JPH0297457A

JPH0297457A - 研摩材砥粒の製造方法

Info

Publication number: JPH0297457A
Application number: JP63247059A
Authority: JP
Inventors: Hikari Hasegawa; 光長谷川; Tadashi Hiraiwa; 正平岩
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は改良されたゾル、ゲル法に基づく、アルミナを
ベースとする多結晶質焼結アルミナ質研摩材砥粒の製造
に関するものである。

従来の技術高密度でアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）をベースとする多結晶
質焼結セラミック研摩材砥粒のゾル、ゲル法による製造
は、公知である。

特開昭５０−３２３８９では、アルミナ−水和物を少な
くとも一種類の改質成分の前駆体と共にゲル化し、脱水
乾燥した後焼成している。この場合の改質成分は、Ｃｏ
、Ｈｒ、Ｍｇ、ＮＩ　、Ｚｎ、Ｚｒの酸化物である。ま
た特開昭６０−２３１４０２には、α−アルミナ種結晶
添加によるアルミナのゾル、ゲルの高密度化増進製造法
が記載されていて、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｒの酸化物か
らなる結晶粒成長抑制剤をゲルに添加してもよいと書か
れている。更に特開昭ｆｆｔ　−２５４８８５には、α
−アルミナ、α−酸化第二鉄あるいはそれらの前駆体を
核発生剤としてゾル中に添加する方法が述べられていて
、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｌ　、Ｚｒ、Ｈｒ、Ｃｒ。

Ｔ１の酸化物の前駆体をゲル内に含有されてもよいとい
う記載がなされている。

発明が解決しようとする課題ゾル、ゲル法でアルミナ質焼結砥粒を製造すると結晶サ
イズが微細な多結晶体の強靭な砥粒が得られるが純粋な
アルミナ質砥粒は、結晶サイズが微細で、均一に揃った
ものでないためアルミナ質ゾルに前述の様にＭｇＯ，Ｚ
ｒＯ２等の改質剤を添加して改善を計っているがこの場
合、砥粒の多結晶の粒界にスピネル等の硬度の低い物質
が生成するため、砥粒の靭性はある程度上がったものと
なるが、砥粒の平均的な硬度および強度がもう一歩とい
うものであり、更に砥粒の改良、改質が望まれているの
が現状である。

本発明の目的は、ゾル、ゲル法による結晶微細化技術と
固溶体による結晶強化技術とを相乗させ強靭な砥粒を提
供するものである。

課題を解決するための手段上記の様な研削、研摩業界の要望により、本発明者はア
ルミナ結晶の強度を上げると同時に、結晶粒界にα−Ａ
　Ｄ　２０　ａより軟質な層を形成しない方法を目的と
して検討した結果、本発明に至ったものでその要旨は、
アルミナ・ゲルを乾燥又は仮焼し、Ａｇ２Ｏ３に対し結
晶水を３０％以下にしたアルミナ粒に対し、Ｃｒ、ＴＩ
　、Ｆｃ、Ｖ。

Ｍｇ、ＧａおよびＲｈの酸化物又は亜酸化物のうちの少
なくとも一種類の微粉末を塗した後に、１１５０〜１４
００℃に加熱して、これらの元素をアルミナに固溶する
ことを特徴とするアルミナ質研摩材砥粒の製造方法であ
り、又は、アルミナ・ゲルを乾燥又は仮焼し、Ａｇ２Ｏ
３に対し結晶水を３０％以下にしたアルミナ粒に対し、
Ｃｒ　＊　Ｔ　１　＋　　Ｆ　ｅ　。

Ｖ、Ｍｇ、ｃａおよびＲｈの塩のうち少なくとも一種類
の微粉末を塗すか、又は、これらの溶液を含浸させた後
に１１５０〜１４００℃に加熱して、これらの元素をア
ルミナに固溶することを特徴とするアルミナ質研摩材砥
粒の製造方法である。

アルミナ質焼結砥粒の結晶サイズは細かい程、砥粒の研
削性能は優れたものになるが、−殻内には、焼結温度が
低い場合、結晶サイズは微細であるが密度が上がらず、
そのため砥粒の硬度や強度が上がらず、結晶サイズが細
かいだけでは砥粒として使用できない。結晶サイズが細
かくＲつ、焼結密度を理論密度の少なくとも９０％以上
に上げる必要があり、その様なアルミナ質焼結砥粒を造
るのが、本発明の目的でもある。

密度も上がった場合、アルミナ質焼結砥粒の結晶サイズ
は細かい程、靭性が大きくなり、重研削用砥粒として十
分使用に耐えられ、更に実質的に１μｍ以下の結晶サイ
ズが好ましい。

本発明では、まず前述の従来の技術等で造った乾燥アル
ミナ・ゲルを乾燥又は仮焼してＡｇ２Ｏ３に対し、結晶
水を３０％以下にしたアルミナ粒子を用意する。この処
理の過程において乾燥中ないしは十分に乾燥した後、又
は、仮焼後に、砥粒に適した程度に一般的な粉砕機で粉
砕し場合によっては、この段階で整粒した粒子をまず製
造する。

