TW201627223A - 硬質金屬材料研磨用磨粒、研磨用組成物及硬質金屬製品製造方法 - Google Patents

Abstract

依照本發明，可提供一種供給至研磨壓盤且高效率地研磨硬質金屬材料之磨粒。上述磨粒係平均粒徑為2~10μm，對於上述研磨壓盤的保持率為5~60%。又，依照本發明，可提供一種包含上述磨粒的研磨用組成物及一種使用該組成物之硬質金屬材料製造方法。

Description

硬質金屬材料研磨用磨粒、研磨用組成物及硬質金屬製品製造方法

本發明關於研磨硬質金屬材料用之磨粒及其之利用。詳細地，關於上述磨粒、含有該磨粒之研磨用組成物、及使用含有該磨粒的研磨用組成物之硬質金屬製品製造方法。本申請案係以2014年9月29日申請的日本發明專利申請案2014-198273號為基礎，主張優先權，該申請案的全部內容係在本說明書中作為參照而併入。

如不銹鋼或鈦合金等的硬質金屬材料一般係研磨加工困難。因此，通常於如此的硬質金屬材料之研光(lapping)中，使用如鑽石或CBN(立方晶氮化硼)、如碳化硼等之高硬度的磨粒。例如於專利文獻1中，記載使用鑽石磨粒來研磨不銹鋼。專利文獻2並非關於非硬質金屬材料而是關於碳化矽單結晶的研磨之技術文獻。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本發明專利申請案公開2006-249536號公報

專利文獻2：日本發明專利申請案公開平7-80770號公報

然而，以鑽石為首的高硬度之磨粒一般為高價。因此，於硬質金屬材料的研磨加工中，不容易邊確保實用的研磨效率(研磨速率)邊減低原料成本。

本發明係鑒於如此的狀況而完成者，目的在於提供一種磨粒，其能高效率地研磨硬質金屬材料。本發明之另一目在於提供一種包含上述磨粒的研磨用組成物。關聯的其他目的在於提供一種利用上述磨粒來製造硬質金屬製品之方法。

依照本發明，提供一種磨粒，其係供給至研磨壓盤且用於研磨硬質金屬材料之磨粒。上述磨粒係平均粒徑為2~10μm。上述磨粒係對於上述研磨壓盤的保持率為5~60%。

如此的磨粒係上述保持率在恰當的範圍，而且由於具有適合硬質金屬的研磨(尤其研光)之平均粒徑，可使該磨粒的加工力對於作為研磨對象物的硬質金屬材料高效率 地作用。因此，藉由上述磨粒，可一邊壓低原料成本，一邊達成實用的研磨效率。

又，依照本發明，提供包含此處揭示的任一種磨粒之研磨用組成物。藉由上述研磨用組成物，於硬質金屬材料之研磨中，可一邊壓低原料成本，一邊達成實用的研磨效率。上述研磨用組成物典型地進一步包含使上述磨粒分散之溶劑。

於此處揭示的研磨用組成物之較佳態樣中，該組成物中之上述磨粒的濃度為0.3~10重量%。於磨粒濃度在上述範圍的研磨用組成物中，可使原料成本之抑制與良好的研磨效率更適宜地並存。

另外，依照本發明，提供一種製造硬質金屬製品之方法。該方法典型地包含將作為研磨對象物的硬質金屬材料設置於具備研磨壓盤的研磨裝置上。又，包含將研磨用組成物供給至上述研磨壓盤。作為上述研磨用組成物，可使用包含此處揭示的任一種磨粒之研磨用組成物。上述方法進一步包含對於上述研磨對象物，藉由使上述研磨壓盤相對地移動而研磨上述研磨對象物。依照該方法，可一邊壓低原料成本，一邊高效率地製造具有經研磨的表面之硬質金屬製品。

還有，作為本發明的另一方面，提供一種硬質金屬材料之研磨方法。該方法典型地包含將作為研磨對象物的硬質金屬材料設置於具備研磨壓盤的研磨裝置上。又，包含將研磨用組成物供給至上述研磨壓盤。作為上述研磨用組 成物，可使用包含此處揭示的任一種磨粒之研磨用組成物。上述方法進一步包含對於上述研磨對象物，藉由使上述研磨壓盤相對地移動而研磨上述研磨對象物。依照該方法，可一邊壓低原料成本，一邊高效率地製造硬質金屬材料。

此處揭示的任一技術中之研磨壓盤，係可藉由平均粒徑為25~120μm的綠色碳化矽磨粒(以下亦稱為「GC磨粒」)所表面調整者。藉由該研磨壓盤，可使此處揭示的磨粒之加工力對於作為研磨對象物的硬質金屬材料高效率地作用

