WO1993008138A1

WO1993008138A1 - Sintered alumina abrasive grain and abrasive product

Info

Publication number: WO1993008138A1
Application number: PCT/JP1992/001352
Authority: WO
Inventors: Tadashi Hiraiwa; Fumiyoshi Ono
Original assignee: Showa Denko Kabushiki Kaisha
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1993-04-29
Also published as: US5387268A; DE4293605C2; AT403288B; ATA900392A; DE4293605T1; JP3138277B2

Description

明細書

アルミナ質焼結砥粒、および研摩材製品

技術分野

本発明は、ひ一アルミナ結晶粒子で構成され、微細結晶組織を有する焼結砥粒、ならびにこの焼結砥粒を甩いた砥石、その他の研摩材製品に関する。

本発明の砥粒は、硬度および靭性に優れ、この砥粒から得られる砥石、研摩布紙その他の研摩材製品は研削性能に優れてい ο

背; S技術

アルミナ質焼結砥粒は、一般にその結晶サイズが微細な程、または硬さが高い程、優れた砥粒となる。微細化された結晶を作成する技術として従来から M g 0を焼結助剤としてアルミナに添加して結晶粒界に M gスピネルをつくる方法が知られている。また、特開昭 5 6 — 3 2 3 6 9号にはゾルゲル法にて砥粒を製造する際、ゲル.化形成以前に C o , H f ， M g , N i , Z n , Z r等を添加することが記載されており、この技術により微細組織のアルミナ質焼結砥粒を得ている _P

特開昭 6 0 — 2 3 1 4 6 2号には、ひ一アルミナ種粒子をァルミナゾル中に分散させる方法により焼結結晶組織をサブミクロンにすることが記載されており、この際、 S i , C r , M g , Z r の酸化物をゲルに添加してもよいことも記載ざれている。特開昭 6 1 — 2 5 4 6 8 5号には、ゾルゲル法により、ァルミナ質研摩材粒体を製造する方法において、ひ一アルミナ、ひ —酸化第二鉄等の核発生剤を乾燥工程の前に添加することが記載され、更に、 M g， Z n , C o , N i , Z r , H f , C r , T i の酸化物の前駆体をゲル分散体中に添加してもよいことも記載されている。

また、特開昭 6 4— 1 1 1 8 4号には、ゾルゲル法によりァルミナ質研摩材粒体を製造する過程で、仮焼粒子に Z r , H f , C o , Ν ί , Ζ η , M gおよ^ Ζまたは希土類金属元素の酸化物またはその前駆体を含浸させ、それらの添加金属が研摩材粒体の内部よりは該粒体の表面または表面近くに高濃度で分布した研摩材粒体が開示されている。

上記の種々の製法により微細結晶組織を有するアルミナ質焼結砥粒が製造可能となったが、その微細組織の均一化、更に砥粒の硬さではまだ問題がある。従って、均一な微細組維を有し、硬度がより高く、ひいては、より優れた研削性能をもつ砥粒が熱望されている。

研削性能に優れた焼結砥粒を造るためには、その焼結した結晶が微細であることに加えて、その砥粒が十分高い硬度をもつことが必要であり、さらに、研削性能には結晶内の組織および硬粒内の組織も深く関係すると考えられ、これらの組織も配慮されなければならない。

. 発明の開示

上述のような見地から、本発明の目的は、砥粒特性、特に硬度靱性に優れ、研摩材製品としたとき優れた研削性能を発揮するアルミナ質焼結砥粒を提供することにある。

本発明によれば、 α —アルミナ結晶粒子で構成され、スピネル相が連続することなぐ粒子として結晶粒界の三重点に析出し、さらにそのスピネル相が砥粒内に実質的に均一に分布することを特徵とするアルミナ質焼結砥粒が提供される。

砥粒中のひ -アルミナ結晶粒子の平均粒径は 1 m以下であることが好ましく、また、スピネル相が N i ， M gおよび Z n のうち少くとも一種の金属元素の酸化物とアルミナとからなるものが好ましい。

本発明は、さらに、上記のアルミナ質焼結硬粒からなる砥石および研摩布紙、その他の研摩材製品を提供する。

図面の簡単な説明

図 1 および図 2 は、本発明の焼結砥粒内のひ一アルミナ結晶とスピネル相からなる組織を示す T E M写真である。

発明を実施するための最良の形態

本発明の砥粒は、ひ -アルミナ結晶粒子からなり、担持金属の酸化物とアルミナとから形成されるスピネル相-が連続することなく粒子状にひ一アルミナ結晶の粒界の三重点に析出し、更にそのスピネル相がアルミナ質焼結砥粒の表面と内部とで濃度差がなく実質的に均一に砥粒内に分布しているアルミナ質焼結砥粒である。

