研摩材工業全体に対して研摩工具の製造のために
主要な役割を演じている。通常の溶融コランダム
の原料として、天然にあるものから直接またはか
焼されたアルミナになるように化学的に処理され
たボーキサイトおよび添加材、例えば還元コーク
スおよびくず鉄が使われる。か焼されたアルミナ
は熱処理によりバイヤー法において一次的に発生
する水酸化アルミニウムから得られかつか焼温度
および時間に関係して変化する量のα−酸化アル
ミニウムおよびγ−酸化アルミニウムの試剤を含
んでいる。

溶湯から得られるボーキサイトまたはアルミナ
−コランダムで製造された研摩工具は、定められ
た試験条件のもとで所定の時間当たり研摩および
研摩された材料の金属除去率または重量として測
定された所定の有効寿命を達成する。通常の溶融
コランダムの研摩能力の改善は、例えば熱的後処
理プロセス（ボーキサイト−コランダムの青燃焼
成）によりまたは他の金属酸化物、例えば酸化ク
ロムまたは酸化ジルコニウムとの合金により達成
される。例えばドイツ連邦共和国特許第2227642
号明細書には、溶湯の自然冷却により得られる、
２相の微晶質凝固組織を持つ共融組成の酸化アル
ミニウムおよび酸化ジルコニウム（約57AlO₃：
43ZrO₂重量％）から成る溶融コランダムが記載
されている。以下に簡単に「ジルコニウム−コラ
ンダム」と称するこの材料は、通常の溶融コラン
ダムに比べて優れている研摩能力（時間当たりの
研摩および有効寿命）を持つ。酸化ジルコニウム
の高い原料費および必要な急速冷却のための費用
のかかる方法は、ジルコニウム−コランダムから
成る研摩粒子を通常の溶融コランダムの５ないし
６倍高価にする。

標準コランダムと比較してのジルコニウム−コ
ランダムの研摩粒子の増大能力は、金属材料、例
えば粒度が小さくなる鋼の場合に急速に低下しか
つ例えば粒度P80の場合に均等になり、これは、
他の高能力研摩材の場合にも同じように認められ
る経過である。

さらに、焼結された酸化アルミニウムを基材と
して優れた能力を持つコランダム研摩粒子を製造
することも公知である（ドイツ連邦共和国特許出
願公開第3219607号明細書）。高価値の焼結コラン
ダムの研摩粒子を製造するために、微晶質の酸化
アルミニウムの一水化物が硝酸水分散系において
他の溶解した金属含有補助剤と混合されかつゲル
に変えられ、このゲルは慎重な乾燥の後に研摩粒
子の大きさに予め粉砕される。あとに続く250と
800℃との間のか焼の際に、化学的に結合された
水および酸残渣、まず第一に極めて有毒な、環境
を害する酸化窒素が除去される。プロセスがさら
に経過するうちに、粒子が1650℃までの焼結温度
に加熱されて、理論密度の少なくとも85％の密度
が得られる。

焼結コランダムの研摩粒子の同じような製造方
法が、欧州特許出願公開第0024099号明細書およ
び米国特許第4518397号明細書に記載されている
が、ただしこの場合は、原料として使われる微細
分散した酸化アルミニウムの一水化物はアルカリ
金属またはアルカリ土金属を含む最高0.05重量％
の全含有量までしか不純にしてはならないという
制限がある。

欧州特許出願公開第0152768号明細書において、
ゾルまたはゲルを付加的にボールミルで粉砕し、
それによつて、高められた密度を持ちかつ均一に
配向せしめられたα−酸化アルミニウム晶子を持
つ大きな範囲のない焼結生成物を得ることが提案
されている。前述の４つの方法全部に共通してい
ることは、これらの方法がベーマイトの形の微細
分散した酸化アルミニウムの一水化物を持つゾル
−ゲルプロセスを介してしか実施できないことで
ある。アルミニウム有機化合物の加水分解によつ
てしか得られない比較的高価な原料および費用の
かかるプロセス技術は、ゾル−ゲル研摩材の費用
を通常の溶融コランダムの費用の何倍にも上昇さ
せる。費用の点で有利な焼結コランダム材料、例
えば板状アルミナは溶融コランダムに比べて明ら
かに悪い研摩能力を示しており、したがつて研摩
工具における一般的使用にまつたく不適切であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の課題は、研摩能力に関して通常の溶融
コランダムより明らかに優れている研摩粒子を費
用の点で有利に製造する方法を示すことである。