作為此處揭示的任一技術中之研磨壓盤，較佳可採用具備鑄鐵製的表面者。於使用如此的研磨壓盤(鑄鐵壓盤)之研磨中，可適宜地發揮本發明之效果。

作為此處揭示的任一技術中之磨粒的合適例，可舉出實質上由二硼化鈦所構成的磨粒。藉由如此的磨粒，可使原料成本的抑制與良好的研磨效率特別適宜地並存。

作為此處揭示的任一技術中之硬質金屬材料的合適例，可舉出不銹鋼。即，此處揭示的技術係可較佳地適用於不銹鋼之研磨。其中，對於不銹鋼之研光的適用係特別有意義。

實施發明的形態

以下，說明本發明之合適的實施形態。再者，本說明 書中特別言及的事項以外之事物的本發明之實施所必要的事物，係以該領域中的習知技術為基礎，可作為本業者的設計事項掌握。本發明係可以本說明書中揭示的內容與該領域中的技術常識為基礎而實施。

<研磨對象物>

此處揭示的技術係可較佳地適用於各種的硬質金屬材料之研磨。此處所謂的硬質金屬材料，就是意指於金屬材料之中比較高硬度的材料，具體地指維氏硬度超過100HV的金屬材料。維氏硬度表示對於壓入壓力的堅牢度，具體地係藉由JIS Z2244：2009記載之方法所測定的硬度。

上述硬質金屬材料係可為單質或合金。作為硬質金屬材料之代表例，可舉出如鈦合金、鎳合金、不銹鋼之合金材料。

鈦合金係以鈦作為主成分之合金，作為主成分以外之金屬物種，例如可舉出選自鋁、鐵及釩等所成之群的至少1種。主成分以外的金屬物種之含量係可為鈦合金全體的例如3.5~30重量%。作為鈦合金，例如於JIS H4600：2012記載的種類中，可舉出11~23種、50種、60種、61種及80種者。

鎳合金係以鎳作為主成分之合金，作為主成分以外之金屬物種，例如可舉出選自鐵、鉻、鉬及鈷所成之群的至少1種。主成分以外的金屬物種之含量係可為鎳合金全體的例如20~75重量%。作為鎳合金，例如於JIS H4551： 2000記載的合金編號中，可舉出NCF600、601、625、750、800、800H、825、NW0276、4400、6002、6022等。

此處揭示的技術係可特別較佳地適用於不銹鋼之研磨。不銹鋼係以鐵作為主成分之合金，作為主成分以外的金屬物種，例如可包含選自鉻、鎳、鉬及錳所成之群的至少1種。主成分以外的金屬物種之含量係可為不銹鋼全體的例如10~50重量%。作為不銹鋼，例如於JIS G4303：2005記載的種類之記號中，可舉出SUS201、303、303Se、304、304L、304NI、305、305JI、309S、310S、316、316L、321、347、384、XM7、303F、303C、430、430F、434、410、416、420J1、420J2、420F、420C、631J1等。

<磨粒>

於此處揭示的技術中，磨粒之材質係沒有特別的限定。例如，可舉出由鑽石；二硼化鈦、硼化鋯、硼化鉭、硼化鉻、硼化鉬、硼化鎢、硼化鑭等之硼化物；碳化硼、碳化矽等之碳化物；氧化鋁、氧化矽、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰等之氧化物；氮化硼(典型地，立方晶氮化硼)等之氮化物等之任一者所實質構成的磨粒。從研磨效率之觀點來看，較佳為使用硬度高的磨粒。從該觀點來看，作為特佳的磨粒，可例示由二硼化鈦及鑽石之任一者所實質構成的磨粒。

再者，於本說明書中，與磨粒的組成有關的所謂「實質地由X所成」或「實質地由X所構成」，就是指該磨粒中所佔有的X之比例(X之純度)以重量基準計為90%以上，較佳為95%以上，更佳為97%以上，尤佳為98%以上，例如99%以上。

作為此處揭示的技術中之磨粒的合適例，可舉出實質地由二硼化鈦所成之磨粒(以下亦稱為「二硼化鈦磨粒」)。作為磨粒使用的二硼化鈦係典型地具有2000以上的維氏硬度(Hv)之高硬度材料。二硼化鈦磨粒係除了如此的高硬度，還在與鑽石磨粒相比，耐熱性高(難以因熱而發生表面變質)點亦較佳。

作為得到二硼化鈦磨粒之方法，已知除了使鈦與硼直接反應之方法，還有將氧化鈦與氧化硼予以還原之方法，或使鈦與硼的鹵化物進行氣相反應之方法等(例如，參照日本發明專利申請案公開平5-139725號公報)。於此處揭示的技術中，作為二硼化鈦磨粒，不拘於製造方法或形態，可無特別限制地使用一般可取得或製造之二硼化鈦粉末。

二硼化鈦係典型上具有六方晶的結晶構造之結晶性成分。於此處揭示的二硼化鈦磨粒中，在結晶的大小沒有限制，而且亦可包含非品質成分。又，於不顯著地損害磨粒的性能之限度內，亦可包含鈦及硼以外的元素，例如碳、鐵、氧、氮、矽、鋁、鋯等之雜質。

通常，二硼化鈦磨粒中的二硼化鈦之純度愈高愈有 利。二硼化鈦之純度具體地較佳為90重量%以上，更佳為95重量%以上，尤佳為99重量%以上。

二硼化鈦之純度係除了例如藉由螢光X射線裝置的二硼化鈦之測定值測定，還可藉由粉末X射線繞射法的繞射峰之強度來測定。再者，以螢光X射線裝置所測定的純度與以粉末X射線繞射法為基礎所測定的純度有差異時，採用更高純度的測定結果當作該二硼化鈦的純度。

