KR100495774B1

KR100495774B1 - 세륨계 연마재

Info

Publication number: KR100495774B1
Application number: KR10-2002-7009571A
Authority: KR
Inventors: 야마사키히데히코; 우치노요시츠구; 다카하시가즈아키
Original assignee: 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2005-06-16
Also published as: MY127170A; EP1342766A1; US6585787B2; US20030051412A1; TW528796B; AU2002221123A1; EP1342766A4; JPWO2002048280A1; CN1400995A; CN1202197C; WO2002048280A1; KR20020080389A

Abstract

본 발명은, 고정밀도의 연마면을 형성할 수 있고, 보다 절삭성이 양호한 세륨계 연마재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 세륨계 연마재를 비교적 간이하게 평가하기 위한 수법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 산화세륨을 40 중량% 이상(전 희토류(希土類)산화물비)함유하는 세륨계 연마재에 있어서, 세륨계 연마재 중량에 대하여 불소를 원자중량 환산으로 0.5∼10 중량% 함유함과 동시에, 분말 X선 회절법에 의해 측정되는 격자정수가 0.544∼0.560nm 범위의 결정으로 이루어지는 연마입자를 함유하도록 하였다. 또한 세륨계 연마재의 평가방법은, 평가대상인 세륨계 연마재를 분말 X선 회절법에 의해 분석하는 것에 의해, 소정의 4개의 범위로 나타내는 각 영역에 있어서 최대 피크 중, 적어도 1의 최대 피크의 회절각(θ)을 구하여, 이것으로부터 연마입자를 구성하는 결정의 격자 정수를 계산하는 과정을 포함하는 것이다.

Description

세륨계 연마재{CERIUM BASED ABRASIVE MATERIAL}

본 발명은, 산화세륨을 주성분으로 하는 세륨계 연마재의 평가방법 및 세륨계 연마재 와 그 제조방법에 관한 것이다.

산화세륨(CeO₂)을 주성분으로 하는 세륨계 연마재는, 여러가지 유리재료의 연마에 사용되고 있으며, 특히 최근에는, 하드디스크 등의 자기 기록매체용 유리, 액정 디스플레이(LCD)의 유리기판과 같은 전기 ·전자기기에서 사용되고 있는 유리재료의 연마에도 사용되고 있으며, 그 응용분야가 넓어지고 있다.

상기 세륨계 연마재는, 산화세륨의 전희토(全希土) 산화물 함유량(이하, TREO라고 한다)에 대한 함유량에 의해 고세륨 연마재(산화세륨 함유량 70% 이상)와, 저세륨 연마재(산화세륨 함유량 50% 전후)로 분류되어 있으나, 그 제조공정에는 큰 차이는 없으며, 어느 것도 원료를 화학처리(습식처리)하여, 여과, 건조한 후에 배소(焙燒)하고, 이것을 분쇄, 분급하는 것에 의해 제조된다. 또한, 원재료로서는, 바스트나사이트(bastnasite) 라고 불리는 희토광석을 선광(選鑛)한 바스트나사이트 정광이라고 하는 천연원료를 사용하는 것이 종래는 많았으나, 최근에는 바스트나사이트광이나 비교적 저렴한 중국산 복잡광을 원료로서 인공합성한 산화희토 또는 탄산희토를 원료로 하는 것이 많아지고 있다.

세륨계 연마재가 널리 사용되고 있는 까닭으로서는, 세륨계 연마재를 적용하는 것으로 고 정밀도의 연마면을 얻을 수 있는 것에 덧붙여서, 세륨계 연마재는 절삭성이 우수하기 때문에, 비교적 단시간에 대량의 유리재료가 연마제거 될 수 있다는 점에 의한 것이다. 여기서, 세륨계 연마재의 연마기구에 대해서는, 반드시 명확한 정설(定說)은 없으나, 세륨계 연마재 중에 함유되는 불소성분이 큰 역활을 하고 있다고 되어 있다. 즉, 연마재가 일반적으로 가지는, 산화세륨을 주로 하는 연마입자에 의한 기계적 연마작용에 덧붙여서, 연마재 중에 함유되는 불소성분이 유리면과 반응하여, 불화물을 형성하여 유리표면의 침식을 촉진한다고 하는 화학적 연마작용을 가지는 것에 의한 것으로 되어 있다.