〔問題点を解決するための手段〕

この課題を解決するため本発明によれば、アル
ミナ含有原料と珪酸含有化合物と金属化合物含有
添加物とを含む分散系を粉砕して、1μmより小さ
い粒度を持つ焼結可能な粉砕スリツプにする。

乾燥された粉砕スリツプが圧縮機で圧縮される
のが好ましい。

熱処理が３段階で行なわれる、本発明による方
法の非常に好ましい実施例によれば、乾燥された
粉砕スリツプが第１段階で250ないし600℃に予熱
され、第２段階で10ないし30分間1100ないし1400
℃に保たれ、それに続いて第３段階で1400ないし
1700℃に加熱され、コランダムの理論密度の85％
より大きい密度になるまで焼結されて、α−酸化
アルミニウムのほかにさらに珪酸塩相が生じかつ
コランダム結晶の直径が5μmより小さくなる。

コランダム結晶の直径は1μmより小さいのが有
利である。

しかし本発明による方法の２段階の場合は、乾
燥された粉砕スリツプを第１段階で約250ないし
600℃に予熱し、第２段階で約1400ないし1700℃
に加熱することもできる。

本発明による方法またはこの方法で製造される
焼結された研摩粒子のそれ以外の特徴は、特許請
求の範囲の実施態様項から明らかになる。

本発明の本質はまず第一に、規定されたセラミ
ツク処理を受ける、費用の点で有利な原料から、
規定された焼成曲線を守りながら、コランダムの
理論密度の少なくとも85％を持つ非常に微結晶質
の焼結コランダムが製造されることに認められ
る。本発明による研摩粒子は主成分としてα−酸
化アルミニウムを含み、副成分として珪酸塩相お
よび２価、３価または４価の金属またはこれらの
金属の組み合わせの結晶化合物を少なくとも１つ
含んでいる。副成分は、これらの副成分の合計が
45重量％を超えないことを意味する。結晶化合物
は単純酸化物または例えば尖晶石のような複合酸
化物であり得る。これらの化合物を、分離した相
としてマトリツクスに分布させることができ（例
えば酸化ジルコニウム）、あるいはまた全部また
は一部をコランダム格子に溶解させることができ
る（例えば酸化クロム）。珪酸塩相は全部または
一部がガラスとなることができる。

本発明による研摩粒子を形成するコランダム結
晶は、5μmより小さい、特に2μmより小さい、な
るべく1μmより小さい直径を持たなければなら
ず、このコランダム結晶はその結晶軸に関して互
いに偶然に分布されている。

例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第
3219607号明細書に記載の焼結されたゾル−ゲル
研摩材において、晶子は0.5ないし20μmの範囲を
越えて均一に配向せしめられている。この制限は
なくなる。なぜならば本発明による研摩粒子はゾ
ルおよび続くゲル化を介して製造される必要がな
く、使用される原料もそれをする能力のある必要
がないからである。

この研摩粒子は、均一な非常に微結晶質の組織
および特別の多相組成で、他の焼結された酸化ア
ルミニウムと異なつており、この多相組成は研摩
粒子に高い粘性および優れた摩耗特性を与え、そ
れによつて研摩粒子を優れた研摩特性を持つ高能
力研摩粒子にする。研摩材を製造するために、簡
単でかつ費用の点で有利な原料、例えば水酸化ア
ルミニウムまたはそれから得られるか焼されたア
ルミナを単独で使用することができ、または両者
の混合物を使用することができる。欧州特許出願
公開第0024099号明細書において要求されている
ような純度または上述の特許出願あるいはまたド
イツ連邦共和国特許出願公開第3219607号明細書
において要求されていような純度または上述の特
許出願あるいはまたドイツ連邦共和国特許出願公
開第3219607号明細書において要求されているよ
うな微細または比表面積に関する制限はない。か
焼されたアルミナは０ないし98％の量のα−酸化
アルミニウムを含むことができる。

