KR20110082524A - 연마 용융 입자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화물을 기준으로 중량 백분율로, Al2O3: 100%에 대한 잔량; ZrO2+HfO2: 16-24%; MgO: (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 25 내지 65일 때의 양; 기타 종: 0-2%의 화학적 분석을 갖는 용융 입자에 관한 것이다. 입자는 연마 입자로 사용될 수 있다.

Description

연마 용융 입자 {ABRASIVE MOLTEN GRAINS}
본 발명은 산화 마그네슘을 함유한 용융 입자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따라 입자를 포함한 연마 도구, 및 본 발명에 따른 입자의 제조 방법에 관한 것이다.
연마 도구는 일반적으로 그를 구성하는 세라믹 입자가 형성되는 방법에 따라, 지지체 없이 분무 또는 현탁에 사용되는 자유 연마제(free abrasive); 직물, 종이 또는 중합체 필름형 지지체에 입자가 부착된 코팅(coated) 연마제; 및 원형 연마 휠(grinding wheels), 막대(sticks) 등의 형태의 결합(bonded) 연마제;로 분류된다.
결합 연마제의 경우, 연마 입자는 예를 들면, 페놀 수지와 같은 유기 바인더, 또는 예를 들면, 산화물로 구성된 바인더, 특히 실리케이트 함유 바인더와 같은 유리계 바인더와 함께 압축된다. 이러한 입자는 그 자체가 특히, 높은 강성(toughness) 및/또는 경도(hardness)와 같은 양호한 연마 기계적 특성을 가져야 하며, 바인더와의 양호한 점착성(cohesion)(계면에서의 견고함)을 제공해야 한다.
현재, 광범위한 적용성과 성능을 갖는 다양한 종류의 연마 입자들이 존재한다. 알루미나 입자 종류 중에서, 전기주조 알루미나 입자(코런덤), 전기주조 알루미나-지르코니아 입자, 졸-겔법으로 제조된 알루미나 입자가 적용의 기능면에서 특히 뛰어나다.
"용융 입자"로 지칭되는, 원료를 용융하여 합성된 입자는 품질/제조 비용의 뛰어난 조화를 제공한다.
용융 입자의 범위 내에서, 알루미나-지르코니아계 물질은 미국 특허 3,181,939에 개시되어 있다. 이러한 입자는 일반적으로 10% 내지 60%의 지르코니아, 0% 내지 10%의 첨가제, 및 보충물인 알루미나로 구성된다. 실제로, 상품에서 지르코니아의 함량은 약 25%, 또는 미국 특허 3,891,408에 기술된 바와 같이, 약 42%, 일반적으로는 35% 내지 50%의 지르코니아를 함유한 알루미나-지르코니아 공융물에서의 값 중에 어느 하나이다.
유럽 특허 공개 1 613 709는 2.2% 내지 6.5%의 산화 마그네슘 및 보충물로 Al2O3을 포함한 입자를 개시하고 있다. 이러한 알루미늄 함유 입자는 원료를 용융함으로써 제조된다. 용융된 액체는 미세 지향성 구조의 형성을 위하여, 예를 들면, 미국 특허 3,993,119에 개시된 바와 같이, 얇은 금속 플레이트들 사이를 주조(casting)하기 위한 장치를 이용하여 냉각, 바람직하게는 급속 냉각된다. 냉각된 물질은 예를 들면, 롤밀(roll mills)을 이용하여 최종적으로 제분된 다음, 체에 걸러져서 일련의 입자 크기 분포, 즉 정밀한 표준, 예를 들면 FEPA에 따른 "그릿(grits)"으로 분류된다.
미국 특허 4,126,429는 1% 내지 2%의 MgO를 함유한 알루미나-지르코니아계 용융 입자를 개시한다. 지르코니아 함량은 22% 내지 28%이며, 미국 특허 4,126,429는 지르코니아 함량이 22% 미만이 되자마자 입자의 성능이 하락하는 것을 기술한다. 지르코니아의 최적의 백분율은 약 25%인 것으로 고려된다.
연마 용융 입자는 사용시 적용하기 적합한 경도, 및 충격 강도와 파단 강도 사이의 조화를 가져야 한다. 구체적으로, 이러한 조화는 연마되는 물질과 연마 조건에 따라 다르다.