이와 같이 세륨계 연마재는 기계적 작용과 화학적 작용의 쌍방 효과가 있어 비로소 그 우수한 연마특성이 발휘된다. 그리고, 세륨계 연마재의 품질을 나타내는 기준으로서는, 연마재 일반에 요구되는 품질, 즉, 연마입자의 입자경이 균일하여 흠의 원인으로 되는 거친입자가 존재하지 않는 것 외에, 적당한 불소 품위(농도)를 가지는 것이 요구된다. 그리고, 종래의 세륨계 연마재는 불소 함유량 및 연마입자의 입자경을 불화처리조건, 배소온도, 분급조건을 적절히 제어하고 있으며, 이에 의해 우수한 연마재가 공급되고 있다.

그러나, 향후의 세륨계 연마재의 수요를 고려하면, 지금까지 이상으로 우수한 연마재의 개발이 요구되는 것은 당연하다. 특히, 하드디스크, LCD 용의 유리기판 등의 분야에 있어서는 더 더욱 고 밀도화가 요구되고 있으며, 그를 위해서는 매우 고 정밀도의 연마면으로 할 수 있을 뿐 만 아니고, 고속으로 소정량의 연마를 할 수 있는 높은 절삭성을 가지는 연마재가 요구된다고 생각된다.

또한, 불화처리조건, 배소온도, 분급조건 등의 내용은, 지금까지 경험적으로 결정되는 경우가 많으나, 이들의 상관관계는 반드시 단순한 것은 아니고, 특히, 배소온도, 분급조건과 같은 제조공정에 있어서 이력을 기준으로 하여 그 연마특성을 추정하는 것은 곤란하다. 그래서, 세륨계 연마재의 연마특성을 평가하기 위해서는, 실제로 유리재료를 연마하여 연마값의 측정 및 연마면의 흠 발생의 유무를 관찰하는 것에 의해 행하여 지고 있으나, 실제로 유리재료를 연마하는 연마시험은 번잡하다. 또한, 불소함유량 만으로부터 세륨계 연마재의 연마특성을 평가하는 것도 불가능 하다. 이와 같은 이유로부터, 보다 간이한 연마재의 평가기준의 확립이 요구되며, 이것은 특히 원료나 제조조건을 종래의 것에서 변경하여 새로운 연마재를 시험제작한 경우에 필요하게 되는 것이라고 생각된다.

본 발명은, 이상의 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 고 정밀도의 연마면을 형성할 수 있고, 보다 절삭성이 양호한 세륨계 연마재와 함께, 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 세륨계 연마재를 비교적 간이하게 평가하기 위한 수법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

도 1은, 실시예 1에 관한 세륨계 연마재의 X선 회절패턴을 나타내는 도이며, 도 2는, 비교예에 관한 세륨계 연마재의 X선 회절패턴을 나타내는 도이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하고자 여러가지 검토를 하여, 세륨계 연마재의 제조과정, 특히 배소전후에 있어서, 불소의 거동에 기인하는 산화세륨의 결정구조의 변화에 착안했다. 본 발명자들에 의하면, 산화세륨 함유량이 40% 이상(TREO 기준)의 세륨계 연마재 중의 연마입자의 결정구조는, 원료에 의해 그 성립과정은 다르나, 최종적으로 연마재로 된 때에는 마찬가지이다.

산화희토를 원료로 한 세륨계 연마재 중의 연마입자의 결정구조는 다음과 같이 된다. 즉, 배소전의 원료상태의 산화세륨은, 세륨결정 중에 La, Nd 등의 희토류 금속이 고용한 Ce_xLn_yO_z의 화학식으로 나타내는 산화세륨형 입방정(立方晶)(Ln 은 세륨을 함유하는 희토류 금속원소를 나타낸다. x,y,z의 관계는, 2x ≤z ≤2(x + y)의 식을 만족한다. 또한, 이하 상기 산화세륨형 입방정을 산화세륨 상(相)으로 칭한다)으로서 존재하고 있다. 또한, 배소전에 원료상태에 있어서 불소는 희토류 금속과 화합하여 희토류 불화물(LnF)로서 존재하고 있으며, 상기 희토류 불화물은, 단독상(相)으로서 존재하거나, 산화세륨 상으로 고용(固溶)된 상태로 존재하고 있다.

