セラミックスおよびその製造方法およびその使用
窒素を含むセラミックス（ガラスおよびガラス−セラミックスをはじめとする）およびその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
酸窒化物組成物を有するいくつかの材料をはじめとする数多くのガラス、結晶質セラミックおよびガラス−セラミック材料が知られている。多くの酸化物ガラス系は、ガラスの形成を補助するＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＧｅＯ2、ＴｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5のような周知のガラス形成材を利用している。これらのガラス形成材で形成されたガラス組成物のいくつかは熱処理するとガラス−セラミックスを形成することができる。かかるガラス形成材から形成されたガラスおよびガラス−セラミックスの使用上限温度は、通常１２００℃未満、一般的に約７００〜８００℃である。ガラス−セラミックスは、形成されるガラスよりも耐温度性のある傾向がある。
【０００２】
さらに、公知のガラスおよびガラス−セラミックスの多くの特性は、ガラス形成材の固有の特性により限定されている。例えば、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5系ガラスおよびガラス−セラミックスについては、ヤング率、硬さおよび強度が比較的低い。これらのガラスおよびガラス−セラミックスは、通常、例えば、Ａｌ2Ｏ3またはＺｒＯ2に比べて機械的特性が劣る。
【０００３】
希土類酸化物−アルミニウム酸化物に基づくいくつかのガラスが知られているが（例えば、米国特許第６，４８２，７５８号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））および２０００年２月１５日公開の特開２０００−０４５１２９号公報を参照）、さらに新規のガラスおよびガラス−セラミックス、ならびに公知と新規なガラスおよびガラス−セラミックスの使用が望まれている。
【０００４】
他の態様においては、様々な研磨粒子（例えば、ダイヤモンド粒子、立体窒化ホウ素粒子、溶融研磨粒子および焼結セラミック研磨粒子（ゾル−ゲル誘導研磨粒子）が業界で知られている。ある研磨用途において、研磨粒子は、粗形態で用いられ、またある場合には粒子は研磨製品（被覆研磨製品、結合研磨製品、不織研磨製品および研磨ブラシ）に組み込まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
研磨業界では、新たな研磨粒子および研磨物品、その製造方法が望まれつづけている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、例えば、ガラス（ガラスを含むセラミックスを含む）およびガラス−セラミックスを提供するものである。
【０００７】
一態様において、本発明は、ガラスの総質量に基づいて（ａ）少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮ（すなわち、窒素）とを含むガラスであって、ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下（ある実施形態においては、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【０００８】
他の態様において、本発明は、ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超える（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセント）を超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．０５、０．１、０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含むガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【０００９】
他の態様において、本発明は、ガラスの総質量に基づいて（ａ）少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含み、Ａｌ2Ｏ3、第１の金属酸化物および第２の金属酸化物が合計でガラスの少なくとも７０（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５さらに１００）質量パーセントを構成し、ガラスが、ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下（ある実施形態においては、２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラスを提供する。ある実施形態においては、第１の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より選択される。ある実施形態においては、第１および第２の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より独立に選択される。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【００１０】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、ガラスの総質量に基づいて、少なくとも３５、４０、４５、５０、５５、６５、７０または少なくとも７５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3を含む。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【００１１】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【００１２】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを製造する方法を提供する。本発明によるガラスを製造するある例示の方法において、ガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの供給源（すなわち、溶融物を提供するためにガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの溶融源）を含む溶融物を提供する工程と、溶融物を冷却してガラスを提供する工程とを含む。
【００１３】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含むセラミックを製造する方法を提供する。本発明によるガラスを含むセラミックを製造する他の例示の方法において、ガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの供給源（すなわち、溶融物を提供するためにガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの溶融源）を含む溶融物を提供する工程と、溶融物を冷却してセラミックを提供する工程とを含む。
【００１４】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含む物品を製造する方法を提供する。かかる物品を製造するある例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラスビーズを提供する工程と、ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、ガラスビーズをＴgより高く加熱する工程と、合体した形状を冷却して物品を提供する工程とを含む。
【００１５】
本発明によるガラスを含む物品を製造する他の例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラス粉末を提供する（すなわち、ガラス（例えば、ガラスビーズ）を砕いてガラス粉末を提供する）工程と、ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、ガラス粉末をＴgより高く加熱する工程と、合体した形状を冷却して物品を提供する工程とを含む。
【００１６】
他の態様において、本発明は、ガラス−セラミックの総質量に基づいて（ａ）少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６７、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮ（すなわち、窒素）とを含むガラス−セラミックであって、ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下（ある実施形態においては、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラス−セラミックを提供する。
【００１７】
他の態様において、本発明は、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超える（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセント）を超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含むガラス−セラミックを提供する。
【００１８】
他の態様において、本発明は、（ａ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含んで、Ａｌ2Ｏ3、第１の金属酸化物および第２の金属酸化物が合計でガラス−セラミックの少なくとも７０（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５さらに１００）質量パーセントを構成しており、ガラスが、ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下（ある実施形態においては、２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラス−セラミックを提供する。ある実施形態においては、第１の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より選択される。ある実施形態においては、第１および第２の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より独立に選択される。
【００１９】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、ガラス−セラミックの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯおよびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラス−セラミックを提供する。ある実施形態においては、ガラス−セラミックは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物）をさらに含む。
【００２０】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、ガラス−セラミックの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラス−セラミックを提供する。ある実施形態においては、ガラス−セラミックは、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも３５、４０、４５、５０、５５、６５、７０または少なくとも７５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3を含む。ある実施形態においては、ガラス−セラミックは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。
【００２１】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、ガラス−セラミックを提供する（すなわち、ガラスの少なくとも一部が結晶化する）工程を含むガラス−セラミックを製造する方法を提供する。他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含むセラミックを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換する（すなわち、ガラスの少なくとも一部を変換してセラミックを結晶化させる）工程を含む本発明によるガラス−セラミックを製造する方法を提供する。
