JPH0633041A - 焼結複合研磨剤グリツト、その製造法並びに使用法 - Google Patents

焼結複合研磨剤グリツト、その製造法並びに使用法

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JPH0633041A
JPH0633041A JP5142574A JP14257493A JPH0633041A JP H0633041 A JPH0633041 A JP H0633041A JP 5142574 A JP5142574 A JP 5142574A JP 14257493 A JP14257493 A JP 14257493A JP H0633041 A JPH0633041 A JP H0633041A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来法の欠点をもたない研磨剤グリットを提
供する。 【構成】 本発明はα−Al23マトリックスとその中
に混入された少なくとも1種のかたい材料をベースとし
た焼結複合研磨剤グリット、該焼結複合研磨剤グリット
の製造法、並びにその使用法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【本発明の分野】本発明はα−Al23マトリックスお
よび少なくとも1種のかたい材料をベースとした焼結複
合研磨剤グリット、該焼結研磨剤グリットの製造法並び
に使用法に関する。
【0002】いわゆるそ超研磨剤のCBN(立方晶形の
窒化ホウ素)およびダイヤモンドの価格は通常の研磨
剤、例えばSiCおよびAl23の価格の1000倍な
いし10000倍である。それにもかかわらずこれらの
超研磨剤からつくられた研磨工具が長年に亙り通常の研
磨剤の代わりに使用されて来た。その理由はその使用特
性が高く、機械を停止させる時間を短縮でき、人力を節
約できるために、通常の研磨剤に比べ明白な経済的利点
が得られるからである。
【0003】天然の岩石、コンクリート、ガラス、セラ
ミックス、強化プラスチックス、貴金属、硬質金属、そ
の他の材料を加工する場合、天然および合成のダイヤモ
ンド研磨剤粒子は特に重要である。立方晶形の窒化ホウ
素はかたい鉄性の材料および他の金属材料を加工する場
合特に経済的に加工できる可能性を与える。
【0004】しかもCBNの用途は需要の少ない研磨操
作でCBNの高い使用特性が十分には発揮できない場合
に限定されている。
【0005】さらにCBNの工具を用いて加工する場合
には特殊な機械装置が必要であり、そのためCBNがそ
の高い使用特性を示し得る研磨操作のみを考慮した適当
な設備が必要となる。
【0006】ダイヤモンドの用途はすでに益々重要にな
って来ており、この点に関しては特に、ダイアモンドの
使用される主な分野は岩石の加工であり、ここではダイ
ヤモンドは既に広く使用され、SiCからつくられた通
常の研磨材料は殆ど完全にダイヤモンドの工具で置き換
えられている。
【0007】最近μ以下の大きさのAl23をベースと
した研磨剤グリットが報告されているが、これらは有利
なコストおよび使用分野に関し、通常の研磨剤と超研磨
剤の間に位置するものとして分類される。μ以下の大き
さのAl23をベースとした対応する焼結研磨剤グリッ
トは幾つかの方法により製造することができるが、これ
らの方法は殆ど常にゾル・ゲル法に基づく方法である。
ゾル・ゲル法による研磨剤グリットの製造に関する最近
公刊された多くの刊行物の例としては、米国特許第4
314 827号並びに同第4 623 364号、お
よびヨーロッパ特許第408 771号を挙げることが
できる。
【0008】米国特許第5 090 970号において
は、超研磨剤グリットとゾル・ゲル法で製造された微結
晶のα−Al23粒子との混合物からつくられた研磨用
の円板(グラインダー)が記載されている。驚くべきこ
とには、CBNが僅かしか存在しない場合でも高度の研
磨力が得られる。このことはSiCおよびAl23と超
研磨剤戸の複合体を記載した米国特許第4 652 2
77号とは対照的に、通常のグリットはグラインダーに
対する通常の充填剤とは見做されず、積極的に研磨工程
に関与し、研磨工程の効率を増加させるという事実によ
ると考えられている。
【0009】この方法の欠点は、研磨剤グリットがグラ
インダー全体の中に十分均一に分布し得るにも拘らず、
別々の種類の粒子の均一な分布は保証されないことであ
る。しかし研磨剤グリットはかたさが極めて異なってい
るということだけで異なった摩耗機構を示すから、グラ
インダー全体は均一には摩耗せず、特定の研磨操作に依
存して修正工程が増え、これによって研磨工程の効率が
低下する。
【0010】この方法の他の欠点は、異なった種類の分
離した粒子を使用することである。各種の粒子には使用
分野に対して特に適した特殊な結合がある。完全に異な
った種類の粒子を加工して一つのグラインダーにする場