경도는 입자의 연마 물질 침투력에 해당하며, 충격 강도와 파단 강도는 미세 균열에 의한 입자의 연마면의 재생을 결정한다.
따라서, 한편으로 가격 경쟁 면에서 유리하고, 다른 한편으로 경도 및 충격 강도와 파단 강도 사이의 새로운 조화를 제공하는 연마 입자에 대한 요원한 필요성이 있다. 본 발명의 목적은 이러한 필요성을 충족시키기 위함이다.
본 발명은 산화물을 기준으로 중량 백분율로 아래의 화학적 분석을 갖는 용융 입자에 관한 것이다.
Al2O3 : 100%에 대한 잔량;
ZrO2+HfO2 : 16-24%;
MgO : (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 25 내지 65일 때의 양;
기타 종 : 0-2%.
이하의 설명에서 더욱 상세하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 입자는 양호한 충격 강도와 파단 강도, 및 양호한 경도를 동시에 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 용융 입자는 아래의 특징들 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다.
- 바람직하게, ZrO2+HfO2 함량은 17.0 중량% 초과, 바람직하게는 18.0 중량% 초과, 및/또는 23.0 중량% 미만, 바람직하게는 22.5 중량% 미만이다. 제조 비용이 중요한 매개변수인 하나의 실시예에서, ZrO2+HfO2 함량은 바람직하게 22.0 중량% 미만, 바람직하게는 20.0 중량% 미만이다.
- 바람직하게, (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비는 28 초과, 바람직하게는 30 초과, 더욱 바람직하게는 35 초과, 또는 심지어 40 초과, 및/또는 60 미만, 55 미만, 50 미만, 또는 심지어 47 미만이다.
- 바람직하게, 산화 마그네슘 함량은 0.35% 초과, 바람직하게는 0.40% 초과, 및/또는 0.95% 미만, 0.90% 미만, 0.85% 미만, 0.80% 미만, 바람직하게는 0.70% 미만, 더욱 바람직하게는 0.60% 미만이다.
- 바람직하게, "기타 종"의 총 함량은 1% 미만, 또는 심지어 0.5% 미만, 또는 심지어 0.4% 미만이다. 바람직하게, 기타 종은 불순물만이다. 바람직하게, 각각의 불순물의 함량은 0.1% 미만이다. 특히, 바람직하게, Na2O < 0.1%, 또는 심지어 Na2O < 0.05% 이다. 또한, 바람직하게 SiO2, CaO, TiO2, Fe2O3, 또는 Cr2O3는 각각 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 미만이다. 더욱 바람직하게, 잔류 탄소는 1500 ppm 미만, 1300 ppm 미만, 또는 심지어 800 ppm 미만이다.
- 바람직하게, 입자의 크기는 150 ㎛ 초과, 및/또는 3.35 mm 미만 또는 2 mm 미만이다.
본 발명에 따른 용융 입자는 입자의 혼합물 형태, 특히 연마 도구 제조용 원료로 사용되는 입자의 혼합물 형태이거나, 또는 견고한 질량, 예를 들면, 결합 연마제를 형성하기 위하여 직물에 부착되거나 함께 결합되기 때문에 서로에 대해 고정된 형태일 수 있다.
그러한 입자 혼합물은 특히 연마 적용시, 또는 세정 또는 박리되어야 하는 부분에 분무 적용시, 연마 매체로서 작용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 입자를 포함하거나 그로 구성된 입자 혼합물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 바인더에 의해, 예를 들면, 연마 휠의 형태로 결합되거나, 지지체에 증착, 예를 들면 플렉시블 지지체에 층으로 증착된 입자를 포함한 연마 도구에 관한 것으로, 이 도구는 입자의 적어도 일부분 또는 모두가 본 발명에 따른 것이라는 점에서 주목할 만하다.
