WO2013042596A1 - ガラス研磨用複合粒子 - Google Patents

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WO2013042596A1 PCT/JP2012/073350 JP2012073350W WO2013042596A1 WO 2013042596 A1 WO2013042596 A1 WO 2013042596A1 JP 2012073350 W JP2012073350 W JP 2012073350W WO 2013042596 A1 WO2013042596 A1 WO 2013042596A1
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oxide particles
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勇児 川▲崎▼
弘享 川岸
務 山本
勝 見上
敦樹 寺部
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堺化学工業株式会社
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    • C23C18/1229—Composition of the substrate
    • C23C18/1245—Inorganic substrates other than metallic

Definitions

  • the present invention relates to composite particles for polishing glass.
  • Cerium oxide-based abrasives are used for polishing optical glasses that require high transparency and accuracy, such as lenses and prisms, and for polishing glass substrates that are used in display glasses and magnetic hard disks. .
  • This abrasive is produced by firing and pulverizing minerals rich in so-called rare earths (rare earths).
  • Polishing of glass products using cerium oxide is performed by chemical mechanical polishing (also referred to as CMP (Chemical Mechanical Polishing)) that combines mechanical polishing and chemical polishing.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • the chemical mechanical polishing is a method of making mechanical polishing with an abrasive easy to occur by utilizing the fact that the glass is denatured by chemical reaction between the abrasive and glass to be polished.
  • Chemical mechanical polishing is suitable for polishing precise optical glass and glass substrates that require high transparency and smoothness because a high polishing rate and a smooth flat surface can be obtained.
  • Patent Document 1 discloses a glass polishing abrasive comprising a cerium oxide abrasive and a hard abrasive made of aluminum oxide and / or silicon carbide. A glass polishing abrasive containing 5 to 50 parts by weight is described. Patent Document 2 describes a glass polishing method characterized by polishing glass polished with an abrasive such as cerium oxide with a glass polishing abrasive composition containing titanium oxide fine particles. .
  • Patent Document 1 the abrasive for glass polishing described in Patent Document 1 is not an abrasive made of cerium oxide alone, the main abrasive is a cerium oxide abrasive, so that the amount of cerium oxide used is still large.
  • Patent Document 2 polishing is performed using titanium oxide. Titanium oxide has high Mohs hardness, but has low reactivity with the glass that is the object to be polished, and so-called chemical polishing does not occur. Therefore, there is a problem that the polishing rate is lowered. Patent Document 2 describes that it is desirable to perform polishing using an abrasive composition having a high polishing efficiency such as cerium oxide before polishing with titanium oxide. In other words, the glass polishing method described in Patent Document 2 is not a polishing method that can reduce the amount of cerium oxide used because it is necessary to use cerium oxide as an abrasive.
  • An object of the present invention is to provide glass polishing particles that have a small amount of cerium, which is a rare earth, and have polishing performance that can replace the conventionally used cerium oxide.
  • the first aspect of the present invention is: Base material particles selected from titanium oxide particles, zirconium oxide particles, barium sulfate particles, synthetic mica, zinc oxide particles, and calcium carbonate particles; Cerium oxide particles supported on the surface of the substrate particles; This invention relates to the composite particle for glass grinding
  • the composite particles for glass polishing of the present invention have base particles selected from titanium oxide particles, zirconium oxide particles, barium sulfate particles, synthetic mica, zinc oxide particles, and calcium carbonate particles.
  • base particles selected from titanium oxide particles, zirconium oxide particles, barium sulfate particles, synthetic mica, zinc oxide particles, and calcium carbonate particles.
  • the glass polishing composite particles of the present invention are supported on the surface of the substrate particles selected from titanium oxide particles, zirconium oxide particles, barium sulfate particles, synthetic mica, zinc oxide particles, and calcium carbonate particles. And cerium oxide particles. It is preferable that the cerium oxide particles are supported in an island shape on the substrate particles.
  • FIG. 1 is an example of an electron micrograph of the glass polishing composite particles of the present invention.
  • the composite particle 1 for glass polishing shown in FIG. 1 has titanium oxide particles 10 as base particles, and cerium oxide particles 20 are supported on the surface of the titanium oxide particles 10 in an island shape.
  • “Supported in an island shape” means a state in which cerium oxide particles are supported in a state where the outline of each particle can be distinguished in an electron micrograph, and the cerium oxide particles protrude from the surface of the base particle. I mean. Specifically, it means that there are cerium oxide particles protruding 0.01 ⁇ m or more from the surface of the substrate particles. That is, when the surface of the substrate particles is the sea, a state where the cerium oxide particles appear to be an island floating in the sea is referred to as an “island shape”.
  • the titanium oxide particles are not particularly limited in the production method, shape, crystal type and particle diameter.
  • the titanium oxide particles may be produced by a chlorine method or a sulfuric acid method.
  • the crystal type is preferably a rutile type because the polishing rate is high, but it may be an anatase type, a brookite type, or a mixture thereof.
  • the base particles are titanium oxide particles, but zirconium oxide particles, barium sulfate particles, or synthetic mica particles may be used in place of the titanium oxide particles.
  • the zirconium oxide particles may be cubic or tetragonal, or a mixture thereof.
  • the sedimentary barium sulfate obtained by the method called the mirabilite method or a sulfuric acid method, and the fertile barium sulfate obtained by beneficiating and crushing barite are mentioned.
  • Specific examples of commercially available products include precipitated barium sulfate BF-1 (0.05 ⁇ m, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.).
  • the synthetic mica particles are not particularly limited, and examples thereof include fluorine phlogopite and tetrasilicon mica.
  • the base particles may be zinc oxide particles or calcium carbonate particles.
  • Examples of zinc oxide particles include Japanese Industrial Standards 1, 2, and 3 types of zinc oxide particles.
  • Examples of commercially available products include LPZINC-2 (2 ⁇ m, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.). *
  • Examples of the calcium carbonate particles include so-called heavy calcium carbonate made by pulverizing limestone, and synthetic calcium carbonate made by a chemical reaction.
  • synthetic calcium carbonate white gloss flower O (0.03 ⁇ m, manufactured by Shiroishi Kogyo Co., Ltd.) can be mentioned.
  • the shape of the substrate particles may be spherical, plate-shaped, or needle-shaped.
  • the substrate particles are titanium oxide, barium sulfate, synthetic mica, and zinc oxide
  • plate-like particles can also be preferably used.
  • the polishing rate is high with respect to the spherical zinc oxide particles.
  • the average primary particle size of the substrate particles is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 5 ⁇ m.
  • the thickness is more preferably 0.1 to 3 ⁇ m, and further preferably 0.2 to 2 ⁇ m.
  • the average primary particle diameter of the titanium oxide particles is less than 0.01 ⁇ m, the polishing rate may be lowered.
  • the average primary particle diameter of the titanium oxide particles exceeds 5 ⁇ m, the scratch property may be deteriorated and the glass surface may be damaged.