그리고, 상기 연마재 원료는, 배소에 의해 단독상(單獨相)으로서 존재하는 희토류 불화물이 산화되어 일부 또는 전부가 LnOF 로 변화하나, 그 와 동시에 산화세륨 상으로 고용한 희토류 불화물도 배소에 의해 산화세륨상으로부터 방출되어 산화하여 LnOF로 변화하려고 한다. 따라서, 배소후의 연마재는, 희토류 불화물이 고용한 산화세륨(희토류 불화물의 고용량은 배소온도에 따라 다르다)과, LnOF와, 희토류 불화물로 구성된다.

한편, 바스트나사이트 정광 또는 탄산희토를 원료로 한 세륨계 연마재 중의 연마입자의 결정구조는, 배소전의 원료는 불화희토 탄산염, 희토탄산염, 희토류 불화물 등으로부터 이루어진다고 생각되며, 상기 상태에서는 산화희토의 경우와는 다르다. 그러나, 배소과정에서 불화희토 탄산염 및 희토탄산염은 산화세륨형 결정으로 변화하고, 그 후의 거동은 산화희토를 배소한 때와 마찬가지이며, 희토류 불화물의 산화와 희토류 불화물의 방출이 생기며, 배소후의 연마재는, 희토류 불화물이 고용한 산화세륨, LnOF, 희토류 불화물로 구성된다.

본 발명자들은, 이들 세륨연마재의 제조공정에서 희토류 불화물의 방출이 생긴 경우, 산화세륨 상(相)에도 구조변화가 생겨, 이에 의해 산화세륨 상의 결정격자의 축소가 생긴다. 상기 산화세륨 상의 결정격자의 축소와 연마재의 연마값 및 연마면의 정밀도의 사이에는, 일정한 상관관계가 있다고 생각했다. 그리고, 양호한 연마특성을 나타내는 연마재에 대해서는, 산화세륨의 격자정수가 소정범위 내에 있으며, 그 범위는 배소온도 등의 제조공정에서의 이력에 의하지 않고 대략 일정하다는 것을 알았다.

상기 요인에 대해서는 반드시 명확한 것은 아니지만, 본 발명자들의 검토에 의하면, 연마값이 큰 연마재는 LnOF 상이 성장하고 있는 반면, 희토류 불화물이 많이 존재하는 연마재는 흠의 발생을 볼 수 있는 것이 확인되고 있다. 따라서. 연마값 및 연마면의 정밀도는, LnOF 상의 양, 요컨대, 상기한 산화세륨 상으로부터의 불소의 방출량과, LnOF 상으로 변화되지 않고 존재하는 희토류 불화물의 양과 밸런스에 영향되는 것에 의한 것이라고 생각된다. 그리고, 상기 불소의 방출량과 잔존하는 희토류 불화물 양과의 밸런스는 산화세륨 상의 격자정수에 영향을 주고, 연마재 중의 산화세륨 상의 격자정수에는 연마특성의 관점에서 바람직한 범위가 존재하는 것이라고 생각된다.

한편, 격자정수가 소정범위 내에 있어도, 불소 함유량에 따라서는 LnOF 상 및 희토류 불화물의 양은 다른 것이라고 생각된다. 그리고, 상술한 바와 같이, 연마재의 연마값은 LnOF 상의 양이 많을수록 높아지지만, 그 한편으로 희토류 불화물이 많이 잔존한 경우에는 연마면에 흠이 발생하는 것으로 된다. 따라서, 격자정수가 상기 범위 내에 있는 연마재라도, 양호한 연마특성을 발휘시키기 위해서는, 적당한 불소함유량의 범위도 존재하는 것이라고 생각된다.

그래서, 본 발명자들은 이들 산화세륨 상의 격자정수 및 불소함유량의 양쪽을 기준으로 하여, 양호한 연마특성을 나타내는 세륨계 연마재를 찾아내기 위해 예의 연구한 결과, 본 발명을 생각하기에 이르렀다.

본 발명 청구항 1에 기재된 발명은, 산화세륨을 40 중량% 이상(전희토류 산화물비) 함유하는 세륨계 연마재에 있어서, 세륨계 연마재 중량에 대하여 불소를 원자중량 환산으로 0.5 ∼ 10 중량% 함유함과 동시에, 분말 X선 회절법에 의해 측정되는 격자정수가 0.544 ∼ 0.560㎚ 범위의 결정으로 이루어지는 연마입자를 함유하는 세륨계 연마재이다.