合、結合を最適化するには妥協を図らなければならず、
従って粒子の特定の組み合わせがもつ潜在的な特性を完
全には利用することはできない。
【0011】米国特許第3,916,584号において
は、微小多孔性酸化物のマトリックスの中に平均粒径が
25μ以下の熱に敏感な研磨剤粒子、例えばダイヤモン
ドまたは立方晶形の窒化ホウ素が含まれた複合研磨剤材
料が記載されている。
【0012】この場合目的は研磨剤を極端に細かく加工
することである。マトリックスはSiO2、Al23
TiO2、ZrO2またはこれらの組み合わせから成るこ
とができるが、多孔性であり、かたさが1000クヌー
プ(Knoop)より低く、積極的に研磨工程に関与し
ている。
【0013】従って本発明の目的は従来法の上記の欠点
をもたない研磨剤グリットを提供することである。
【0014】
【本発明の要約】本発明の目的はα−Al23マトリッ
クスおよび少なくとも1種のかたい材料から成り、該α
−Al23の一次結晶の大きさが0.1〜1μmの範囲
であり、かたい材料はCBNおよび/またはダイヤモン
ドの粒子である焼結複合研磨剤グリットによって達成さ
れる。このような焼結複合研磨剤グリットを提供するこ
とが本発明の目的である。
【0015】本発明の複合研磨剤グリットの場合には、
好ましくは理論的密度の98%よりも高い密度を有し、
そのかたさは19GPa〔HV 200/ビッカースの
かたさ〕よりも大きく、微結晶構造のために積極的にに
研磨工程に用いられる。本発明の複合研磨剤グリットの
他の利点は研磨工程中遥かに高い圧力をかけることがで
きることであり、従って米国特許第3,916,584
号記載の材料比べ用途と使用特性を遥かに広く拡大する
ことができる。
【0016】本発明の大きさがμ以下のα−Al23
トリックスはゾル・ゲル法で製造することが有利であ
る。
【0017】本発明のα−Al23マトリックスのμ以
下の構造は本発明の研磨剤グリットの著しい研磨特性の
原因となっていると考えることができる。研磨操作中研
磨剤グリットから比較的小さな区域が破断して欠落し、
これによって新しい切断縁部が生じ、これが再び切断工
程中に積極的に関与する。この自己先鋭化機構により研
磨力は通常の熔融または焼結グリットと比較してかなり
増大する。
【0018】驚くべきことには本発明に従い超研磨剤か
ら成る群から選ばれるかたい材料をμ以下の大きさのA
23マトリックスの中に混入することにより極めて大
きな研磨能力が得られる。これはCBNまたはダイアモ
ンドの極めて効率的な研磨作用と一緒になってマトリッ
クスの研磨作用が機能するためである。
【0019】かたい材料の粒径が1〜70μm,好まし
くは10〜50μmである場合、特に良好な結果が得ら
れる。即ち極めて細かい安価なグリットが得られる。
【0020】本発明の複合研磨剤グリットはかたい材料
の量が少ない場合でも良好な研磨特性を示す。かたい材
料の好適な量は複合研磨剤グリットに関し0.1〜15
重量%、好ましくは0.5〜5重量%である。このこと
は本発明の焼結複合グリットはいわゆる超研磨剤よりも
有利な価格/効率比をもち、また加工して通常の研磨剤
グリットから作られた研磨材と同様な構造をもつ研磨材
にすることができることを意味する。
【0021】上記に概説した破片の挙動に対する要求、
従ってかたい材料の自己先鋭化および研磨作用に対する
要求は、かたい材料がマトリックスの中にうまく一体化
されていることである。
【0022】Al23マトリックスの構造が細かいほ
ど、一体化は良好になることが見出だされた。従ってマ
トリックスの結晶成長に良い影響を与える焼結添加剤を
用いることが有利である。
【0023】適当な焼結助剤は結晶の核(同種の、即ち
α−Al23の、または異種の、即ちFe23、Cr2
3、Ti23等の核)、または結晶成長抑制剤(スピ
ネル、スピネル生成剤、例えばMgO、CoO、Ni
O、ZnO、酸化物、例えばHfO2、TiO2、Al2
TiO5、CeO2、ZrO2、CuO、Li2O、Sr
O、BaO、K2O、Nb23、SiO2、B23等)で
ある。
【0024】また異なった焼結助剤の組み合わせ、また
は反応して反応条件下で1種またはそれ以上の上記焼結
助剤を生じる対応する前駆体を使用することもできる。
【0025】Nb25とMgOとの組み合わせ、または
極めて細かく粉砕したSiCを用いると非常に良好な結
果が得られる。他の極めて細かく粉砕した炭化物、例え
ばCr23、TiC、NbC、TaC等も焼結助剤とし
て有利に使用することができる。これらの焼結助剤を用
いて得られる一次結晶の大きさは0.2μより小さく、
かたさは22〜23GPa(ビッカース)である。
【0026】焼結助剤および/または結晶核を補助的に
使用しない場合、一次結晶の大きさが好ましくは0.4
μより小さいAl23の微結晶からマトリックスがつく
られた研磨剤グリットが得られる。