  • the average primary particle diameter of the particles is a particle defined by a fixed direction diameter (interval between two parallel lines in a fixed direction sandwiching the particles) in a field of view of 20,000 times that of a transmission electron microscope (TEM) photograph. It is a diameter ( ⁇ m), and the average value is obtained by measuring the constant direction diameters of 1000 independent particles that do not overlap in the TEM photograph.
  • TEM transmission electron microscope
  • the substrate particles may be further surface-treated with alumina.
  • Particles obtained by surface-treating the substrate with alumina and then supporting the cerium oxide particles and firing them at a temperature of about 900 ° C. to 950 ° C. are preferred in terms of improving the polishing rate.
  • composite particles obtained by firing at a temperature of about 950 ° C. to 1000 ° C. are preferable in that the polishing rate is further improved.
  • the raw material for the cerium oxide particles is not particularly limited, and examples thereof include cerium chloride, nitrate, halide, sulfate, carbonate, and ammonium nitrate.
  • alkali water such as ammonia water and sodium hydroxide, inorganic acid or organic acid such as sulfuric acid and oxalic acid
  • the resulting hydroxide or oxalate precipitate is obtained.
  • these cerium oxide precursors are heated and fired, cerium oxide particles are obtained.
  • the obtained cerium oxide precursor may be heated at a high temperature and high pressure to form cerium oxide by a so-called solvothermal method.
  • a fluorine compound, phosphoric acid, alkali metal salt, alkaline earth metal salt in terms of oxide is added to 100% by weight of titanium oxide
  • a cerium oxide precursor containing fluorine, phosphorus, alkali metal, or alkaline earth metal is obtained by adding an alkali, inorganic acid, or organic acid, and this is heated and fired to obtain fluorine, phosphorus, alkali metal, and alkaline earth.
  • cerium oxide particles there is an effect of increasing the polishing rate by combining cerium oxide particles with fluorine compound, phosphorus compound, alkali metal compound, alkaline earth metal compound, but fluorine, phosphorus, alkali metal, alkaline earth added If the metal exceeds 25% by weight in terms of oxide, the effect of addition is saturated, while the proportion of the base particles decreases, so the polishing rate may decrease.
  • the average primary particle diameter of the island-shaped cerium oxide particles supported on the surface of the substrate particles is preferably 0.02 to 0.10 ⁇ m.
  • the cerium valence in the cerium oxide particles may be trivalent or tetravalent, and the composite particles of the present invention more preferably support cerium oxide particles containing trivalent cerium in view of further chemical polishing. .
  • the glass polishing composite particles of the present invention are used as a glass abrasive, first, chemical polishing proceeds because the cerium oxide particles supported on the surface of the substrate particles are in contact with the glass surface.
  • chemical polishing a high polishing rate similar to that obtained when a conventional glass abrasive mainly composed of cerium oxide is used can be obtained. Since the above-mentioned substrate particles have a high Mohs hardness, they are not easily worn away, and physical polishing can be performed effectively. Therefore, a high polishing rate can be maintained for a long time.
  • the composite particles for glass polishing of the present invention maintain a high polishing rate for a long time by a combination of chemical polishing with cerium oxide, which is highly reactive with glass, and physical polishing with the substrate particles having high Mohs hardness. And an abrasive capable of reducing the amount of cerium oxide used.
  • the composite particle for glass polishing of the present invention is Coating a cerium oxide precursor on the surface of a substrate particle selected from titanium oxide particles, zirconium oxide particles, barium sulfate particles, synthetic mica, zinc oxide particles, and calcium carbonate particles; A step of heating and firing the particles after coating with the cerium oxide precursor at 250 to 1200 ° C .; It is obtained through a step of pulverizing the particles after the heat and baking.
  • the substrate particles may be surface-treated with alumina.
  • base material particles are added to water, a cerium oxide precursor raw material is added to a slurry maintained at a temperature of 20 to 90 ° C., and then a cerium oxide precursor raw material is added.
  • the resulting slurry is neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH to 6-8. Further, it is aged over about 10 to 60 minutes.
  • the slurry is washed, solid-liquid separated, and dried. The drying temperature and time are preferably about 100 to 150 ° C. and about 1 to 8 hours. Thereby, the covering body of the cerium oxide precursor is formed on the surface of the substrate particles.
  • the addition amount of the raw material of the cerium oxide precursor is preferably 1 to 50% by weight in terms of cerium oxide with respect to 100% by weight of the base particles. More preferably, it is 3 to 20% by weight, and further preferably 5 to 10% by weight.
  • the addition amount of the raw material of the cerium oxide precursor is less than 1% by weight in terms of cerium oxide, the supported amount of cerium oxide may be insufficient and the polishing rate may be lowered. Further, even if the amount of the cerium oxide precursor added exceeds 50% by weight in terms of cerium oxide, a polishing rate commensurate with the increase in the amount added cannot be obtained, and the consumption of cerium oxide increases. It is not preferable.
  • a step of heating and firing the particles obtained by the above step and having the surface of the substrate particles coated with the cerium oxide precursor is performed.
  • the cerium oxide precursor becomes cerium oxide particles, and is supported in the form of islands on the surface of the substrate particles to form composite particles.
  • the state of the composite particles for glass polishing obtained by the above process is the state shown in FIG.
  • the baking temperature is preferably 250 to 1200 ° C. More preferably, the temperature is 500 to 1000 ° C, and still more preferably 700 to 1000 ° C.
  • the heating and baking time is preferably 0.5 to 3 hours. When the heating and baking temperature is less than 250 ° C., the cerium oxide particles may not be supported in an island shape, and the polishing rate may be lowered. When the heating and baking temperature exceeds 1200 ° C., the scratch property is deteriorated and the glass surface may be damaged.
  • FIG. 2 is an example of an electron micrograph of particles in which the surface of the titanium oxide particles is coated with a cerium oxide precursor and is not subjected to heat baking treatment.
  • grains shown in FIG. 2 are the particles which passed through the grinding
  • the surface of the titanium oxide particles 110 is coated with cerium hydroxide 120, which is a kind of cerium oxide precursor.
  • the cerium hydroxide 120 is coated around the titanium oxide particles 110 in a state of an expanded layer, not in the form of particles. As shown in FIG.
  • a method by a so-called solid phase method in which base particles and the above cerium oxide raw material and / or cerium oxide are mixed and heated and fired at 250 to 1200 ° C. Good.
  • Example 1 Rutile titanium oxide having an average primary particle size of 0.40 ⁇ m obtained by the sulfuric acid method was added to water to obtain an aqueous slurry having a TiO 2 concentration of 400 g / L. 0.5 L of this slurry was adjusted to 70 ° C. while stirring, and while maintaining this temperature, 40% cerium nitrate aqueous solution in an amount corresponding to 10 parts by weight in terms of CeO 2 was added per 100 parts by weight of TiO 2 . Next, the pH of the resulting slurry was neutralized to 7 with an aqueous sodium hydroxide solution and then aged for 60 minutes to form a cerium hydroxide coating on the TiO 2 surface.