磨粒之平均粒徑係典型上為1μm以上，通常2μm以上為適當。隨著磨粒之平均粒徑變大，研磨效率有升高之傾向。從如此的觀點來看，磨粒之平均粒徑較佳為2.2μm以上，更佳為2.5μm以上，尤佳為3μm以上。

再者，本說明書中所謂的磨粒之平均粒徑，只要沒有特別的記載，則指藉由雷射繞射/散射式粒徑分布測定裝置所求得的體積基準之粒度分布中的累計值50%之粒徑(50%體積平均粒徑)。作為雷射繞射/散射式粒徑分布測定裝置，例如可舉出股份有限公司堀場製作所製「LA-950」。

又，磨粒之平均粒徑典型地為20μm以下，從得到此處揭示的較佳保持率來看，一般較佳為10μm以下。隨著磨粒之平均粒徑變小，研磨用組成物中的磨粒之分散安定性有升高之傾向。又，研磨後的硬質金屬材料之表面精度亦有升高之傾向。例如，可抑制研磨對於硬質金屬材料的刮痕發生，研磨後的硬質材料表面之粗糙度(算術平均粗糙度(Ra))亦有降低的傾向。根據此等之事況，磨粒之 平均粒徑較佳為8μm以下，較佳為5μm以下。

此處揭示的技術係可以上述磨粒對於研磨壓盤的保持率為5%以上之態樣較佳地實施。從得到更高的研磨效率之觀點，上述保持率更佳為10%以上，更佳為15%以上。再者，保持率的求得方式係如後述。

又，上述磨粒對於研磨壓盤的保持率過高時，研磨效率有降低之傾向。因此，上述保持率係60%以下為適當，較佳為55%以下，更佳為40%以下，尤佳為35%以下。

作為此處揭示的磨粒之合適例，可舉出上述保持率在5~60%之範圍的磨粒。若將如此的磨粒供給至上述研磨壓盤而進行研磨，則可使該磨粒的加工力對於硬質金屬材料高效率地作用。因此，除了使用鑽石磨粒之研磨態樣，還有於使用其他的磨粒，例如二硼化鈦磨粒之研磨態樣，可達成實用的的研磨效率。因此，可使原料成本的抑制與實用的研磨效率適宜地並存。藉由上述保持率在15~35%之範圍的磨粒，可實現更良好的結果。

<研磨用組成物>

此處揭示的研磨用組成物至少包含磨粒，典型地包含磨粒與使該磨粒分散之溶劑。作為上述磨粒，可將上述磨粒中的1種單獨或組合2種以上使用。例如，較佳為至少包含二硼化鈦磨粒作為磨粒之研磨用組成物。於該研磨用組成物中，可使原料成本的抑制與良好的研磨效率適宜地並存。

此處揭示的研磨用組成物亦可組合二硼化鈦與其他的磨粒而含有。作為上述其他的磨粒之例，可舉出由鑽石；硼化鋯、硼化鉭、硼化鉻、硼化鉬、硼化鎢、硼化鑭等之硼化物；碳化硼、碳化矽等之碳化物；氧化鋁、氧化矽、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰等之氧化物；氮化硼(典型地，立方晶氮化硼)等之氮化物等之任一者所實質地構成之磨粒。作為實質地由氧化矽所成的磨粒之例，可舉出石英等。

從研磨效率之觀點來看，研磨用組成物中所含有的佔磨粒全體的二硼化鈦磨粒之比例一般為愈高愈有利。例如，研磨用組成物中所含有的佔磨粒全體的二硼化鈦磨粒之比例較佳為70重量%以上，更佳為90重量%以上。

研磨用組成物所用的溶劑，只要是可使磨粒分散即可，並沒有特別的限制。作為溶劑，除了水，還可使用醇類、醚類、二醇類、各種油類等之有機溶劑。於上述油類之例中，包含礦油、合成油、植物油等。如此的溶劑可為單獨1種或組合2種以上使用。從揮發性或洗淨性，更且研磨廢液的處理容易性等之觀點來看，可較佳地採用水或以水作為主成分的混合溶劑。通常研磨用組成物中所含有的溶劑之90體積%以上較佳為水，更佳為95體積%以上(典型地99~100體積%)是水。水可使用離子交換水(去離子水)、蒸餾水、純水等。

研磨用組成物中的磨粒濃度係沒有特別的限定。例如，可使磨粒濃度成為0.05重量%以上，通常0.1重量% 以上為適當。隨著磨粒濃度變高，有容易得到更高的研磨效率之傾向。從如此的觀點來看，磨粒濃度較佳為0.3重量%以上，更佳為0.5重量%以上。

又，從原料成本之觀點來看，研磨用組成物中的磨粒濃度通常20重量%以下為適當，較佳為10重量%以下。於較佳的一態樣中，可使磨粒濃度成為5重量%以下，亦可成為3重量%以下。例如，宜使研磨用組成物的磨粒濃度成為0.5~5重量%，較佳成為0.5~3重量%。

