JPH05506678A - アルミナ粒子を耐火材料で被覆する方法、この方法で作製される研磨粒子およびそれを有する研磨製品 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 アルミナ粒子を耐火材料で被覆する方法、この方法で作製される研磨粒子および それを有する研磨製品技術分野 本発明はアルミナベースのコア粒子上への耐火材料のカソードアーク付着による 研磨粒子の製造方法、上記方法により製造された研磨粒子およびこの研磨粒子で 作製される研磨材料に関する。

す 酸化アルミニウムまたはアルミナ粒子は、長期間にわたり種々の研磨製品におけ る研磨粒子またはグレインとして用いられてきた。アルミナ研磨粒子のための第 １の供給源は天然において豊富に見出すことができる。天然のアルミナは、その 後、溶融技術、熱処理および種々の添加剤の添加により改良されてきた。これら の技術は研磨粒子を含む研磨材料の性能を著しく高めたけれども、金属ワークピ ースとの接触により生じる反応および摩耗により良好な耐性を有する研磨材料を 提供するためのさらに優れたアルミナへの需要は大きい。

研磨業界またはセラミック切削用具業界のいずれの当業者でもなく、技術的な知 識の量が限られている者は、反応性に乏しく改良された耐久性を有する研磨粒子 を提供する参考にセラミック切削用具業界を探求するべきである。例えば、米国 特許第４．３６６、２５４号には、アルミナ、ジルコニア、および必要に応じて 、金属カーバイド、ニトライド、または周期表の第工ｖＢ族およびＶＢ族金属の カーボーニトライドおよび第ＶＩＢ族金属のカーバイドの切削用具を提供してい る。これらの切削用具は強靭であり、純粋アルミナのように摩耗耐性を有さない 。米国特許第４゜５４３、３４３号には、アルミナ、チタンポライド、チタンカ ーバイドおよびジルコニアから作製された高い熱伝導性を有するセラミック材料 の切削用具が開示されている。米国特許第４．７７６、８６３号には、最も外側 にジルコニウムニトライドの薄層を有するチタンカーバイド、チタンカーボニト ライドおよび／またはチタンニトライドの硬い層で被覆された硬い金属の切削用 具が記載されている。チタンカーボニトライドの後に設けられる層は、化学蒸着 （ＣＶＤ）法により被覆され、これに対し、本発明によるジルコニウムニトライ ド層は物理蒸着（ＰＶＤ）法によっても被覆されうる。ＰＶＤ法にはスパッタリ ングによる蒸発、またはアーク蒸発によるものが含まれる。

多層被覆固着カーバイド切削用具が米国特許第４．７４６．５６３号に記載され ている。

この特許では、固められたカーバイド基村上にアルミナおよび金属ニトライドま たはカーバイドの後続層を形成するためにＣＶＤ法が用いられている。合計厚が ５〜２０μｍのアルミナ層は、ＴｉＣ，ＴｉＮ５ＴｉＣＮＳＴｉＣＮＯ１ＴｉＣ Ｏ１ＴｉＮＯ１酸化チタン、Ｔｉ（Ｂ、　Ｎ）、Ｔｉ　（Ｂ、　Ｎ、　Ｃ）、５ ｉＣＳＡＩＮおよびＡｌ０Ｎからなる群から選択される少なくとも１成員から成 る０、０１〜２μｍの厚を有するそれぞれの中間層を用いることによりそれぞれ ０．０１〜２μｍ（１０〜２０００ｎｍ）の範囲の厚を有する複数の層に分割し つる。

米国特許第３．３５１．５４３号に記載のように、コンパクト（ｃｏｍｐａｃｔ ）を形成する際にダイヤモンド粒子間の結合を促進させるために、ダイヤモンド を接着金属層で被覆するのにモリブデンのような被覆金属でのスパッタリングカ 桁なわれてきた。

記載されている利点は、合成することにより作製された小さな種々の寸法のダイ ヤモンドを相互に接着することにより使用可能な用具とすることにある。スノク ・ツタリングはダイヤモンドの表面を清浄にするために、およびモリブデンで被 覆するために用いられている。被覆厚は約５８〜２００止の範囲と報告されてい る。

上述の参照文献の幾つかはこのようなセラミック用具を耐火金属化合物で被覆す ることによりセラミック切削用具において改良された物理特性が得られることを 示しているけれども、このような記載により研磨業界の当業者がアルミナ、研磨 粒子またはグレインの改変を同様に容易に為しうるものではない。