従来のスピネル相を有するアルミナ質焼結砥粒においては、そのスピネル相がひ一アルミナ結晶の粒界にアルミナ結晶を覆うように連続して存在しているが、本発明のアルミナ質焼結砥粒ではそのようなことはなく、スピネル相は図 1 に示すようにひ一アルミナ結晶の粒界の三重点に粒子状に析出しており、更にそのスピネル相がアルミナ質焼結砥粒の表面と内部とで濃度差がなく実質的に均一に砥粒内に分布している。図 1 は、後記実施例 1で得られた本発明のアルミナ質焼結砥粒の T E M写真 (倍率 1 4万倍）であって、中央に黒色の粒子状に存在し、 S と表示してある部分がスピネル相であり、その周りが一アル

^ナ結 BB あ^ 3 o

本発明のアルミナ質焼結砥粒は非常に高い靱性および硬度などを有している。概して、その破壊靭性値（タフネス -; 測定法は後述する）は約 3 0 '以上、硬度（ピッカース、 5 0 0 g荷重）は約 2 0 Gpa 以上、密度は理論値の約 9 5 %以上である。 -本癸明の砥粒がこれらの砥粒性能に優る理由は、断定はできないが、次のように考えられる。すなち、スピネル相がアルミナ結晶粒界の三重点に粒子状にあるため、そのスピネル相が分散粒子として作用し、砥粒としての前記の諸性能を著しく向上させている。すなわち、スピネル相である分散粒子がアルミナ結晶との熱膨張差に基づく圧縮応力の向上に役立つとともに、砥粒として使用している際生じた亀裂もその分散粒子によって伝播するのを止めたり、分散粒子によってその亀裂が偏向して進みそのため、亀裂長さが長くなり破壊エネルギーを吸収し亀裂進展を抑制するなどの現象にもとづき靭性などが向上すると考元られる。

本発明のアルミナ質焼結砥粒内の一アルミナ結晶は微細であるとともに結晶サイズが揃っている。本発明の砥粒を構成する —アルミナ結晶粒子は、一般に、平均粒径が 1 ； m以下であり、好ましくは平均粒径 0. 8〜0. 0 5 ；/ mで、最大径 1 β m またはそれ以下であり、更に好ましくは平均粒径 0. 3〜0. 0 5 mで、最大径 0. 4 mまたはそれ以下である。そして、結晶サイズがほぼ一様である。このように、ひ一アルミナ結晶粒子の粒径が小さく且つ一様であることは、上記のようにスピネル相がアルミナ結晶粒界の三重点に粒子状に析出して砥粒内に均一に分布することと相俟って、砥粒の靭性、硬度などの砥粒性能の向上に寄与していると考えられる。 . 次に、本発明のアルミナ質焼結砥粒の製造方法を説明する。本発明の砥粒は、ゾルゲル法と含浸法との組合せによって製造される。すなわち、（擬）ベーマイト（例えば、 Condea社から SB Pural Alumina なる商品名で市販されている Vを硝酸その他の酸と混合して、まずゾル化する。次いで、粒径 0.2 zm 以下、望ましくは、 0. 1 m以下のひ一アルミナ微粒子またはコランダム構造を有する T i ₂0₃ , M g O ' T i 0₂ , F e〇 • T i 02 , N i 0 · T i 02 , C ο 0 · Τ i 0₂ , Μ η 0 · Τ i 02 . Ζ η 0 · Τ i 02 , V ₂0₃ , G a ₂0₃ , R h ₂〇 ₃, ひ - F e'₂ 〇 ₃ およびひ一 F e ₂ 0₃ の前駆体のうち少なくとも一種類の微粒子、または、これらの元素を固溶したひ一アルミナ微粒子を上記アルミナゾルに種として添加し、ゲル化する。なお、（擬）ベーマイ卜とこれらの微粒子を混合した後に酸を混合してゾル化し、次いでゲル化してもよい。

種として添加する上記微粒子の添加量はアルミナゾル中のァルミナの重量に対し、 0. 3〜 3重量％が好ましい。 0.3重量 ο 未満では、砥粒のアルミナ結晶サイズが微細にならず、また 3 、重量％を超えても結晶の微細化がさらに向上することは殆ど認められない。