依照此處揭示的技術，如上述地，可使磨粒的加工力對於硬質金屬材料高效率地作用。於較佳的一態樣中，可使磨粒濃度成為2重量%以下(例如0.5~2重量%)，更且可成為1重量%以下(例如0.5~1重量%)，於如此的態樣中，亦能達成實用的研磨效率。依照如此的態樣，可使原料成本的抑制與研磨效率以高水準並存。

於研磨用組成物中，以分散安定性提高等為目的，可按照需要添加分散劑。作為分散劑之例，例如可舉出六偏磷酸鈉或焦磷酸鈉等之聚磷酸鹽。作為分散劑的其他例，可舉出水溶性高分子或其鹽。

可作為分散劑使用的水溶性高分子之例，可舉出聚羧酸、聚羧酸鹽、聚磺酸、聚磺酸鹽、多胺、聚醯胺、多元醇、多糖類等，還有彼等的衍生物或共聚物等。更具體地，可舉出聚苯乙烯磺酸及其鹽、聚異戊二烯磺酸及其鹽、聚丙烯酸及其鹽、聚馬來酸、聚伊康酸、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甘油、聚乙烯吡咯啶酮、異戊二烯磺酸 與丙烯酸之共聚物、聚乙烯吡咯啶酮-聚丙烯酸共聚物、聚乙烯吡咯啶酮-醋酸乙烯酯共聚物、萘磺酸福馬林縮合物之鹽、二烯丙基胺鹽酸鹽與二氧化硫之共聚物、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素的鹽、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚三葡萄糖(pullulan)、殼聚糖、殼聚糖鹽類等。

上述水溶性高分子的重量平均分子量(Mw)係沒有特別的限定。從充分發揮分散安定性提高效果之觀點來看，通常Mw約1萬以上(例如超過5萬)為適當。Mw之上限係沒有特別的限定，從過濾性或洗淨性等之觀點來看，通常約80萬以下(例如60萬以下，典型為30萬以下)左右為適當。再者，水溶性高分子的Mw係可採用以凝膠滲透層析術(GPC)為基礎之值(水系、聚環氧乙烷換算)。

雖然沒有特別的限定，但於包含分散劑的態樣之研磨用組成物中，該分散劑之含量例如0.001重量%以上為適當，較佳為0.005重量%以上，更佳為0.01重量%以上，尤佳為0.02重量%以上。上述含量通常10重量%以下為適當，較佳為5重量%以下，例如1重量%以下。

於研磨用組成物中，亦可更添加各種的界面活性劑。此處所言的界面活性劑，典型地與分散劑相比為低分子量之化合物，較佳為分子量小於1萬之化合物。研磨用組成物中的界面活性劑，係可吸附於磨粒或硬質金屬材料之表面而改變彼等之表面狀態，使磨粒的分散性變化，或在硬質金屬材料之表面上形成保護膜。藉此，抑制硬質金屬材 料之表面中的缺陷之發生，或能發揮防止缺陷的擴大之效果。

作為界面活性劑，陰離子性、非離子性、陽離子性的任一種界面活性劑係皆可使用。通常可較佳地使用陰離子系界面活性劑及非離子系界面活性劑的任一者或兩者。

作為非離子系界面活性劑之例，可舉出具有複數個相同或不同種類的氧化烯單位之聚合物，於該聚合物鍵結有醇、烴或芳香環之化合物。更具體地，可舉出聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丁烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯烷基醚、聚氧乙烯羧酸酯、聚氧乙烯羧酸二酯、聚氧乙烯聚氧丙烯羧酸酯、聚氧乙烯聚氧丁烯羧酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯羧酸酯、聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物、聚氧乙烯聚氧丁烯共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧丁烯共聚物、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯及聚氧乙烯雙脫水山梨糖醇脂肪酸酯、單月桂酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、單棕櫚酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、單硬脂酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、單油酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、三油酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、單辛酸聚氧乙烯山梨糖醇酐、四油酸聚氧乙烯雙脫水山梨糖醇等。

作為陰離子系界面活性劑之例，可舉出磺酸系活性劑，更具體地可舉出烷基磺酸、烷基醚磺酸、聚氧乙烯烷基醚磺酸、烷基芳香族磺酸、烷基醚芳香族磺酸、聚氧乙烯烷基醚芳香族磺酸等。

雖然沒有特別的限定，但於包含界面活性劑的態樣之 研磨用組成物中，該界面活性劑之含量例如0.001重量%以上為適當，較佳為0.005重量%以上，更佳為0.01重量%以上，尤佳為0.02重量%以上。又，上述含量通常10重量%以下為適當，較佳為5重量%以下，例如1重量%以下。

研磨用組成物的pH係沒有特別的限定。通常，研磨用組成物之pH為1以上14以下者係適當。研磨用組成物之pH若為上述範圍內，則容易達成實用的研磨效率。較佳為考慮研磨對象物對於pH的脆弱性等，使用恰當的pH之研磨用組成物。例如，於不銹鋼之情況，可將研磨用組成物的pH設定在1以上8以下，更佳為設定在1以上5以下(例如2以上4以下)。