幾つかの理由で切削用具は研磨グレインと同一ではない。グラインド（ｇｒｉｎ ｄｉｎｇ）は、かつては切削用具のような金属の除去の純粋に機械的な作用とも 認められていた。このことは、通常用いられる２種類の研磨剤、アルミナおよび シリコンカーバイド（ＳｉＣ）が、異なる材料において異なる挙動を示すことに より裏付けられる。より硬いミネラルと考えられるアルミナは高張カスチールに おいて効果的であり、他方、ＳｉＣは低張力材料においてより効果的である。こ れらの材料をさらに研究した結果、ＳｉＣは、実際はこの２種類ではより硬いと 決定された。８４Ｃの開発において、これはアルミナまたはＳｉＣのいずれより も硬い材料であるが、この新規な材料はスチールの研磨においてアルミナとＳｉ Ｃとの両方に劣ることが見出された。理論的には、研磨は全くの機械的工程とは 別である。

研磨が全くの機械的な工程ではない理由は、研磨グラインドによる金属除去にお いて用いられるエネルギーの分布を比較することにより見出される。切削用具に おいては、切削に用いられる全エネルギーの９０％までもがチップで消費され、 そして、全エネルギーの約５％のみが熱として金属表面に生じる。その結果、切 削用具の温度は比較的低（保たれ、通常の切削速度においては約７００〜８００ ℃である。研磨グラインドにおいては、操作に投入される全エネルギーは切削用 具よりも１０倍程度大きい。そして、ワークピースに投入される全エネルギーの 約８０％がグラインド表面において熱として生じる。切削用具における５％と対 照的である。

したがって、熱としてワークピースに投入されるエネルギーは切削用具の場合と 比べて１６０倍太き（なる。この差の理由はチップ構成の機構およびレーキ（ｒ ａｋｅ）角度の値の差に見出すことができる。切削用具においてはレーキ角度は ほぼゼロであり、そのことによりチップの除去および上向きのフロー（ｕｐｗａ ｒｄ　ｆｌｏｗ）の自由が達成される。研磨グラインドにおいては、レーキ角度 はかなり負の値であり、上向きのフローに対してかなりの抵抗がある。その結果 、グラインドで表面を変形するためにはかなりエネルギーが必要であり、そして チップは少しのエネルギーしか除去されない。したがって、グラインド接触面の 温度は非常に高（なり、しばしば金属の融点にまで達する。このことは、グライ ンドの削り屑の中に固形化したチップがしばしば見付かることにより証明される 。高温であることの他の証拠はグラインドの最中に赤または白にまで熱せられた チップから火花のシャワーが観察されることである。

グラインド接触面においてこのような高温度に達する結果、金属、研磨粒子と大 気との相互作用が重要となる。例えば、酸化アルミニウムがシリコンカーバイド よりもほとんどのスチールにおいて良好な研磨材である最もよい説明は、シリコ ンカーバイドとスチールとの間の研磨グラインドで生じる高温において化学反応 が生じ、それが研磨材の「融解」に影響し、過度の摩耗を生じさせるのである。

タングステンカーバイド、ポロンカーバイドおよびチタンカーバイドもまた非常 に硬い金属の代表であり、これらは非常に優れた切削用具材料とされている。し かしながら、これらは種々の金属と反応性なので、研磨グレインとしての有用性 は少ない。

したがって、被覆研磨材のような研磨製品に用いる研磨グレインのグラインド性 能を改良するためには、一般に、切削用具に用いる材料すべてを研磨粒子に用い るという方向からは外れ、グレインの組成を変化させるか、またはグレインに耐 火材料の薄い被覆を施すことに向けられるべきである。

米国特許第４．７８１１１．１６７号には前者の例が記載されている。この特許 では、アルミニウムニトライド、アルミニウムオキシニトライドおよび周期表の ＩＶＢ族金属のニトライドを包含する研磨グレインが開示されている。説明され ている組成物はコールド−ロールドスチールのグラインドにおいて知られる組成 物よりも改良されている。

後者の例では、１９８９年５月２日発行の特開平１−１１３４８号公報には種々 のタイプの研磨材構成が開示されている。ここには、化学蒸着法によりダイヤモ ンドまたはキュービックポロンニトライドで被覆されたアルミナ、シルコアまた はシリコンカーバイド研磨グレインが記載されている。これらはグラインドホイ ール、切削ブレードおよび仕上げ作業に用いることができる。この公報は、ダイ ヤモンドまたはポロンニトライドを０．５〜１０μＩＩ（５０’０〜１００００ ｎ＠）の範囲の厚さに被覆することにより研磨グレインを「スーパーハード」グ レインに変換することに向けられている。

米国特許第４．５０５．７２０号（これは本発明の譲受人に譲渡されている。） には、シリコンカーバイド研磨グレイン上に硬い耐火材料を被覆することにより 作製された改良された顆粒状研磨ミネラルが記載されている。被覆は、流動床（ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ　）においてシリコンカーパイドグリット（ｇｒｉｔ ）上に化学蒸着により設けられる。得られる被覆グレインはスチールのグライン ドに用いた場合に研磨性能において著しい改良を提供する。