【0027】本発明に従えばかたい材料に被膜をつける
ことにより、かたい材料のマトリックスの中への一体化
を改善することが有利である。セラミックスの被膜を用
いると最良の結果が得られる。
【0028】超研磨剤に対する市販のセラミックス接合
剤を被膜として使用することができ、かたい材料の水性
懸濁として被覆した後、乾燥して焼成する。この工程で
生じる凝集物を乾燥した後分離し、被覆したかたい材料
を分離した粒子として複合グリットに使用することがで
きる。勿論、ダイアモンドを被覆する場合は特に、不活
性条件下で行うことが好ましい。被膜によりかたい材料
の表面積が増加し、マトリックス中における保持性が改
善される。
【0029】さらに付加的な積極的な効果としては、ガ
ラス相がマトリックス中に拡散し、結合がさらに強化さ
れることを挙げなければならない。
【0030】またセラミックス被膜の成分が焼結助剤と
して効果がある場合、例えばSiO2、MgO等のよう
な場合、マトリックスに対して有利である。
【0031】被膜の量は使用するかたい材料に関し、
0.1〜30重量%、好ましくは0.5〜10重量%で
あることが有利である。
【0032】本発明の複合研磨剤グリットは大きな融通
性をもっていることを特徴としている。何故ならばその
用途に依存してグリットの粒径、かたい材料の量および
種類を簡単に変えること、およびさらに補助的に焼結助
剤を使用することにより、多くの研磨操作に対し最適の
研磨剤グリッドを開発することができる。
【0033】米国特許第5 090 970号記載の研
磨剤材料と比較して、本発明の複合グリットを使用する
と、超研磨剤を研磨剤の中に完全に均一に混入すること
ができる利点が得られる。他の利点としては、かたい材
料(CBN)の割合が比較的少ない場合でも非常に良好
な結果が得られることである。従ってAl2O3に関し
僅かに2重量%のCBNを含む複合グリットを用いて優
れた研磨結果が得られる。
【0034】また本発明の目的には、通常の方法でつく
られたAl2O3のゾルまたはゲルを一定の粒径のかた
い材料で処理し、これを乾燥し、カ焼して焼結する本発
明の焼結複合研磨剤グリットを製造する方法、並びに本
発明の焼結複合研磨剤グリットを研磨工具の製造に使用
する方法が含まれる。
【0035】
【好適具体化例の詳細な説明】下記実施例により本発明
を例示する。これらの実施例は本発明を限定するもので
はない。
【0036】実施例 1 500gの酸化アルミニウム一水和物〔コンデア(Co
ndea)社のディスペラル(Disperal)〕を
酸(HNO3)を加えて2リットルの水の中に分散させ
る。この分散物を遠心分離にかけ、原料の分散しない部
分(約2%)を分離する。連続的に撹拌しながらこの懸
濁液を沸点まで加熱し、予めガラス・フリットで被覆し
た平均粒径約22μのCBN(昭和電工製SBN−B)
7gで処理する。
【0037】ガラス・フリットは最高45%のSi
2、30%のB23、15%のAl23、2%のCa
Oおよび8%のMgOから成っている。このガラス・フ
リットを水性懸濁液としてかたい材料と混合し、乾燥し
て生じた凝集物を粉砕し、分離したCBN粒子を700
℃で焼結する。被膜の割合はかたい材料に関し約3%で
あった。
【0038】かたい材料を加える前に、硝酸を滴下して
ゲル化を促進する。かたい材料を完全に添加した後数分
してゲル化を中止する。ゲルを均質化し、乾燥器中で8
0℃において乾燥する。乾燥したゲルをカ焼し、この際
3時間に亙り段階的に500℃まで加熱する。この温度
において水および酸の残留物を完全に除去することがで
き、次いで1240℃において4時間焼結を行うことが
できる。
【0039】焼結後、複合焼結研磨剤グリットを粉砕し
て所望の粒径にすることができる。 分析 かたい材料の かたさ 密度 微結晶の平均粒径 割合 (HV 0.2) マトリックス CBN −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 2%CBN 2240 98% 0.4μm 22μm 実施例 2 実施例1と同じ方法を使用した。しかし遠心分離を行う
前に、平均粒径0.3μmのα−Al23結晶核約4%
を加えた。次いで懸濁液を遠心分離にかけ、結晶核の粗
い部分および原料の分散しなかった部分を分離した。以
後の処理は実施例1と同じである。
【0040】 分析 かたい材料の かたさ 密度 微結晶の平均粒径 割合 (HV 0.2) マトリックス CBN −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 2%CBN 2340 98% 0.1μm 22μm 実施例 3 実施例2に対応する方法を用いた。しかし被膜をもたな
いCBNを用いた。
【0041】カ焼には95℃、170℃および440℃
で待ち時間をとる特殊なプログラムで行った。カ焼時間
は全体で約6時間であった。