於研磨用組成物之pH調整中，可使用各種的酸、鹼或彼等之鹽。具體地，例如可使用由檸檬酸及其他的有機羧酸、有機膦酸、有機磺酸等之有機酸，或磷酸、亞磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸、硼酸、碳酸等之無機酸，氧化四甲氧基銨、三甲醇胺、單乙醇胺等之有機鹼，氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨等之無機鹼及彼等之鹽所選出的1種或2種以上。

於上述酸及鹼之中，特別地於弱酸與強鹼、強酸與弱鹼、或弱酸與弱鹼之組合時，可期待pH的緩衝作用。又，於上述酸及鹼之中，為強酸與強鹼之組合時，不僅可以少量調整pH，也可調整電導度。

於研磨用組成物中，視需要亦可含有上述以外的成 分。作為該成分之例，可舉出防蝕劑、螯合劑、防腐劑、防黴劑等。

作為防蝕劑之例，可舉出胺類、吡啶類、四苯基鏻鹽、苯并三唑類、三唑類、四唑類、苯甲酸等。

作為螯合劑之例，可舉出葡萄糖酸等之羧酸系螯合劑、乙二胺、二伸乙三胺、三甲基四胺等之胺系螯合劑、乙二胺四乙酸、氮基三乙酸、羥乙基乙二胺三乙酸、三伸乙四胺六乙酸、二伸乙三胺五乙酸等之多胺基羧酸系螯合劑、2-胺基乙基膦酸、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、胺基三(亞甲基膦酸)、乙二胺四(亞甲基膦酸)、二伸乙三胺五(亞甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、甲烷羥基膦酸、1-膦醯基丁烷-2,3,4-三羧酸等之有機膦酸系螯合劑、苯酚衍生物、1,3-二酮等。

作為防腐劑之例，可舉出次氯酸鈉等。作為防黴劑之例，可舉出唑啶-2,5-二酮等之唑啉等。

此處揭示的研磨用組成物之製造方法係沒有特別限定，可適宜採用眾所周知的方法。例如，藉由混合磨粒與溶劑及視需要使用的其他成分，可製造研磨用組成物。

如上述的研磨用組成物，典型地以包含該研磨用組成物的研磨液之形態，使用於作為研磨對象物的硬質金屬材料之研磨。上述研磨液例如係可為稀釋研磨用組成物而調製者。或者，可將研磨用組成物直接當作研磨液使用。即，於此處揭示的技術之研磨用組成物的概念中，包含供給至研磨對象物的研磨液(工作漿體)、與稀釋而作為研 磨液使用的濃縮液之雙方。

此處揭示的研磨用組成物係在供給至研磨對象物之前，亦可為經濃縮的形態(濃縮液的形態)。該濃縮液的形態之研磨用組成物，從製造、流通、保存等時的便利性或成本減低等之觀點來看為有利。濃縮倍率例如可為1.5倍~50倍左右。從濃縮液的儲存安定性等之觀點來看，通常2倍~20倍(典型地2倍~10倍)左右的濃縮倍率為適當。

如此地濃縮液的形態之研磨用組成物，係可在所欲的時機稀釋而調製研磨液，以將該研磨液供給至研磨對象物的態樣較宜使用。

此處揭示的磨粒或包含該磨粒的研磨用組成物，係可用於使用一般的研磨裝置之研磨對象物(此處為硬質金屬材料)的研磨中。單面研磨裝置的研磨、雙面研磨裝置的研磨皆可適用。於單面研磨裝置中，使用被稱為載體的保持具來保持研磨對象物，一邊供給研磨用組成物，一邊將壓盤推壓至研磨對象物的單面，藉由使壓盤旋轉而將研磨對象物的單面予以研磨。於雙面研磨裝置中，使用被稱為載體的保持具來保持研磨對象物，一邊自上方供給研磨用組成物，一邊將壓盤推壓至研磨對象物的對向面，藉由使彼等在相對方向中旋轉，而同時將研磨對象物的兩面予以研磨。此時，將使用壓盤表面直接研磨研磨對象物之方法稱為研光，將在壓盤表面上貼附研磨墊，於所貼附的研磨墊表面與研磨對象物之間進行研磨之方法稱為拋光 (polishing)。

<研磨壓盤>

此處揭示的磨粒或包含該磨粒的研磨用組成物，典型地係使用於供給至金屬製的研磨壓盤而研磨硬質金屬材料之用途，即用於硬質金屬材料之研光。於研光所使用的研磨壓盤中，為了壓盤面(面對研磨對象物的表面)的精度維持，要求容易加工之性質。因此，宜使用至少上述壓盤面例如係由鑄鐵、錫、銅或銅合金等之金屬所成的研磨壓盤。作為研磨壓盤，以研磨用組成物的安定供給或加工壓力的調整為目的，有使用在壓盤面附有溝者。溝之形狀或深度為任意，例如可使用刻有格子狀或放射狀的溝者。

上述研磨壓盤之表面(壓盤面)，較佳為具有使該研磨壓盤的硬質金屬材料之研磨所採用的磨粒之保持率成為上述較佳範圍的表面狀態。上述保持率係作為在壓盤面的微小溝之中，適合磨粒的保持之形狀及大小的溝(以下亦稱為「有效溝」)在上述壓盤面中掌握怎樣的程度存在之基準的有用指標。上述微小溝的形式係沒有特別的限定。例如，上述微小溝的縱橫比係沒有特別的限制。於此處所言的微小溝之概念中，一般可包含稱為凹陷或凹槽的形狀者。