【００２２】
他の態様において、本発明は、ガラス−セラミック物品を製造する方法を提供する。ある例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラスビーズを提供する工程と、ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、ガラスビーズをＴgより高く加熱する工程と、ガラス物品を熱処理して、ガラスの少なくとも一部を変換してセラミックを結晶化し、ガラス−セラミック物品を提供する工程とを含む。任意で、合体したガラスは熱処理の前に少なくとも部分的に冷却する。
【００２３】
ガラス−セラミック物品を製造する他の例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラス粉末を提供する（すなわち、ガラス（例えば、ガラスビーズ）を砕いてガラス粉末を提供する）工程と、ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、ガラス粉末をＴgより高く加熱する工程と、ガラス物品を熱処理してガラスの少なくとも一部を変換してセラミックを結晶化し、ガラス−セラミック物品を提供する工程とを含む。任意で、合体したガラスは熱処理の前に少なくとも部分的に冷却する。
【００２４】
本発明によるセラミックスのある実施形態は、セラミックの総体積に基づいて、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００体積パーセントの量でセラミックのガラス（すなわち、ガラス−セラミックのガラス）を含んでいてもよい。本発明によるセラミックスのある実施形態は、セラミックの総体積に基づいて、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００体積パーセントの量でセラミックの結晶質セラミック（すなわち、ガラス−セラミックの結晶質セラミック）を含んでいてもよい。
【００２５】
本発明によるセラミックスのある実施形態は、（例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００体積パーセントの量の結晶質セラミックを含んでいる。
【００２６】
本明細書において、
「アモルファス材料」とは、Ｘ線回折により求められた長い範囲の結晶構造を欠く、かつ／または「示差熱分析」に記載した試験により求められたＤＴＡ（示差熱分析）により求められたアモルファス材料の結晶化に対応する発熱ピークを有する溶融物および／または蒸気相から誘導された材料のことである。
「セラミック」には、ガラス、結晶質セラミック、ガラス−セラミックおよびこれらの組み合わせが含まれる。
「錯体金属酸化物」とは、２種類以上の異なる金属元素と酸素とを含む金属錯体（例えば、ＣｅＡｌ11Ｏ18、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＭｇＡｌ2Ｏ4およびＹ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「錯体Ａｌ2Ｏ3金属酸化物」とは、理論酸化物基準で、Ａｌ2Ｏ3と、Ａｌ以外の１種類以上の金属元素とを含む錯体金属酸化物（例えば、ＣｅＡｌ11Ｏ18、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＭｇＡｌ2Ｏ4およびＹ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3」とは、理論酸化物基準で、Ａｌ2Ｏ3とＹ2Ｏ3とを含む錯体金属酸化物（例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯ」とは、理論酸化物基準で、Ａｌ2Ｏ3と希土類酸化物とを含む錯体金属酸化物（例えば、ＣｅＡｌ11Ｏ18およびＤｙ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「ガラス」とは、ガラス転移温度を示すアモルファス材料のことである。
「ガラス−セラミック」とは、ガラスを熱処理することにより形成された結晶を含むセラミックのことである。
「Ｔg」とは、「示差熱分析」に記載した試験により求められるガラス転移温度のことである。
「Ｔx」とは、「示差熱分析」に記載した試験により求められる結晶化温度のことである。
「希土類酸化物」とは、酸化セリウム（すなわち、ＣｅＯ2）、酸化ジスプロシウム（すなわち、Ｄｙ2Ｏ3）、酸化エルビウム（すなわち、Ｅｒ2Ｏ3）、酸化ユーロピウム（すなわち、Ｅｕ2Ｏ3）、酸化ガドリニウム（すなわち、Ｇｄ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（すなわち、Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ランタン（すなわち、Ｌａ2Ｏ3）、酸化ルテチウム（すなわち、Ｌｕ2Ｏ3）、酸化ネオジミウム（すなわち、Ｎｄ2Ｏ3）、酸化プラセオジム（すなわち、Ｐｒ6Ｏ11）、酸化サマリウム（すなわち、Ｓｍ2Ｏ3）、酸化テルビウム（すなわち、Ｔｂ2Ｏ3）、酸化トリウム（すなわち、Ｔｈ4Ｏ7）、酸化ツリウム（すなわち、Ｔｍ2Ｏ3）、酸化イットリウム（すなわち、Ｙｂ2Ｏ3）およびこれらの組み合わせのことである。
「ＲＥＯ」とは希土類酸化物のことである。
【００２７】
さらに、特に断りのない限り、金属酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3、錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物等）は、例えば、ガラス−セラミックにおいては結晶であり、ガラス、結晶または部分ガラスおよび部分結晶であってもよいものと考えられる。例えば、ガラス−セラミックが、Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2とを含み、Ａｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2はそれぞれ、ガラス状状態、結晶状態または一部がガラス状状態および一部が結晶状態、または他の金属酸化物との反応生成物である場合には（特に断りのない限り、例えば、Ａｌ2Ｏ3は結晶Ａｌ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3の特定の結晶相（すなわち、アルファＡｌ2Ｏ3）である場合には、結晶Ａｌ2Ｏ3 として、かつ／または１種類以上の結晶錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物の一部として存在させてもよい。
【００２８】
本発明によるセラミックスのある実施形態は、ビーズ（例えば、少なくとも１マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、２５マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、７５０マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍまたは少なくとも１０ｍｍ）、物品（例えば、プレート）、ファイバー、粒子およびコーティング（例えば、薄コーティング）を形成、これらとして形成、またはこれらに変換することができる。ビーズの実施形態は、例えば、再帰反射シート、英数字プレートおよび舗道マーキングのような反射装置に有用である。粒子およびファイバーの実施形態は、例えば、複合体（例えば、セラミック、金属またはポリマーマトリックス複合体）における断熱、フィラーまたは強化材料として有用である。薄コーティングの実施形態は、例えば、摩耗を含めた用途において、および熱管理のための保護コーティングとして有用である。本発明による物品としては、台所用品（例えば、皿）、歯科用ブラケット、強化材料（例えば、粒子およびファイバー）、切削工具インサート、研磨材料およびガスエンジンの構造化コンポーネント（例えば、バルブとベアリング）が例示される。他の物品の例示の実施形態としては、本体またはその他基材の外側表面にセラミックの保護コーティングを有するものが挙げられる。本発明による特定のセラミック粒子は、研磨粒子として特に有用である。研磨物品は、研磨物品に組み込んだり、粗形態で用いることができる。
【００２９】
研磨粒子は、通常、使用前に、ある粒子サイズ分布まで等級分けされる。かかる分布は、粗い粒子から細かい粒子まで、ある範囲の粒子サイズを有するのが一般的である。研磨業界において、この範囲は「粗さ」「制御」および「細かい」フラクションと呼ばれることがある。研磨業界に受け入れられた等級分け規格に従って等級分けした研磨粒子は、数値限定内の各公称グレードについての粒子サイズ分布を指定する。かかる業界が認める等級分け規格（すなわち、規定の公称グレード）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格および日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。一態様において、本発明は、複数の研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する。ある実施形態において、複数の研磨粒子の総質量に基づいて、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセントの複数の研磨粒子が、本発明による研磨粒子である。
【００３０】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラス−セラミックを含む研磨粒子（ガラス−セラミック研磨粒子を含む）を提供する。本発明はまた、複数の研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子も提供する。他の態様において、本発明は、研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子であるバインダーと複数の研磨粒子とを含む研磨粒子（すなわち、結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品）を提供する。
【００３１】
他の態様において、本発明は、研磨粒子を製造する方法を提供する。研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、本発明によるガラス−セラミックおよび研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。ある実施形態において、熱処理されるガラス粒子は、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子として提供され、粒子の少なくとも一部が複数のガラス粒子である。
【００３２】
研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを含む粒子を熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、本発明によるガラス−セラミックおよび研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。ある実施形態において、熱処理されるガラスを含む粒子は、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子として提供され、粒子の少なくとも一部がガラスを含む複数の粒子である。
【００３３】
研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、ガラス−セラミックを提供し、ガラス−セラミックを砕いて、本発明による研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。
【００３４】
研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを含むセラミックを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、ガラス−セラミックを提供し、ガラス−セラミックを砕いて、本発明による研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。
【００３５】
本発明による研磨物品は、バインダーと複数の研磨粒子とを含み、研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である。例示の研磨製品としては、被覆研磨物品、結合研磨物品（例えば、ホイール）、不織研磨物品および研磨ブラシが挙げられる。被覆研磨物品は、一般的に、第１および第２の対向する主面を有するバッキングを含み、バインダーと複数の研磨粒子は、第１の主面の少なくとも一部に研磨層を形成する。