ゲル化後、乾燥して乾燥ゲルとし、所定の砥粒の粒度になるように粉碎、整粒し、その後 9 0 0て以下で仮焼する。仮焼された粒子は放置するとまた吸湿するが、吸湿前の状態で乾燥ゲルの自由水および結晶水の大部分、好ましくは全水分量の 9 5 重量以上が除去されるまで仮焼温度に保持する。仮焼温度が 9 0 0 °Cを超えると仮焼ゲル中に十分に細孔が形成されず、次に述べるスピネル相形成成分を含む溶液が粒子内に所定の量含浸され難く、特に砥粒内部への含浸が困難となる。また、仮焼ゲル中の残存水分が多くなる。 _乾燥ゲルの全水分量の 9 5 %未満の除去率でも同様な困難を生ずる。

次に、アルミナとスピネルを形成する金属元素である N i ,

C o , M g . C u , Z nの中から選ばれた少なくとも 1種の金属の塩の溶液を調製する。この溶液を仮焼ゲルに含浸する。含浸された金属イオンは焼結工程によつて酸化物としてアルミナとのスピネルを形成する。スピネルを形成する金属元素のうち N i , M gおよび Z nが好ましく、また、塩としては塩化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩等が使用できる。塩を溶かす溶媒としては水、エタノール、メタノール、エーテル、ァセトン等が使用できるが、表面張力の小さな溶媒の方が砥粒内部への含浸効果が大きいので、エタノール、メタノールが好ましく、生産コスト的には水が好ましい。これらの塩の濃度は溶解度の上限に近い方が好ましく、そのため、塩を溶かす溶媒は温度を上げて溶解度を高めた状態で使用することが望ましい。塩を溶解した溶液は濃度が高いため、その溶液を前述の仮焼ゲルに含浸するには、その溶液と仮焼ゲルとを混合するような伏態で行なう力より好ましい方法としては溶液をスプレー滴下し、仮焼ゲルに接触させるのがよい。

含浸溶液の仮焼ゲルへの担持量は、アルミナスピネルとして 3〜 3 0重量％の範囲が適し、 5〜 2 0重量％がより好ましい担持量が 3重量％未満では砥粒の結晶粒界の三重点に析出するスピネル相の量が少なく、砥粒としての靭性が高くなく、また 3 0重量％を超えると特に砥粒の硬度の低下を来たす。

含浸後の仮焼ゲルは乾燥するが、本発明の砥粒を製造するには、この乾燥の方法および条件が非常に重要である。乾燥の方法および条件を適切に選定することによって、本発明の砥粒、すなわち、スピネル相がひ一アルミナ結晶の周囲を連続して覆うように存在せず、砥粒中のひアルミナ結晶粒子の粒界の三重点に析出し、更にそのスピネル相がアルミナ質焼結砥粒の表面と内部とで、濃度差がなく均一に砥粒内に分布している砥粒が得られる。この点で、本発明の砥粒は、特開昭 6 4 — 1 1 1 8 4号に記載されるような添加金属の濃度が研摩材粒体の内部よりは表面または表.面近くの方が高い研摩材粒体とは基本的に異なり、砥粒性能もより向上したものとなる。

次に、スピネル相形成成分含浸後の仮焼ゲルの乾燥の方法および条件について詳しく説明する。

本発明の砥粒を作成するには、乾燥中に粒子内で含浸溶液が移動しない乾燥方法をとることが必要である。これを達成する方法の一つどして、凍結乾燥がある。凍結乾燥によれば、溶液が凍結し固体状態となり、それから水分が昇華するため乾燥中に粒子内での溶液の移動が起こらないため、溶液内のスピネルとなる成分が含浸された状態のまま移動せず担持され、粒の表面と内部とでスピネルの濃度差が生じない。

また、別法として、仮焼ゲル粒子内に万逼無く均一に存在する細孔内に毛管水がない状態、すなわち、合水率の減少量が乾燥時間に比例する期間である恒率乾燥期間と含水率の減少量が '乾燥時間とともに低下する期間である減率乾燥期間との境となる限界含水率.以下で乾燥を行なうことによつても、乾燥中に含浸溶液の移動を極力減少し、含浸溶液中のスピネルとなる金属 '成分の粒内の偏析を防ぐことができる。このためには、前述のように仮焼ゲルに含浸せしめる溶液の塩濃度を高くして水分を少なくするか、あるいは、含水率が高い恒率乾燥期間を短かくなるように含浸仮焼ゲルを乾燥すればよい。 9 0 0で以下で仮焼したゲルは" 一アルミナからなるため、その限界含水率は、約 4 0重量％ ' (ドライベース）である。従って、 4 0重量¾以上の水分を含む含浸仮焼ゲルを乾燥する場合には、限界含水率に達するまでの乾燥を速くすることにより粒子の表面と内部での偏析を防ぐことができる。限界含水率以上の水分を含む含浸仮焼ゲルを速く乾燥する方法としては、流動乾燥、回転式乾燥、撹拌式乾燥等を採ることができる。