しかしながら、これらの技術に欠けているものは金属をグラインドするための被 覆研磨材に用いるためのアルミナベースの研磨グレインのグラインド特性におけ る改良である。

アルミナベースの被覆研磨材による金属除去が一般に低速度であるのは、研磨粒 子の「金属キャッピング」によるものと考えられる。「金属キャッピング」は、 研磨の最中にワークピース由来の金属により研磨粒子が被覆されることを指して 言う。金属キャッピングは被覆研磨製品の効率を著しく低減する。この問題は、 ファイングレードの研磨粒子（１００メツシユを下回るもの、または平均粒子寸 法が１５０μｍであるもの）を用いる場合に特に厄介である。金属キャップの排 除または低減によりグラインド速度の改良および研磨ミネラルの耐用寿命の増大 が得られると考えられている。

発明の要旨 本発明は、金属ポライド、カーバイドまたはニトライド耐火材料の密着した薄い 層（０，１μ重未満）で被覆されたアルミナベースの研磨粒子を提供する。これ らは、被覆研磨ディスクのような研磨製品に用いられた場合に非常に優れた研磨 特性を示す。

理論に束縛されないけれども、この改良された研磨性能は、研磨粒子の表面が金 属ワークピースと反応することを妨げる中間またはバリヤ一層の形成によると考 えられている。そして、このことは同時に研磨特性を維持する。この遮断は、ア ルミナベース研磨粒子をカソードアーク付着により耐火金属ニトライド、カーバ イドおよびポライドで被覆することにより提供される。

聞単に言えば、本発明の研磨粒子は、１００ｎ１１を下回る平均被覆厚で実質的 に均一に被覆された耐火材料の層を有するアルミナベースのコアを有する、被覆 された粒子により特徴付けられる。好ましくは、この被覆は金属ポライド、カー バイドおよびニトライドの群から選択される耐火材料である。好ましい金属ポラ イド、カーバイドおよびニトライドは、スカンジウム、ランタン、セリウム、ネ オジム、イツトリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオ ブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステンおよびこれらの混合物からな る群から選択される金属のものである。ボロンカーバイドおよびニトライドもま た有用である。

好ましい被覆厚は１〜１００止、好ましくは５〜２５ｎｍの範囲である。

本発明の研磨粒子のアルミナベースコアは、好ましくは、溶融アルミナ、溶融ア ルミナ：ジルコニアまたはゾルゲル法により得られるもののようなアルミナベー スのセラミック材料である。好ましいセラミックスはα−アルミナベースセラミ ック材料である。これはゾルゲル法により作製される。このゾルゲル法では、よ り微細なドメイン構造を提供するためにシードすることができ、またはより耐久 性のグレインを提供するためにマグネシアのような改質剤で改質しうる。このセ ラミックを焼成することにより、アルミ九マグネシアスピネルが提供される。

本発明の研磨粒子は以下のａ）、ｂ）、Ｃ）、ｄ）、ｅ）、ｆ）およびｇ）の工 程を包含する方法により作製されつる。

ａ）カソードを構成する金属のプラズマを形成するのに十分な電流を金属カソー ドに供給する工程；ｂ）該プラズマの金属のポライド、カーバイドまたはニトラ イドの形成を促す雰囲気に該プラズマを作用させる工程；Ｃ）該プラズマをアノ ードを通過する経路に向けさせる工程：ｄ）被覆するアルミナベースの粒子を該 経路中に保持する二種；ｅ）それぞれのアルミナベースの粒子の全表面が該プラ ズマ経路に実質的に露出されるように、それぞれの粒子を回転させる工程、　ｆ ）実質的にすべてのアルミナベースの粒子上に実質的に均一な耐火材料の被覆が 形成されるまで工程ａ）〜ｅ）を続ける工程；そして、ｇ）アルミナベース粒子 上の耐火材料の平均被覆厚が１００止を上回る前に工程ａ）〜ｆ）を中断する工 程。

上記雰囲気はアルゴン、クリプトン、キセノン、ヘリウムまたは周期表の８族の 成員のような不活性ガスおよび反応性ガス、または反応性ガスのみを包含しつる 。好ましい反応性ガスには、酸素、窒素、アンモニア、炭化水素またはポロン含 有ガスが包含される。

また、本発明は、本発明の研磨粒子を部分的にまたは全体的に有する研磨材料を 提供する。このような研磨材料は被覆研磨製品（通常サンドペーパーと呼ばれる もの）、接着研磨製品（例えば、グラインドホイールまたはハニング石（ｈｏｎ ｉｎｇｓｔｏｎｅｓ））、または不織研磨製品である。これらの製品は、従来の 研磨粒子のすべてまたはその一部を本発明の研磨粒子と置き換えること以外は従 来品と同様である。