【００３６】
ある実施形態において、研磨物品中の研磨粒子の総質量に基づいて、研磨物品中少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセントの研磨粒子が、本発明による研磨粒子である。
【００３７】
本発明はまた、本発明による凝集粒子をワークピースの表面と接触させる工程と、本発明による研磨粒子または接触表面のうち少なくとも１つを動かして、表面の少なくとも一部を、本発明による研磨粒子の少なくとも１つで研磨する工程とを含む表面を研磨する方法も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、窒素を含むガラスおよびガラス−セラミックスおよびその製造方法に関する。ガラスは、必要な原材料および処理技術を選択することにより作製する。
【００３９】
（理論酸化物基準で）Ａｌ2Ｏ3の商業的供給源を含めた供給源としては、ボーキサイト（天然に産出するボーキサイトと合成されたボーキサイトの両方を含む）、か焼きボーキサイト、水和アルミナ（例えば、ベーマイトおよびギブサイト）、アルミニウム、バイヤー法アルミナ、アルミニウム鉱物、ガンマアルミナ、アルファアルミナ、アルミニウム塩、窒化アルミニウムおよびこれらの組み合わせが挙げられる。Ａｌ2Ｏ3供給源は、Ａｌ2Ｏ3を含有していても、Ａｌ2Ｏ3のみを提供するものであってもよい。Ａｌ2Ｏ3供給源は、Ａｌ2Ｏ3を含有していても、Ａｌ2Ｏ3のみおよびＡｌ2Ｏ3以外の１種類以上の金属酸化物（錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物の材料またはこれを含むもの（例えば、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＣｅＡｌ11Ｏ18等））を提供するものであってもよい。
【００４０】
金属窒化物（例えば、ＡＩＮ）の商業的に入手可能な供給源としては、粉末、金属酸窒化物（例えば、酸窒化アルミニウム）（例えば、ＡｌＯＮ）粉末、および、例えば、少なくとも１種類の金属（例えば、アルミニウム）窒化物および／または少なくとも１種類のＡｌ以外の金属を含む鉱物が挙げられる。窒素を含有するその他の材料（例えば、窒素ガス（例えば、窒素ガスを溶融物に注入してもよい））を原材料として用いてもよい。
【００４１】
希土類酸化物の商業的供給源を含めた供給源としては、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱物（例えば、バストネス石およびモナズ石）、希土類塩、希土類窒化物および希土類炭酸塩が挙げられる。希土類酸化物供給源は、希土類酸化物を含有していても、希土類酸化物のみを提供するものであってもよい。希土類酸化物供給源は、希土類酸化物を含有していても、これのみおよび希土類酸化物以外の１種類以上の金属酸化物（錯体希土類酸化物・その他金属酸化物の材料またはこれを含むもの（例えば、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＣｅＡｌ11Ｏ18等））を提供するものであってもよい。
【００４２】
（理論酸化物基準で）Ｙ2Ｏ3の商業的供給源を含めた供給源としては、酸化イットリウム粉末、イットリウム、イットリウム含有鉱物およびイットリウム塩（例えば、炭酸、硝酸、塩化、水酸化イットリウムおよびこれらの組み合わせ）が挙げられる。Ｙ2Ｏ3供給源は、Ｙ2Ｏ3を含有していても、Ｙ2Ｏ3のみを提供するものであってもよい。Ｙ2Ｏ3供給源は、Ｙ2Ｏ3を含有していても、これのみおよびＹ2Ｏ3以外の１種類以上の金属酸化物（錯体Ｙ2Ｏ3・金属酸化物の材料またはこれを含むもの（例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12））を提供するものであってもよい。
【００４３】
その他の有用な金属酸化物は、理論酸化物基準で、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＨｆＯ2、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせを含んでいてもよい。商業的供給源を含めた供給源としては、酸化物自身、金属粉末、錯体酸化物、鉱物、炭酸塩、酢酸塩、窒化物、塩化物、水酸化物等が挙げられる。これらの金属酸化物を添加して、得られるセラミックの物理特性を修正し、かつ／または処理を改善する。これらの金属酸化物は、一般的に、例えば、所望の特性に応じて、０〜５０質量％、ある実施形態においては、０〜２５質量％、さらに、０〜５０質量％のセラミック材料に添加する。
【００４４】
ＺｒＯ2およびＨｆＯ2を含む実施形態については、ＺｒＯ2：ＨｆＯ2の質量比は１：ゼロ（すなわち、全てＺｒＯ2、ＨｆＯ2なし）からゼロ：１、例えば、少なくとも約９９、９８、９７、９６、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０および５（質量）部のＺｒＯ2および対応量のＨｆＯ2（例えば、少なくとも約９９（質量）部のＺｒＯ2および約１部以下のＨｆＯ2）および少なくとも約９９、９８、９７、９６、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０および５（質量）部のＨｆＯ2および対応量のＺｒＯ2の範囲であってよい。
【００４５】
（理論酸化物基準で）ＺｒＯ2の商業的供給源を含めた供給源としては、酸化ジルコニウム粉末、ジルコン砂、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱物およびジルコニウム塩（例えば、炭酸、酢酸、硝酸、塩化、水酸化ジルコニウムおよびこれらの組み合わせ）が挙げられる。さらに、あるいは、この代わりに、ＺｒＯ2供給源は、ＺｒＯ2を含有、またはＺｒＯ2およびハフニアのような他の金属酸化物を含有していてもよい。（理論酸化物基準で）ＨｆＯ2の商業的供給源を含めた供給源としては、酸化ハフニウム粉末、ハフニウム、ハフニウム含有鉱物およびハフニウム塩が挙げられる。さらに、あるいは、この代わりに、ＨｆＯ2供給源は、ＨｆＯ2を含有、またはＨｆＯ2およびＺｒＯ2のような他の金属酸化物を含有していてもよい。
【００４６】
ある実施形態において、溶融物に対して酸化物形成またはその合金の負のエンタルピーを有する少なくとも１種類の金属（例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒおよびこれらの組み合わせ）、Ｍを含む微粒子金属材料を添加する、またはこれらをその他原材料とその他混合することにより、金属酸化物供給源の少なくとも一部（ある実施形態において、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセント）を得るのが有利である。理論に拘束されることは望むところではないが、金属の酸化に関連する発熱反応から得られる熱は、均一な溶融物の形成および得られるガラスに有用であると考えられる。例えば、原材料内での酸化反応により生成されたさらなる熱は、不十分な熱伝達を排除、最小または少なくとも減少して、ｘ、ｙおよびｚ寸法が５０（１００または１５０）マイクロメートルを超えるときは特に、溶融物の形成および均質性を促すものと考えられる。さらなる熱の利用可能性は、完了するまで様々な化学反応および物理的処理（例えば、緻密化および球状化）を行う補助となるものと考えられる。さらに、ある実施形態については、酸化反応により生成されたさらなる熱の存在によって、材料の高融点のために困難または実施できない溶融物の形成が実際に可能となるものと考えられる。さらに、酸化反応により生成されたさらなる熱によって、作製できなかった、または所望のサイズ範囲で作製できなかったガラスの形成が実際に可能になるものと考えられる。本発明の他の利点としては、ガラスの形成の際、溶融、緻密化および球状化のような多くの化学および物理処理を短時間で行って、非常に高い急冷レートが達成されることが挙げられる。さらなる詳細については、２００２年８月２日出願の米国特許出願第１０／２１１，６３９号明細書の同時継続出願を参照のこと。
【００４７】
ある実施形態において、例えば、原材料を独立して供給して、溶融混合物を形成する。ある実施形態において、例えば、特定の原材料を混合し、他の原材料を独立して溶融混合物に添加する。ある実施形態において、例えば、原材料は、溶融前に混ぜ合わせる、または混合する。原材料は、例えば、任意の好適および公知のやり方で混ぜ合わせて、実質的に均一な混合物を形成してよい。これらの混ぜ合わせる技術としては、ボールミリング、混合、タンブリング等が挙げられる。ボールミルにおけるミリング媒体は、金属ボール、セラミックボール等であってよい。セラミックミリング媒体は、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシア等であってよい。ボールミリングは、乾式、水性環境、または溶剤系（例えば、イソプロピルアルコール）環境で行ってよい。原材料バッチが金属粉末を含有する場合には、ミリング中溶剤を用いるのが望ましい。この溶剤は、適切な引火点および原材料を分散できる能力を備えた任意の好適な材料であってよい。ミリング時間は、数分から数日、通常は数時間から２４時間である。湿式または溶剤系ミリング系において、液体媒体は、一般的に乾燥により除去されて、得られる混合物は、一般的に均一で、実質的に水および／または溶剤を含まない。溶剤系ミリング系を用いる場合には、乾燥中、溶剤回収システムを用いて溶剤を再利用してもよい。乾燥後、得られる混合物は「乾燥ケーキ」の形態であってもよい。このケーキ状混合物を、溶融前に所望の粒子サイズまで壊す、または砕いてよい。あるいは、例えば、スプレー乾燥技術を用いてもよい。後者の場合は、所望の混合物の球状微粒子が得られる。前駆体材料はまた、沈殿およびゾル−ゲルをはじめとする湿式化学方法により調製してもよい。かかる方法は、特に高レベルの均一性が望まれる場合に有用である。
【００４８】
微粒子原材料は、一般的に、均一な溶融物の形成が即時になされるような粒子サイズを有するように選択される。一般的に、比較的小さな平均粒子サイズおよび狭い分布の原材料をこのために用いる。ある方法（例えば、火炎形成およびプラズマスプレー）において、特に望ましい微粒子原材料は、平均粒子サイズが約５ｎｍ〜約５０マイクロメートル（ある実施形態においては、約１０ｎｍ〜約２０マイクロメートル、さらに約１５ｎｍ〜約１マイクロメートル）のようなもので、少なくとも９０（ある実施形態においては９５、または１００）質量パーセントの微粒子が原材料であるようなものである。ただし、このサイズおよび範囲外のサイズでも有用である。サイズが約５ｎｍ未満の微粒子は、取扱い難い（例えば、供給粒子のフロー特性は、フロー特性が乏しい傾向にあるため、望ましくない傾向である）。一般的な火炎形成またはプラズマスプレー処理において約５０マイクロメートルより大きな微粒子を用いると、均一な溶融物およびガラスおよび／または所望の組成物を得るのが難しくなる傾向がある。
【００４９】
さらに、場合によっては、例えば、溶融物を形成するために、微粒子材料を火炎または熱またはプラズマスプレー装置に供給するときは、微粒子原材料をある範囲の粒子サイズで提供するのが望ましい。理論に拘束されることは望むところではないが、これによって、供給粒子の充填密度および強度が促進されるものと考えられる。通常、最も粗い原材料粒子は、所望の溶融物またはガラス粒子サイズより小さくなければならない。さらに、粗すぎる原材料粒子は、例えば、火炎形成またはプラズマスプレー工程中、供給粒子における熱および機械応力が不十分な傾向にある。かかる場合の最終的な結果としては、通常、供給粒子が小さなフラグメントへの破断、成分均一性の喪失、所望のガラス粒子サイズにおける収率の喪失、フラグメントが熱源から様々な方向に軌道を変えるため不完全な溶融を招く。
【００５０】
ガラスおよびガラスを含むセラミックスは、例えば、適切な金属酸化物供給源およびＮ供給源（例えば、金属窒化物（例えば、ＡｌＮ）、金属酸窒化物（例えば、酸窒化アルミニウム）等（例えば、窒化物と酸窒化物の様々な組み合わせを窒素の供給源として利用することができる）、さらに金属酸窒化物をＮおよびＯの両方の供給源として用いることができる）を加熱し（火炎またはプラズマ中をはじめとして）、（および／または溶融物中にＮを提供する（例えば、窒素ガスを溶融物に注入）して溶融物、望ましくは均一な溶融物を形成してから、溶融物を急冷してガラスを提供することにより作製することができる。ガラスのある実施形態は、例えば、好適な炉（例えば、誘導または抵抗加熱炉、ガス燃焼炉またはアーク炉）において金属酸化物供給物を溶融することにより作製することができる。