このように偏析が起こらないような方法およひ条件下に含浸仮焼ゲルを十分に乾燥する。乾燥温度は含浸溶液の溶媒により異なるが、沸点に近いと偏析も起き易いため比較的低温で乾隼するのが好ましい。十分に乾燥が行なわれた後、場合によっては、含浸溶液の成分である C 1 — , N O ₃—, S 0 ₄ ² - , C 0 3 ² " - 等を除くため 9 0 0 °C以下の仮焼温度まで再び加熱処理をしてもよい。その後、含浸仮焼ゲルをロータリーキルン等の炉で加熟し焼結させる。加熱は最高温度を 1, 1 0 0〜し 4 0 0 °Cの温度範囲にして行なう。この際に、 9 0 0て〜 1, 1 0 0ての温度範囲を 9 0秒以内で急熱処理するのが好ましい。急熱することによりァーアルミナからひ—アルミナヘの相変態が急激に起こるとともに焼結組織の緻密化が促進され、硬度が向上する。

焼結温度における保持時間は温度が高い程短くなる。例えば. 1, 4 0 0てでは 2 0秒程度、 1, 1 0 0 °Cでは 1 0時間程度が適当である。一般に、保持温度が 1, 2 0 0〜1, 3 0 0ての範囲では 3 0秒ないし 1 0分間、また 1, 1 0 0〜し 2 0 0 °Cの範囲では 1 0分ないし 1 0時間の範囲で選ぶことが好ましい。また、 1, 0 0〜 1， 3 0 0ての範囲で 3 0秒ないし 1 0分間保持した後、さらに 1, 0 0 0〜し 2 0 0 °Cで 1 〜 1 0 0時間保持するような二段焼結処理をしてもよい。最高温度が 1, 4' 0 0 °Cを超えると硬度は.約 2 0 GPa 以上になる力、 —アルミナ結晶サイズの平均粒径を 1. 0 以下にすることは難しく、また、最高温度が 1， 1 0 0 °C未満の場合では α -アルミナ結晶サイズは平均 0. 2 . m以下となが、硬度は 1 8 GPa 以下であり、理論密度の 9 5 %を下回る砥粒しか得られない。

前述のように焼結した後、室温にまで冷却し、目的とする砥粒の所定粒度に再度篩分け等で整粒し、目的の粒度をもつ砥粒を得る。

本発明の砥石は、上述の砥粒をビトリフアイドボンド、メ夕ルボンドまたはレジンボンド等の結合剤で成形硬化させることによって製造される。特に結合剤の中でもビトリフアイドボンドを用いた砥石が好ましい。ビトリフアイドボンド砥石に用いられている結合剤は長石、陶石、ホウ砂、粘土等を適宜混合して謌製される一般的にフリットといわれるもので、その成分は -

S i 02 , B ₂03 . A 1₂03 , F e 203 , C a 0, M g 0, N a ₂0, K₂0等である。ビトリフアイド砥石は、このような結合剤に若干のデキストリン等の糊剤を入れて、砥粒と混合し、プレス成形し、乾燥した後、焼成して造られる。焼成に際しては、砥粒の結晶サイズを粗大化することのないよう、焼成温度 -は 9 5 0〜し 1 5 0 °Cが好ましい。

また、研摩布紙は、基材と砥粒とを接着剤で接着させることにより製造される。接着剤としては優れた研摩特性と耐水性のためにフエノール樹脂系接着剤が好ましく、レゾルシノールまたはその誘導体を併用することにより硬化条件を緩和することもできる。 .

研摩布紙用基材としては、紙、織布、不織布等が例示される。以下、実施例について本発明を具体的に説明する。

実施例 1

Condea社製擬ベーマイト（SB Pural Alumina) 6 0 0 gを水 2 iに分散し、種として N i T i 0₃ (N i 0 · T i 0₂ ) 微粒子（ d ₅0 = 0.0 3 8 ^rn) を 3.7 2 g (アルミナゾル中のアルミナ重量に対し、 0.6 2重量に相当）含む分散水溶液 2 2 5 ^を添加し、 7 0 %HN0₃ 水溶液 37.5 と水 1 1 2.5 τ ^との混合液を添加してアルミナゾルを調製した。このゾルを S U S製バットにて 1 2 0てで 24時間定温静置乾燥を行ない乾燥ゲルを得た。それを粉砕、篩分けし 5 0 0〜3 5 0〃111の粒に整粒した。これは最終砥粒として J I S R 6 0 0 1 - 1 9 7 3の # 6 0に相当する。