本発明の研磨粒子で作製した被覆研磨ディスクは耐火材料被覆していない従来の アルミナベースの研磨粒子を有する同様の研磨ディスクと比較して、ステンレス スチールおよびマイルドスチールのような種々の金属ワークピースについて改良 されたグラインド特性を示す。研磨粒子の上に耐火材料被覆が存在することに起 因して、本発明の研磨ディスクの耐用寿命は非常に延長されている。この延長さ れた耐用寿命は、金属キャッピングの問題が低減されていることを示す。チタン 、硬化スチール、金属アロイのような他の金属ワークピースのグラインド特性に ついても同様に、本発明の研磨粒子を含む研磨製品を使用すれば改良されたグラ インド特性が得られると予想される。

発明の構成 本発明による耐火材料で被覆される好ましいアルミナベースの粒子には、溶融ア ルミナ、溶融アルミナ−ジルコニアおよびゾルゲル由来のセラミックαアルミナ ベース研磨粒子が包含される。これらはシーディング材料または改質剤を含んで も含まなくてもよい。アルミナベースの研磨粒子は、好ましくはゾルゲル法によ り作製される。好ましい研磨グレインの例は、米国特許第４．３１４．８２７号 、同第４゜７４４、８０２号、同第４．７７０．６７１号および同第４．８８１ ．９５１号に見出すことができる。

本発明による研磨粒子を提供するために、カソードアーク付着法を用いることに よりアルミナベースの研磨粒子の上に耐火材料が被覆される。このアルミナベー スの研磨粒子はカソードアーク付着装置の真空チャンバー中に置かれ、この粒子 を撹拌または振動させる装置の中または上に置かれることにより、直接プラズマ 湯中において均一な表面被覆が得られる。

研磨粒子を撹拌するための方法の例には、振盪、振動または反応容器の回転、粒 子の撹拌または流動床の中でそれらを懸濁させるなどの方法が挙げられる。好ま しい反応チャンバーは被覆工程中に粒子を撹拌することができる板を備えたシリ ンダーを有するものである。このような反応チャンバーの中では、粒子は種々の 異なる方法により撹拌され、そのことにより、それぞれ粒子の表面すべてが被覆 流（ｃｏａｔｉｎｇ　ｆｌｕｘ）に露出される。また、粒子の掻き混ぜは凝集を 防止し、均一な混合を達成し、そのことによりより均一な被覆が得られる。

このチャンバーは排気され、そして、所望の圧力の不活性および／または反応性 ガスで満たされる。付着の最中には、ソースカソードにおいては大量の電流が印 加され、維持される。化合物の反応性付着は、被覆チャンバー中に反応性ガスを 添加することによりカソードアーク被覆において可能である。

アノードおよびカソードは、アーク放電が開始され、十分な程度の電流がカッ提 供され、位置させられる。このアークはカソード表面の上に絶え間無く素早（動 （微小な発光領域を形成する。それぞれのスポットにおける高い電流密度に起因 して、カソードに電流が供給されると同時にカソード材料の素早い噴出が生じる 。得られるプラズマまたはビームの粒子はソース（カソード）材料の原子および イオンからなり、それぞれの粒子は約１０〜１００電子ボルトの間の運動エネル ギーを有する。マグネティクソレノイドにより原子およびイオンのビームを基材 表面に向けうる。一般に、原子およびイオンは基材表面において反応性ガスとチ ャンバー中で反応することにより薄いフィルムを形成すると考えられている。

典型的には、被覆工程には約５時間必要である。しかしながら、１〜１０時間の 間で増減することはできる。工程の終わりに、耐火材料被覆研磨粒子は真空チャ ンバーから除去され、研磨製品を作製するのに用いられる。

真空付着法において、真空チャンバーに不活性ガスを満たして用いることは通常 行なわれる。しかしながら、本発明の被覆法では、不活性ガスを用いない法が典 型的である。不活性ガスはカソードからの放電を安定化させるので、不活性ガス で満たすことはしばしば望ましい。この被覆法で不活性ガスを用いる場合は、そ れはアルゴン、クリプトン、キセノン、ヘリウムおよびプラズマ環境で化学的に 不活性な他のすべてのガスから選択されつる。コストおよび有用性の観点から一 般にアルゴンが好ましい。

この方法により化合物を形成するために用いる反応性ガスは、酸素、窒素、アン モニア、炭化水素およびジボランおよびボラジンのようなポロン含有ガスであり うる。

本発明でニトライド、カーバイドまたはポライド被覆を形成するのに有用な金属 には、例えば、スカンジウム、ランタン、セリウム、ネオジム、イツトリウム、 チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、 モリブデン、タングステンおよびこれらの組み合わせが包含される。被覆は、約 １〜１１００ｎの厚さで設けられる。