  • the slurry after forming the coating band was washed, separated into solid and liquid, and dried at a temperature of 120 ° C. for 8 hours. Next, the obtained dried product was heated and fired at 900 ° C. for 1 hour. Further, the mixture was pulverized using a hammer mill to obtain composite particles for glass polishing in which cerium oxide was supported in the form of islands on the surface of base material particles made of TiO 2 particles.
  • Example 2 Composite particles for glass polishing were obtained by the same procedure as in Example 1 except that rutile type titanium oxide having an average primary particle size of 0.40 ⁇ m was changed to rutile type titanium oxide having an average primary particle size of 0.26 ⁇ m.
  • Example 3 Composite particles for glass polishing were obtained by the same procedure as in Example 1 except that an amount of 40% cerium nitrate aqueous solution corresponding to 5 parts by weight in terms of CeO 2 was added.
  • Example 4 Composite particles for glass polishing were obtained by the same procedure as in Example 1 except that an amount of 40% cerium nitrate aqueous solution corresponding to 20 parts by weight in terms of CeO 2 was added.
  • Example 5 Composite particles for glass polishing were obtained by the same procedure as in Example 1 except that an amount of 40% cerium nitrate aqueous solution corresponding to 50 parts by weight in terms of CeO 2 was added.
  • Example 6 Add 40% cerium nitrate aqueous solution in an amount corresponding to 10 parts by weight in terms of CeO 2 to rutile-type titanium oxide powder with an average primary particle size of 0.40 ⁇ m obtained by the sulfuric acid method, and mix well so that the whole is uniform. After that, it was heated and fired at 900 ° C. for 1 hour. Furthermore, the composite particle
  • Example 7 Composite particles for glass polishing were obtained in the same procedure as in Example 3, except that zirconium oxide particles having an average primary particle size of 1.00 ⁇ m were used instead of titanium oxide particles serving as base particles.
  • Example 8 In Example 1, after adding 40% aqueous cerium nitrate solution, an amount of magnesium carbonate corresponding to 5 parts by weight in terms of MgO is added per 100 parts by weight of TiO 2 , and then with an aqueous sodium hydroxide solution, Glass polishing particles were obtained by the same procedure as in Example 1 except that the pH was neutralized to 7.
  • Example 9 Rutile titanium oxide having an average primary particle size of 0.40 ⁇ m obtained by the sulfuric acid method was added to water to obtain an aqueous slurry having a TiO 2 concentration of 400 g / L.
  • the slurry 0.5 L was adjusted to 70 ° C. with stirring, and while maintaining this temperature, an aqueous solution of sodium aluminate corresponding to 10 parts by weight in terms of Al 2 O 3 was added per 100 parts by weight of TiO 2 . .
  • the pH of the slurry obtained with 30% sulfuric acid was neutralized to 7 and then aged for 60 minutes to form an alumina hydroxide coating band on the TiO 2 surface.
  • the slurry after forming the coating band was washed, separated into solid and liquid, and dried at a temperature of 120 ° C. for 8 hours.
  • the obtained dried product was pulverized using a fluid energy mill.
  • this pulverized product was added to water to obtain an aqueous slurry having a concentration of 400 g / L.
  • 0.5L of this slurry was adjusted to 70 ° C. while stirring, and stirred while maintaining this temperature, and 40% cerium nitrate aqueous solution in an amount corresponding to 10 parts by weight in terms of CeO 2 was added per 100 parts by weight of TiO 2. did.
  • the pH of the resulting slurry was neutralized to 7 with an aqueous sodium hydroxide solution, and then aged for 60 minutes. From the inside, the alumina hydroxide and cerium hydroxide coating bands were formed on the TiO 2 surface in order. Formed. The slurry after forming the coating band was washed, separated into solid and liquid, and dried at a temperature of 120 ° C. for 8 hours. Next, the obtained dried product (A) was heated at 900 ° C. for 1 hour. Furthermore by grinding with a hammer mill, the TiO 2 particles aluminum oxide layer was coated to obtain a titanium oxide-containing composite particles of the present invention carrying the cerium oxide.
  • Example 10 Composite particles for glass polishing were obtained in the same procedure as in Example 9 except that the dried product (A) obtained in Example 9 was heated in an atmosphere of 950 ° C. for 1 hour.
  • Example 11 A composite for polishing glass in the same procedure as in Example 9 except that spherical zinc oxide having an average particle diameter of 2 ⁇ m (trade name LP-ZINC-2, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) is used instead of rutile titanium oxide. Particles were obtained.
  • spherical zinc oxide having an average particle diameter of 2 ⁇ m (trade name LP-ZINC-2, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) is used instead of rutile titanium oxide. Particles were obtained.
  • Example 12 Glass-polishing composite particles were obtained in the same procedure as in Example 9, except that calcium carbonate particles having an average particle size of 0.15 ⁇ m were used instead of rutile titanium oxide.
  • Example 13 Glass polishing composite particles were obtained in the same procedure as in Example 9 except that hexagonal plate-like zinc oxide particles having an average particle diameter of 1.0 ⁇ m were used instead of rutile titanium oxide.
  • Rutile titanium oxide having an average primary particle size of 0.26 ⁇ m obtained by the sulfuric acid method was added to water to obtain an aqueous slurry having a TiO 2 concentration of 400 g / L.
  • the slurry was adjusted to 70 ° C. while stirring, and while maintaining this temperature, a 150 g / L sodium aluminate aqueous solution in an amount corresponding to 2 parts by weight in terms of Al 2 O 3 per 100 parts by weight of TiO 2.
  • the pH of the resulting slurry was neutralized with an aqueous sulfuric acid solution to 7 and then aged for 60 minutes to form an alumina hydroxide coating on the TiO 2 surface.
  • the slurry after forming the coating band was washed, separated into solid and liquid, and dried at a temperature of 120 ° C. for 8 hours. Furthermore by grinding with a hammer mill to obtain a glass abrasive particles to be compared with the aluminum hydroxide layer on the base particle surface made of TiO 2 particles.
  • Rutile titanium oxide having an average primary particle size of 0.26 ⁇ m obtained by the sulfuric acid method was added to water to obtain an aqueous slurry having a TiO 2 concentration of 400 g / L.
  • 0.5 L of this slurry was adjusted to 70 ° C. while stirring, and while maintaining this temperature, 40% cerium nitrate aqueous solution in an amount corresponding to 10 parts by weight in terms of CeO 2 was added per 100 parts by weight of TiO 2 .
  • the pH of the resulting slurry was neutralized to 7 with an aqueous sodium hydroxide solution and then aged for 60 minutes to form a cerium hydroxide coating on the TiO 2 surface.
  • the slurry after forming the coating band was washed, separated into solid and liquid, and dried at a temperature of 120 ° C. for 8 hours. Furthermore by grinding with a hammer mill to obtain a glass abrasive particles to be compared to the base particle surface made of TiO 2 particles with a cerium hydroxide layer.