次にＡ　Ｉ）　２０　ａに対して固溶することかできる
元素であるＣｒ、ＴＩ　、Ｆｃ、Ｖ、Ｍｇ、Ｇａおよび
Ｒｈの酸化物、亜酸化物又は、塩（塩化物、硝酸塩、硫
酸塩、炭酸塩等）のうち少なくとも一種類の微粉末を用
意し、これらの微粉末と上述の粉砕粒又は整粒した粒子
とを円筒形の容器に入れ６０分程度、ボールミル架台上
で回転させれば簡単に乾燥ゲル粒子又は仮焼ゲル粒子の
表面に微粉末がコートされる。このコートする方法とし
てはＶブレンダー等の混合機を使用しても可能であり、
コートする微粉末の粒度は細かい程コートされる状態が
よく、平均径３−以下のものが使用でき、好ましくは、
平均径１ｔｌｎ以下の微粉末である。また、塗すのに使
用される微粉末の量は、塗される粒子の表面へ付告した
まま残る部分及び遊離している部分もあるのでこの方法
で固溶することのできる量の０．００５〜２．２３モル
％、好ましい量の０、Ｏ１〜１．１５モル％のほぼ倍の
量、すなわち０．０１〜４．４６モル％、好ましくは０
．０２〜２．３０モル％である。

また、乾燥ゲル粒子又は仮焼ゲル粒子に対し、Ｃｒ、Ｔ
Ｉ　、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｇ、Ｇａ及びＲｈの塩化物、硝酸塩
、硫酸塩、炭酸塩等のうち少なくとも一種類の溶液を含
浸させる場合には、例えばゲル粒子を真空脱気した後に
溶液と接触され、ゲル粒子の気孔を利用して含浸する。

この含浸量は、微粉末の場合と同等の量を使用するのが
好ましい。

微粉末を塗したり、溶液を含浸する際に用いる乾燥アル
ミナ・ゲルの水分がＡ　に’　２０　ａに対し、結晶水
が３０％以下である必要がある。この理由は、乾燥不十
分で水分が３０２６を超えると、表面に塗した微粉末又
はゲルの気孔内に含浸させた溶液が、後の処理である加
熱により、多量の水分の蒸発を伴って、折角、付けた微
粉末や溶液が一緒に揮散してしまう。そのため用いる乾
燥ゲルは、ΔΩ２０３に対して３０％以下の水分量にす
る必要がある。

乾燥ゲル粒子又は仮焼ゲル粒子に固溶させる微粉末を塗
した後又は溶液を含浸させた後、１１５０〜１４００℃
に加熱して、固溶する元素をアルミナに固溶させる。

固溶元素の拡散係数は、温度の指数関数であるため、１
１５０℃未満では、固溶速度が急減するが、大きなイオ
ン半径の元素のものでは、活性化エネルギーが不足し、
固溶しなくなり、１４００”Ｃを超えるとアルミナ砥粒
の結晶サイズを粗大化し好ましくない。また、固溶処理
時間は、１．５ｈｒ程度までが好ましく、１．５ｈｒ以
上になるとアルミナ砥粒の結晶サイズを粗大化するから
好ましくない。

実施例以下、本発明を実施例により、詳細に説明する。

実施例　１〜２市販のベーマイト４００ｇを希硝酸でｐＨ値を３として
水２ｇに懸濁、させ、加熱しながら撹拌機にて、撹拌し
、約４０℃にてゾルを得た後、約２４時間でゲル化させ
、更に１００℃で３１１間乾燥し、アルミナに対し、水
分を８％にした乾燥アルミナ・ゲルを得た。この乾燥ゲ
ルを１ｍｍ以下の粒子に祖粉砕した。次にこの乾燥ゲル
に平均径０．３庫の酸化クロム（ＩＩＩ）の微粉末を２
および４％加え、■ブレンダーにてゲル粒子表面に微粉
末を塗した後、マツフル炉内にて１３００℃で１時間加
熱した。

冷却後、サンプルを観察したところ２％塗したサンプル
はビンクル赤、４％塗したサンプルはやや緑色かがった
赤色を呈し、Ｃｒが固溶した粒子となっていた。

実施例　３〜５乾燥アルミナ・ゲルを造るまでは、実施例１〜２と同様
に処理した後、その乾燥ゲルを７５０℃、４時間加熱し
、仮焼アルミナ・ゲルを造った。その仮焼ゲルを粉砕し
、篩分して、３５０〜５００μｓの整粒粒子を得た。

次に、この仮焼ゲル整粒品に対し、平均径０．３−の酸
化クロム（ＩＩＩ）の微粉末を、１．３及び４％加えた
３種のサンプルにそれぞれ、少量の水を加え、■ブレン
ダーにて混合し、仮焼ゲル粒子表面に微粉末を塗した後
、乾燥して水分を除去し、次いでマツフル炉内にて、１
３００’ｃで１時間加熱した。