【００５１】
ガラスは、一般的に、溶融材料（すなわち、溶融物）を比較的急冷することにより得られる。ガラスを得るための急冷レート（すなわち、冷却時間）は、溶融物の化学組成、成分のガラス形成能力、溶融物および得られるガラスの熱特性、処理技術、得られるガラスの寸法および質量および冷却技術をはじめとする多くの因子に応じて異なる。特に、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＧｅＯ2、ＴｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5のような公知のガラス形成材なしで、大量のＡｌ2Ｏ3（すなわち、７５質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3）を含むガラスを形成するには、通常、比較的早い急冷レートが必要とされる。同様に、熱を十分に早く除去するのが難しいため、寸法の大きなガラスへと溶融物を冷却するのは難しい。
【００５２】
本発明のある実施形態において、原材料を特定の形態の溶融状態へと加熱した後、ガラス粒子へと冷却する。一般的に、これらの粒子の粒子サイズは２５マイクロメートルを超える（ある実施形態においては、５０、１００、１５０または２００マイクロメートルを超える）。
【００５３】
本発明の方法によるガラスを作製するのに得られる急冷レートは、１０2、１０3、１０4、１０5または１０6℃／秒を超えるものと考えられる（すなわち、溶融状態からの１０００℃の温度降下は、それぞれ１０秒未満、１秒未満、１０分の１秒未満、１００分の１秒未満または１０００分の１秒未満）。溶融物を冷却する技術としては、溶融物を冷却媒体（例えば、高速エアジェット、液体（例えば、冷水）、金属板（冷却金属板を含む）、金属ロール（冷却金属ロールを含む）、金属ボール（冷却金属ボールを含む）等）へ放出することが挙げられる。業界に公知のその他の冷却技術としては、ロール冷却が挙げられる。ロール冷却は、例えば、一般的に、融点より高い２０〜２００℃の温度で金属酸化物供給源を溶融し、高圧下で高圧回転ロールにスプレーすることにより（空気、アルゴン、窒素等のガスを用いて）溶融物を冷却／急冷することにより実施することができる。一般的に、ロールは金属製であり、水冷される。溶融物を冷却／急冷するのに金属ブック鋳型も有用である。
【００５４】
冷却レートは、急冷ガラスの特性に影響するものと考えられる。例えば、ガラスのガラス転移温度、密度およびその他特性が、冷却レートを変化させる。
【００５５】
急冷はまた、冷却中、所望の酸化状態を維持し、かつ／または影響を与える還元、中和または酸化環境のような制御された雰囲気下で実施してもよい。雰囲気はまた、過冷却液体から結晶運動に影響させることにより、ガラス形成に影響し得る。例えば、結晶化のない大きな過冷却Ａｌ2Ｏ3溶融物が、空気中に比べてアルゴン雰囲気中で報告されている。例えば、本出願と同日出願の米国特許出願第１０／９０１，６３８号明細書の同時継続出願も参照のこと。
【００５６】
ある方法において、本発明によるガラスおよびガラスを含むセラミックスは、例えば、米国特許第６，２５４，９８１号明細書（キャッスル（Ｃａｓｔｌｅ））に記載された火炎溶融を利用して作製することができる。この方法において、金属酸化物供給源およびＮ供給源（例えば、粒子の形態にある、「供給粒子」と呼ぶことがある）をバーナー（例えば、メタン−エアバーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナー等）に直接供給してから、例えば、水、冷却油、空気等で急冷する。供給粒子は、例えば、金属酸化物供給源および／またはＮ供給源を研削、凝集（例えば、スプレー乾燥）、溶融または焼結することにより形成することができる。火炎に供給された供給粒子のサイズが、ガラスを含む得られる粒子のサイズを決める。
【００５７】
ガラスのある実施形態はまた、自由落下冷却によるレーザー紡糸溶融、テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）ワイヤ技術、プラズマトロン技術、金づちと金床技術、遠心急冷、エアガンスプラット冷却、シングルローラおよびツインローラ急冷、ローラ−プレート急冷および縣滴溶融抽出（例えば、セラミックスの急冷凝固（Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ブルックウェイら（Ｂｒｏｃｋｗａｙ ｅｔ ａｌ．）、金属およびセラミックス情報センター（Ｍｅｔａｌｓ Ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ）、防護情報分析センター局（Ａ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｅｒ）、オハイオ州コロンビア（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）、１９８４年１月を参照）のようなその他の技術によっても得ることができる。ガラスのある実施形態は、好適な前駆体の熱（火炎またはレーザーまたはプラズマ補助）分解、金属前駆体の物理蒸気合成（ＰＶＳ）および機械化学処理のような他の技術によっても得られる。溶融物を形成、溶融物を冷却／急冷および／またはその他ガラスを形成する他の技術としては、蒸気相急冷、プラズマスプレー、溶融抽出およびガスまたは遠心噴霧が挙げられる。蒸気相急冷は、例えば、金属合金または金属酸化物供給源がスパッタリングターゲットへと形成されるスパッタリングにより実施することができる。ターゲットは、スパッタリング装置の所定の位置に固定し、被覆する基材をターゲットの反対の位置に配置する。１０-3トルの標準的な圧力の酸素およびＡｒガス、ターゲットと基材との間に放電を生成させ、Ａｒまたは酸素イオンがターゲットに衝突して反応スパッタリングを生じさせて、組成物のフィルムを基材に蒸着させる。プラズマスプレーに関するさらなる詳細については、２００３年８月２日出願の米国特許出願第１０／２１１，６４０号明細書の同時継続出願を参照のこと。
【００５８】
ガス噴霧は、供給粒子を加熱してそれらを溶融物に変換するものである。かかる溶融物の薄ストリームを、破裂エアジェット（すなわち、ストリームを微細な液滴と分割する）と接触させて噴霧される。得られる実質的に不連続な略楕円形のガラス粒子（すなわち、ビーズ）を回収する。ビーズサイズとしては、約５マイクロメートル〜約３ｍｍの範囲の直径を有するようなものが例示される。溶融抽出は、例えば、米国特許第５，６０５，８７０号明細書（ストローム−オルセンら（Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ ｅｔ ａｌ．））に記録されている通りに実施することができる。例えば、米国特許第６，４８２，７５８号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））に記載されている通り、レーザービーム加熱を利用した容器を使わないガラス形成技術も、本発明によるガラスを作製するのに有用である。
【００５９】
例示の粉末フィーダー装置を図１〜６に示す。粉末フィーダーアセンブリ１０００は、粉末１１１０を保持し、火炎溶融装置１５００に分配する。火炎溶融装置１５００は、粉末１１１０を溶融し、本明細書に開示されたような他の材料へと変形するために受容する粉末受容セクション１５１０を含む。粉末１１１０は、粉末フィーダーアセンブリ１０００の放出開口部１１３０から粉末受容セクション１５１０へ分配される。接続管１９００を、放出開口部１１３０と粉末受容セクション１５１０との間に配置する。また、漏斗１３００を放出開口部１１３０を離れた後、粉末１１００流れを受容し、方向付ける放出開口部１１３０に近接配置する。
【００６０】
粉末フィーダーアセンブリ１０００は、粉末１１１０を保持するホッパー１１００を含む。一般的に、ホッパー１１００は、円柱壁により画定される本体１１２０を含む。ただし、他の本体形状も可能である。また、ホッパー１１００は、単体ピースまたは多数ピースから作製することができる。例示の実施形態におけるホッパー１１００はまた、カバーセクション１２００も含む。カバーセクション１２００は、粉末１１１０をホッパー１１００に供給する開口部１７１０を含む。スクリューフィーダ、振動フィーダーまたはブラシフィーダーのような商業的に入手可能な任意の分配手段を、ホッパー１１００に粉末１１１０を充填するのに用いることができる。カバーセクション１２００はまた、シャフト受容開口部１４２２を有するセクションも含むことができる（図６に図示する通り）。
【００６１】
ブラシアセンブリ１４００は、ホッパー１１００本体１１２０内に配置する。ブラシアセンブリ１４００は、モータ１８００のようなブラシアセンブリ１４００を回転する手段に接続されている。モータ１８００はまた、モータ速度コントローラ１８５０のような、モータ１８００の速度を調整する手段に接続することもできる。用いるブラシアセンブリは、イリノイ州シカゴのマックマスターカー（ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ，Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）より入手可能な、ナイロンストリップブラシ（１インチ（２．５ｃｍ）の全体の高さ、５／１６インチ（０．８ｃｍ）の剛毛長さおよび０．０２インチ（５ミリメートル）の直径）部品番号７４７１５Ｔ６１であった。ブラシアセンブリをシャフトに結合し、これを、イリノイ州シカゴのボダインエレクトリックカンパニー（Ｂｏｄｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より入手可能なＤＣ歯車モータ（Ｇｅａｒ Ｍｏｔｏｒ）（１３０ボルト、比率６０：１、トルク２２Ｌｂ−ｉｎ）に結合しこれにより駆動した。同じくボダイン（Ｂｏｄｉｎｅ）より入手可能なタイプーＦＰＭアジャスタブルスピードＰＭモータコントロール（Ｔｙｐｅ−ＦＰＭ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ ＰＭ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、型番８１８を用いてモータの速度を制御した。
【００６２】
ブラシアセンブリ１４００は、遠端１４１１と近接端１４１２とを有する剛毛要素１４１０を含む。粉末１１１０を、火炎溶融装置１５００に分配するためにホッパー１１００に配置したら、ブラシアセンブリ１４００をホッパー１１００内で回転させる。ブラシアセンブリ１４００を回転すると、剛毛要素１４１０が、スクリーニング部材１６００を通して粉末１１１０をホッパー１１００に促す。ブラシアセンブリ１４００の回転速度を調整することにより、スクリーニング部材１６００を通る粉末１１００の供給レートを制御することができる。
【００６３】
ブラシアセンブリ１４００は、スクリーニング部材１６００と協働して、放出開口部１１３０から火炎溶融装置１５００の粉末受容セクション１５１０まで、所望の特性を有する粉末１１１０を分配する。剛毛１４１０の遠端１４１１は、スクリーニング部材１６００に近接配置されている。剛毛１４１０の遠端１４１１とスクリーニング部材１６００との間に小さな間隙を用いることができ、粉末の粒子サイズと同じ大きさに間隙を保持するのが一般的である。しかしながら、当業者であれば、扱う粉末の特定の特性に応じて間隙をこれより大きくすることができることが分かるであろう。剛毛１４１０の遠端１４１１はまた、スクリーニング部材１６００と面一に配置したり、スクリーニング部材１６００のメッシュ開口部１６１０へ突出させ、メッシュ開口部１６１０を通して延在するように配置することもできる。開口部１６１０を通って突出する剛毛１４１０については、剛毛１４１０の少なくともいくつかがメッシュサイズより小さな直径を有する必要がある。剛毛要素１４１０は、異なる直径および長さの剛毛の組み合わせを含むことができ、特定の組み合わせは、所望の操作条件に応じて異なる。
【００６４】
剛毛１４００端部１４１１の開口部１６１０への、かつ開口部１６１０を通る延在によって、剛毛１４１０は、開口部１６１０を横切るブリッジを形成する粒子を分解する。剛毛１４１０はまた、粉末供給に生じる他の種類の障害物を分解する傾向がある。剛毛要素１４１０は、単体ピースとしたり、複数の剛毛セグメントから形成することもできる。また、剛毛要素がメッシュ開口部へ、かつ／またはメッシュ開口部を通して延在するのが望ましい場合には、剛毛１４１０は、最小のメッシュ開口部１６１０より小さいサイズを選択する必要がある。
【００６５】