  • abrasive slurry was prepared using the glass polishing particles prepared in each Example and Comparative Example as an abrasive.
  • the abrasive was added to pure water so that the concentration of the abrasive was 30% by weight. Further, the slurry was dispersed using a high-speed mixer to prepare a water-dispersed abrasive slurry.
  • Glass plate polishing test The glass plate was polished using each abrasive slurry under the following conditions.
  • Glass plate used Soda-lime glass (Matsunami Glass Co., Ltd., S-1111 size 76 x 26 x 0.8 mm)
  • Polishing machine single-axis tabletop polishing machine (manufactured by WINGO, L-1000 polishing plate diameter 205 mm ⁇ )
  • Polishing pad Cerium pad (made by WINGO) Polishing pressure: 260 g / cm2
  • Surface plate rotation speed 100 rpm
  • Abrasive slurry supply rate 3 ml / min Polishing time: 30 min
  • polishing rate evaluation The weight of the glass plate before and after the glass plate polishing test was measured with an electronic balance. The thickness reduction amount of the glass plate was calculated from the weight reduction amount, the area of the glass plate, and the specific gravity of the glass plate, and the average polishing rate ( ⁇ m / 30 min) per polishing time of 30 minutes was calculated. The values obtained by polishing 10 glass plates and averaging the 10 polishing rates were used as polishing rate values in each Example and Comparative Example, and are shown in Tables 1 and 2 collectively.
  • the polishing rate was as high as 22.1 ⁇ m / 30 min and no scratches were generated on the glass polishing surface. That is, in each Example, although the amount of cerium oxide used was as small as 5 to 50% by weight of the entire abrasive, a high polishing rate could be maintained.
  • Example 9 is a composite particle for polishing different from Example 1 only in that it has an aluminum oxide layer on the surface of titanium oxide particles as base particles.
  • Aluminum oxide on the surface of the substrate is a substance having a higher Mohs hardness than titanium oxide, and has a higher mechanical polishing effect than titanium oxide, and therefore has a higher polishing rate than that of Example 1.
  • Zinc oxide particles and calcium carbonate particles are substances that are readily soluble in acids, and in a cleaning process in glass polishing, the cleaning performance is higher than that of a polishing material based on cerium oxide, titanium oxide particles, or zirconium oxide for glass polishing in Comparative Example 7. Is excellent, and no residual foreign matter remains on the glass surface after cleaning.
  • Example 13 uses plate-like particles as base particles. Examples 11 and 13 are both based on zinc oxide, which is excellent in detergency. However, the example using the particles of Example 13 containing plate-like base particles is based on spherical particles as base particles. A polishing rate higher than 11 could be achieved.
  • Comparative Example 5 only the titanium oxide and cerium oxide were mixed, and the polishing rate was low because cerium oxide was not supported on the surface of the substrate particles in the glass polishing particles.
  • the glass polishing particles produced in Comparative Example 6 were used as an abrasive, although the polishing rate was high, the surface of the zirconium oxide particles directly touched the glass surface, so that scratches were generated on the polishing surface.
  • cerium oxide for polishing glass is used as an abrasive. Comparing the results of Comparative Example 7 and each example, it can be seen that the glass polishing particles obtained in each example have substantially the same performance as cerium oxide for glass polishing.