カソードアーク法による高エネルギープラズマは化学量論被覆の形成を促進する 。被覆法で用いられる高エネルギーのために、この被覆は、典型的には基材に非 常に接着性である。本発明による被覆研磨粒子は従来の研磨製品において用いつ る。それらは、溶融アルミナ、シリコンカーバイド、ガーネット、溶融アルミナ −ジルコニアなどのようなより安価な従来の研磨グリッドのブレンドとして用い ることが好ましい場合もある。また、それらはカルシウムカーポネート、ガラス などのような研磨材として記載していないミネラルまたは材料とブレンドされつ る。

研磨粒子を耐火材料で被覆するためのコストが比較的高いために、本発明の研磨 粒子はより安価な研磨ミネラルと混合することが好ましい。このような研磨粒子 の混合は知られている。混合の好ましい方法は、譲受人の米国特許第４．７３４ ．１０４号に記載されており、それには選択的ミネラル置換法として知られる方 法が包含される。それは、被覆研摩材のような研磨製品に用いられる安価な研磨 粒子のチャージ（ｃｈａｒｇｅ）から粗粒の研磨ミネラルを除き、これを本発明 の粗粒のミネラルの置換する方法である。この特許においては、いずれの被覆研 磨材においても、粗粒の研磨グレインはワークピースの研磨における主要部分に 実質的に存在する。

このような置換により、本発明の改良された研磨粒子は従来の研磨ミネラルの研 磨粒子より小さい研磨粒子の間に設けられ、そのことにより、そのような製品を 大量に研磨する改良された粗粒研磨粒子として機能する。

本発明の被覆研磨粒子は取り扱いが容易であり、周知の方法により種々の研磨製 品に用いつる。それらには、例えば、被覆研磨製品、接着研磨接着およびロフテ ィー（ｌｏｆｔｙ）不織研磨製品が含まれる。このような研磨製品の製造法は当 業者に周知である。被覆研磨製品は裏材料、例えば、布（例えば、織物または紙 のような不織布、これらは充填バインダー材料で含浸されつる）、ポリマーフィ ルム、例えば、熱硬化するように形成されたポリプロピレン、またはポリエチレ ンテレフタレート、例えば、必要に応じて下塗り材料で第１下塗りされたもの、 または他の従来の裏材料が包含される。また、被覆研磨材はバインダー材料を含 む。典型的には、メイクまたはメイク被覆、サイズまたはサイズ被覆および恐ら くはスーパーサイズ被覆も含む。通常のバインダー材料にはフェノール樹脂が包 含される。

サイズ被覆には、グラインド補助剤が添加されつる。またはこれらは微粒子材料 として添加されうる。好ましい被覆補助剤はＫＢＦ４である。しかしながら、他 のグラインド補助剤も有用であると考えられている。他の有用なグラインド補助 剤には、ＮａＣ１、イオウ、ＫｄｉＦ、、ポリビニルクロリド、ポリビニリデン クロリド、クライオライトおよびこれらの組み合わせおよび混合物である。グラ インド補助剤の好ましい量は、被覆研磨製品の１１２に対して５０〜３００ｇ、 好ましくは８０〜１６０ｇである。

典型的には、不織研磨製品は、構造にわたって分散され、その中に接着材料によ り接着された耐火材料被覆アルミナ研磨グリッド（ｇｒｉｔｓ）を有する開放多 孔性のロフティーポリマーフィラメント構造を有する。このような不織研磨製品 の作製法は周知である。

典型的には、接着研磨製品は有機または無機バインダー材料によりともに保持さ れた研磨グリッドの成形体からなる。好ましくは、成形体はグラインドホイール の形態である。本発明の耐火材料被覆アルミナ研磨グリッドのための好ましいバ インダー材料は有機バインダーである。本発明の研磨グリッドに悪影響を及ぼさ ない温度および条件で硬化するならば、セラミックまたはガラスのノくインダー も用いつる。

寒寒燃 以下の実施例により本発明をさらに詳細に説明する。特に断らない限りすべての 部および％は重量基準である。

一般的なカソードアーク付着法 カソードアーク付着のためにアルミナベースの研磨粒子を秤量し、真空系のホル ダー中においた。パーキン・ニルマー社（Ｐｅｒｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ　Ｃａｒｐ 、　）のメツコ・キヤ・ソト・アーク部門（Ｍｅｔｃｏ　Ｃａｔ　Ａｒｃ　ｄｉ ｖｉｓｉｏｎ）より市販されている第１０００型ポロンニトライド限定型カソー ドアーク装置を用いて最大の被覆流を受容するようにホルダーを位置させた。こ の装置は米国特許第３．８３６．４５１号（スネー７＜　−（Ｓｎａｐｅｒ）） に説明されたものと同様である。この装置には、さらに、ギルモア（Ｇｉｌｍｏ ｒｅ）ら、「／＜ルス化金属−プラズマ発生装置（Ｐｕｌｓｅｄ　ｌｌｅｔａｌ ｌｉｃ−Ｐｌａｓｍａ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ）Ｊ、ＩＥＥＥの手段、Ｖ、　６ ０、Ｎｏ、８、第９７７〜９９１頁、に記載されたマグネティクソレノイドを備 えている。このホルダーをカソードから約７．８ｃｍに位置させた。用いたジル コニウムおよびチタンカソードは市販されており、フェエックス・メタルジカル 社（Ｐｈ。