연마 도구는 특히, 트루잉(truing) 연마 휠, 정밀 연마 휠, 샤프닝(sharpening) 연마 휠, 컷-오프(cut-off) 연마 휠, 크립 피드(creep feed) 연마 휠, 페틀링(fettling) 또는 황삭가공(roughing) 연마 휠, 조정(regulating) 연마 휠, 이동(portable) 연마 휠, 주조(foundry) 연마 휠, 드릴 연마 휠, 장착형 연마 휠, 원통형 연마 휠, 원뿔형 연마 휠, 원반형 연마 휠, 또는 분절형 연마 휠, 또는 기타 형태의 연마 휠일 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 본 발명에 따른 입자를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로,
a) 원료를 혼합하는 단계;
b) 용융 액체를 얻을 때까지 상기 혼합된 원료를 용융하는 단계;
c) 켄칭(quenching)함으로써 상기 용융 액체를 냉각하여, 고체 질량을 얻을 때까지 용융 액체를 3분 미만 동안 완전히 고체화하는 단계; 및
d) 상기 고체 질량을 제분하여 입자 혼합물을 얻은 다음, 선택적으로 상기 혼합물을 입자 크기로 분류하는 단계;를 연속으로 포함하며, 상기 원료는 상기 혼합물의 입자가 본 발명에 따른 입자의 화학적 조성을 갖도록 선택된다.
정의
"용융 입자"라는 용어는 냉각에 의한 용융 액체의 고체화를 포함하는 방법에 따라 얻은 입자를 의미하는 것으로 이해된다.
"용융 액체"는 형태를 유지하기 위하여 용기에 보관되어야 하는 액체 질량(liquid mass)이다. 몇 개의 고형 입자를 포함할 수 있으나, 상기 질량을 구조화할 수 있을 정도로 충분한 양은 아니다.
"입자의 혼합물"이라는 용어는 유동가능한 입자 혼합물, 즉 본래 강성을 갖지 않은 입자 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 소형 입자에 대해, "분말"이라는 용어가 통상적으로 사용된다.
통상적으로, 입자의 "크기"는 상기 입자가 통과할 수 있는 최소 표준 메쉬 크기에 해당한다.
그릿(grit) 또는 FEPA-F 표준에 대한 언급은 FEPA-F 표준 42 GB-1984에 대한 언급을 의미한다.
입자의 산화물 함량은, 본 발명이 속한 분야의 표준 규약에 따라, 가장 안정적인 산화물의 형태로 표현된 각각의 해당 화학 성분의 총량을 말한다. 따라서, 아산화물들(suboxides), 및 선택적으로 질화물, 산화질화물, 탄화물, 산화탄화물, 탄화질화물, 또는 심지어 상기 성분들의 금속종(metallic species)이 포함된다.
용융 입자의 화학적 조성이 기술될 때, "기타 종"은 다른 곳에 명시되지 않은 모든 화합물, 특히 불순물을 나타낸다.
"불순물"이라는 용어는, 원료와 함께 비자발적으로 반드시 도입되는 피할 수 없는 구성 성분 또는 이러한 구성요소들과의 반응으로 얻은 구성 성분들을 의미하는 것으로 이해된다. 불순물은 필수적이지 않지만 단지 묵인해야 하는 구성 성분이다. 예를 들면, 산화물, 질화물, 산화질화물, 탄화물, 산화탄화물, 탄화질화물, 및 소듐, 기타 알칼리 금속, 철, 바나듐, 및 크롬의 금속성 종으로 이루어진 군의 일부를 형성하는 화합물이 불순물이다. 원하는 생성물이 지르코니아, 또는 지르코니아 및 산화하프늄을 포함해야 할 때, 지르코니아 원료에 2% 미만의 함량으로 자연적으로 존재하는 산화하프늄은 불순물로 간주되지 않는다.
"ZrO2+HfO2"라는 용어는 지르코니아와 산화하프늄의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되며, 여기서 산화하프늄의 양은 지르코니아 원료에 자연적으로 존재하는 산화하프늄에 해당한다.
"미량(traces)"은 해당 상(phases)의 5 중량% 미만의 양에 해당한다.
명세서 및 청구범위에서, 달리 언급되지 않는 한, 입자의 모든 조성은 입자의 산화물을 기본으로 중량 백분율로 표시된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 아래의 상세한 설명을 참조하여 분명해질 것이다.
본 발명에 따른 용융 입자는 알루미나 또는 알루미나-지르코니아의 용융 입자를 제조하는 종래의 어떤 방법에 따라, 특히 쇼트 아크로(short-arc furnace)를 이용하여 제조될 수 있으며, 로는 적어도 150 kW의 로 전원에 대해 원료의 톤당 적어도 1500 kWh의 주조(casting)전 용융 에너지를 갖는다. 용융 조건은 입자가 1500 ppm의 최대 탄소 함량을 갖는 것일 수 있다.