アルミナを含んでいる原料は、0.3ないし８、
なるべく１ないし２重量％のSiO₂および尖晶石
を形成する二価の金属酸化物または適当な金属の
他の化合物の0.2ないし12、なるべく１ないし６
重量％および場合によつては別の添加材料と共に
湿式粉砕を受ける。これらの記載データは適当な
酸化物の重量％として計算されており、でき上が
つた研摩材に関するものである。

粉砕過程は水分の多い懸濁液または有機液体の
懸濁液の中で進行することができ、そして使用さ
れる原料が大体において1μmより小さい、なるべ
く0.1μmより小さい粒度を持つまで続けられる。
この場合大体において固体の体積の割合に関して
95％以上である。所要の微細を生ぜしめるいかな
る粉砕方法も用いることができる。

乾燥された粉砕材料または有機溶媒のない粉砕
材料を、直接またはその後の混合および圧縮過程
の経過後に、なるべく乾式圧縮による圧縮のため
に、この場合なるべく圧縮過程が均衡的に推移す
る場合は本来の焼結プロセスのために供給するこ
とができる。乾燥は50ないし600℃、なるべく100
ないし160℃の温度で行なうことができる。成形
されたまたは成形されてない材料を研摩粒子の大
きさにする粉砕は、焼結過程の前および後に行な
うことができる。

本発明による焼結された研摩粒子にするため
の、塊状のまたは粉砕されている、成形されたま
たは成形されてない材料のセラミツク焼成は、複
数の段階階で行なわれる。第１の加熱段階で、材
料は慎重に250と600℃との間の温度に加熱され、
数分間その状態に保たれる。この段階は、化学的
に結合された水の排出または有り得る有機成分の
焼成に役立つ。それに続いて、材料は1100と1400
℃との間の温度に加熱され、さらに10ないし30分
間この値に保たれ、それから速やかに1400と1700
℃との間の温度、なるべく1450ないし1550℃に加
熱されかつ理論密度の85％以上の密度になるまで
焼結される。出発材料に水酸化アルミニウム
（Al（OH）₃）が含まれていない場合は、第２の段
階を省くことができ、材料を直接第１のか焼段階
から最終的焼結温度まで加熱することができる。
本発明により提案された温度より高い焼成温度、
長い焼結時間および遅い加熱率は、でき上がつた
材料の研摩能力を低下させる。在来の溶融コラン
ダムに比べへ本発明による焼結研摩粒子が優つて
いることが、以下の例に示されており、ただしこ
れらの例は本発明の全範囲には及んでいない。

例 １ か焼されたアルミナ2000ｇ、水酸化アルミニウ
ム1000ｇ、粉状石英42ｇ、酸化マグネシウム130
ｇ、水５および60％酢酸250mlから、ボールミ
ルで十分に粉砕することにより0.1μmよりはるか
に小さい粒度のスリツプが製造されかつ電気的に
加熱される乾燥機で慎重に乾燥される。こうして
脱水されたスリツプは粉砕されかつ45分間500℃
でか焼される。それに続いて、この粉末から均衡
圧縮機によつて2kbarの圧力で成形体が製造さ
れ、これらの成形体は電気的に加熱される実験炉
で加熱される。この炉は約60分で周囲温度から
600℃に加熱され、続いて速やかに約10分で1300
℃に加熱され、20分間その状態に保たれる。それ
から温度は５分足らずで1500℃へ高められ、成形
体はさらに30分間焼成される。冷却後、密度が理
論密度の93％に定められ、成形体がジヨークラツ
シヤで粉砕される。この粉砕材料からFEPA標準
規格による粒度P36の研摩粒子がふるいにかけら
れかつ通常のやり方で基材の研摩材になるように
処理される。この目的のために、厚さ0.84mmの市
販のバルカナイズドフアイバーが結合剤を付けら
れる。結合剤は約50％に対してフエノールとホル
ムアルデヒドのモル比が約１：1.5の液状フエノ
ール−レゾールと約80％の固体成分および約
20μmの平均粒度を持つ粉砕された白亜の約50％
から成る。結合剤は約230ｇ／m²の量のドクター
被覆を塗布され、続いて基材の研摩材を製造する
ために一般に使われている方法により研摩粒子
P36が静電的に、樹脂で被覆されたバルカナイズ
ドフアイバー上に約900ｇ／m²の量だけ塗布され
る。こうして被覆された基材はその後、通常の温
度プログラムで乾燥されかつ硬化される。それに
続いてローラ被覆により第２の結合層が約490
ｇ／m²だけ塗布される。この第２の被覆のために
基本結合のためと同じ結合剤系が使用されるが、
白亜の約50重量％は合成氷晶石に替えられる。こ
うして被覆されたバルカナイズドフアイバーは、
それに続いて30分間90℃に加熱され、60分間100
℃に加熱され、30分間ずつ110または120℃に加熱
され、最後に60分間30℃に加熱され、結合剤系が
硬化される。乾燥後に研摩材はバルカナイズドフ
アイバーの基材に均一に可焼化され、直径125mm
の板が打ち抜かれ、これらの板は一般的なやり方
で８％より小さい湿度になるまで再空気調節され
ている。