【0042】 分析 かたい材料の かたさ 密度 微結晶の平均粒径 割合 (HV 0.2) マトリックス CBN −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 2%CBN 2280 98% 0.2μm 22μm 研磨試験 寸法が100×20mmのFEPA−Norm F 8
0の円板上で複合グリットを使用した。
【0043】研磨条件 供給速度1000mm/分 円板の周辺速度 20m/秒 進行行路 0.05mm 切断区域 20×10mm 材料HSS−S 700, 65HRC 研磨剤グリット 研磨挙動(G因子) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 特殊熔融アルミナ、白色 50 実施例1 850 実施例2 1100 実施例3 600 CBN 1800 本発明の主な特徴及び態様は次の通りである。 1.一次結晶の大きさが0.1〜1μmの範囲にあるゾ
ル・ゲル法でつくられたα−Al23マトリックス、お
よびその中に分散した粒径が10〜50μmのCBNお
よびダイアモンドから成る群から選ばれるかたい材料か
ら成る焼結複合研磨剤グリット。
【0044】2.α−Al23マトリックスおよびその
中に分散した少なくとも1種のかたい材料をベースに
し、該α−Al23の一次結晶粒径は0.1〜1μmの
範囲にあり、かたい材料はCBNおよびダイアモンドか
ら成る群から選ばれる焼結複合研磨剤グリット。
【0045】3.該α−Al23マトリックスがゾル・
ゲル法でつくられたコランダ生成物である上記第2項記
載の焼結複合研磨剤グリット。
【0046】4.かたい材料の粒径は1〜70μmであ
る上記第2または3項記載の焼結複合研磨剤グリット。
【0047】5.かたい材料の量は焼結複合研磨剤グリ
ットに関し0.1〜15重量%、好ましくは0.5〜5
重量%である上記第2〜4項記載の焼結複合研磨剤グリ
ット。
【0048】6.かたい材料はセラミックスの被膜をも
っている上記第2〜4項記載の焼結複合研磨剤グリッ
ト。
【0049】7.セラミックスの被膜の量はかたい材料
に関し0.1〜30重量%、好ましくは0.5〜10重
量%である上記第6項記載の焼結複合研磨剤グリット。
【0050】8.セラミックスの被膜の量はかたい材料
に関し0.5〜10重量%である上記第7項記載の焼結
複合研磨剤グリット。
【0051】9.Al23のゾルまたはゲルに対し、ゾ
ル化またはゲル化段階において、かたい材料の粒子を加
え、次いでこれを焼結し磨砕する上記第1または2項記
載の焼結複合研磨剤グリットを製造するためのゾル・ゲ
ル法。
【0052】10.該グリットを工具または装置の作用
部分に結合して研磨用の工具または装置を製造する上記
第1〜3項記載の焼結複合研磨剤グリットの使用法。
【0053】11.上記第1〜3項記載の焼結複合研磨
剤グリッから成る研磨用の装置または工具。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パウル・メルトゲン ドイツ連邦共和国デー7887ラウフエンブル ク・シユタイクマツトシユトラーセ2 (72)発明者 ゲルハルト・ビンター ドイツ連邦共和国デー3380ゴスラー・カス パー−ダフイト−フリードリヒベーク2 (72)発明者 デイートマー・フイスター ドイツ連邦共和国デー7886ムルク−2・ツ エヘンビールシユトラーセ1 (72)発明者 ピルミン・ビルヘルム ドイツ連邦共和国デー7880バトゼツキンゲ ン・ウーラントシユトラーセ26

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次結晶の大きさが0.1〜1μmの範
    囲にあるゾル・ゲル法でつくられたα−Al23マトリ
    ックス、およびその中に分散した粒径が10〜50μm
    のCBNおよびダイアモンドから成る群から選ばれるか
    たい材料から成ることを特徴とする焼結複合研磨剤グリ
    ット。
  2. 【請求項2】 Al23のゾルまたはゲルに対し、ゾル
    化またはゲル化段階において、かたい材料の粒子を加
    え、次いでこれを焼結し磨砕することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の焼結複合研磨剤グリットを製造
    するためのゾル・ゲル法。
  3. 【請求項3】 該グリットを工具または装置の作用部分
    に結合して研磨用の工具または装置を製造することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の焼結複合研磨剤グ
    リットの使用法。
  4. 【請求項4】 特許請求の範囲第1項記載の焼結複合研
    磨剤グリッから成ることを特徴とする研磨用の装置また
    は工具。
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