この粒子を 7 5 0 °Cで 1 5分間仮焼し、残留水分、結晶水および HN 0₃ を除去した。この際の全水分量は 3重量％であつた。この仮焼ゲルを粉砕し、粉末 X線回折法にて解析したとこ . ろァ —アルミナであることを確認した。また、この仮焼ゲルは比表面積 2 0 0 m²// gを有し、細孔を有する多孔体であった。

N i (N O 3 ) ₂ · 6 H 2 〇 2 2. 8 を水 1 1 に溶解し、この水溶液と上記仮焼ゲル 1 5 0 gとを合わせた。室温にて 6 0 r. p.m.の回転型混合器により 3 0分間混合し、仮焼ゲルの細孔に N i イオンを含浸せしめた。その後、同一回転数で回転型混合乾燥器の温度を 5 0 °Cに上げ、 3時間処理し、乾燥を終了した。得られた N i担持仮焼ゲルをロータリ一キルンにて 6 0秒で常温から急熱し、 1, 3 0 0 °Cの焼成温度にて 2分間保持した後；更にマッフル炉にて 1. 0 7 5てで 1 Q時間熱処理した。

得られた砥粒は密度 3. 9 6 g/cm³ (理論値の 9 8. 3 ¾) 、粒子の荷重 5 0 0 gでのビッカーズ硬度 2 4. 5 GPa であった。 S E Mによりアルミナ結晶サイズを測定したところ、平均粒径 d _s。= 0. 1 5 // m, 最大径 0. 2 4 〃 mであり、砥粒内スピネル含有量は 9. 0重量？'であつた。

また、砥粒の靭性値を次のように測定した。すなわち、 350 〜 2 5 0 〃 mの範囲の砥粒（ J I S— R 6 0 0 1 — 1 9 7 3の # 6 0 ) のうち 3 0 0〜 2 5 0 mの範囲の砥粒を 0. 4 g使用し、その試料と 6 mm0鋼球 1 個とを容量 2. 0 の鋼製カプセルに入れ、 3, 0 0 0 ± 1 0 0 r. p. m.の回転にて 3 0秒簡粉砕し、 1 2 7 の篩にて篩分けし、その篩上の試料の残量を重量 %で表わした夕フネス値として砥粒の靭性値とした。この値が高い程、高靭性であることになり、実施例 1の砥粒はタフネス値 3 8 %と従来にない高靱性値を示した。

更に、上記の砥粒を 1 0iM(?5、 1 0 mmhの円柱状の真鍮製の支持台に接着剤ァロンアルファ一で固定し、表面を最終として # 8 0 0 0のダイアモンドスラ.リ一で研摩し、硬粒内部を露出し、それを E PMAによるスピネル構成元素の分析に供した。 E PMAにより砥粒内のスヒ:ネル相構成元素である N iの分布を分析した結果、 N ίスピネルは砥粒内に均一に分布していた。

また、砥粒を樹脂包埋し、 4 0 までディンプリング後、イオンシニングを行ない、 Mo製単孔メッシュに支持せしめることによって TEMによる組織解析用の試料を調製した。 TE Mにより組織を観察した結果、図 1および図 2の写真に示すように、スピネル相は粒子伏で粒径 I m以下のアルミナ結晶粒界の三重点に析出していた。

実施例 2

担持する金属元素として N iの代わりに Mgを用い、すなわち、 Mg ( O 3 ) 2 , 6 Η₂ 0を 48.3 g使用して含浸溶液を調製した他は実施例 1 と同一条件にて同一処理を行なった。その結果、表 1 に示す特性の砥粒を得た。また、実施例 1 と同様な砥粒の T E Mによる観察および E PMAによる分析の結果、 Mgスピネル相はアルミナ結晶の粒界の三重点に存在し、そのスピネル相は砥粒内の表面と内部とで濃度差はなく存在していた。

実施例 3

担持する金属元素として N i の代わりに Z nを用い、すなわち、 Z n (N〇 ₃)₂ ' 61^₂ 〇を 2 1. 1 8使用して含浸溶液を調製した他は実施例 1 と同一条件にて同一処理を行なった。その結果、表 1 に示す特性の砥粒を得た。

また、実施例 1 と同様に砥粒を解析したところ、 Z nスピネル相はアルミナ結晶粒界の三重点にあり、砥粒内の偏在はなかつた。

実施例 4および 5

N i T i 03 微粒子を 2. 4 8 g (アルミナゾル中のアルミナ重量に対し、 0· 4 1 重量％に相当）および 4. 9 6 g (アルミナゾル中のアルミナ重量に対し、 0. 8 3重量％に相当）含む分散水溶液 2 2 をそれぞれ添加し、実施例 4および 5の # 6 0 の ®粒を得た。他の条件および処理法は、実施例 1 と全く同じである。その結果、表 1 に示す特性の砥粒を得た。