図示した例示の実施形態において、図３を参照すると、ホッパー１１００は円柱体１１２０を画定する壁を含むことができる。この形状は、放出開口部１１３０からの粉末のより制御されたフローレートを可能とする対称性を簡単に与える。また、円柱形は、回転ブラシアセンブリ１４００に用いるのに好適である。剛毛要素１４１０は壁に延在していて、粉末を堆積する領域をスクリーニング部材にほとんど、または全く残さないためである。しかしながら、特定の使用条件に求められる通り、他の幾何形状も可能である。
【００６６】
ホッパー１１００はまたカバーセクション１２００も含む。カバーセクション１２００は、粉末１１１０をホッパーフィーダアセンブリ１７００から受容する開口部１７１０を有する。カバーセクション１２００は、本体１１２０と協働して、粉末チャンバ１１６０を形成する。カバー１２００の開口部１７１０はまた、省略したり、シール可能として、窒素、アルゴンまたはヘリウムのようなガスを、雰囲気中で中和したり粉末または粒子を火炎溶融装置に分配するのを補助するために、ホッパー１１００のガス入力ライン１１５０へ入れることができる。また、粉末または粒子を囲む雰囲気を制御するためにシステムでガスを用いることができる。また、ガス入力ライン１９１０は、例えば、接続管１９００の放出開口部１１３０の後に配置することができる。
【００６７】
全体の粉末フィーダーアセンブリ１０００を振動させると、粉末の移動をさらに補助する。任意で、スクリーニング部材を振動させて、粉末フィーダーアセンブリ１０００を通る粉末の移動を補助することができる。当業者であれば、他の可能な振動手段を用いることができ、特定の使用条件に応じて利用可能な豊富にある市販の振動システムおよび装置があることが分かるであろう。
【００６８】
図６を参照すると、ホッパー１１００がカバー１２００および本体１１２０を含むときは、除去可能なカバー１２００によって、スクリーニング部材１６００をクリーニングまたは交換するのに粉末チャンバ１１６０に容易にアクセスすることが可能となる。また、ブラシアセンブリ１４００を、剛毛要素１４１０とスクリーニング部材１６００との間の所望の係合を形成するために配置することができる。ブラシアセンブリ１４００を回転シャフト１４２０に取り付けると、シャフト１４２０が例えば、モータ１８００により駆動されるカバー１２００の開口部１４２２外に突出する。ブラシアセンブリ１４００の速度は、速度コントローラ１８５０のような手段により制御することができる。この例示の粉末供給装置に関する更なる詳細は、２００３年１２月１８日出願の同時係属米国特許出願第１０／７３９，２３３号明細書にある。
【００６９】
一般的に、本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスは、互いに垂直で、それぞれが少なくとも１０マイクロメートルであるｘ、ｙおよびｚ寸法を有している。ある実施形態において、ｘ、ｙおよびｚ寸法は、少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、５ｍｍまたは合体すると少なくとも１０ｍｍである。材料のｘ、ｙおよびｚ寸法は、寸法の規模に応じて、目視か、顕微鏡のいずれかにより求められる。記録されたｚ寸法は、例えば、球の直径、コーティングの厚さまたはプリズム形状の最小寸法である。
【００７０】
ある金属酸化物を添加すると、本発明によるセラミックスの特性および／または結晶構造または微細構造、ならびに、セラミックを製造する原材料および中間体の処理が変わる。例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏのような酸化物を添加すると、ガラスのＴgとＴx（Ｔxは結晶化温度）の両方が変化するのが観察された。理論に拘束されるのは望むところではないが、かかる添加がガラスの形成に影響するものと考えられる。さらに、例えば、かかる酸化物の添加によって、全体の系の融点が減少し（すなわち、系を低融点共晶へと促し）、ガラスの形成が容易になる。多成分系（四元等）の錯体共晶に基づく組成物は、良好なガラス形成能を有する。その動作範囲の液体溶融物の粘度およびガラスの粘度もまた、特別に必要とされる酸化物以外の金属酸化物の添加に影響される。
【００７１】
ガラス−セラミックスを形成するためのガラスおよびガラスを含むセラミックスの結晶化はまた、材料の添加に影響される。例えば、ある金属、金属酸化物（例えば、チタン酸塩およびジルコン酸塩）およびフッ化物は、核形成剤として作用して、結晶の不均一核形成となり有用である。また、ある酸化物を添加すると、再加熱の際にガラスから失透する準安定相の性質が変化する。他の態様において、結晶ＺｒＯ2を含む本発明によるセラミックスについては、ＺｒＯ2の正方晶／立方体を安定化させることが知られている金属酸化物（例えば、Ｙ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、ＣａＯおよびＭｇＯ）を添加するのが望ましい。
【００７２】
本発明によるセラミックスを製造するための金属酸化物供給源およびその他添加剤の特定の選択は、例えば、所望の組成、微細構造、結晶度、物理的特性（例えば、硬さまたは靭性）、望ましくない不純物の存在、およびセラミックスを作製するのに用いる特定のプロセスの所望または必要な特徴（装置および溶融および／または固化前および／または最中の原材料の精製をはじめとする）を考慮に入れるのが一般的である。
【００７３】
場合によっては、Ｂ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2、Ｖ2Ｏ5およびこれらの組み合わせからなる群より選択される限られた量の金属酸化物を組み込むのが好ましい。商業的供給源を含めた供給源としては、酸化物自身、錯体酸化物、元素（例えば、Ｓｉ）粉末、鉱物、炭酸塩、酢酸塩、窒化物、塩化物、水酸化物等が挙げられる。これらの金属酸化物を添加して、例えば、得られるガラス−セラミックの物理特性を修正し、かつ／または処理を改善する。これらの金属酸化物は、用いるときは、一般的に、例えば、所望の特性に応じて、合計でガラス−セラミック材料の０超〜２０質量％（ある実施形態においては、合計で０超〜５質量％、さらに合計で０超〜２質量％）で添加する。
【００７４】
有用な処方としては、共晶組成物（例えば、三元共晶組成物）、またはそれに近いものが挙げられる。本明細書に開示された組成物に加えて、四元以上の共晶組成物といったその他のかかる組成物は、本開示内容を見れば当業者には明白である。
【００７５】
材料の微細構造または相組成物（ガラス状／結晶）は数多くのやり方で求めることができる。例えば、光学顕微鏡、電子顕微鏡、示差熱分析（ＤＴＡ）およびｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて様々な情報が得られる。
【００７６】
光学顕微鏡を用いると、アモルファス材料は、結晶境界のような光散乱中心がないため一般的に、大部分が透明であり、一方、結晶材料は結晶構造を示し、光散乱効果のために不透明である。
【００７７】
パーセントアモルファス（またはガラス）収率は、粒子（例えば、ビーズ）等について、−１００＋１２０メッシュサイズフラクション（すなわち、１５０−マイクロメートル開口部サイズと１２５−マイクロメートル開口部サイズスクリーンの間で集められたフラクション）を用いて計算することができる。測定は次のようなやり方で行う。粒子、ビーズ等の単層をガラススライドに広げる。粒子、ビーズ等を、光学顕微鏡を用いて観察する。光学顕微鏡の接眼レンズの十字をガイドとして用いて、直線に沿って並んだ粒子、ビーズ等をその光学明瞭度に応じてアモルファスか結晶かで（透明である場合はアモルファス）数える。合計で５００個の粒子、ビーズ等を数える。ただし、これより少ない粒子、ビーズ等を用いてもよく、数えられた合計の粒子、ビーズ等により除算したアモルファス粒子、ビーズ等の量によりパーセントアモルファス収率を求める。本発明の方法の実施形態でのパーセントアモルファス（またはガラス）収率は少なくとも５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００パーセントである。
【００７８】
全ての粒子がアモルファス（またはガラス）で、得られる収率が１００％未満であるのが望ましい場合には、アモルファス（またはガラス）粒子を非アモルファス（または非ガラス）粒子から分離してもよい。かかる分離は、例えば、密度および光学明瞭度に基づいて分離することをはじめとする従来の技術により行ってよい。
【００７９】
ＤＴＡを用いて、材料の対応のＤＴＡトレースが発熱結晶イベント（Ｔx）を含む場合には、材料をアモルファスと分類する。Ｔxより低い温度で同じトレースが吸熱イベント（Ｔg）を含む場合には、ガラス相からなると考えられる。材料のＤＴＡトレースがかかるイベントを含んでいない場合には、結晶相を含有すると考えられる。
【００８０】
示差熱分析（ＤＴＡ）は、以下の方法を用いて実施することができる。ＤＴＡは、−１４０＋１７０メッシュサイズフラクション（すなわち、１０５−マイクロメートル開口部サイズおよび９０−マイクロメートル開口部サイズスクリーン間で集めたフラクション）を用いて実行する（ドイツ、ゼルブのネッチインスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｓｅｌｂ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より「ネッチ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」という商品名で入手されるような計器を用いて）ことができる。各スクリーニングされた試料の量（一般的に、約４００ミリグラム（ｍｇ））を１００−マイクロリットルのＡｌ2Ｏ3試料ホルダに入れる。各試料を静的エアで１０℃／分のレートで室温（約２５℃）から１１００℃まで加熱する。
【００８１】
粉末ｘ−線回折ＸＲＤを用いて（ニュージャージー州、モーウォーのフィリップス（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ，Ｍａｈｗａｈ，ＮＪ）より「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」という商品名で入手できるようなｘ線回折装置を用いて、銅Ｋα１放射線が１．５４０５０オングストロームで）、結晶材料のＸＲＤトレースに存在するピークを、回折データの国際センター（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）が公表しているＪＣＰＤＳ（粉末回折標準委員会（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ））データベース提供の結晶相のＸＲＤパターンと比べることにより、材料に存在する相を求めることができる。さらに、ＸＲＤを定性的に用いると、相の種類を求めることができる。広い拡散強度ピークの存在は、材料のアモルファス性を示すものである。広いピークと明確なピークの両方の存在は、ガラスマトリックス中に結晶物質が存在することを示すものである。
【００８２】
初期に形成されたガラスまたはセラミック（結晶化前のガラスを含む）は、所望のものよりサイズが大きい。ガラスが所望の幾何形状および／またはサイズにある場合には、サイズ減少は通常必要ない。ロールクラッシュ、ジョークラッシュ、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、インパクトクラッシュ等をはじめとする業界に知られた粉砕および／または破砕技術を用いて、ガラスまたはセラミックを小さな片へと変換することができる。場合によっては、２回または複数の粉砕工程が望ましい。例えば、セラミックが形成された（固化した）後、所望より大きな形態にあってもよい。第１の粉砕工程には、これらの比較的大きな塊または「チャンク」を粉砕して小さな片を形成することが含まれる。これらのチャンクのこの粉砕は、ハンマーミル、インパクトクラッシャーまたはジョークラッシャーで行ってもよい。これらの小さな片を続いて粉砕して、所望の粒子サイズ分布を生成してもよい。所望の粒子サイズ分布（グリットサイズまたは等級と呼ばれることがある）を生成するためには、多数の粉砕工程を実施する必要がある。通常、粉砕条件を最適化して、所望の粒子形状および粒子サイズ分布を得る。所望のサイズでない得られた粒子は、大きすぎる場合には、再粉砕したり、小さすぎる場合には再溶融のための原材料として「再利用」および使用してもよい。
【００８３】
粒子の形状は、例えば、セラミックの組成および／または微細構造、冷却された幾何形状、およびセラミックが粉砕されるやり方（すなわち、用いる粉砕技術）に応じて異なる。通常、「塊状の」形状が好ましい場合には、この形状を得るために、用いるエネルギーを多くする。逆に、「鋭い」形状が好ましい場合には、この形状を得るために、用いるエネルギーを少なくする。粉砕技術をまた変更して、異なる所望の形状を得てもよい。ある粒子については、１：１〜５：１の平均アスペクト比が一般的に望ましく、他の実施形態においては、１．２５：１〜３：１、さらに１．５：１〜２．５：１である。