冷却後、それぞれのサンプルを観察したところ１％及び
２％加えたサンプルはビンクル赤、３％及び４％加えた
サンプルはやや緑色がかった赤色を呈し、Ｃ「がアルミ
ナに固溶した粒子となっていた。

次に、この３種のサンプル粒子に対し、粉末Ｘ線回折法
により、α−Ａｌ２Ｏ３の六方単位胞のａ軸長を３ｇ１
定するため、Ｘ線源として一般的なＣｕＫａＯ線を用い
て、（３３（１）面の格子ｍ１隔を３ｐ１定し、これを
６ｆΔしてａ軸長を求めた。固溶がない純ａ−Ｍｔ２０
３のａ軸長は、４．７５８９０八であるのに対しこの３
種のサンプルに対する測定値はそれぞれ４．７５９３１
．４．７５９８２および４．７５９［ｉ５人であり、固
溶されていることが確認された。

実施例　６実施例３〜５に於て、酸化クロム（ＩＩＩ）の代りに比
表面積３５ｒｒｒ／　ｇの一酸化チタン１％を塗布した
試料をアルミナルツボに入れ、更にこのルツボを黒鉛ル
ツボ中に装入して、アルゴン気Ｒ中で、１３００℃、１
時間焼成した。その後放冷した試料は、青色を呈してい
て、粉末Ｘ線回折力によって六方単位胞のａ軸長を求め
たところ、純α−Ａｌ２Ｏ３に対し、０．ＧＯＸ　１０
−’人だけ大きく、４．７５９５０八であり、固溶され
ていることが確認された。

実施例　７実施例６に於て、−酸化チタンの代りに平均粒径０．５
ｔｍのＴ　ｉＯ２（アナターゼ）を用いて、同様の方法
により試料を造り、同様な結果が得られた。

実施例　８〜１２実施例３〜５．実施例６および実施例７について、仮焼
ゲル整粒品の代りに１４００℃で１分間焼成した焼成粉
を用いて試料を造り、同様な結果が得られた。

実施例　１３コンデア社製擬ベーマイト（ＳＢ　Ｐｕｒａｌ　Ａｌｕ
ｉｌｎａ）５００ｇを水４ｇに分散し、４．５νｔ％の
ＨＮＯ３を５００ｃｃ添加しアルミナ・ゾルをまず作成
した。このゾルを深さ７ＣＩＩ＋のホーローバットに入
れ、８０℃で２４時間、１２０℃で２４時間乾燥して得
た乾燥ゲルを粉砕、篩分けし、５９０〜３５０虜の粒に
した。この粒子を７５０℃で１時間仮焼し、残留水分、
結晶水、ＨＮＯ３を除去した。

この仮焼品５０．を４５νｔ％の硝酸第２鉄（Ｆｅ（Ｎ
Ｏ３）３）水溶液１ｏｏｆｒに１時間浸漬した。浸漬後
、粒を取出し、表面に付着した硝酸第２鉄水溶液を禮紙
で除去した後、８０℃で乾燥し、５００℃で仮焼した。

この硝酸第２鉄水溶液の含浸、仮焼操作を５回繰返した
。

硝酸第２鉄を含浸した粒を１３５０℃に２分間で急激に
昇温し、この温度に５分間保持した後、炉の電源を切り
、常温まで放冷した。

この粒子には７．３ｖｔ％のＦｅ２Ｏ３が含まれ、粒子
の密度は、３．９５ｇ／ｃ＋ｄ、マイクロビッカース硬
度（荷重５００ｇ）は、２１３０ｋｇ／−であった。ま
た破断面のＳＥＭ観察で、結晶粒子は、１μを以下の微
細な組織であった。

発明の効果本発明によれば、アルミナ質焼結砥粒に対し、アルミナ
に固溶させ、結晶の硬度を向上することのできるＣｒ、
ＴＩ　、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｇ、ＧａおよびＲｈの酸化物等の
微粉末を塗すか又はこれらの塩等の溶液を含浸させるこ
とにより、アルミナ結晶にこれらの元素を固溶させるこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミナ・ゲルを乾燥又は仮焼し、Ａｌ＿２Ｏ＿
３に対し結晶水を３０％以下にしたアルミナ粒に対し、
Ｃｒ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｖ，Ｍｇ，ＧａおよびＲｈの酸化物
又は亜酸化物のうちの少なくとも一種類の微粉末を塗し
た後に、１１５０〜１４００℃に加熱して、これらの元
素をアルミナに固溶することを特徴とするアルミナ質研
摩材砥粒の製造方法。
（２）アルミナ・ゲルを乾燥又は仮焼し、Ａｌ＿２Ｏ＿
３に対し結晶水を３０％以下にしたアルミナ粒に対し、
Ｃｒ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｖ，Ｍｇ，ＧａおよびＲｈの塩のう
ち少なくとも一種類の微粉末を塗すか、又はこれらの溶
液を含浸させた後に１１５０〜１４００℃に加熱して、
これらの元素をアルミナに固溶することを特徴とするア
ルミナ質研摩材砥粒の製造方法。