また、この砥粒を実施例 1 と同様に観察、分析したところスピネル相は三重点に存在し、砥粒内の偏在はなかった。

実施例 6

種として N i T' i 0₃ 微粒子の代わりにひ —アルミナ微粒子

(比表面積 5 2 m²ノ g ) を 6. 0 g (アルミナゾル中のアルミナ重量に対し、 1. 0重量％に相当）含む分散水溶液 4 を添加した他は実施例 1 と同一の条件にて処理して砥粒を得た。その砥粒の特性を表 1 に示す。

また、この砥粒を実施例 1 と同様に観察、分析したところ、スピネル相はアルミナ結晶粒界の三重点に存在し、砥粒内の表面と内部とで偏在はなかった。

比較例 1

仮焼ゲルに対し、スピネル形成金属の塩の水溶液を含浸しなかった他は実施例 1 と同一条件にて処理して砥粒を得た。砥粒の特性を表 1 に示す。

比較例 2

' 特開昭 6 0 - 2 3 1 4 6 2号の実施例を追試する目的で下記の方法により砥粒を製造した。

- Condea社の SB Pural Alumina の擬ベーマイト 2 0 ひ gと水

1. 5 をビーカー内で混合した。次に、 3. 6重量％HN 0₃ 水溶液を 0. 3 _g添加し、 p H値を 2 としてゾル化した。

次に、容量 7. 3 ^のアルミナポッ卜に 7 kgのアルミナボ一ルを入れ、水 1, 5 _ίを入れて空隙状態で 9 6時間、 6 0 r. p.m.にて回転することによって得られる摩擦の破片粉を含むスラリーを造った。この破片粉の比表面積は 7 5 m²Zgであった。

この破片粉 9.' 0 g (アルミナゾル中のアルミナ重量に対し

1. 5重量％に相当）を含む上記スラリーを添加し、 2時間撹拌後、そのゾルをバッ卜に移し、 8 0てで 4 8時間、その後 120 でで 2 4時間乾燥した。乾燥後、乾燥ゲルを粉砕し、最終砥粒の粒度が 3 5 0〜 2 5 0 〃111の # 6 0の砥粒になるように篩分. けし、その整粒乾燥ゲルを 7 5 0 で 1時間処理し、硝酸に伴う N 0 Xを除去した後、ロータリーキルンにて I， 4 0 0 °Cで 1 分間焼成した。

得られた砥粒の特性を表 1 に示す。比較例 3

特開昭 6 4 - 1 1 1 8 4号の実施例に基づき下記の方法により砥粒を製造した。

実施例 1 において種 N i T i 0₃ 微粒子を使用しなかった他は同一条件で処理して仮焼ゲルを造った。

その後、仮焼ゲル 1 5 O gを 1, 0 0 0 容量のガラス製口過フラスコに入っている N i 硝酸塩水溶液（濃度 1 5 wt%) 500 g中に添加した。このフラスコに栓をして、ァスピレー夕で減圧にし、 1分間保持し、粒子内の空気を除去し、 N i 硝酸塩溶液を粒子内の気孔に満たした。

その後、 Not 4 口紙にて過剰の硝酸塩溶液を除去するために口過した。その粒体を強制空気オーブン中にて 1 0 0 °Cで乾燥した。

その後、特開昭 6 4 - 1 1 1 8 4号の実施例と同様にホットゾーン供給端温度 3 5 0 °C, 出口端温度 8 0 0 °Cにて焼成し、さらに、 1， 3 8 0 °Cキルンにて 5分滞留で熱処理した。得られた砥粒の特性を表 1 に示す。

実施例 1 と同様スピネル相の観察と分析を行なった結果、 N i スピネル相はアルミナ結晶間の粒界にアルミナ結晶を包囲するように連続相として存在し、粒界三重点には存在しなかつた。また、砥粒の表面と内部とを比較したところ表面のスピネル相濃度は内部の濃度の 1. 5〜 2. 0倍であった。

比較例 4

比較例 3 と同様な方法により砥粒を作成した。但し、実施例 1 と同様に種として N i T i 0₂ 微粒子を加えた。得られた砥粒の特性を表 1 に示す。

実施例 1 と同様にスピネル相の観察と分析を行なつた結果、粒ごとに N i スピネル含有量が異なっており、含有量は 0. 5〜 3 0重量％の範囲で分布していた。その平均値は 9. 0重量％であった。また、 N i スピネル栢は砥粒表面ではアルミナ結晶間の粒界にアルミナ結晶を包囲するように連続相として存在するとともに、粒界三重点にもスピネル相は存在し、砥粒内部では粒界の三重点のみに存在していた。また、砥粒の表面と内部と -の比較では表面におけるスピネル相の濃度は内部の濃度の 1. 5 〜 2. 0倍であった。