【００８４】
物品を直接所望の形状に形成することもまた本発明の範囲に含まれる。例えば、溶融物を鋳型に注ぐ、または成形することにより、所望の物品を形成（成形を含め）してもよい。例えば、２００３年２月５日出願の米国特許出願第１０／３５８，７７２号明細書の同時継続出願に記載された形成技術も参照のこと。
【００８５】
本発明によるセラミックの実施形態は、寸法に制限なく得ることができる。ガラス転移温度より高い温度で実施された合体工程によりこれが可能であることが分かった。この合体工程は、基本的に、２つ以上の小さな粒子から大きなサイズの本体を形成する。例えば、本発明によるガラスは、吸熱（Ｔx）より低い温度での発熱（Ｔg）の存在により明らかな通り、大幅な結晶化が生じる（Ｔx）前にガラス転移（Ｔg）する。例えば、セラミック（結晶化前のガラスを含む）はまた、例えば、ガラスおよび／またはファイバー等を含む粒子をＴgより高く加熱して、粒子等を合体させて形状を形成することによっても提供することができる。合体に用いる温度および圧力は、例えば、ガラスの組成および得られる材料の所望の密度に応じて異なる。温度は、ガラス転移温度より高くなければならない。ある実施形態において、加熱は、約８５０℃〜約１１００℃の範囲（ある実施形態においては９００℃〜１０００℃）の少なくとも１つの温度で行う。一般的に、ガラスの合体を補助するために合体中は、ガラスに圧力（例えば、ゼロ〜１ＧＰａ以上）をかける。一実施形態において、粒子等は、ダイに充填して、ガラスの粘性流れが比較的大きな部分の合体を導くガラス転移を超える温度でホットプレスを行う。代表的な合体技術としては、ホットプレス、ホット静水圧プレス、加熱押出し、熱間鍛造等（例えば、焼結、プラズマ補助焼結）が例示される。例えば、ガラスを含む粒子（例えば、粉砕により得られたもの）（ビーズおよび微小球を含む）、ファイバー等を大きな粒子サイズへ形成してもよい。合体によりまた、所望の形状（すなわち、幾何形状）へ成形された本体が得られる。ある実施形態において、成形された本体は、１：１を超える、さらに２：１を超えるアスペクト比を有するロッドである。ある実施形態において、さらに熱処理する前に、得られる合体した本体を冷却するのが望ましい。所望であれば、熱処理後、合体した本体を小さな粒子サイズまたは所望の粒子サイズ分布まで粉砕してもよい。
【００８６】
ガラスおよび／またはガラス−セラミック（すなわち、粒子）の合体はまた、無圧または加圧焼結、鍛造、加熱押出し等をはじめとする様々な方法により行ってもよい。
【００８７】
ある実施形態において、ガラスの合体は、後の加熱中の圧力が１．０ａｔｍの圧力の雰囲気で導かれ、１．１ａｔｍを超える（ある実施形態においては、１．２５ａｔｍ、１．５ａｔｍ、２ａｔｍ、５ａｔｍまたは１０ａｔｍを超える）圧力で、気体雰囲気が、固化するガラスの少なくとも一部の外側表面の少なくとも一部と直接接触する以外は、同じやり方で加熱された同じガラスに比べてガラスの緻密化のレートを増大するのに十分な１．１ａｔｍを超える圧力（ある実施形態においては、１．２５ａｔｍ、１．５ａｔｍ、２ａｔｍ、５ａｔｍ、さらに１０ａｔｍを超える圧力）で気体雰囲気（例えば、窒素）にて実施することができる（例えば、本出願と同日出願された米国特許出願第１０／９０１，６３８号明細書の同時継続出願を参照のこと）。ある実施形態において、窒素含有気体雰囲気は、ガラスに対して窒素の供給源として作用する（すなわち、窒素をガラスに導入する）。
【００８８】
通常、熱処理は、ガラスを熱処理してガラス−セラミックスを与えるのに業界で知られた様々なやり方で実施することができる。例えば、熱処理は、抵抗、誘導またはガス加熱炉を用いて、バッチで行うことができる。あるいは、例えば、熱処理（またはその一部）は、ロータリキルン、流動床炉またはペンデュラムキルンを用いて連続的に実施することができる。ロータリキルンまたはペンジュラムキルンの場合に、材料は、一般的に、高温で操作されるキルンに直接供給する。流動床炉の場合には、熱処理するガラスは一般的にガス（例えば、空気、不活性または還元ガス）中に懸濁する。高温の時間は、数秒（ある実施形態においては、５秒未満）から数分から数時間にわたる。温度は、ガラスのＴx〜１６００℃、より一般的には９００℃〜１６００℃、ある実施形態においては、１２００℃〜１５００℃である。多数の工程において複数の熱処理（例えば、１回は核形成、１回は結晶成長に、緻密化も一般的に結晶成長工程中に生じる）を実施することも本発明の範囲に含まれる。複数の工程の熱処理を実施するときは、一般的に、核形成および結晶成長レートのいずれか、または両方を制御するのが望ましい。通常、たいていのセラミック処理操作中、大幅な結晶成長なしで最大の緻密化を得るのが望ましい。理論に拘束されることは望むところではないが、通常は、セラミック業界においては、大きな結晶サイズだと、機械的特性の減少につながり、細かい平均結晶サイズだと、機械的特性の改善（例えば、高強度および高硬さ）につながる。特に、少なくとも９０、９５、９７、９８、９９さらに少なくとも１００パーセントの理論密度の密度を有するセラミックスを形成するのが極めて望ましい。平均結晶サイズは０．１５マイクロメートル未満、０．１マイクロメートル未満である。
【００８９】
本発明のある実施形態において、ガラスまたはガラスを含むセラミックスを熱処理する前にアニールしてもよい。かかる場合、アニールは、一般的に、数秒から数時間または数日にわたってガラスのＴｘより低い温度で行われる。一般的に、アニールは３時間未満、更には１時間未満の期間実施する。任意で、アニールはまた空気以外の雰囲気で実施してもよい。さらに、熱処理の異なる段階（すなわち、核形成工程および結晶成長工程）を異なる雰囲気下で実施してもよい。本発明によるガラスのＴgおよびＴx、Ｔx−Ｔgは、熱処理中に用いる雰囲気に応じてシフトしてもよいものと考えられる。
【００９０】
当業者であれば、業界に公知の技術を用いてガラスの時間−温度−変形（ＴＴＴ）調査から適切な条件を決めることができる。本発明の開示内容を読めば、当業者であれば、本発明によるガラス−セラミックを作製するのに用いるガラスのＴＴＴ曲線を与え、本発明によるガラス−セラミックスを提供するための適切な核形成および／または結晶成長条件を決めることができる。
【００９１】
熱処理は、例えば、材料を高温で炉に直接供給することにより行ってもよい。あるいは、例えば、材料は、低温（例えば、室温）で炉に供給してから、所定の加熱レートで所望の温度まで加熱してもよい。空気以外の雰囲気中で熱処理を実施することもまた本発明の範囲に含まれる。場合によっては、還元雰囲気中で熱処理するのが望ましい。また、例えば、熱静水圧プレス、またはガス圧力炉のようなガス圧力下で熱処理するのが望ましい。理論に拘束されることは望むところではないが、雰囲気はガラスおよびガラス−セラミックスの成分のいくつかの酸化状態に影響するものと考えられる。酸化状態のかかる変化は、ガラスおよびガラス−セラミックスの色の変化を引き起こす。さらに、核形成および結晶化工程は、雰囲気により影響される（すなわち、雰囲気はガラスのいくつかの種の原子移動度に影響する）。
【００９２】
材料の所望の特性をさらに改善するためにさらに熱処理を実施することも本発明の範囲に含まれる。例えば、熱水圧プレスを行って（約９００℃〜約１４００℃の温度で）、残渣空隙率を除去し、材料の密度を増大してもよい。
【００９３】
得られる物品または熱処理物品を変換（例えば、粉砕）して、粒子（例えば、本発明による研磨粒子）を与えることも本発明の範囲内である。
【００９４】
一般的に、ガラス−セラミックスは、形成されるガラスより強い。従って、材料の強度を、例えば、ガラスが結晶質セラミック相に変換される程度まで調整してもよい。あるいは、またはこれに加えて、材料の強度は、例えば、作製される核形成部位の数に影響され、これを用いると結晶相の結晶の数およびサイズに影響する。ガラス−セラミックの形成に関するさらなる詳細については、例えば、ガラス−セラミックス、Ｐ．Ｗ．マクミラン（ＭｃＭｉｌｌａｎ）、アカデミックプレス社（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）、第２版、１９７９年を参照のこと。
【００９５】
多くのその他の種類のセラミック処理（すなわち、焼結材料から緻密な焼結セラミック材料への焼結）に比べると、ガラス−セラミックを形成するためのガラスの結晶化中の収縮は比較的少ない（一般的に３０体積パーセント未満、ある実施形態においては２０体積パーセント未満、１０体積パーセント未満、５体積パーセント未満、さらに３体積パーセント未満）。収縮の実際の量は、例えば、ガラスの組成、熱処理時間、熱処理温度、熱処理圧力、結晶化するガラスの密度、形成される結晶相の相対量および結晶度に応じて異なる。収縮の量は、膨張計、アルキメデス法または熱処理前後の材料の寸法測定をはじめとする業界に知られた従来の技術により測定することができる。場合によっては、熱処理中揮発性種が発生することがある。
【００９６】
ある実施形態において、比較的低い収縮特徴は特に有利である。例えば、物品は所望の形状および寸法（すなわち、略最終形状）までガラス中に形成された後に、熱処理して、ガラスを少なくとも部分的に結晶化する。その結果、結晶化材料の製造および機械加工に関る大幅なコスト削減が実現される。
【００９７】
ある実施形態において、ガラスは、それぞれ少なくとも１ｃｍ（ある実施形態においては、少なくとも５ｃｍ、さらに少なくとも１０ｃｍ）のｘ、ｙ、ｚ方向を有し、ガラスは体積を有し、得られるガラス−セラミックは、それぞれ少なくとも１ｃｍ（ある実施形態においては、少なくとも５ｃｍ、さらに少なくとも１０ｃｍ）のｘ、ｙ、ｚ方向を有し、ガラス−セラミックはガラス体積の少なくとも７０（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６または少なくとも９７）パーセントの体積を有する。
【００９８】
例えば、本発明によるガラス−セラミックスを作製するための例示のガラスの熱処理中、Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7および／または立方／正方晶ＺｒＯ2、場合によっては、単斜晶ＺｒＯ2のような相の形成が約９００℃を超える温度で生じる。理論に拘束されることは望むところではないが、ジルコニア関連相が第１の相でガラスから核形成をするものと考えられる。Ａｌ2Ｏ3、ＲｅＡｌＯ3（式中、Ｒｅは少なくとも１つの希土類カチオンである）、ＲｅＡｌ11Ｏ18、Ｒｅ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12等の相の形成は、約９２５℃を超える温度で生じると考えられる。一般的に、この核形成工程中の結晶子サイズはおよそ数ナノメートルである。例えば、１０〜１５ナノメートルと小さい結晶が観察されている。少なくともある実施形態については、約１３００℃で約１時間の熱処理により完全な結晶化がなされる。通常、核形成および結晶成長工程のそれぞれの熱処理時間は、数秒（ある実施形態においては５秒未満）から数分から１時間以上に及ぶ。
【００９９】
平均結晶サイズは、ＡＳＴＭ規格Ｅ １１２−９６「平均粒径を求めるための標準試験方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ）」に従ったラインインターセプト法により求めることができる。試料を、一般的に、直径約２．５ｃｍ、長さ約１．９ｃｍの樹脂のシリンダの装着樹脂（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「トランスオプティックパウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」という商品名で入手されるようなもの）に装着する。ポリッシャ（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））より「ＥＰＯＭＥＴ３」という商品名で入手されるようなもの）を用いる従来のポリッシング技術を用いて装着セクションを作製する。試料を約３分間ダイヤモンド砥石で磨き、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーで５分間磨く。装着および磨いた試料を、金−パラジウムの薄層によりスパッタリングし、走査電子顕微鏡（マサチューセッツ州、ピーボディ（Ｐｅａｂｏｄｙ，ＭＡ））のＪＯＥＬ製型番ＪＳＭ８４０Ａ等）を用いて検査する。試料にある微細構造の代表的な背面散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真を用いて、次のようにして平均結晶サイズを求める。顕微鏡写真に引かれた不規則な直線の単位長さ（ＮL）当たりの交差する結晶子の数を数える。平均結晶子サイズをこの数から次の等式から求める。平均結晶サイズ＝１．５／（ＮLＭ）、式中、ＮLは単位長さ当たりの交差する結晶子の数であり、Ｍは顕微鏡写真の倍率である。