ｅｎｉｘ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ヒユース トン、テキサスより得られる直径７゜６２ｃｍ、厚さ’ｌ、　５ｃ１Ｍのもので ある。

カソードを水冷のカソードホルダー上に装着し、これを装置の真空チャンバ−に 備え付けた。真空チャンバーを５　Ｘ　１０−’　）ルに排気した後に、高真空 拡散ポンプを減速した。次いで、アルゴンと反応性ガスまたは反応性ガス単独を チャンＩく−に、チャンバー中において１０〜２０ミリトルの圧力を維持するの に十分な流速で添加した。典型的には、ガスの流速は一定の圧を維持するように 運転の間中調節される。アークはカソード表面において点火され、４００ｇの研 磨グレインチャージについて行なう場合は１５０アンペアの定常流出力に、そし て２０００ｇのチャージについて行なう場合は１８０アンペアに調節した。ソレ ノイドは約５０ガウスの磁場を提供し、これはそのことにより、研磨グレインへ のチタンまたはジルコニウムプラズマの導管として機能した。そして、被覆工程 の間中研磨グレインはグレインを撹拌する板を備えたシリンダーの中で掻き混ぜ られた。典型的な被覆時間は約５時間であった。

評価迭 被覆された研磨グレインの改良された性能を評価するために、まず、グレインを 裏材料の上に従来法で被覆し、次いで、７．６ｃａ＋　Ｘ　３３５ｃｍグライン ドベルトに被覆した。定負荷表面グラインダーでグラインド評価を行った。予め 秤量したマイルドスチール（ｍｉｌｄ　５ｔｅｅｌ）ワークピース（約２．５ｘ 　５　Ｘ　１８ｃｍ）をホルダーに装着した。

その際に、これを、その２．５　Ｘ　Ｈ！ａｍ面が被覆研磨ベルトを１対１平面 状（ｏｎｅ　ｏｎｏｎｅ　１ａｎｄｓ）に支える直径約３６ｃ＋ａの８５ショア Ａジュロメータ−鋸刃状ゴム接触ホイールに対面するように垂直に位置させた。

次いで、このワークピースを垂直に１８ｃｍの経路を通して毎分２０サイクルの 速度で往復させた。その間、スプリングで負荷させたプランジャーはワークピー スをベルトに１１．３６ｋｇの負荷で押し付け、ベルトは毎分約２０５抛で運転 された。

−クピースを再秤量することにより除去された金属を決定し、次いで、ワークピ ースを冷却した。次いで、ワークピースのセットが尽きるまで同様にしてワーク ピースを処理し、所望の終点が得られるまでこのサイクルを繰り返した。除去し たストックの量をそれぞれのワークピースの１分間のグラインドにより得られた 除去された金属の量を加算することにより計算し、除去された金属の合計量を得 た。

実施例１ 熱処理溶融アルミナ（１１ＴＡ）、グレード１５０（平均粒子寸法的９５μｍ１ １％　トライパッカー・ケミツノｘ　’ベルヶ・アクルンゲゼルシャフト（Ｔｒ ｅｉｂａｃｋｅｒ　Ｃｈｅｍｉｓｈｅ　ｆｅｒｋｅ＾ｋｌｕｎｇｅｓｅｌｌｓｃ ｈａｆｔ）、トライバツバ（Ｔｒｅｉｈａｃｈ）、オーストリアより市販されて いる）を上述のカソードアーク付着により以下の条件でチタンカーバイドで被覆 した。

研磨グレインチャージ量　４００ｇ チャンバー圧および雰囲気　１５ミリトルのメタンカソード電流　１５アンペア このグリッドを被覆流に５時間露出した。その結果、計算通り約１０ｎｍの厚さ の被覆を得た。平均被覆厚は、被覆の重量％（標準分析ケミストリー法により決 定）、研磨グレインの平均表面積、および被覆材料の密度（例えば、チタンニト ライドは５．２２ｇ／ｃｃの密度を有する）から以下の式を用いて計算した。