比較例 5

実施例 1 と同様にして得られた仮焼ゲルに N i硝酸塩水溶液を混合含浸した。混合後、実施例 1 と異なり、この混合物を S U S製バッ卜に移し、熱風循環式乾燥器にて 5 ひて、 2 4時間静置乾燥した。その後は、再び実施例 1 と同様の条件にて処理を行ない砥粒を得た。得られた砥粒の特性を表 1 に示す。

実施例 1 と同様にスピネル相の観察と分析を行なった結果、 N i スピネル相の状態および砥粒の表面と内部とのスピネル相濃度差は比較例 4 と同様であった。 1

実施例 7〜 1 2

実施例 1〜 6で得た # 6 0の砥粒 1 0 0重量部に対し、ビトリファイド砥石用ボンドとしてホウゲイ酸フリットを 1 3重量部、さらに、デキストリン 2重量部、水 2. 5重量部をミキサ一で混合した。なお、使用したホウゲイ酸フリットの組成は、 S i 02 7 ひ重量 ¾、 A 1 ₂ 03 7重量 ¾、 B ₂ 0 1 8重量％- (N a 2 0 + K ₂ 0) 4重量、（ C a 0 + M gひ） 0. 5重量 ¾であった。混合後、プレス成し、その砥粒率 4 5 %の成型体を 1 1 0 で乾燥した後 1, 0 5 0 °Cで 2 0時間熱処理した。次いで、冷却したが、その際、特に 5 0 0〜 6 0 0 の間はゆつくり行い、放冷した。このようにして J I S R 6 2 1 0 に規定される結合度 Kのビトリファイド砥石を造った。実施例 1 〜 6の砥粒に対応して造つた砥石'の寸法は、 2 0 ひ mmx 1 9 mm x 7 6. 2隱であり、それらの砥石をそれぞれ実施例 7〜 1 2 と. する。

上記ビトリブアイド砥石について下記の試験条件で研削性能を評価した。

試験条件

機械：岡本平研 C F G— 5 2 ( 3. 7 kW)

研削方式：プランジ研肖 ίί ダウン · カット手動切込被削材： S U J - 2 (H R_C 6 0 ) ,

1 ひ 0 mm長 X 5 ひ mm高 x 1 0 mm厚

砥石周速度： 2. 0 0 0 m/min

テーブル速度 : 2 0 m Zmin

切込寸法： A ^R 2 0 m pass 総切込寸法： 5 mm

研肖 U 幅： 1 0 mm

スパークアウト： 1

研肖 U 油：ノリタケクール K — 8 2 B (水溶性研削油）ドレス条件：単石ダイヤモンドドレッサー

切込み： △ ^R 2 0 }i m / pas s リ一ド： 0. 2 mm/ p. m.

スパークァゥト：なし

比較例 6〜 1 0

比較例 1 〜 5 の # 6 0 の砥粒をそれぞれ用いて、実施例 7 と同様にビトリフアイド砥石（実施例 7 と同一寸法）を作成した。それらを比較例 6〜 1 0 とする。

上記ビトリファイド砥石について実施例 7〜 1 2 と同一試験条件で研削性能を評価したところ、研削比、最大消費電力費 (無負荷電力（ 0. 4 k\V) を除いた値）および面粗さは表 2 に示すとおりであった。 -

表 2 砥石砥粒研削比最大消費面粗さ！

i 実施例 Na 実施例 I f 比較例 Να 比較例 Να ^mmVmm³) (kW/cm) ( z R Z). ！実施例 Ί 実施例 1 2 1 8 1. 1 4 ；

2 2 0 0 1. 1

3 1 2 5 1. 3

10 1 6 5 1. 2

11 1 4 2 1. 1

12 1 7 0 1. 2

l比較例 6 比較例 1 1. 5 1 9

7 5 1. 3 1 8

ί i 〃 8 " 3 2 0 1. 8 1 5 \

ί i

1 〃 9 " 1 2 0 1. 5 1 6 I

Ϊ 〃 10 " 5 1 4 0 1. 4 1 6 ！ ί ί ί i 表 2からもわかるように、本発明の砥粒を使用して作成した硯石の研削比は、特開昭 6 0 - 2 3 1 4 6 2号に開示された方法により得られた砥粒（比較例 2 ) を用いた砥石（比較例 7 ) に比べて 2〜 3倍程度、またスピネル相形成成分を含浸していない砥粒（比較例 2 ) の砥石（比較例 6 ) よりも同様に 2〜 3 倍程度高い性能を示す値を得た。さらに、特開昭 4 6 - 1 1 1 8 4号の実施例に基づき種を用いずに作成した砥粒（比較例 3 ) を用いた砥石（比較例 8 ) に比べると？〜 1 1 倍程度と高く、また、種を用いた他は同様に作成した砥粒（比較例 4〕を用いた砥石（比較例 9 ) よりも高かった。