기본 입자는 특히,
a) 원료를 혼합하는 단계;
b) 용융 액체를 얻을 때까지 상기 혼합된 원료를 통상적으로 전기로에서 용융하는 단계;
c) 켄칭(quenching)함으로써 상기 용융 액체를 냉각하여, 바람직하게 고체 질량을 얻을 때까지 용융 액체를 3분 미만 동안 완전히 고체화하는 단계; 및
d) 상기 고체 질량을 제분하여 용융 입자를 얻은 다음, 선택적으로 상기 입자를 입자 크기로 분류하는 단계;를 연속으로 포함한 방법에 따라 제조될 수 있다.
a)단계에서, 원료는 제조되어야 하는 용융 입자에 대한 원하는 조성의 함수로서 공지된 방식으로 선택된다.
바람직하게, 지르코니아 원료는 산화하프늄의 양이 5% 미만, 바람직하게는 2% 미만이 되도록 결정된다.
원료는 바람직하게 입자의 불순물의 총 함량이 0.5% 미만 및/또는 각각의 불순물의 함량이 0.3% 미만으로 결정된다.
특히, 실리카와 산화나트륨은 용융 입자에 해가 되는 것으로 알려져 있으며, 원료 내에 불순물로 도입된 각각의 함량은 용융 입자 내에 미량으로 제한되어야 한다. 사실, 실리카의 존재는 입자의 연마 특성과 경도를 변하게 하는 유리상을 형성한다. 산화나트륨의 존재는 낮은 함량에도 베타-알루미나를 형성한다. 그런데, 이러한 결정 형태의 알루미나는 입자의 연마 특성을 저하시킨다. 바람직하게, Na2O < 0.1%, 또는 심지어 Na2O < 0.05%이다.
따라서, 원료는 바람직하게 SiO2, CaO, TiO2, Fe2O3 또는 Cr2O3의 입자내 함량이 각각 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 미만으로 선택된다.
b)단계에서, 용융 조건은 바람직하게 입자가 1500 ppm, 1300 ppm, 또는 심지어 800 ppm의 최대 탄소 함량을 갖는 것이다.
특히, 용융은 적어도 150 kW의 로 전원에 대해 원료의 톤당 적어도 2000 kWh의 주조전 용융 에너지를 갖는 쇼트 아크에 의해 실행될 수 있다.
c)단계에서, 냉각은 급속이고, 예를 들면, 미국 특허 3,993,119에 기술된 바와 같이, 냉각된 얇은 플레이트들 사이를 주조함으로써 이루어질 수 있다.
이에 따라 제조된 본 발명에 따른 입자의 결정학적 분석은 미량이라는 점 이외에 스피넬 상의 존재를 밝힐 수 없었다. 입자는 헬륨 비중측정법에 의해 측정된 3% 미만의 기공률을 갖는다.
d)단계에서, 입자의 입자 크기는 의도된 적용의 함수로서 선택될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 입자는 Grit 6 초과 및/또는 Grit 220 미만, Grit 80 미만, 또는 Grit 24 미만의 입자 크기를 갖는다.
본 발명에 따른 연마 도구를 제조하기 위한 방법은 공지되어 있다.
결합 연마 도구는 연마 입자와 바인더의 혼합물 형태로 압축함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 하나의 연마 도구에서, 바인더는 유리계 바인더(예를 들면, 산화물로 구성된 바인더, 특히 실리케이트-함유 바인더) 또는 유기 바인더일 수 있다. 유기 바인더가 특히 적합하다.
바인더는 특히 열경화성 수지일 수 있다. 페놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리벤지미다졸 수지, 폴리우레탄 수지, 페녹시 수지, 페놀-푸르푸랄 수지, 아닐린-포름알데히드 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 크레졸-알데히드 수지, 레조르시놀-알데히드 수지, 우레아-알데히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
대개, 바인더는 2 부피% 내지 60 부피%, 바람직하게는 20 부피% 내지 40 부피%의 혼합물을 나타낸다.