여기서, 산화세륨형 결정의 격자정수의 범위를 0.544 ∼ 0.560㎚으로 한 것은, 본 발명자들에 의한 검토 결과, 0.544㎚미만에서는 연마값이 높아 지기는 하지만 흠의 발생이 보여지는 한편, 0.560㎚를 초과하면 연마흠의 발생이 없기는 하지만 충분한 연마값을 얻을 수 없기 때문이다.

또한, 불소 함유량에 대해서는, 0.5 중량% ∼ 10 중량%의 범위를 바람직한 범위로 한다. 이 같은 범위로 한정하는 것은, 불소 함유량이 10 중량%를 초과하면 흠의 요인으로 되는 희토류 불화물이 잔존하므로 연마시에 흠 발생이 많아 지기 때문이다. 한편, 불소 함유량이 0.5 중량% 미만에서는 희토류 불화물의 잔류량은 적기는 하지만, 연마에 유효한 LnOF 상도 존재하지 않으므로 충분한 연마값을 얻을 수 없기 때문이다.

본 발명에 관한 세륨계 연마재에 의하면, 고 정밀도의 연마면을 효율적으로 형성할 수 있고, 또한 절삭성이 양호한 상태에서의 연마작업이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에 관한 세륨계 연마재는, 연마입자의 평균 입자경에 대하여는 특별히 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 발명에 관한 세륨계 연마재의 제조방법, 즉 불소 함유량 및 격자정수를 상기 범위 내로 제어하는 수법으로서는, 불소 함유량에 대해서는, 원료의 불화처리조건의 조정에 의해 행해지며, 격자정수에 대해서는 배소온도의 조정에 의해 행해진다.

여기서, 상술한 바와 같은 세륨계 연마재의 원료로서는, 바스트나사이트 정광이라고 하는 천연원료를 사용한 것과, 산화희토, 탄화희토라고 하는 인공원료를 사용한 것이 있다. 여기서, 천연원료인 바스트나사이트 정광에는 본래부터 불소가 함유되어 있으므로, 필요가 있으면, 본래의 불소 함유량에 따라서 불소 성분을 첨가 조정한다. 또한, 인공원료인 산화희토, 탄화희토에 대해서는 원료상태에서는 불소가 함유되어 있지 않으므로, 배소공정 전에 목적으로 하는 농도가 되도록 불소성분을 첨가한다. 또한, 상기 불소성분의 첨가방법으로서는, 불산, 불화 암모늄, 불화 수소 암모늄 등의 불소 함유 화합물 또는 이들 수용액을 첨가하는 것에 의해 행해진다.

한편, 불소 함유량 0.5 중량% ∼ 10 중량%의 범위로 한 경우, 산화세륨의 격자정수를 소정의 범위로 하기 위해서는, 배소온도를 700℃ ∼ 1100℃로 하는 것이 바람직하다. 700℃ 이하에서는 연마에 유효한 LnOF 상의 성장이 생기지 않고, 연마 값이 낮아지기 때문이다. 또한, 1100℃ 이상에서는, LnOF 상은 충분히 성장하는 것이라고 생각되지만 산화세륨이 이상(異常)입자성장하여 거친 연마입자로 되기 때문이다. 그리고, 상기 온도범위 중에서도, 특히 780℃ ∼ 980℃가 보다 바람직하다.

그런데, 지금까지 설명한 바와 같이, 세륨계 연마재의 불소 함유량 및 격자정수와 연마특성에는 밀접한 관계가 있다. 따라서, 이들을 측정하는 것에 의해 세륨계 연마재의 연마특성을 추정할 수 있다고 생각된다. 여기서, 불소 함유량에 대해서는 종래부터 소정의 검사에 의해 검사되고 있는 바이나, 소정농도의 불소 함유량의 세륨계 연마재에 대하여 격자정수를 측정하여, 연마재의 연마특성을 평가하는 것은 지금까지 없었다.

그래서, 본 발명자 들은, 청구항 2에 기재한 발명으로서, 평가대상이 되는 세륨계 연마재를 채취하고, 채취한 세륨계 연마재를 분말 X선 회절법으로 분석하는 것에 의해, 연마입자를 구성하는 결정의 격자정수를 계산하는 과정을 포함하는 세륨계 연마재의 평가방법으로 했다.