本発明の砥粒で作成した砥石は研削性能がよいのに最大消費電力費も比較例に比べて低い値を示しており、さらに面粗さも、比較例に比べて優れており、比較例で見られる砥石の焼けも本発明のもの（実施例 7〜 1 2 ) には、全く見られ—なかつた。種々の研削性能の面で本発明砥粒は、従来にない画期的な砥粒であることが分かる。

実施例 1 3

レゾルシノ一ル 0重量部をエタノール 1 0重量部に溶解し、これと実施例 1 で得た # 6 0の本発明砥粒 1 0 0重量部とを混合した後、 1 0 0 °Cにて 1 時間乾燥してエタノ一ルを蒸発除去し、表面がレゾルシノールでコーティングされた状態の研摩材を得た。

圧縮不織布基材にフエノール樹脂接着剤 B R L - 2 8 6 7 (固形分約 7 0 、昭和高分子（株）製）を 1 0 0 g ./ m ² の割合で均一に塗布した後、その上に上記コーティング処理された研摩材を散布し、過剰の研摩材を除去した。なお、このときの研摩材の基材への付着量は 2 5 0 g X m ² であつた。このものを 8 0 °Cで 4時間乾燥した後、さらにその上に前記接着剤を

2 0 0 g / m ^z の割合で均一に塗布し、 & 0てで 4時間乾燥させた後、 2時間で 8 0 °Cから 1 3 '5でまで昇温し、 1 3 5 で

3 0分間保持して研摩布を得た。

産業上の利用分野

本発明のアルミナ質焼結砥粒は、上記実施例に示されるようこ、砥粒性能、特に、硬度および靱性に優れ、また、この砥粒を用いて作成される砥石などの研摩剤製品は研削比、消費電力，面粗さなどの研削性能に優れている。従って、本発明のアルミナ質焼結砥粒はビトリフアイド硬石、レジノィド砥石などの ¾ 石および研摩ベルト、ファイバ一ディスク、研摩布などの研摩布紙などとして有用である。

Claims

請求の範囲

1 . ひ -アルミナ結晶粒子で構成され、スピネル相が連結することなく粒子として結晶粒界の三重点に析出し、さらにそのスピネル相が砥粒内に実質的に均一に分布することを特徵とするアルミナ質焼結碓粒。 .

2 . スピネル相がニッケル、マグネシウム、亜鉛、コバルトおよび亜鉛の中から選ばれた少くとも一種の金属の酸化物とァルミナとのスピネルである請求範囲の第 1 項記載のアルミナ質焼結砥粒。

3 . スピネル相がニッケル、マグネシウムおよび亜鉛の中力、ら選ばれた少くとも一種の金属の酸化物とアルミナとのスピネルである請求範囲第 1 項記載のアルミナ質焼結砥粒。

4 . スピネル相の量が 3〜 3 0重量 ¾である請求の範囲第 1 項が第 3項までのいずれかに記載のアルミナ質焼結砥粒。

5 . ひ '— アルミナ結晶粒子の平均粒径が 1 m以下である請求の範囲第 1 項から第 4項までのいずれかに記載のアルミナ質焼結砥粒。

6 . 一アルミナ結晶粒子の平均粒径が 0. 8〜 0. 0 5 〃 mで、最大径が 1 mまたはそれ以下である請求の範囲第 1 項から第 4項までのいずれかに記載のアルミナ質焼結砥粒。

7 . 理論値の 9 5 以上の密度、本文中に記載される測定法により求められる靭性値が 3 0 Q 以上、ビッカース硬度（荷重 5 0 0 g ) が 2 0 GPa 以上である請求の範囲第 1 項から第 6項までのいずれかに記載のアルミナ質焼結砥粒。

8 . 請求の範囲第 1 項から第 7項までのいずれかに記載されるアルミナ質焼結砥粒から製造された研摩材製品。

9. 砥石である請求の範囲第 8項記載の研摩材製品.。

1 0. 研摩布紙である請隶の範囲第 8項記載の研摩材製品,