於此處揭示的技術中，在與磨粒之平均粒徑的關係中，將寬度為「平均粒徑+0.1μm」以上之值且深度為平均粒徑的1/2以上之值的微小溝認定為對於上述磨粒而言的 「有效溝」。微小溝的寬度若為「平均粒徑+0.1μm」以上之值，則判斷具有磨粒嵌入用的充分開口尺寸。又，微小溝的深度若為平均粒徑的1/2以上之值，則可將經嵌入的磨粒安定地保持在某程度，判斷該磨粒之研磨力能有效果地作為研磨對象物。上述保持率具體地係依照後述的實施例中記載之「保持率測定」而求得。

再者，認定為有效溝的微小溝之寬度，只要是「平均粒徑+0.1μm」以上之值(即，比平均粒徑大0.1μm以上之值)即可，寬度的上限係沒有特別的限制。從磨粒保持的安定性之觀點來看，寬度為「平均粒徑+0.1μm」的7倍以下(較佳為5倍以下，例如3倍以下)之值的微小溝較佳。

又，認定為有效溝的微小溝之深度，只要是平均粒徑的1/2以上(即，平均粒徑的0.5倍以上)之值即可，深度的上限係沒有特別的限制。從磨粒保持的安定性及研磨效率之觀點來看，微小溝的深度之值較佳為平均粒徑的0.5倍以上1.5倍以下，更佳為0.5倍以上且未達1倍，尤佳為0.5倍以上且未達0.9倍。

此處揭示的技術係將寬度為「平均粒徑+0.1μm」的1倍以上5倍以下之值，且深度為平均粒徑的0.5倍以上且未達1倍之值的微小溝特別認定為適合磨粒之保持的溝(以下亦稱為「高有效溝」)，以對該高有效溝算出的保持率在上述較佳範圍的態樣，可較佳地實施。

上述保持率例如係可藉由變更所使用的磨粒之平均粒 徑及研磨壓盤之表面狀態的一者或兩者，以成為此處揭示的較佳範圍之方式調節。作為變更磨粒之平均粒徑的方法，可採用將所使用的磨粒變更為平均粒徑不同者之方法，或將2種以上的粒徑不同之磨粒以適當的比例摻合而使用之方法等。研磨壓盤之表面狀態，係可藉由調整該研磨壓盤的表面狀態(即，進行表面調整)而變更。

研磨壓盤之表面調整，例如係可藉由使用含有適當的平均粒徑之磨粒的表面調整用漿體，將研磨壓盤之表面予以研磨，可藉由將該表面粗化到一定的粗糙度而進行。因此，作為上述磨粒，宜使用容易粗化研磨壓盤的材質者。作為研磨壓盤之表面調整時可較宜使用的磨粒，例如可例示GC磨粒、二硼化鈦磨粒、碳化硼磨粒等之高硬度磨粒。其中較佳為GC磨粒。

研磨壓盤之表面調整時所使用的磨粒之尺寸，係可按照硬質金屬材料之研磨時所使用的磨粒之平均粒徑或目標的保持率之值來選擇。雖然沒有特別的限定，但於此處揭示的技術之一態樣中，可較宜採用平均粒徑為25~120μm、更佳45~75μm的磨粒(例如GC磨粒)作為上述表面調整用之磨粒。作為上述表面調整用之磨粒，亦可摻合尺寸及材質之一者或兩者不同的2種以上之磨粒而使用。

上述表面調整用漿體中的磨粒濃度或使用該漿體的研磨壓盤之表面調整中的研磨條件係沒有特別的限定，可以得到所欲的表面狀態之方式適宜設定。例如，可將上述表 面調整用漿體中的磨粒濃度設定在5~20重量%(例如10~15重量%)左右。

如由上述說明及後述的實施例可理解，於本說明書所揭示的事項中，包含研磨壓盤之表面調整所用的磨粒。又，包含含有該磨粒的表面調整用漿體。作為上述表面調整用磨粒，可較宜採用平均粒徑為25~120μm(更佳為45~75μm)之磨粒。上述磨粒可包含GC磨粒、二硼化鈦磨粒及碳化硼磨粒的至少一種。其中，較佳為GC磨粒。此處揭示的硬質金屬製品製造方法係可進一步包含使用上述表面調整用漿體，進行研磨壓盤的表面調整之步驟。於本說明書所揭示的事項中，還包含一種硬質金屬材料研磨用組成物套組，其包含此處揭示的任一種硬質金屬材料研磨用組成物、與此處揭示的任一種表面調整用漿體。此研磨用組成物套組亦可為代替上述硬質金屬材料研磨用組成物，含有構成該組成物的磨粒之態樣。又，上述硬質金屬材料研磨用組成物套組也可為代替上述表面調整用漿體，含有構成該漿體的磨粒之態樣。