그리고, 격자정수 산출의 기초가 되는 회절각을 구할 때에는, 하기 4개의 각 영역에서 나타내는 최대 피크(peak) 중 적어도 1의 최대 피크의 회절각(θ)을 구하는 것으로 한다.

(a) 2 θ= A₁°∼ A₂°

(b) 2 θ= B°±3.0°

(c) 2 θ= C°±3.0°

(d) 2 θ= D°±3.0°

여기서, A₁, A₂, B, C, D는, 분말 X선 회절법에서 사용한 X선의 파장을 λ(㎚)로 하면, 다음 식으로 표시된다.

A₁= 360 ÷π×sin^-1(1.127174 ×λ)

A₂ = 360 ÷π×sin^-1(3.245569 ×λ)

B = 360 ÷π×sin^-1(1.843583 ×λ)

C = 360 ÷π×sin^-1(2.588335 ×λ)

D = 360 ÷π×sin^-1(3.047405 ×λ)

이들 회절각의 측정영역은, 예를 들면, 입사 X선이 CuKα선이며, 얻어지는 회절 X선으로서 CuKα₁ 선(λ= 0.1540562㎚)에 의한 회절패턴을 기준으로 한 경우 에는 A₁ = 20°, A₂ = 60°, B = 33.0°, C = 47.0°, D = 56.0°로 된다.

이와 같이, 회절각을 구하는 피크로서 이상 4개의 범위로 나타내는 것을 선정한 것은, X선 회절분석에 있어서는, 충분한 강도를 나타내고, 또한, 가능한 한 높은 각도영역으로 나타나는 피크를 사용하는 것이 통상이며, 본 발명의 대상으로 되는 산화세륨 형 결정에 있어서는 상기 4개의 영역에서 나타나는 것이 그 조건에 합치하기 때문이다. 그리고, 본 발명과 같이 X선 회절법에 의해 격자정수를 산출하기 위해서는, 이들 어느 하나의 피크에서 회절각을 구하고, 격자정수를 산출하여도 좋으나, 보다 정확한 격자정수를 얻기 위해서는, 복수의 회절각을 구하고. 이들로부터 최소 2제곱법이나 외삽법(外揷法)(extrapolation method)으로 격자정수를 산출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 세륨계 연마재는 산화세륨 함유량이 40% 이상(TREO 기준)이며, 연마재 중의 산화세륨은 주로 입방정(立方晶)이나, 청구항 2에 기재된 4개의 영역에서 나타나는 피크는, 산화세륨 입방정의 이하의 면지수(面指數)에 대응하고 있다.

(a) (111) 면

(b) (200) 면

(c) (220) 면

(d) (311) 면

본 발명에 의하면, 격자정수라고 하는 연마재 그것이 가지는 특성에 의해, 세륨계 연마재의 연마특성을 평가할 수 있다. 그리고, 상기 격자정수를 측정하기 위한 분말 X선 회절분석은, 측정시간도 짧고 간이한 분석법이므로 복잡한 연마시험을 하는 경우 없이, 간이하게 세륨계 연마재의 연마특성을 평가할 수 있다. 이것은 특히, 원료나 제조조건이 미지인 세륨계 연마재 또는 원료나 제조조건이 이미 알려진 것이라도 이것을 종래의 것으로부터 변경하여 새로운 연마재를 시험제작한 경우에 유용하며, 간단히 그 연마특성을 예측, 평가할 수 있다.