또한, 바인더는 유기 또는 무기 필러, 예를 들면, 수화된(hydrated) 무기 필러(예를 들면, 알루미늄 3수화물 또는 보에마이트) 또는 비-수화된 무기 필러(예를 들면, 산화몰리브덴), 크리올라이트, 할로겐, 플루오르스파, 황화철, 황화아연, 마그네시아, 탄화규소, 염화규소, 염화칼륨, 망간2염화물, 포타슘 또는 아연 플루오로보레이트, 포타슘 플루오로알루미네이트, 산화칼슘, 황산칼륨, 염화비닐리덴/염화비닐 공중합체, 염화폴리비닐리덴, 염화 폴리비닐, 섬유, 황화물, 염화물, 황산염, 불화물, 및 이들의 혼합물을 통합할 수 있다. 바인더는 유리 섬유와 같은 강화 섬유도 함유할 수 있다.
실시예
아래의 비제한적인 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 제공된다.
참고 생성물("Ref")은 ZF® 또는 ZS®이라는 제품명으로 판매되고 중량 백분율로 Al2O3: 75.0%, ZrO2 + HfO2: 24.1%, TiO2: 0.1%, SiO2 < 0.2%, MgO: 0.05%, CaO: 0.07%, 및 기타 < 0.8%의 화학적 분석을 갖는 용융된 알루미나-지르코니아 입자이다. 결정학적 분석 및 미세구조 분석은 지르코니아가 모두 알루미나와 공융 형태로 합성되며 알루미나 보충물(balance)은 알파-알루미나 형태(코런덤)로 존재하는 것을 보여준다.
시험 생성물은,
· 수산화나트륨 함량이 0.3% 미만인 언더-하소된(under-calcined) Bayer® 알루미나;
· ZrO2+HfO2 함량이 98%를 초과하는 지르코니아 분말; 및
· 석유 코크의 원료로부터 제조되었다.
산화마그네슘(MgO)은 99%를 초과하는 마그네슘을 갖는 순수한 물질에 의해서 제공된다.
생성물은 당업자에게 알려진 종래 방법에 따라 준비되었다.
먼저, 주어진 조성의 입자를 제조할 수 있도록 원료를 분석하였다.
로의 상태에 따라, 공급 원료를 기준으로 중량 백분율로 최소 1%(3%까지)의 석유 코크를 이들 원료에 첨가하였다.
그런 후, 공급 원료를 흑연 전극을 구비한 에루(Heroult)식 단일상 전기 아크로에서 용융하였으며, 로 용기는 0.8 m의 직경, 105 V 내지 150 V의 전압, 1800 A 내지 2500 A의 전류, 및 2.0 내지 2.8 kWh/kg의 공급된 전기 에너지의 파워를 갖는다.
그 후, 용융 액체를 미국 특허 3,993,119에 기술된 것과 같은 얇은 금속 플레이트 사이를 주조하기 위한 장치를 이용하여 급속 냉각하였다. 그리고, 용융 입자를 제분한 다음 입자 크기에 따라 분급하였다.
얻어진 입자를 X-선 형광에 의해 화학적으로 분석하였다. 모든 화학적 분석 데이터는 표 2에 있다. 탄소를 제외한 불순물의 함량은 0.3 내지 1%이다. 나머지는 알루미나 함량에 해당한다.
입자의 기계적 특성을 증명하기 위하여, 아래의 시험을 실시하였다.
시험 A: 충격 및 파단 강도의 결정
시험 A의 목적은 강철 제분 용기(steel milling jar)에서 응력을 받은 후, 분류된 주어진 입도 분포의 잔존 입자 프랙션(fraction)을 결정하기 위함이다. 이 시험으로 입자의 파단 강도 및 마손도(friability)의 동적 평가가 가능하다.
시험 전에, F24 입자(Grit 24)를 표본으로 하고자 710/850 ㎛ 프랙션을 분리하기 위하여 입자 혼합물을 우선 본 발명이 속한 분야에서 표준인 ROTAP®형 진동 체로 걸렀다.
그 후, 제분으로 인하여 오염의 원인이 되는 금속철을 추출하기 위하여, 분리된 입도 분포 프랙션을 자기 분리(magnetic separation)를 이용하여 탈철하였다.