  • the base material is zinc oxide that is easily dissolved in acid, so that the cleaning performance is excellent, but cerium oxide is supported on the surface of the base particles. As a result, the polishing rate was low.
  • Comparative Example 9 since the zinc oxide particles as the base particles are further plate-like, the cleaning properties are excellent, and the polishing rate is high compared to Comparative Example 8, Since no cerium oxide was supported on the surface, the polishing rate was low as compared with Example 13.
  • Titanium oxide particles 20 Cerium oxide particles 110 Titanium oxide particles 120 Cerium hydroxide

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Abstract

セリウムの使用量が少なく、かつ、従来から使用されている酸化セリウムを用いた研磨材に代替え可能な、ガラス研磨用酸化物粒子を提供する。本発明は、球状又は板状の酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子と、該基材粒子の表面に担持された酸化セリウム粒子と、を含有するガラス研磨用酸化物粒子に関する。

Description

ガラス研磨用複合粒子
本発明は、ガラス研磨用複合粒子に関する。
レンズやプリズム等、高い透明性と精度を要求される精密な光学ガラスの研磨や、ディスプレイガラスや磁気ハードディスク等に利用されるガラス基盤の研磨には、酸化セリウム系の研磨材が用いられている。
この研磨材は、いわゆるレアアース（希土類）を多く含む鉱物を焼成して粉砕することによって製造される。
酸化セリウムを用いたガラス製品の研磨は、機械研磨と化学研磨とを合わせた、化学機械研磨（ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）とも呼ばれる）により行われる。
化学機械研磨とは、研磨材と研磨対象物であるガラスが化学反応することによりガラスが変質することを利用して、研磨材による機械的な研磨が起こりやすくなるようにする方法である。化学機械研磨は、高い研磨速度を得るとともに、平滑な平面を得ることができるため、高い透明性と平滑性の精度を要求される精密な光学ガラスやガラス基盤の研磨に適している。
特許文献１には、酸化セリウム砥材と酸化アルミニウムおよび／または炭化ケイ素からなる硬質砥材とからなるガラス研磨用砥材であって、酸化セリウム砥材１００重量部に対し硬質砥材を０．５～５０重量部の割合で含有するガラス研磨用砥材が記載されている。
また、特許文献２には、酸化セリウム等の研磨材で研磨されたガラスを、酸化チタン微粒子を含むガラス研磨用研磨材組成物で研磨することを特徴とするガラスの研磨方法が記載されている。
特開２０００－２５６６５７号公報 特開２０００－３４５１４３号公報
近年、レアアースの需要が増大し、その供給が不安定になっていることから、セリウムの使用量を低減させる技術と代替材料の開発が望まれている。
特許文献１に記載されたガラス研磨用砥材は、酸化セリウムのみからなる砥材ではないものの、主たる砥材は酸化セリウム砥材であるため、酸化セリウムの使用量としては依然として多い。
特許文献２に記載されたガラスの研磨方法では、酸化チタンを用いて研磨を行う。酸化チタンは、モース硬度は高いものの、研磨対象物であるガラスとの反応性が低く、いわゆる化学研磨が起こらない。そのため、研磨レートが低くなるという問題がある。
特許文献２では、酸化チタンによる研磨の前に、酸化セリウム等の研磨能率が高い研磨材組成物を用いた研磨を行うことが望ましい旨が記載されている。
すなわち、特許文献２に記載されたガラスの研磨方法は、酸化セリウムを研磨材として使用する必要があることから、酸化セリウムの使用量を少なくすることのできる研磨方法とはいえない。
本発明は、レアアースであるセリウムの使用量が少なく、かつ、従来から使用されている酸化セリウムに代替え可能な研磨性能を有する、ガラス研磨用粒子を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の第１の態様は、
酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子と、
該基材粒子の表面に担持された酸化セリウム粒子と、
を含有する、ガラス研磨用複合粒子に関する。
本発明のガラス研磨用複合粒子は、酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子を有する。本発明のガラス研磨用複合粒子は、ガラス研磨材として使用されたとき、先ず、基材粒子の表面に担持された酸化セリウム粒子がガラス表面と接するので化学研磨が進み、酸化セリウムを主成分とする研磨材を用いた場合と同程度の研磨レートが得られる。基材粒子はモース硬度が大きいので容易に摩滅することがなく、研磨レートを維持することができる。
本発明のガラス研磨用複合粒子を用いることによって、レアアースであるセリウムの使用量を少なくすることができる。
本発明のガラス研磨用複合粒子の電子顕微鏡写真の一例である。 酸化チタン粒子表面に酸化セリウム前駆体を被覆し、加熱焼成処理を行っていない粒子の電子顕微鏡写真の一例である。
以下、本発明のガラス研磨用複合粒子について説明する。
本発明のガラス研磨用複合粒子は、酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子と、該基材粒子の表面に担持された酸化セリウム粒子とを含有することを特徴とする。
上記酸化セリウム粒子は、上記基材粒子上にアイランド状に担持されることが好ましい。
図１は、本発明のガラス研磨用複合粒子の電子顕微鏡写真の一例である。
図１に示すガラス研磨用複合粒子１は、酸化チタン粒子１０を基材粒子とし、酸化チタン粒子１０の表面に酸化セリウム粒子２０がアイランド状に担持されている。
「アイランド状に担持」とは、酸化セリウム粒子が、電子顕微鏡写真において１つ１つの粒子の輪郭が区別できる状態で担持されており、基材粒子の表面から酸化セリウム粒子が突出している状態を意味している。具体的には、基材粒子の表面から０．０１μｍ以上突出した酸化セリウム粒子が存在することを意味する。
すなわち、基材粒子の表面を海とした場合に、酸化セリウム粒子が海に浮かぶ島になっているように見える状態を「アイランド状」ということとする。
酸化チタン粒子は、その製法、形状、結晶型及び粒子径において特に限定されない。例えば、酸化チタン粒子の製法については、塩素法によって製造されたものでもよく、硫酸法によって製造されたものであってもよい。
更に、結晶型は、ルチル型であると研磨レートが高くなるため好ましいが、アナタース型であってもよく、ブルカイト型であってもよく、また、それらの混合物であってもよい。
図１に示すガラス研磨用複合粒子では、基材粒子は酸化チタン粒子であるが、酸化チタン粒子に代えて酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、又は合成マイカ粒子を用いてもよい。
上記酸化ジルコニウム粒子は、立方晶でも正方晶であってもよく、また、それらの混合物であってもよい。