【０１００】
他の実施形態において、本発明によるセラミックス（ガラス−セラミックス）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００体積パーセントの結晶子を含み、結晶子の平均サイズは、１マイクロメートル未満、０．５マイクロメートル未満、０．３マイクロメートル未満または０．１５マイクロメートル未満である。
【０１０１】
本発明によるセラミックス中に存在する結晶相としては、アルミナ（例えば、アルファおよび遷移アルミナ）、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2（例えば、立方ＺｒＯ2および正方晶ＺｒＯ2）、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＴｅＯ2、ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、ＺｎＯのような１種類以上の他の金属酸化物、ならびに「錯体金属酸化物」（錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物（例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯ（例えば、ＲｅＡｌＯ3（例えば、ＧｄＡｌＯ3、ＬａＡｌＯ3）、ＲｅＡｌ11Ｏ18（例えば、ＬａＡｌ11Ｏ18）およびＲｅ3Ａｌ5Ｏ12（例えば、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12））、錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3（例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）および錯体ＺｒＯ2・ＲＥＯ（例えば、Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7））およびこれらの組み合わせが例示される。一般的に、本発明によるセラミックスには、共晶微細構造特徴がない。
【０１０２】
ある実施形態において、本発明によるセラミックスは、セラミックの総質量に基づいて、ＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2３０質量パーセントまで（ある実施形態において、１５〜３０質量パーセントのＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2をさらに含む。
【０１０３】
錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物（例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯおよび／または錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3（例えば、ガーネット結晶構造を示すアルミン酸イットリウム））中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも本発明の範囲に含まれる。例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃoおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される元素の少なくとも１つのカチオンと置換してもよい。例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3のＹカチオンの一部を、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｈ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される元素の少なくとも１つのカチオンと置換してもよい。さらに、例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯの希土類カチオンの一部を、Ｙ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される元素の少なくとも１つのカチオンと置換してもよい。上述したカチオンの置換は、セラミックの特性（例えば、硬さ、靭性、強度、熱伝導率等）に影響する。
【０１０４】
セラミックス（ガラスおよびガラス−セラミックスを含む）およびその製造方法に関するさらなる詳細（組成、製造、使用および特性）は、米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、同第０９／９２２，５２７号明細書、同第０９／９２２，５２８号明細書および同第０９／９２２，５３０号明細書（それぞれ２００１年８月２日に出願され現在は放棄されている）、同第１０／２１１，５９７号明細書、同第１０／２１１，６３８号明細書、同第１０／２１１，６２９号明細書、同第１０／２１１，５９８号明細書、同第１０／２１１，６３０号明細書、同第１０／２１１，６３９号明細書、同第１０／２１１，０３４号明細書、同第１０／２１１，０４４号明細書、同第１０／２１１，６２８号明細書、同第１０／２１１，４９１号明細書、同第１０／２１１，６４０号明細書および同第１０／２１１，６８４号明細書（それぞれ２００２年８月２日に出願）、同第１０／３５８，７７２号明細書、同第１０／３５８，７６５号明細書、同第１０／３５８，９１０号明細書、同第１０／３５８，８５５号明細書および同第１０／３５８，７０８号明細書（それぞれ２００３年２月５日に出願）ならびに同第１０／７４０，２６２号明細書、同第１０／７９４，４２０号明細書、同第１０／７３９，４４０号明細書、同第１０／７４０，０９６号明細書、同第１０／７３９，４４１号明細書、同第１０／７３９，６２４号明細書、同第１０／７３９，４３９号明細書（２００３年１２月１８日出願）にある。
【０１０５】
本発明によるガラス−セラミックの実施形態を提供するためのアモルファス材料の熱処理により形成された結晶は、例えば、針状等軸、円柱または平坦な平板状特徴であってもよい。
【０１０６】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを作製するあるガラスは、少なくとも７５（ある実施形態においては、少なくとも８０、８５または少なくとも９０、ある実施形態においては７５〜９０）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3、少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも１、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０または２３．９、ある実施形態においては、１０〜２３．９または１５〜２３．９）質量パーセントのＬａ2Ｏ3、少なくとも１（ある実施形態においては、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０または２４．８、ある実施形態においては１０〜２４．８、１５〜２４．８）質量パーセントのＹ2Ｏ3および少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７または８、ある実施形態においては、０．１〜８または０．１〜５または０．１〜２）質量パーセントのＭｇＯをガラスまたはガラス−セラミックの総質量に基づいてそれぞれ含む。
【０１０７】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを製造するのに用いるあるガラスは、少なくとも７５（ある実施形態においては、少なくとも８０、８５または少なくとも９０、ある実施形態においては７５〜９０）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3、および少なくとも１（ある実施形態においては、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０または２５、ある実施形態においては、１０〜２５、１５〜２５）質量パーセントのＹ2Ｏ3をガラス−セラミックまたはガラスの総質量に基づいてそれぞれ含む。
【０１０８】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを製造するのに用いるあるガラスは、少なくとも７５（ある実施形態においては、少なくとも８０、８５または少なくとも９０）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3、および少なくとも１０（ある実施形態においては、少なくとも１５、２０または少なくとも２５）質量パーセントのＹ2Ｏ3をガラス−セラミックまたはガラスの総質量に基づいてそれぞれ含む。
【０１０９】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを製造するのに用いるあるガラスは、ＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2を含み、ＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2の量は、ガラス−セラミックまたはガラスの総質量に基づいて少なくとも５、１０、１５または少なくとも２０質量パーセントでそれぞれ存在する。
【０１１０】
本発明によるガラスまたはガラス−セラミック等はバルク材料の形態であってもよいが、本発明によるガラス、ガラス−セラミック等を含む複合体を提供することも本発明の範囲に含まれる。かかる複合体は、例えば、本発明によるガラス、ガラス−セラミック等または層状複合体構造（すなわち、ガラス−セラミックスの異なる組成のガラス−セラミックおよび／または層を作製するのに用いるガラスに対してガラス−セラミックの勾配）に分散された相またはファイバー（連続または不連続）または粒子（ウィスカを含む）（例えば、金属酸化物粒子、ホウ化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、ダイヤモンド粒子、金属粒子、ガラス粒子およびこれらの組み合わせ）を含んでいてもよい。
【０１１１】
本発明によるあるガラスは、例えば、約７５０℃〜約９５０℃の範囲のＴgを有していてもよい。
【０１１２】
本発明による材料の平均硬さは次のようにして求めることができる。材料のセクションを、直径約２．５ｃｍ、長さ約１．９ｃｍの樹脂のシリンダの装着樹脂（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「トランスオプティックパウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」という商品名で入手）に装着する。ポリッシャ（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））より「ＥＰＯＭＥＴ３」という商品名で入手されるようなもの）を用いる従来のポリッシング技術を用いて装着セクションを作製する。試料を約３分間１２５−マイクロメートルのダイヤモンドを含有するダイヤモンド砥石で磨き、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーで５分間磨く。１００−グラムのインデント荷重を用いてヴィッカース圧子を備えた従来の微小硬さテスター（日本、東京のミツトヨ社（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）より「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」という商品名で入手されるようなもの）を用いて微小硬さ測定を行う。微小硬さ測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４、材料の微小硬さの試験方法（１９９１年）に記載された指針に従って行う。平均硬さは１０回の測定の平均である。
【０１１３】