こうして得られたバルカナイズドフアイバーの
研摩板は、市販の高周波円板状研摩装置で500×
100×２mmの大きさのCK45−03（DIN17200）の
冷間圧延された薄板に対して試験される。この目
的のために研摩板は10度の操作角度をなして、１
サイクル当たり毎分6500回転の速度で５回それぞ
れ9.5秒間鋼板の長縁にわたつて案内され、続い
て細断された試験材料の量が計量器により決めら
れる。押圧力は試験の開始時に40Nであり、60N
の一定荷重になるまで１サイクルごとに5Nだけ
高められる。試験は、１サイクル以内に10ｇ以下
に細断されるまで続けられる。全金属除去はグラ
ムで表わした実験板の研摩能力である。比較する
ために、バルカナイズドフアイバーの研摩板が同
じやり方で粒度P36の通常の溶融コランダムによ
つてのみ製造されかつ同じ条件のもとで試験され
る。この板の研摩能力は相対的比較のために100
％と仮定されている。

本発明による焼結された研摩粒子で製造された
板は、通常の溶融コランダムを散布された比較板
の研摩能力の350％の研摩能力を達成する。

例 ２ か焼されたアルミナ2500ｇ、粉状石英50ｇ、酸
化マグネシウム150ｇ、水６および90％酢酸240
mlから、例１の方法により、理論密度の94％の密
度を持つ焼結された研摩粒子が製造されかつ同じ
やり方でバルカナイズドフアイバーの板になるよ
うに処理されかつ試験される。得られた研摩能力
は、標準コランダムを散布された比較板の研摩能
力の374％になる。

例 ３ 例１および例２の方法が、か焼されたアルミナ
2500ｇ、粉状石英35ｇ、珪酸ジルコニウム75ｇ、
酸化マグネシウム150ｇ、水５および90％酢酸
240mlから成る混合物を用いて繰り返される。均
衡圧縮された成形体がゆつくりと600℃に加熱さ
れ、それから速やかに1250℃に加熱され、25分間
その状態に保たれる。それに続いて、温度が急激
に1450℃に高められ、成形体が30分間理論密度の
93％の密度になるまで焼結される。研摩試験は既
に述べたやり方で実施されかつ標準コランダムを
散布されたバルカナイズドフアイバーの研摩板の
研摩能力の384％の研摩能力をもたらす。

例 ４ 例１の方法により、か焼されたアルミナ2500
ｇ、粉状石英40ｇ、酸化マグネシウム125ｇ、ク
エン酸225ｇおよび水４から、0.1μmよりはる
かに小さい粒度の粉砕スリツプが製造されかつ24
時間大切に乾燥される。この時間の間懸濁液は収
縮して、柔軟ではあるが、しかしもろい固体にな
る。個々の塊はジヨークラツシヤで粉砕されかつ
粉砕材料から0.5ないし１mmの粒径分が分離され
る。分粒材料は酸化アルミニウム製のるつぼに詰
め込まれかつ電気的に加熱される炉の中でゆつく
り周囲温度から500℃まで加熱されかつ100分間そ
の状態に保たれる。続いて、温度は15分以内に急
激に1500℃に高められかつ45分間一定に保たれ
る。焼結された粒子は硬くかつ粘り強くかつコラ
ンダムの理論密度の95％の密度を持つている。そ
れから得られたFEPAよる研摩粒子P36を用い
て、例１の方法によりバルカナイズドフアイバー
の研摩板が製造される。研摩試験の結果、標準コ
ランダムを散布された比較板の研摩能力の381％
が得られることが分かる。