上記硫酸バリウム粒子としては、特に限定されないが、芒硝法や硫酸法と呼ばれる方法で得られる沈降性硫酸バリウム、及び、重晶石を選鉱、粉砕して得られる簸性硫酸バリウムが挙げられる。市販品の具体例としては、沈降性硫酸バリウムＢＦ－１（０．０５μｍ、堺化学工業株式会社製）が挙げられる。
合成マイカ粒子としては、特に限定されないが、フッ素金雲母及び四珪素雲母が挙げられる。
さらに、上記基材粒子は酸化亜鉛粒子又は炭酸カルシウム粒子であってもよい。
酸化亜鉛粒子としては、日本工業規格１種、２種、３種の酸化亜鉛粒子が挙げられる。市販品の例としては、ＬＰＺＩＮＣ－２（２μｍ、堺化学工業株式会社製）が挙げられる。　
炭酸カルシウム粒子としては、石灰石を粉砕して作る、いわゆる重質炭酸カルシウム、及び化学反応によって作られる合成炭酸カルシウムが挙げられる。市販品の例としては、合成炭酸カルシウム白艶華Ｏ（０．０３μｍ、白石工業株式会社製）が挙げられる。
上記基材粒子の形状は、球状でも、板状でも、針状でもよい。特に基材粒子が酸化チタン、硫酸バリウム、合成マイカ、及び酸化亜鉛の場合、板状粒子も好ましく用いることができる。中でも特に板状の酸化亜鉛を基材粒子とした場合、球状酸化亜鉛粒子に対して研磨レートが高い点で好ましい。
また上記基材粒子の平均一次粒子径は特に限定されないものの、０．０１～５μｍが好ましい。０．１～３μｍであることがより好ましく、０．２～２μｍであることがさらに好ましい。酸化チタン粒子の平均一次粒子径が０．０１μｍ未満であると、研磨レートが低くなることがある。また、酸化チタン粒子の平均一次粒子径が５μｍを超えると、スクラッチ性が悪くなり、ガラス表面に傷がついてしまうことがある。
ここで粒子の平均一次粒子径とは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の２万倍の視野での一定方向径（粒子をはさむ一定方向の二本の平行線の間隔）で定義される粒子径（μｍ）であって、ＴＥＭ写真内の重なっていない独立した粒子１０００個の一定方向径を測定して平均値を求めたものである。
上記基材粒子は、さらにアルミナで表面処理されていてもよい。基材をアルミナで表面処理し、その後酸化セリウム粒子を担持させて９００℃～９５０℃程度の温度で焼成して得られる粒子は、研磨レートが向上する点で好ましい。更に９５０℃～１０００℃程度の温度で焼成して得られる複合粒子は、更に研磨レートが向上する点で好ましい。
次に上記酸化セリウム粒子について説明する。上記酸化セリウム粒子の原料としては、特に限定されるものではないが、例えば、セリウムの塩化物、硝酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸アンモニウム塩などが挙げられる。これら原料の水溶液にアンモニア水、水酸化ナトリウムなどのアルカリや硫酸やシュウ酸などの無機酸や有機酸を加えることによって、得られた水酸化物あるいはシュウ酸塩の沈殿を得て、酸化セリウムの前駆体とする。
これらの酸化セリウム前駆体を加熱焼成すると、酸化セリウム粒子となる。
または、得られた酸化セリウム前駆体を高温高圧下で加熱する、いわゆるソルボサーマル法によって酸化セリウムとする方法でもよい。
または、酸化セリウム粒子の原料と共に、更に、酸化チタン１００重量％に対し、酸化物換算で０．０１～２５重量％のフッ素化合物やリン酸、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を加え、次いでアルカリや無機酸、有機酸を加えて、フッ素やリン、アルカリ金属、アルカリ土類金属を含む酸化セリウム前駆体を得て、これを加熱焼成することで、フッ素、リン、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む化合物と複合化している酸化セリウム粒子を形成してもよい。
なお、酸化セリウム粒子と、フッ素化合物やリン化合物、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物とを複合化することで研磨レートが上がる効果があるが、添加するフッ素やリン、アルカリ金属、アルカリ土類金属が酸化物換算で２５重量％を超えると添加の効果が飽和する一方で、基材粒子の割合が少なくなるため、研磨レートが下がることがある。
基材粒子表面上に担持されたアイランド状の酸化セリウム粒子の平均一次粒子径は０．０２～０．１０μｍであることが好ましい。
酸化セリウム粒子中のセリウムの価数は３価でも４価でもよく、より化学研磨が進む点で、本発明の複合粒子は、３価のセリウムを含む酸化セリウムの粒子を担持するのがより好ましい。
本発明のガラス研磨用複合粒子がガラス研磨材として使用されると、まず、基材粒子表面に担持された酸化セリウム粒子がガラス表面と接するので化学研磨が進む。化学研磨により、従来の酸化セリウムを主成分とするガラス研磨材を用いた場合と同様の高い研磨レートが得られる。上述の基材粒子はモース硬度が高いため、容易に磨滅することがなく、物理研磨を効果的に行うことができる。そのため、高い研磨レートを長時間にわたって維持することができる。
すなわち、本発明のガラス研磨用複合粒子は、ガラスとの反応性の高い酸化セリウムによる化学研磨と、モース硬度の高い上記基材粒子による物理研磨の組み合わせにより、高い研磨レートを長時間にわたって維持することができ、かつ、酸化セリウムの使用量を少なくすることのできる研磨材となる。
以下に、本発明のガラス研磨用複合粒子を製造する方法の一例について説明する。
本発明のガラス研磨用複合粒子は、
酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子の表面に酸化セリウム前駆体を被覆する工程と、
酸化セリウム前駆体被覆後の粒子を２５０～１２００℃で加熱焼成する工程と、
上記加熱焼成後の粒子を粉砕する工程とを経て得られる。上記基材粒子はアルミナで表面処理されているものであってもよい。
上記工程の具体的な方法としては、基材粒子を水に添加し、温度２０～９０℃に保持したスラリー中に酸化セリウム前駆体の原料を添加し、次いで、酸化セリウム前駆体の原料が添加されたスラリーを、水酸化ナトリウム水溶液等を用いて中和してｐＨを６～８に調整する。さらに、１０～６０分間程度かけて熟成する。
次いで、スラリーの洗浄、固液分離、乾燥を行う。
乾燥温度、時間は１００～１５０℃、１～８時間程度とすることが好ましい。
これにより、基材粒子の表面に酸化セリウム前駆体の被覆体が形成される。
酸化セリウム前駆体の原料の添加量は、基材粒子１００重量％に対し、酸化セリウムに換算して、１～５０重量％が好ましい。より好ましくは３～２０重量％であり、さらに好ましくは５～１０重量％である。
酸化セリウム前駆体の原料の添加量が、酸化セリウムに換算して１重量％未満であると、酸化セリウムの担持量が不足して、研磨レートが低くなることがある。また、酸化セリウム前駆体の原料の添加量が、酸化セリウムに換算して５０重量％を超えたとしても、添加量の増加に見合う研磨レートが得られず、酸化セリウムの消費量が多くなるため好ましくない。
続いて、上記工程で得られた、基材粒子の表面に酸化セリウム前駆体が被覆された粒子を、加熱焼成する工程を行う。
この工程により、酸化セリウム前駆体は、酸化セリウム粒子となり、基材粒子の表面にアイランド状に担持されて複合粒子を形成する。
上記工程により得られるガラス研磨用複合粒子の状態は、図１に示された状態である。
加熱焼成温度は２５０～１２００℃が好ましい。より好ましくは５００～１０００℃であり、さらに好ましくは７００～１０００℃である。
なお、加熱焼成時間は０．５～３時間が好ましい。
加熱焼成温度が２５０℃未満であると、酸化セリウム粒子がアイランド状に担持されないことがあり、研磨レートが低くなることがある。
加熱焼成温度が１２００℃を超えると、スクラッチ性が悪くなり、ガラス表面に傷がついてしまうことがある。
図２は、酸化チタン粒子表面に酸化セリウム前駆体を被覆し、加熱焼成処理を行っていない粒子の電子顕微鏡写真の一例である。
なお、図２に示す粒子は、加熱焼成処理を行わずに粉砕工程を経た粒子である。
図２では、酸化チタン粒子１１０の表面に酸化セリウム前駆体の１種である水酸化セリウム１２０が被覆されている。水酸化セリウム１２０は、粒子状ではなく、広がった層のような状態で酸化チタン粒子１１０の周囲に被覆されている。