ｔ＝（ＩＯＷ）／（ＳＤ） 式中、ｔは被覆厚であり、Ｗは被覆の重量％であり、Ｄはｇ／ｃｃにおける密度 であり、Ｓはｍ　２７ｇにおける表面積である。

従来の方法にしたがって、この被覆研磨グレインを被覆研磨製品を作製するため に用いた。この被覆研磨製品を研磨ベルトに調整した。被覆していない■ＴＡを 用いて対照被覆研磨材を作製し、これも研磨ベルトに調整した。

それぞれの場合に、裏材料はＹウェイトサテンポリエステルを用い、ベルトの寸 法は７．６ｃ＋ｅ　ｘ　３３５．３ｃｏ＋とじた。この裏材料を、硬化後に４５ ．２％のＣａＣＯ３と５４．８％の樹脂とを含む従来のＣａＣＯ３充填フェノー ルホルムアルデヒドレゾール樹脂メイク被覆で被覆した。次いで、研磨ミネラル を静電付着により設けた。このメイク被覆を２時間８０℃で予備硬化させた後に 、サイズ被覆を設けた。サイズ被覆は硬化後に５９．６％のＣａＣＯ３と４０． ４％の樹脂とを含む従来のＣａＣＯ３充填フェノール樹脂を用いた。サイズ被覆 を設けた後に、被覆研磨材を１２時間１００℃で硬化させた。

このベルトを上述の表面グラインダーを用いて評価した。その際に、１１．３６ ｋｇの圧において合計２０分間４１５０マイルドスチールの４個のワークピース をグラインドした。同一の方法で対照を調整し、評価した。結果を以下に示す。

対照ベルトにより除去された金属の合計量　３５２．３ｇ実施例１のベルトによ り除去された金属の合計量　２３２．９６ｇ改良の度合　８．７％ 実施例２ 実施例１で説明した熱処理溶融アルミナ（■ＴＡ）の試料を以下の条件でカソー ドアーク付着によりチタンニトライドで被覆した。

研磨グレインチャージ量　４００ｇ チャンバー圧および雰囲気　１５ミリトルの窒素カソード電流　１５０アンペア この研磨グレインを被覆流に５時間露出し、約１０正の十分な被覆厚を得た。得 られた被覆研磨グレインを被覆研磨材を作製するのに用い、これをベルトに調整 し、実施例１と同様にして評価した。結果を以下に示す。

対照ベルトにより除去された金属の合計量　３５２．３ｇ実施例２のベルトによ り除去された金属の合計量　３９０．６ｇ改良の度合　１０．８％ 実施例３ ０．５％のマグネシアを含有させること以外は米国特許第４．９６４．８８３号 の実施例１８により作製したセラミックゾルゲルアルミナベースの研磨グレイン （グレード１５０）の試料を以下の条件でカソードアーク付着によりチタンニト ライドで被覆した。

研磨グレイン充填量　４００ｇ チャンバー圧および雰囲気　１５ミリトルの窒素カソード電流　１５０アンペア この研磨材を被覆流に５時間露出し、約１０ｎｍの計算被覆厚を十分に得た。得 られた被覆研磨グレインを用いて被覆研磨製品を作製し、これを研磨ベルトとし 、そして、実施例１と同様の方法で評価した。結果を以下に示す。

対照ベルトにより除去された合計量　２４８．３ｇ実施例３のベルトにより除去 された金属の合計量　２６８．２６ｇ改良の度合　８．２％ 実施例４ ミネソタ・マイニング・アンド・マニファクチュアリング社より「キュービトロ ン（Ｃｕｂｉｔｒｏｎ）Ｊの商標で得られるαアルミナマグネンア変性、酸化鉄 シード、セラミック研磨グレイン（グレード１５０）を以下の条件でカソードア ーク付着によりジルコニウムカーバイドで被覆した。

研磨グレイン充填量　２０００ｇ チャンバー圧および雰囲気　１５ミリトルのメタンカソード電流　１８０アンペ ア この研磨グレインを５時間被覆流に露出し、約１０止の計算被覆厚を十分得た。

得られる被覆研磨グレインを用いて従来法により被覆研磨材を作製し、この被覆 研磨材を研磨ベルトとした。被覆していないキュービトロングレインを用いてメ イク被覆研磨材を作製し、これを対照のベルトとした。

被覆研磨裏材料は、ゲスタフ・エルンストマイヤー・グツ社（Ｇｕｓｔａｖ　Ｅ ｒｎｓｔｍｅｉｅｒ　Ｇｍｂｈ　ａｎｄ　Ｃｏ、　ＫＧ）、西ドイツ、より得ら れる処理されたコツトンＪウェイトドリル布を用い、ベルトの寸法は７．６ｃｍ 　ｘ　３３５．３ｃｍとした。

この布を、硬化後に４２％のＣａＣＯ３と５８％の樹脂とを含む従来のＣａＣＯ ３充填フェノールレゾール樹脂で被覆した。次いで、静電付着により研磨ミネラ ルを０．０１５１ｇ／ｃ＋＊”の密度で設けた。