또한, 분석방법인 분말 X선 회절법에 대해서는, 통상 행하여지는 방법에 의해 행하는 것으로 한다. 즉, 채취한 세륨계 연마재에 단색 X선을 입사하여, 산란 X선의 강도를 측정하는 것에 의해 행하여 지며, 통상은 X선 회절분석기(diffractometer)로 불리는 장치에 의해 행하여진다. 여기서, X선 회절분석시의 타깃(target)으로서는, Cu, Mo, Fe, Co, W, Ag 등을 사용할 수 있고, 격자정수의 계산에는, 이들 타깃에 의한 Kα₁ 선, Lα₁ 선에 의해 얻어지는 회절 X선이 사용된다. 이들 중 바람직한 것은, 동(銅) 타깃을 사용하며, Kα₁ 선에 의해서 얻어지는 회절 X선을 적용하는 경우이다. Fe 등의 X선에 의한 회절 피크강도는 낮고, 산출되는 격자정수의 정밀도에 영향을 줄 우려가 있다. 또한, Kα₁선을 사용할 경우, 시험재료에 조사하는 X선은 Kα 선이나 CuKα₁선 단독이나 좋으나, Kα선을 조사(照射)하는 경우에는 발생하는 회절 X선을 Kα₁선에 의한 것과 Kα₂ 선에 의한 것으로 분리하여, Kα₁ 선에 의한 회절 X선을 기초로 회절각을 구하는 것으로 한다. 또한, 측정된 회절각의 값에 대해서는, 정밀 측정용 표준물질(고순도 규소분말 등)을 사용하여, 보정한 후에 격자정수를 산출하는 것이 바람직하다.

여기서, 측정된 회절각(θ)으로부터 격자정수 산출은 다음과 같이 한다. X선 회절법에 의해 측정된 어떤 결정면에 대한 회절각(θ)과 면 간격(d)의 사이에는 다음 브래그(Bragg)식에 따른다.

식 1

한편, 입방정(立方晶)에 있어서는, 면 간격(d)과 격자정수(a) 사이에는, 상기 회절각에 대응하는 산화세륨형 결정의 결정면의 밀러(Miller)지수를 ‘hk1’으로 하면, 다음과 같은 관계가 성립한다.

식 2

따라서, 식 1 및 식 2 로부터, 회절각(θ)과 격자정수(a)의 사이에는 다음과 같은 관계가 성립하므로, 어떤 회절로부터 격자정수를 구할 수 있다.

식3

예를 들면, (111)면의 피크에 있어서 회절각(θ)을 구할 때, h = k = l = 1 이므로, 격자정수는 다음식과 같이 된다.

식4

이하, 본 발명의 알맞은 실시예를 비교예와 함께 설명한다.

실시예 1: TREO 90 중량%, TREO 중의 산화세륨 함유량 70 중량%의 산화희토 1㎏과 물 1ℓ를 혼합하여 슬러리(slurry)로 하고, 상기 슬러리를 직경 5㎜의 강제가 충전된 습식 볼밀(ball mill)(용량 5ℓ)로 3시간 분쇄하고, 평균입자경(마이크로 트랙법(micro track method) D 50(누적 50% 입자경)) 1㎛인 분체로 이루어지는 슬러리로 했다. 그리고, 상기 슬러리에 1mol/ℓ의 불화 암모늄 용액을 3ℓ첨가하고, 순수(純水)로 세정한 후 여과하여 케이크(cake)를 얻었다. 다음에, 상기 케이크를 건조후, 920℃에서 3시간 배소하여, 다시 분쇄한 후 분급하여 세륨계 연마재를 얻었다. 상기 세륨계 연마재의 불소 함유량은 5.2% 였다.

그리고, 이상의 공정에서 제조한 세륨계 연마재에 대해서 X선 회절분석을 하여 산화세륨의 격자정수를 구하였다. 실시예 1의 세륨계 연마재를 적량(適量) 채취하여 시료홀더에 시험재료 면이 홀더면과 일치하도록 균일하게 충전하고, 이것을 X선 회절분석기(diffractometer)에 설치하여 X선 회절패턴을 얻었다. 이때의 입사 X선은 CuKα선이며, 회절 X선은 CuKα₁ 선에 의한 것을 기준으로 했다. 얻어진 X선 회절패턴은 각종 희토류 화합물의 기준 피크와 비교하고, 각 피크가 나타내는 화합물을 동정(同定)했다. 도 1은, 본 실시예에서 제조한 세륨계 연마재의 회절패턴을 나타낸다. 상기 도 1에 있어서는 메인피크로서 산화세륨형 결정((111)면)에 덧붙여서, LnOF로서 란탄(lanthanum)(La)의 화합물인 LaOF의 피크가 비교적 강하게 나타나고 있다. 상기 산화세륨(111)의 피크위치(2θ)가 나타내는 회절각으로부터, 산화세륨의 격자정수를 구한 바, 0.546㎚이었다.