이 시험에서, 화학적 분석을 위하여, 분말을 제분하는데 통상적으로 사용되는 Sodemi 회전밀(rotary mill)이 사용되었다. 이 회전밀은 8개의 스프링 위에 뜬 채로 장착되었으며, 시험 대상 입자, 팰렛(pallet), 및 자유 슬라이딩 링을 포함한 중공형(hollow) 원통 용기(jar)는 구동되었다. 원통형 강철 제분 용기(등급 Z160 C 12)는 50 ㎜의 높이와 139 ㎜의 내경을 가졌다. 팰렛은 등급 Z200C12와 1546 그램을 갖는 강철로 된 솔리드 실린더(직경 75 ㎜, 높이 45 ㎜)였다. 원통형 링(내/외경 95/120 ㎜, 높이 45 ㎜)은 동급인 Z200C12에 1464 그램을 갖는 강철로 형성되었다.
시료에 대한 시험 A는:
1. 용기(jar)를 압축 공기로 세척하는 단계; 및
2. 시험 대상 생성물의 입도 분포 프랙션의 25 그램의 시료를 제분 용기의 벽과 팰렛 사이에 인입하는 단계를 포함하였다. Sodemi 밀(mill)은 구동되어 명목상 속도(1400 rpm)로 4초 동안 회전하였다. 그런 다음, 입도 분포를 분석하기 위하여 제분된 생성물을 브러시(5호)를 이용하여 제분 용기(milling bowl)로부터 추출하였다. 그 후, 생성물을 ROTAP® 분류기(screener)의 70 ㎜ 직경의 일련의 망에서 3분 동안 걸렀다. 아래의 망(Ti)이 사용되었다.
Figure pct00001
"T1+T2"는, 중량 기준으로, 망의 잔류물(망을 통과하지 못한 프랙션)의 합계(T1과 T2)를 나타낸다. 충격 및 파단 강도(시험 A)의 값은, 백분율로, 시험 시료의 T1 + T2값을 참고 시료의 T1 + T2값으로 나눈 값에 해당한다. 따라서, 시험 A에서 얻은 값이 클수록 충격 및 파단 강도는 우수하다.
시험 B: 경도의 결정
시험 B는 미세압흔(microindentation)에 의해 비커스(Vickers) 경도를 결정하고자 한다.
710 내지 850 ㎛ 크기의 용융 입자를 선택한 다음, 열경화 에폭시 수지로 코팅하였다. 이어서, 절단 및 연마하여 비커스 경도를 측정할 수 있는 연마 입자를 얻을 수 있었다.
비커스 경도는 비커스 다이아몬드를 구비한 Zwick 3212 미세경도(microhardness) 시험기로 압흔에 의해 결정된다. 경도 측정 시험은 꼭지각이 136도인 정사각형 바닥의 정각뿔(right) 피라미드형 압인체(indenter)로 연마 입자에 50 그램의 하중(F)으로 15초 동안 누르는 단계, 및 하중을 제거한 후 입자에 남은 압흔의 대각선 길이의 평균(압흔의 2개의 대각선 길이의 평균)(d)를 측정하는 단계를 포함한다. 비커스 경도는 비율(F/S)에 비례하며, 여기서 S는 정각뿔 피라미드로 새겨진 문제의 압흔의 표면적이다. 비커스 경도는 연마 입자에 무작위로 새겨진 10개의 압흔에 10번의 측정을 한 평균값에 해당한다.
비커스 경도(시험 B)는, 백분율로, 0.189 × F/ d 2 값에 해당하며, 여기서 (d = d1 + d2)/2이고, d1과 d2는 시험 시료에 형성된 압흔의 2개의 대각선으로 참고 시료의 0.189 × F/ d 2 값으로 나뉜다. 따라서, 시험 B에서 얻은 값이 클수록 경도는 우수하다.
본 발명에 따른 입자는 바람직하게 시험 A에서 얻은 결과가 95%보다 크고 시험 B에서 얻은 결과가 85%보다 크다.