メイク被覆を以下の加熱操作により予備硬化させた。

４分間　７１℃ ２０分間　９６℃ ７４分間　１０４℃ サイズ被覆は、硬化後に８０％のＣａＣＯ３と２０％の樹脂とを含む従来のＣａ Ｃ０３充填フエノールレゾール樹脂とした。被覆の後に、このベルトを以下の加 熱操作により硬化させた。

２０分間　５７℃ ４０分間　７１℃ ２０分間　８１℃ ８０分間　８９℃ ９０分間　５８℃ 次いで、最終硬化のために、このベルトをドラムに巻き、１２時間９９℃で硬化 させた。このベルトを上述の表面グラインダーを用いて評価した。その際に、４ ．５Ｋｇの圧で合計２０分間４１５０マイルドスチールの４個のワークピースを グラインドした。結果を以下に示す。

対照ベルトにより除去された金属の合計量　３４６．４６ｇ実施例４のベルトに より除去された金属の合計量　４２７．８６ｇ改良の度合　２３．５％ 実施例５ 実施例４で説明したキュービトロン研磨グレイン（グレード１５０）を以下の条 件でカソードアーク付着によりジルコニウムカーバイドで被覆した。

研磨グレインチャージ量　２０００ｇ チャンバー圧および雰囲気　１５ミリトルのメタンカソード電流　１８０アンペ ア このグリッドを５時間被覆流に露出し、約１０止の計算被覆厚を十分に得た。こ の被覆研磨グレインを用いて被覆研磨製品を作製し、それを研磨ベルトとし、実 施例４と同様にして評価した。結果を以下に示す。

対照ベルトにより除去された金属の合計量　３０４．９ｇ実施例５のベルトによ り除去された金属の合計量　３９５．１ｇ改良の度合　２９．６％ 本発明は特定の実施例について説明したけれども、これはさらに改変しうろこと が理解されなければならない。添付の請求の範囲はここで説明したことを元に当 業者が均等であると認める種々の変形をすべて含むように意図されている。

要約書 カソードアーク付着により金属ポライド、カーバイドまたはニトライドで被覆さ れたアルミナベースのコアを有する研摩粒子が提供された。このコアは溶融アル ミナまたはアルミナベースのセラミックであり得る。従来の研摩粒子を少なくと も部分的にこの研摩粒子で置換することにより、改良された研摩製品が提供され た。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成４年１１月２日０敦

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．１００ｎｍを下回る平均被覆厚の実質的に均一な層のフ耐火材料が被覆され たアルミナベースのコアを有する研磨粒子。
2. ２．前記耐火材料が、スカンジウム、ランタン、セリウム、ネオジム、イットリ ウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ク ロム、モリブデン、タングステンおよびそれらの混合物からなる群から選択され る金属のポライド、カーバイドまたはニトライドである、請求項１記載の研磨粒 子。
3. ３．前記被覆厚が約１ｎｍ胆を上回る、請求項１記載の研磨粒子。
4. ４．前記被覆厚が約５〜２５ｎｍである、請求項１記載の研磨粒子。
5. ５．研磨粒子の少なくとも一部が請求項１記載の研磨粒子である被覆研磨製品、 接着研磨製品または不織研磨製品の形態である研摩材料。
6. ６．ａ）十分な電流を金属カソードに供給することによりカソードを構成する金 属のプラズマを形成する工程； ｂ）該プラズマの金属のポライド、カーバイドまたはニトライドの形成を促す雰 囲気に該プラズマを作用させる工程； ｃ）該プラズマをアノードを通過する経路に向けさせる工程；ｄ）被覆するアル ミナベースの粒子を該経路中に保持する工程；ｅ）それぞれのアルミナベースの 粒子の全表面が該プラズマ経路に実質的に露出されるように、それぞれの粒子を 回転させる工程；ｆ）実質的にすべてのアルミナベースの粒子上に実質的に均一 な耐火材料の被覆が形成されるまで工程ａ）〜ｅ）を続ける工程；そして、ｇ） アルミナベース粒子上の耐火材料の平均被重厚が１００ｎｍを上回る前に工程ａ ）〜ｆ）を中断する工程；
7. ７．前記雰囲気が不活性ガスを包含する、請求項６記載の方法。
8. ８．前記不活性ガスがアルゴン、クリプトン、キセノン、ヘリウムまたは周期表 の８族の部類から選択される、請求項７記載の方法。
9. ９．前記雰囲気が反応性ガスを包含する、請求項６記載の方法。
10. １０．前記反応性ガスが酸素、窒素、アンモニア、炭化水素またはボロン含有ガ スを包含する、請求項９記載の方法。