例 ５ か焼されたアルミナ2500ｇ、粉状石英45ｇ、酸
化マグネシウム125ｇ、クエン酸225ｇおよび水４
から、例４の方法により研摩粒子が製造される
が、焼結温度は1450℃である。研摩試験の結果、
研摩能力は、標準コランダムを散布された比較板
の研摩能力の414％であり、ジルコニウム−コラ
ンダムを散布されたバルカナイズドフアイバーの
研摩板の研摩能力の135％であることが分かる。

例 ６ 粉状石英45ｇを50ｇに代えて、例５の方法が繰
り返される。前粉砕された粉砕材料が８時間かけ
てゆつくりと周囲温度から1500℃に加熱されかつ
そこで12時間焼結される。でき上がつた研摩粒子
はコランダムの理論密度の97％の密度および1μm
より大きい晶子直径を持つ。研摩試験の結果、研
摩能力が標準コランダムを散布されたバルカナイ
ズドフアイバー板の研摩能力の289％およびジル
コニウム−コランダムを散布された研摩板の研摩
能力の95％であることが分かる。

焼結された酸化アルミニウムを基材としてセラ
ミツクス成形体を製造するためにこの方法を用い
ことももちろん本発明の範囲内にある。この特別
の場合には、成形体を研摩粒子の大きさに粉砕す
ることが省略される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミナと添加物とを含む分散系を乾燥し、
   研摩粒子の大きさに粉砕し、複数段階で熱処理し
   て、焼結された酸化アルミニウムを基材とする研
   摩粒子を製造する方法において、アルミナ含有原
   料と珪酸含有化合物と金属化合物含有添加物とを
   含む分散系を粉砕して、1μmより小さい粒度を持
   つ焼結可能な粉砕スリツプにすることを特徴とす
   る、研摩粒子を製造する方法。 ２ 分散系を粉砕して、0.1μmより小さい粒度を
   持つ焼結可能な粉砕スリツプにすることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 粉砕スリツプを乾燥し、圧縮機で圧縮するこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の方法。 ４ アルミナ含有原料として０ないし93重量％の
   α−酸化アルミニウムまたは水酸化アルミニウム
   またはこれらの混合物を含有するか焼結されたア
   ルミナと、金属である珪素、ジルコン、チタン、
   クロム、鉄、マグネシウム、亜鉛、コバルトまた
   はニツケルの化合物とを単独でまたは組み合わせ
   て使用することを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ５ 熱処理を３段階で行ない、乾燥された粉砕ス
   リツプを第１段階で250ないし600℃に予熱し、第
   ２段階で10ないし30分間1100ないし1400℃に保
   ち、それに続いて第３段階で1400ないし1700℃に
   加熱し、コランダムの理論密度の85％より大きい
   密度になるまで焼結して、α−酸化アルミニウム
   のほかにさらに珪酸塩相が生じかつコランダム結
   晶の直径が5μmより小さいようにすることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ コランダム結晶の直径を1μmより小さくする
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第５項に記載
   の方法。 ７ 熱処理を２段階で行ない、乾燥された粉砕ス
   リツプを第１段階で250ないし600℃に予熱し、第
   ２段階で1400ないし1700℃に加熱することを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ８ でき上がつた研摩粒子において珪酸塩相の割
   合が0.3ないし10重量％であり、この相がガラス
   であるようにすることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 ９ 研摩粒子がα−酸化アルミニウムおよび珪酸
   塩相のほかにさらにコランダムマトリツクスに溶
   解または分散せしめられた単純または複合金属酸
   化物を含むようにすることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 １０ 酸化アルミニウムおよび二酸化珪素のほか
   の金属酸化物の割合を0.2ないし45重量％にする
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第９項に記載
   の方法。