MgO ZrO2+HfO2 (ZrO2+HfO2)/MgO MgO/Al2O3×10000 t-ZrO2/ZrO2 시험 A 시험 B
1 0.56% 15.9% 28 67 48% 65% 122%
2 1.33% 16.8% 13 162 70% 62% 71%
3 0.61% 16.9% 28 75 36% 97% 100%
4 0.68% 17.0% 25 84 44% 96% 105%
5 0.53% 17.9% 34 66 48% 109% 113%
6 0.85% 18.4% 22 106 53% 70% 108%
7 0.49% 19.1% 39 61 66% 104% 88%
8 0.51% 19.1% 37 65 37% 106% 116%
9 0.44% 19.3% 44 56 34% 103% 109%
10 0.40% 19.9% 49 51 37% 103% 87%
11 0.45% 20.4% 45 58 31% 107% 136%
12 0.52% 20.7% 40 67 46% 102% 132%
13 0.48% 21.1% 44 62 30% 109% 98%
14 0.57% 21.3% 37 74 61% 98% 142%
15 0.31% 21.6% 70 40 44% 83% 66%
16 0.42% 22.3% 53 55 30% 110% 116%
17 2.11% 23.5% 11 286 90% 72% 62%
참고 0.05% 25.0% 500 0.7 30% 100% 100%
실시예 2, 6, 15, 및 17를 통해, 시험 A에서 양호한 결과를 얻기 위하여 25 내지 65의 (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 필수적인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 실시예 1의 조건은 지르코니아의 양이 너무 낮을 때 시험 A에서 양호한 결과를 얻기에 불충분한 것으로 나타났다.
실시예 5, 11, 13, 및 16은 시험 A에서 최대 성능이 요구될 때 가장 바람직하다.
실시예 5, 8, 11, 12, 및 14는 시험 B에서 최대 성능이 요구될 때 가장 바람직하다. 실시예 11, 12, 및 14의 성능은 특히 주목할 만하다.
실시예 11은, 목표하는 적용에 대해, 충격 강도와 경도의 가장 우수한 조화를 나타낸다. 실시예 12도 뛰어난 조화를 제공한다.
또한, 실시예 5는 낮은 지르코니아 함량, 그에 따른 제조 비용의 감소와 함께 뛰어난 성능을 나타내므로 매우 유리하다. 같은 이유로, 실시예 3은 참고 실시예와 실질적으로 동일한 성능을 나타내므로 유리한 대안 실시예이다.
X-선 회절 및 마이크로프로브에 의한 분석에 따르면, 본 발명의 입자에서 대다수의 마그네슘이 알루미나-지르코니아 공융 상으로 발견되었다. 알루미나 보충물은 알파-알루미나 형태(코런덤)로 발견되었다. 스피넬 상이 발견된 실시예 2 및 실시예 17과 달리, 스피넬 상(알루미나와 산화마그네슘의 고체 용액)은 발견되지 않거나 미량만 발견되었다. 본 발명의 입자에서 지르코니아의 30% 내지 70%가 4각 형태(t-ZrO2)로 안정화되었음이 밝혀졌다.
이하 명백한 바와 같이, 본 발명의 입자는 낮은 지르코니아 함량, 및 그에 따른 낮은 제조 비용과 함께, 종래 기술에 따른 입자에 비해 동일하거나 향상된 특성을 얻을 수 있다.
물론, 본 발명은 예시적인 실시예로 한정되지 않는다.

Claims (12)

  1. 산화물을 기준으로 중량 백분율로, 아래의 화학적 분석을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 입자:
    Al2O3 : 100%에 대한 잔량;
    ZrO2+HfO2 : 16-24%;
    MgO : (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 25 내지 65일 때의 양;
    기타 종 : 0-2%.
  2. 전술한 청구항에 있어서,
    상기 (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 55 미만인 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  3. 전술한 청구항에 있어서,
    상기 (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 50 미만인 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  4. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 28을 초과하는 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  5. 전술한 청구항에 있어서,
    상기 (ZrO2+HfO2)/MgO 중량비가 30을 초과하는 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  6. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화물을 기준으로 중량 백분율로 (ZrO2+HfO2) < 22.5%인 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  7. 전술한 청구항에 있어서,
    상기 산화물을 기준으로 중량 백분율로 (ZrO2+HfO2) < 20.0%인 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  8. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화물을 기준으로 중량 백분율로 17.0% < (ZrO2+HfO2)인 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  9. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    4각 형태로 안정화된 지르코니아는 상기 지르코니아의 30% 내지 70%인 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  10. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 입자는 150 ㎛ 초과 및 3.35 mm 미만의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 용융 입자.
  11. 연마 도구에 있어서,
    바인더에 의해 결합되고, 지지체에 접합되거나 증착된 입자를 포함하며, 상기 입자의 적어도 일부분은 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 따른 것을 특징으로 하는 연마 도구.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 입자의 연마 매체로서의 용도.
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