<研磨方法>

於此處揭示的技術中，研磨對象物(硬質金屬材料)的研磨條件係沒有特別的限定。例如，從研磨效率之觀點來看，研磨對象物的加工面積每1cm²之研磨壓力較佳為50g以上，更佳為100g以上。又，從防止因負荷增大所伴隨的過度發熱而造成的研磨對象物表面之變質或磨粒的 劣化之觀點來看，通常加工面積每1cm²的研磨壓力係1000g以下為適當。

線速度一般係隨著壓盤旋轉數、載體的旋轉數、研磨對象物的大小、研磨對象物的數目等之影響而可變化之值。於此處揭示的技術中，上述線速度較佳為10m/分鐘以上，更佳為30m/分鐘以上。隨著線速度之增大，有得到更高的研磨效率之傾向。又，從防止研磨對象物的破損或過度的發熱之觀點來看，通常線速度較佳為300m/分鐘以下，更佳為200m/分鐘以下。

研磨時的研磨用組成物之供給量係沒有特別的限定。上述供給量宜以在研磨對象物與研磨壓盤之間，研磨用組成物無不均地全面供給之充分量的方式設定。適合的供給量係可隨著研磨對象物的材質或研磨裝置的構成及其他的研磨條件等而不同。若為本業者，則可根據本案說明書之記載及技術常識，找出不過度負擔之恰當的供給量。

此處揭示的研磨用組成物係在使用後亦可回收而再利用(循環使用)。更具體地，自研磨裝置所排出之使用過的研磨用組成物一旦回收於槽內，亦可自槽內再度供給至研磨裝置。此時，減少將使用過的研磨用組成物作為廢液處理之量。此從環境負荷減低及成本減低之觀點來看較佳。

於研磨用組成物之循環使用時，對於該研磨用組成物中起初所含有的成分之中，因使用於研磨而消耗或損失的成分(例如磨粒)中之至少任一個成分，亦可補充其減少 部分的一部分或全部。所補充的成分係可個別地添加至使用過的研磨用組成物中，或也可以任意的濃度含有二種以上的成分之混合物的形式，添加至使用過的研磨用組成物中。

於將硬質金屬材料尤其如電子材料基板或結晶材料製造用基板等特別要求高的面精度之材料當作研磨對象物時，使用此處揭示的任一種磨粒或包含該磨粒的研磨用組成物，進行研磨壓盤的研磨(研光)後，較佳為更進行拋光。作為上述拋光所用的研磨用組成物之磨粒，從減低研磨對象物表面的起伏、粗糙度、缺陷等之觀點來看，較佳為具有0.30μm以下的平均粒徑者，更佳為0.25μm以下，尤佳為0.20μm以下。又，從研磨效率(研磨速率)提高之觀點來看，拋光用組成物中所含有的磨粒之平均粒徑較佳為0.01μm以上，更佳為0.02μm以上。拋光用組成物所適用的磨粒係可為膠體二氧化矽等之膠體狀氧化物粒子。拋光用組成物中的磨粒之平均粒徑，例如可使用日機裝股份有限公司製的「Nanotrac UPA-UT151，藉由動態光散射法測定。

拋光用組成物的pH係沒有特別的限定，但較佳為1~4或8~11。拋光用組成物的pH之調整，係與研磨壓盤之研磨(研光)所用的研磨用組成物之情況同樣，可使用各種的酸、鹼或彼等之鹽進行。拋光用組成物視需要亦可添加螯合劑或水溶性高分子、界面活性劑、防腐劑、防黴劑、防銹劑等之添加劑。拋光用組成物係可藉由用水稀釋 該組成物的原液而調製。

以下，說明與本發明有關的幾個實施例，但不意圖將本發明限定於該實施例所示者。

<研磨壓盤之表面調整>

藉由以下之條件A~E，進行後述的研磨實驗中使用的鑄鐵製研磨壓盤(無溝)之表面調整。上述研磨壓盤的各部之尺寸係直徑20cm、中心部的直徑2.8cm、半徑(中心部以外)8.6cm，有效面積為307.8456cm²。

(調整條件A)

作為研磨壓盤之表面調整用的研磨機，使用宇田川鐵工股份有限公司製的透鏡研磨機「AL-2」。在此研磨機的鑄鐵製壓盤上設置作為處理對象物的上述研磨壓盤，邊供給表面調整用漿體邊使上述壓盤旋轉而進行表面調整。作為表面調整用漿體，使用平均粒徑為48μm的GC磨粒與平均粒徑為74μm的GC磨粒以1：1的重量比且合計13重量%的濃度含有者。上述漿體之供給速率為14mL/min，壓盤旋轉數為130rpm。表面調整時間係以1.5小時~2小時之範圍，上述研磨壓盤的面內平坦性成為±5μm以內之方式設定。研磨壓盤的面內平坦性係使用日本ENGIS股份有限公司製的測微計「HYPREZ DIVISION」，藉由通過上述處理對象物的中心，沿著以45度的角度交叉的4條線，進行測定而評價。

(調整條件B~E)

除了將表面調整用漿體中所含有的磨粒之平均粒徑分別如以下地變更以外，與調整條件A同樣地，進行研磨壓盤之表面調整。所使用的磨粒皆為股份有限公司Fujimi Incorporated公司製的GC磨粒，表面調整用漿體中的該磨粒之濃度皆為13重量%。