실시예 2 ∼ 실시예 6 : 다음에, 실시예 1과 마찬가지로 산화희토를 원료로 하여, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 분쇄, 건조한 후, 불화 암모늄용액의 첨가량 및 배소온도를 변화시켜서 5 종류의 세륨계 연마재를 제조했다. 그리고, 이들의 연마재에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 X선 회절분석을 하여 격자정수를 산출했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1

비교예 1 : 실시예 1에 대한 비교예로서, 실시예 1과 마찬가지로 산화희토를 원료로 하고, 격자정수가 다른 세륨계 연마재를 제조하여, X선 회절분석을 했다. 실시예 1과 마찬가지로 산화희토를 분쇄한 후, 1 mol/ℓ의 불화암모늄 용액을 4.5ℓ첨가하고, 배소온도를 990℃로 하여 세륨계 연마재를 얻었다. 상기 세륨계 연마재의 불소함유량은 7.8% 였다.

그리고, 상기 비교예 1에 대하여 실시예 1 내지 실시예 6과 마찬가지로 X선 회절패턴을 측정한 바, 도 2와 같은 패턴을 얻었다. 본 비교예의 X선 회절패턴에 의하면, 도 1과 마찬가지로, 산화세륨, LaOF의 피크에 덧붙여서, 희토류 불화물로서 불화 란탄(lanthanum)(LaF₃)의 피크도 관찰되었다. 그리고, 산화세륨의 격자정수를 구한 바, 0.543㎚이었다.

비교예 2 ∼ 4 : 그리고 불화암모늄 용액의 첨가량 및 배소온도를 변화시켜서 3종류의 세륨계 연마재를 제조했다. 그리고, 이들의 연마재에 대하여 X선 회절분석을 하여 격자정수를 산출하였다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2

이상의, 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예 1 내지 비교예 4에 관한 세륨계 연마재를 사용하여 유리재료의 연마를 하고, 연마값의 측정 및 연마면의 상태를 비교평가 했다. 먼저, 각 연마재를 물로 분산시켜서 10 중량 %의 연마재 슬러리로 했다. 상기 연마재 슬러리는 연마시험 동안, 교반기로 상시 교반하고, 연마재가 침강하지 않도록 했다.

유리재료의 연마는, 고속연마기를 시험장치로서 사용하고, 65mmφ붕규산유리(BK7)를 피연마재로서 폴리우레탄제의 연마 패드(pad)를 사용하여 연마했다. 연마조건은, 슬러리 농도 15 중량%의 연마재 슬러리를 5mℓ/min 의 속도로 공급하고, 연마면에 대한 압력을 2.9㎫(30㎏/㎠)으로 설정하여 연마기의 회전속도를 3000rpm으로 하고 연마시간을 1분간으로 했다. 연마후의 유리재료는, 순수한 물로 세정하여 먼지가 없는 상태로 건조시켰다.

상기 평가시험에 있어서, 연마값의 측정은, 연마 전후의 유리중량을 측정하는 것으로 연마에 의한 중량감소를 구하고, 이것을 두께로 환산하여 연마값을 나타내는 것으로 했다. 또한, 연마면의 표면다듬질의 평가는, 연마표면의 흠 유무 및 연마재 입자의 연마면에의 잔존유무를 기준으로 하여 평가했다. 구체적으로는, 연마후의 유리표면에 30만 럭스의 할로겐 램프를 조사하여, 투시법 및 반사법으로 유리 표면을 관찰하는 것에 의해 행하였다. 이때, 흠의 평가에 대해서는, 흠의 정도(크기) 및 그 크기에 의해 점수매김을 하고, 100점 만점으로부터의 감점방식으로 평가했다. 상기 평가결과를 표 3에 나타낸다.

표 3

상기 결과로부터, 연마값은 격자정수의 증가에 따라 감소하고, 격자정수 0.558㎚(실시예 6) 이상의 연마재에서는 25㎛ 이상의 연마값은 얻을 수 없는 것으로 생각되었다. 또한, 격자정수 0.546nm(실시예 1)의 연마재는 연마값이 가장 높고, 연마면의 상태도 양호하였다.