図２に示すように、加熱焼成工程を行わないために、酸化チタン粒子表面上の酸化セリウム前駆体が酸化セリウムにならずに基材粒子上に被覆されている粒子を研磨材として用いた場合には、研磨レートが高くならない。
その理由は、水酸化セリウムのような酸化セリウム前駆体では化学研磨が進まないためである。
続いて、強い凝集を緩和するために、必要に応じてハンマーミル等を用いて粉砕を行うことによって、基材粒子の表面に酸化セリウム粒子がアイランド状に担持されたガラス研磨用複合粒子が得られる。
本発明のガラス研磨用粒子を得る別の方法としては、基材粒子と上記酸化セリウムの原料および／または酸化セリウムとを混合し、２５０～１２００℃で加熱焼成する、いわゆる固相法による方法でもよい。
アイランド状の酸化セリウム粒子が、均一に基材粒子表面上に形成され、その結果、研磨レートが高くなる点において酸化セリウム前駆体を基材粒子表面に被覆し、その後、加熱焼成する方法がより好ましい。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、以下の記載において、「％」とは、「重量％」を意味する。
（実施例１）
硫酸法で得られた平均一次粒子径０．４０μｍのルチル型酸化チタンを水に添加して、ＴｉＯ２濃度４００ｇ／Ｌの水性スラリーを得た。このスラリー０．５Ｌを攪拌しながら７０℃に調整し、この温度を維持しながら、ＴｉＯ２１００重量部当たり、ＣｅＯ２換算で１０重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加した。次いで水酸化ナトリウム水溶液で、得られたスラリーのｐＨを７に中和した後、６０分間かけて熟成し、ＴｉＯ２表面上にセリウム水酸化物の被覆帯を形成した。被覆帯形成後のスラリーを洗浄、固液分離して、１２０℃の温度で８時間乾燥した。次いで得られた乾燥品を９００℃雰囲気で１時間加熱焼成した。更にハンマーミルを用いて粉砕することにより、ＴｉＯ２粒子からなる基材粒子表面に酸化セリウムがアイランド状に担持されたガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例２）
平均一次粒子径０．４０μｍのルチル型酸化チタンを平均一次粒子径０．２６μｍのルチル型酸化チタンとすること以外は実施例１と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例３）
ＣｅＯ２換算で５重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加すること以外は実施例１と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例４）
ＣｅＯ２換算で２０重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加すること以外は実施例１と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例５）
ＣｅＯ２換算で５０重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加すること以外は実施例１と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例６）
硫酸法で得られた平均一次粒子径０．４０μｍのルチル型酸化チタン粉末にＣｅＯ２換算で１０重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加し、全体が均一になるようによく混合した後に９００℃雰囲気で１時間加熱焼成した。更にハンマーミルを用いて粉砕することによりガラス研磨用複合粒子を得た。
すなわち、実施例６では固相法によりガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例７）
基材粒子となる酸化チタン粒子の代わりに平均一次粒子径１．００μｍの酸化ジルコニウム粒子を用いたこと以外は実施例３と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例８）
実施例１において４０％硝酸セリウム水溶液を添加した後、ＴｉＯ２１００重量部当たり、ＭｇＯ換算で５重量部に相当する量の炭酸マグネシウムを添加し、次いで水酸化ナトリウム水溶液で、得られたスラリーのｐＨを７に中和すること以外は実施例１と同じ手順にてガラス研磨用粒子を得た。
（実施例９）
硫酸法で得られた平均一次粒子径０．４０μｍのルチル型酸化チタンを水に添加して、ＴｉＯ２濃度４００ｇ／Ｌの水性スラリーを得た。このスラリー０．５Ｌを攪拌しながら７０℃に調整し、この温度を維持しながら、ＴｉＯ２１００重量部当たり、Ａｌ２Ｏ３換算で１０重量部に相当する量のアルミン酸ソーダ水溶液を添加した。次いで３０％硫酸で得られたスラリーのｐＨを７に中和した後６０分間かけて熟成し、ＴｉＯ２表面上にアルミナ水酸化物の被覆帯を形成した。被覆帯形成後のスラリーを洗浄、固液分離して、１２０℃の温度で８時間乾燥した。次いで得られた乾燥品を流体エネルギーミルを用いて粉砕した。更にこの粉砕品を水に添加して、濃度４００ｇ／Ｌの水性スラリーを得た。このスラリー０．５Ｌを攪拌しながら７０℃に調整し、この温度を維持しながら攪拌し、ＴｉＯ２１００重量部当たり、ＣｅＯ２換算で１０重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加した。次いで水酸化ナトリウム水溶液で、得られたスラリーのｐＨを７に中和した後、６０分間かけて熟成し、内側から順に、ＴｉＯ２表面上にアルミナ水酸化物およびセリウム水酸化物の被覆帯を形成した。被覆帯形成後のスラリーを洗浄、固液分離して、１２０℃の温度で８時間乾燥した。次いで得られた乾燥品（Ａ）を９００℃雰囲気で１時間加熱した。更にハンマーミルを用いて粉砕することにより、酸化アルミニウム層が被覆されたＴｉＯ２粒子に、酸化セリウムを担持した本発明の酸化チタン含有複合粒子を得た。
（実施例１０）
実施例９において得られた乾燥品（Ａ）を９５０℃雰囲気で１時間加熱すること以外は実施例９と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例１１）
ルチル型酸化チタンに代えて、平均粒子径２μｍの球状酸化亜鉛（商品名ＬＰ－ＺＩＮＣ－２、堺化学工業株式会社製）を使用すること以外は実施例９と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例１２）
ルチル型酸化チタンに代えて、平均粒子径０．１５μｍの炭酸カルシウム粒子を使用すること以外は実施例９と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（実施例１３）
ルチル型酸化チタンに代えて、平均粒子径１．０μｍの六角板状酸化亜鉛粒子を使用すること以外は実施例９と同じ手順にてガラス研磨用複合粒子を得た。
（比較例１）
平均一次粒子径０．２６μｍのルチル型酸化チタンを比較対象のガラス研磨用粒子とした。
（比較例２）
平均一次粒子径０．４０μｍのルチル型酸化チタンを比較対象のガラス研磨用粒子とした。
（比較例３）
硫酸法で得られた平均一次粒子径０．２６μｍのルチル型酸化チタンを水に添加して、ＴｉＯ２濃度４００ｇ／Ｌの水性スラリーを得た。このスラリー０．５Ｌを攪拌しながら７０℃に調整し、この温度を維持しながら、ＴｉＯ２１００重量部当たり、Ａｌ２Ｏ３換算で２重量部に相当する量の１５０ｇ／Ｌアルミン酸ソーダ水溶液を添加した。次いで硫酸水溶液で、得られたスラリーのｐＨを７に中和した後、６０分間かけて熟成し、ＴｉＯ２表面上にアルミナ水酸化物の被覆帯を形成した。被覆帯形成後のスラリーを洗浄、固液分離して、１２０℃の温度で８時間乾燥した。更にハンマーミルを用いて粉砕することにより、ＴｉＯ２粒子からなる基材粒子表面に水酸化アルミニウム層を備えた比較対象のガラス研磨用粒子を得た。
（比較例４）