調整條件B：平均粒徑74μm

調整條件C：平均粒徑100μm

調整條件D：平均粒徑48μm

調整條件E：平均粒徑15μm

(保持率測定)

以股份有限公司KEYENCY製的形狀測定雷射顯微鏡「VK-X200」，觀察經上述條件所調整的研磨壓盤之表面。觀察地方係對於研磨壓盤之中心部以外的部分，沿著該研磨壓盤的徑向，以與中心的距離大致等間隔地變大之方式選定5點。於此等5點之觀察視野內，對於沿著研磨壓盤的徑向之100μm的長度之線段上的範圍，測定該研磨壓盤之表面上存在的微小溝之寬度及深度。對於下述例1~23所使用的各磨粒之平均粒徑，檢測出上述微小溝中之寬度為「平均粒徑+0.1μm」以上之值且深度為平均粒徑的1/2以上之值的微小溝當作有效溝，藉由算出彼等之有效溝的合計寬度佔上述5點的觀察視野中的合計測定長度 (即500μm)之比例而求得保持率。再者，各微小溝的寬度係沿著上述線段進行測定。

<研磨實驗>

(研磨液之調製)

作為磨粒，準備平均粒徑為2.1μm、2.6μm、3.7μm及7.7μm之4種類的二硼化鈦(TiB₂)粉末。於此等之磨粒中，添加一定量之20g/L的檸檬酸及5g/L的聚丙烯酸作為添加劑後，調製以0.2~20重量%的濃度(表1中所示的各濃度)含有上述磨粒之研磨液。如此所調製的研磨液之pH約3.3~3.5。再者，上述二硼化鈦粉末的各平均粒徑係藉由股份有限公司堀場製作所製的雷射繞射/散射式粒徑分布測定裝置「LA-950」之測定值。

(例1~23)

將經表1中顯示的各條件所表面調整的研磨壓盤安裝於Nano factor公司製的研磨機「Fact 200」上。於此研磨機上設置3片作為研磨對象物的不銹鋼板(由SUS304所成之直徑25.4mm的圓盤)。對此研磨機，供給上述所調製的研磨液中各自為表1中所示的組成之研磨液，於以下之條件下進行研光。

[研光條件]

研磨荷重：170g/cm²

壓盤旋轉數：75rpm(線速度47m/min)

研磨液的供給速率：7mL/min

(例24~26)

於未進行表面調整的研磨壓盤上安裝研磨墊，供給上述所調製的研磨液中各自為表1中所示的組成之研磨液，於上述之條件下進行研光。作為研磨墊，使用Toyo Advanced Technology股份有限公司製的硬質胺基甲酸酯墊「NP-3100N/Perforation」。

(性能評價)

於上述研光之前後，測定研磨對象物的重量，自彼等之重量差算出研磨效率。又，對於研光後的表面，使用股份有限公司KEYENCY公司製的形狀測定雷射顯微鏡「VK-X200」，測定表面粗糙度(算術平均粗糙度(Ra))。表1中顯示結果。

如表1中所示，與保持率比5%小之例18~20及保持率比60%大之例21~23比較下，例1~17中明顯地得到較高的研磨效率。又，由表1可知，其他的條件為相同程度時，保持率若在15~35%之範圍，則有得到更良好的研磨效率之傾向。

另一方面，使用研磨墊之例24~26，係在使用與例10相同組成的研磨液之例24中研磨效率減半，即使將磨粒的濃度提高到20重量%為止也尚未達成例1~17之研磨效率。

以上，已詳細地說明本發明之具體例，惟此等只不過是例示，而非限定申請專利範圍。於申請專利範圍記載的 技術中，包含將以上例示的具體例予以各式各樣地變形、變更者。

Claims (9)

1. 一種硬質金屬材料研磨用磨粒，其係供給至研磨壓盤且用於研磨硬質金屬材料之磨粒，平均粒徑為2~10μm，對於前述研磨壓盤的保持率為5~60%。
2. 如請求項1之磨粒，其係實質上由二硼化鈦所構成。
3. 一種研磨用組成物，其係包含如請求項1或2之磨粒與使該磨粒分散之溶劑。
4. 如請求項3之研磨用組成物，其中前述磨粒的濃度為0.3~10重量%。
5. 一種硬質金屬製品製造方法，其係製造硬質金屬製品之方法，包含：將作為研磨對象物的硬質金屬材料設置於具備研磨壓盤的研磨裝置上；將研磨用組成物供給至前述研磨壓盤；及對於前述研磨對象物，藉由使前述研磨壓盤相對地移動而研磨前述研磨對象物；於此，使用如請求項3或4之研磨用組成物作為前述研磨用組成物。
6. 如請求項5之方法，其中前述研磨壓盤係藉由平均粒徑25~120μm的綠色碳化矽磨粒所表面調整者。
7. 如請求項5或6之方法，其中前述研磨壓盤具備鑄鐵製的表面。
8. 如請求項5至7中任一項之方法，其中前述磨粒係實質上由二硼化鈦所構成。
9. 如請求項5至8中任一項之方法，其中前述硬質金屬材料係不銹鋼。