이에 대하여, 비교예 1 및 비교예 2에 관한 연마재는, 모두 불소함유량은 0.5 ∼ 10 중량 %의 범위에 있다. 그러나, 비교예 1은 격자정수가 0.543㎚로 비교적 작고, 연마값은 가장 높았으나 흠의 발생이 인정되었다. 또한, 비교예 2는 격자정수가 0.562㎚로 비교적 크고, 흠의 발생은 적었으나 충분한 연마값을 얻을 수 없었다. 한편, 비교예 3 및 비교예 4에 관한 연마재는, 모두 격자정수가 0.544 ∼ 0.560㎚의 범위에 있으나, 불소 함유량이 낮은 연마재(비교예 3)는 흠의 발생은 없었으나 연마값이 작고, 불소 함유량이 높은 연마재(비교예 4)는 흠의 발생을 볼 수 있었다.

이와 같은 실시예 1 내지 실시예 6과 비교예 1 내지 비교예 4의 차이는, LaOF의 양에 의한 것이라고 생각되며, 이것이 연마값의 대소에 영향을 주고 있다고 생각된다. 또한, 비교예 1의 X선 회절분석에서는 불화 란탄이 관찰되었는데, 비교예 1에서는 불화 란탄이 잔류하여, 이것이 흠 발생의 요인으로 되고 있다고 생각된다.

본 발명의 청구항 1에 기재한 발명에 의하면, 불소 함유량을 0.5 ∼ 10 중량%로 하는 것에 덧붙여서, 산화세륨의 격자정수를 0.544 ∼ 0.560㎚로 하므로서, 높은 절삭성을 가짐과 동시에, 고 정밀도의 연마면을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 2에 기재한 발명에 의하면, 산화세륨의 격자정수를 측정하는 것에 의해 단시간에 효율적으로 세륨계 연마재의 연마특성의 평가, 품질관리를 할 수 있게 된다. 이것은, 특히, 원료나 제조조건이 미지인 세륨계 연마재 또는 원료나 제조조건을 이미 알고 있는 것이라도 이들을 종래의 것으로부터 변경하여 새로운 연마재를 시험제작한 경우에 있어서는, 연마시험을 하지 않고 간단히 그 연마특성을 예측, 평가할 수 있다.

본 발명에 관한 세륨계 연마재는, 높은 절삭성을 가짐과 동시에, 고 정밀도의 연마면을 형성할 수 있으므로, 여러가지 유리재료의 연마에 사용할 수 있음은 물론, 하드 디스크 등의 자기 기록매체용 유리, 액정 디스플레이(LCD)의 유리 기판과 같은 전기·전자기기에 구비되는 피연마면의 연마에 특히 알맞다. 또한, 세륨계 연마재의 평가방법은, 본 발명에 관한 세륨계 연마재를 제조할 때 연마특성의 평가, 품질관리에 가장 알맞다.

Claims

산화세륨을 40 중량% 이상(전 희토류 산화물 비) 함유하는 세륨계 연마재에 있어서,

세륨계 연마재 중량에 대하여 불소를 원자중량 환산으로 0.5 ∼ 10 중량% 함유함과 동시에, 분말 X선 회절법에 의해 측정되는 격자정수가 0.544 ∼ 0.560㎚ 범위의 결정으로 이루어지는 연마입자를 함유하는 세륨계 연마재.
제 1항에 있어서,

분말 X선 회절법에 의해 하기 각도범위에서 최대피크의 회절각(θ)를 측정한 때에, 적어도 1의 각도범위에서 계산되는 격자정수가 0.544 ∼ 0.560㎚ 의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 세륨계 연마재.

(a) 2 θ= A₁°∼ A₂°

(b) 2 θ= B°±3.0°

(c) 2 θ= C°±3.0°

(d) 2 θ= D°±3.0°

여기서, A₁, A₂, B, C, D는, 분말 X선 회절법에서 사용한 X선의 파장을 λ(㎚)로 하면, 다음 식으로 표시된다.

A₁= 360 ÷π×sin^-1(1.127174 ×λ)

A₂ = 360 ÷π×sin^-1(3.245569 ×λ)

B = 360 ÷π×sin^-1(1.843583 ×λ)

C = 360 ÷π×sin^-1(2.588335 ×λ)

D = 360 ÷π×sin^-1(3.047405 ×λ)
제 2항에 있어서,

분말 X선 회절법 때의 타깃(target)을 동 타깃으로 하여, CuK α₁선에 의한 회절 X선을 기초로 회절각을 구하여 격자정수가 계산되는 세륨계 연마재.