硫酸法で得られた平均一次粒子径０．２６μｍのルチル型酸化チタンを水に添加して、ＴｉＯ２濃度４００ｇ／Ｌの水性スラリーを得た。このスラリー０．５Ｌを攪拌しながら７０℃に調整し、この温度を維持しながら、ＴｉＯ２１００重量部当たり、ＣｅＯ２換算で１０重量部に相当する量の４０％硝酸セリウム水溶液を添加した。次いで水酸化ナトリウム水溶液で、得られたスラリーのｐＨを７に中和した後、６０分間かけて熟成し、ＴｉＯ２表面上にセリウム水酸化物の被覆帯を形成した。被覆帯形成後のスラリーを洗浄、固液分離して、１２０℃の温度で８時間乾燥した。更にハンマーミルを用いて粉砕することにより、ＴｉＯ２粒子からなる基材粒子表面に水酸化セリウム層を備えた比較対象のガラス研磨用粒子を得た。
（比較例５）
平均一次粒子径０．２６μｍのルチル型酸化チタンとガラス研磨用酸化セリウムＳＨＯＲＯＸ　Ａ－１０（昭和電工株式会社製）を重量比で１０対１で混合し比較対象のガラス研磨用粒子を得た。
（比較例６）
平均一次粒子径１．００μｍの酸化ジルコニウムを比較対象のガラス研磨用粒子とした。
（比較例７）
ガラス研磨用酸化セリウムＳＨＯＲＯＸ　Ａ－１０（昭和電工株式会社製）を比較対象のガラス研磨用粒子とした。
（比較例８）
平均粒子径２．０μｍの球状酸化亜鉛（ＬＰ－ＺＩＮＣ－２：堺化学工業株式会社製）を比較対象のガラス研磨用粒子とした。
（比較例９）
平均粒子径１．０μｍの六角板状酸化亜鉛粒子を比較対象のガラス研磨用粒子とした。
（性能評価）
以下の手順により、各実施例及び比較例で作製したガラス研磨用粒子の性能を評価した。
（研磨材スラリーの作製）
各実施例及び比較例で作製したガラス研磨用粒子を研磨材として研磨材スラリーを作製した。
研磨材の濃度が３０重量％になるように、研磨材を純水に添加した。
さらに、高速ミキサーを用いて分散し、水分散系の研磨材スラリーを作製した。
（ガラス板研磨試験）
以下の条件により、各研磨材スラリーを用いてガラス板の研磨を行った。
使用ガラス板：ソーダライム系ガラス（松浪硝子株式会社製、Ｓ－１１１１　サイズ７６×２６×０．８ｍｍ）
研磨機：一軸卓上型研磨機（株式会社ＷＩＮＧＯ製、Ｌ－１０００　研磨定盤径２０５ｍｍφ）
研磨パッド：セリウムパッド（株式会社ＷＩＮＧＯ製）
研磨圧力：２６０ｇ／ｃｍ２
定盤回転数：１００ｒｐｍ
研磨材スラリー供給量：３ｍｌ／ｍｉｎ
研磨時間：３０ｍｉｎ
（研磨レート評価）
ガラス板研磨試験前後のガラス板の重量を電子天秤で測定した。重量減少量、ガラス板の面積、ガラス板の比重からガラス板の厚さ減少量を算出し、研磨時間３０分当たりの平均研磨レート（μｍ／３０ｍｉｎ）を算出した。
１０枚のガラス板を研磨して、１０枚の研磨レートを平均した値を各実施例及び比較例における研磨レートの値とし、表１及び表２にまとめて示した。
（洗浄性評価）
各条件における研磨後のガラス板を温度７０℃の２０重量％硫酸に５分間浸漬し、更に純水、ＩＰＡで超音波洗浄し、乾燥した後、ガラス表面の残留異物の有無を観察した。評価基準は以下のとおりである。
○：同一条件研磨のガラス板１０枚に残留異物が全く無い。
×：残留異物が観察される。カッコ内は異物が観察されたガラスの枚数を示す。
（スクラッチ性評価）
ガラス板研磨試験後のガラス板の研磨面を目視で観察し、スクラッチが生じているかを判断し、結果を表１及び表２にまとめて示した。
スクラッチがない場合は○（＝ＯＫ）、スクラッチがある場合は×（＝Ｄｅｆｅｃｔ）で示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
各実施例で作製したガラス研磨用複合粒子を研磨材とした場合、研磨レートが２２．１μｍ／３０ｍｉｎ以上と高く、ガラス研磨面にスクラッチは生じていなかった。
すなわち、各実施例では、酸化セリウムの使用量が研磨材全体の５～５０重量％と少ないにも関わらず、高い研磨レートを維持できていた。
実施例９は実施例１と比較して、基材粒子である酸化チタン粒子表面に酸化アルミニウム層を有する点でのみ異なる研磨用複合粒子である。基材表面の酸化アルミニウムは酸化チタンよりもモース硬度の高い物質であり、酸化チタンよりも更に高い機械研磨効果を有するために実施例１よりも研磨レートが高い。
実施例１１及び実施例１２は実施例９の酸化チタン粒子の代わりに酸化亜鉛粒子、又は炭酸カルシウム粒子を基材粒子としている。酸化亜鉛粒子や炭酸カルシウム粒子は酸に易溶な物質であり、ガラス研磨における洗浄工程において比較例７のガラス研磨用酸化セリウムや酸化チタン粒子や酸化ジルコニウムを基材とする研磨材よりも洗浄性が優れており、洗浄後のガラス表面上に残留異物は全く残っていない。
実施例１３は板状粒子を基材粒子としている。実施例１１と１３はいずれも洗浄性に優れる酸化亜鉛を基材としているが、板状の基材粒子を含む実施例１３の粒子を用いた方が、球状粒子を基材粒子とした実施例１１に比べ高い研磨レートを達成することができた。
比較例１又は２で作製したガラス研磨用粒子を研磨材とした場合、研磨材に酸化セリウムが含まれていないため、化学研磨が起こらず、研磨レートが低くなっていた。
また、比較例３で作製したガラス研磨用粒子を研磨材とした場合、研磨材に酸化セリウムが含まれていないため、化学研磨が起こらず、研磨レートが低くなっていた。さらに、水酸化アルミニウム層の存在に起因して、研磨面にスクラッチが生じていた。
比較例４では、酸化セリウム前駆体を被覆した後の加熱焼成工程が行われておらず、ガラス研磨用粒子において基材粒子の表面に酸化セリウムが担持されていないため、研磨レートが低くなっていた。
比較例５では、酸化チタンと酸化セリウムが混合されただけであり、ガラス研磨用粒子において基材粒子の表面に酸化セリウムが担持されていないため、研磨レートが低くなっていた。
比較例６で作製したガラス研磨用粒子を研磨材とした場合、研磨レートは高いものの、酸化ジルコニウム粒子表面が直接ガラス表面に触れることから研磨面にスクラッチが生じていた。
比較例７では、ガラス研磨用酸化セリウムを研磨材として用いた場合である。比較例７と各実施例の結果を比較すると、各実施例で得られたガラス研磨用粒子が、ガラス研磨用酸化セリウムと比較してほぼ同等の性能を有することが分かる。
比較例８で作製したガラス研磨用粒子を研磨材とした場合、酸に溶解しやすい酸化亜鉛を基材としているために洗浄性は優れているが、基材粒子の表面に酸化セリウムが担持されていないため、研磨レートが低くなっていた。
比較例９では、基材粒子である酸化亜鉛粒子でさらには板状であるために、洗浄性に優れており、比較例８に対しては研磨レートが高くなっているが、基材粒子の表面に酸化セリウムが担持されていないため、実施例１３と比較すると研磨レートが低くなっていた。
１　ガラス研磨用複合粒子
１０　酸化チタン粒子
２０　酸化セリウム粒子
１１０　酸化チタン粒子
１２０　水酸化セリウム

Claims (9)

  1. 酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子と、
    該基材粒子の表面に担持された酸化セリウム粒子と、
    を含有するガラス研磨用複合粒子。
  2. 前記基材粒子の形状が球状又は板状である請求項１に記載の粒子。
  3. 前記酸化セリウム粒子は、前記基材粒子上にアイランド状に担持される、請求項１に記載の粒子。
  4. 前記酸化セリウム粒子は、フッ素、リン、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む化合物と複合化している請求項１～３のいずれか一項に記載の粒子。
  5. 前記基材粒子がアルミナで表面処理されている
    請求項１～４のいずれか一項に記載の粒子。
  6. 前記基材粒子の平均一次粒子径が０．０１～５μｍである請求項１～５のいずれかに記載の粒子。
  7. 前記基材粒子１００重量部に対し、前記酸化セリウム粒子が１～５０重量部含まれる請求項１～６のいずれかに記載の粒子。
  8. 酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、硫酸バリウム粒子、合成マイカ、酸化亜鉛粒子、及び炭酸カルシウム粒子から選択される基材粒子の表面に酸化セリウム前駆体を被覆する工程と、
    前記被覆後の粒子を２５０～１２００℃で加熱焼成する工程と、
    前記加熱焼成後の粒子を粉砕する工程と
    を経て得られる粒子。
  9. 前記基材粒子をアルミナで表面処理する工程をさらに含む方法で得られる
    請求項８記載の粒子。
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