本発明によるあるガラスの平均硬さは、少なくとも５ＧＰａ（ある実施形態においては、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａまたは９ＧＰａ、一般的に約５ＧＰａ〜約１０ＧＰａ）、本発明による結晶質セラミックスは少なくとも５ＧＰａ（ある実施形態においては、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、９ＧＰａ、１０ＧＰａ、１１ＧＰａ、１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａまたは１８ＧＰａ、一般的に約５ＧＰａ〜１８ＧＰａ）、および本発明によるガラスおよび結晶質セラミックを含むガラス−セラミックスまたは本発明によるセラミックスは少なくとも５ＧＰａ（ある実施形態において、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、９ＧＰａ、１０ＧＰａ、１１ＧＰａ、１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａまたは１８ＧＰａ（以上）、一般的に約５ＧＰａ〜約１８ＧＰａ）である。ある実施形態において、本発明による研磨粒子の平均硬さは少なくとも１５ＧＰａ、ある実施形態においては、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａさらに少なくとも１８ＧＰａである。
【０１１４】
本発明による特定のガラスの熱膨張係数は、例えば、少なくとも２５℃〜約９００℃の温度範囲にわたって、約５×１０-6／Ｋ〜約１１×１０-6／Ｋの範囲である。
【０１１５】
一般的かつ望ましくは、本発明によるセラミックの比重と呼ばれることもある（真の）密度は、一般的に、理論密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明によるセラミックの（真の）密度は、理論密度の少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％または１００％である。本発明による研磨粒子の密度は、理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％または１００％である。
【０１１６】
物品は、例えば、フィラー、強化材料および／またはマトリックス材料として、本発明によるセラミックを用いて作製することができる。例えば、本発明によるセラミックは、複合体（例えば、セラミック、金属またはポリマー（熱硬化または熱可塑））に強化材料として用いるのに好適な粒子および／またはファイバーの形態とすることができる。粒子および／またはファイバーは、例えば、マトリックス材料のモジュラス、熱抵抗性、耐摩耗性および／または強度を増大してもよい。複合体を作製するのに用いる粒子および／またはファイバーのサイズ、形状および量は、例えば、特定のマトリックス材料および複合体の使用に応じて異なるものの、強化粒子のサイズは、一般的に、約０．１〜１５００マイクロメートル、より一般的には１〜５００マイクロメートル、望ましくは２〜１００マイクロメートルである。ポリマー用途についての粒子の量は、一般的に、約０．５〜約７５質量パーセント、より一般的には約１〜約５０質量パーセントである。熱硬化性ポリマーとしては、フェノール、メラミン、ウレア、ホルムアルデヒド、アクリレート、エポキシ、ウレタンポリマー等が例示される。熱硬化性ポリマーとしては、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド等が例示される。
【０１１７】
強化ポリマー材料（すなわち、ポリマーに分散された本発明による強化粒子）の用途としては、例えば、コンクリート、家具、床、道路、木材、木材状材料、セラミックス等の保護コーティング、滑り防止コーティングおよび射出成形プラスチック部品およびコンポーネントが例示される。
【０１１８】
さらに、例えば、本発明によるセラミックは、マトリックス材料として用いることができる。例えば、本発明によるセラミックスは、ダイヤモンド、立方−ＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｓｉ3Ｎ4およびＳｉＣのようなセラミック材料等のバインダーとして用いることができる。かかる材料を含む有用な物品としては、複合体基材コーティング、切削工具インサート研磨凝集体およびビトリファイド砥石のような結合研磨物品が例示される。本発明によるセラミックスは、例えば、複合体物品のモジュラス、熱抵抗性、耐摩耗性および／または強度を増大するために、バインダーとして用いることができる。
【０１１９】
本発明による研磨粒子は、通常、結晶質セラミック（例えば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５または１００体積パーセントの量の結晶質セラミック）を含む。他の態様において、本発明は、細かいから粗いまで、粒子サイズ分布を有する複数の粒子を提供し、複数の粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である。他の態様において、本発明による研磨粒子の実施形態は、通常、本発明によるガラス−セラミックを含む（例えば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５または１００体積パーセント）。
【０１２０】
本発明による研磨粒子は、周知の技術およびＡＮＳＩ（アメリカ規格協会）規格、ＦＥＰＡ（欧州研磨製品製造連盟）またはＪＩＳ（日本工業規格）等級のような業界に認められた等級分け規格をはじめとする業界に周知の技術を用いてスクリーニングおよび等級分けされる。本発明による研磨粒子は、一般的に、約０．１〜約５０００マイクロメートル、約１〜約２０００マイクロメートル、約５〜約１５００マイクロメートル、さらに、ある実施形態においては、約１００〜約１５００マイクロメートルの広い範囲の粒子サイズで用いられる。
【０１２１】
ある粒子サイズ分布において、粗い粒子から細かい粒子まで、ある範囲の粒子サイズである。研磨業界において、この範囲は「粗さ」「制御」および「細かい」フラクションと呼ばれることがある。研磨業界に受け入れられた等級分け規格に従って等級分けした研磨粒子は、数値限定内の各公称グレードについての粒子サイズ分布を指定する。かかる業界が認める等級分け規格としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格および日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。ＡＮＳＩ等級名称（すなわち、規定の公称グレード）としては、ＡＮＳＩ４、ＡＮＳＩ６、ＡＮＳＩ８、ＡＮＳＩ１６、ＡＮＳＩ２４、ＡＮＳＩ３６、ＡＮＳＩ４０、ＡＮＳＩ５０、ＡＮＳＩ６０、ＡＮＳＩ８０、ＡＮＳＩ１００、ＡＮＳＩ１２０、ＡＮＳＩ１５０、ＡＮＳＩ１８０、ＡＮＳＩ２２０、ＡＮＳＩ２４０、ＡＮＳＩ２８０、ＡＮＳＩ３２０、ＡＮＳＩ３６０、ＡＮＳＩ４００およびＡＮＳＩ６００が挙げられる。ＦＥＰＡ等級名称としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００およびＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳ等級名称としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００およびＪＩＳ１０，０００が挙げられる。
【０１２２】
粉砕およびスクリーニング後には、様々な異なる研磨粒子サイズ分布または等級がある。これらの様々な等級は、特定の時にはメーカーまたは供給業者のニーズに合わないことがある。棚卸を最小にするために、ガラスを形成するために需要外等級を溶融物に戻して再利用することができる。この再利用は、粉砕工程後に行われ、粒子は、特定の分布までスクリーニングされなかった大きなチャンクまたは小さな片（「ファイン」と呼ばれることがある）である。
【０１２３】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラス粒子またはガラスを含む粒子を熱処理して、本発明によるガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供する工程を含む研磨粒子を製造する方法を提供する。あるいは、例えば、本発明は、本発明によるガラスを熱処理する工程と、前記得られる熱処理された材料を粉砕して、本発明によるガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供する工程とを含む研磨粒子を製造する方法を提供する。粉砕時、ガラスは、大幅に結晶化されたガラス−セラミックスまたは結晶材料を粉砕するよりも鋭い粒子を与える傾向がある。
【０１２４】
他の態様において、本発明は、バインダーにより結合された本発明による複数の研磨粒子をそれぞれ含む凝集砥粒を提供する。他の態様において、本発明は、研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子（研磨粒子が凝集しているものを含む）であるバインダーと複数の研磨粒子を含む研磨物品（例えば、被覆研磨物品、結合研磨物品（ビトリファイド、レジノイドおよび金属結合砥石車、切断ホイル、軸付け砥石およびホーニング砥石）、不織研磨物品および研磨ブラシ）を提供する。かかる研磨物品の製造方法および研磨製品の使用は当業者に周知である。さらに、本発明による研磨粒子は、研磨化合物（例えば、ポリッシング化合物）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体等のスラリー等、研磨粒子を利用する研磨用途に用いることができる。
【０１２５】
被覆研磨物品は、通常、バッキングと、研磨粒子と、研磨粒子をバッキングに保持するための少なくとも１種類のバインダーとを含む。バッキングは、布、ポリマーフィルム、ファイバー、不織ウェブ、紙、これらの組み合わせおよびこれらを処理したものをはじめとするいずれかの好適な材料とすることができる。好適なバインダーとしては、無機または有機バインダー（熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂）が挙げられる。研磨粒子は、被覆研磨物品の１層または２層中に存在させることができる。
【０１２６】
被覆研磨製品の一例を図７に示す。図７によれば、被覆研磨物品１はバッキング（基材）２と研磨層３とを有している。研磨層３は、メイクコート５およびサイズコート６によりバッキング２の主面に固定された本発明による研磨粒子４を含んでいる。場合によっては、スーパーサイズコート（図示せず）を用いる。
【０１２７】
結合研磨物品は、一般的に、有機、金属またはビトリファイドバインダーにより保持された研磨粒子の成形された塊を含む。かかる成形された塊は、例えば、砥石車または切断ホイールのような車輪の形態とすることができる。砥石車の直径は、一般的に、約１ｃｍ〜１メートルを超え、切断ホイールの直径は約１ｃｍ〜８０ｃｍを超える（より一般的には３ｃｍ〜約５０ｃｍ）。切断ホイールの厚さは、一般的に、約０．５ｍｍ〜約５ｃｍ、より一般的には約０．５ｍｍ〜約２ｃｍである。成形された塊は、また、例えば、ホーニング石、セグメント、軸付け砥石、ディスク（例えば、両頭平面研削盤）またはその他従来の結合研磨形状の形態とすることもできる。結合研磨物品は、一般的に、結合研磨物品の総体積に基づいて、約３〜５０体積％の結合材料、約３０〜９０体積％の研磨粒子（または研磨粒子ブレンド）、５０体積％までの添加剤（研削助剤）および７０体積％までのポアを含む。
【０１２８】
例示の砥石車を図８に示す。図８に、車輪に成形されハブ１２に装着された、本発明による研磨粒子１１を含む砥石車１０を示す。
【０１２９】
不織研磨物品は、一般的に、構造全体に分配され、有機バインダーにより接着接合された本発明による研磨粒子を有する開放気泡のかさ高いポリマーフィラメントを含む。フィラメントとしては、ポリエステルファイバー、ポリアミドファイバーおよびポリアラミドファイバーが例示される。例示の不織物品を図９に示す。図９に、代表的な研磨物品の約１００倍拡大した概略図を示す。これは、基材として繊維状マット５０を含み、この上に本発明による研磨粒子５２がバインダー５４により接合している。
【０１３０】
有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体化された複数の剛毛を有するようなものが挙げられる（例えば、米国特許第５，４２９，５９５号明細書（ピールら（Ｐｉｈｌ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４４３，９０６号明細書（ピールら（Ｐｉｈｌ ｅｔ ａｌ．））、同第５，６７９，０６７号明細書（ジョンソンら（Ｊｏｈｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．））および同第５，９０３，９５１号明細書（イオンタら（Ｉｏｎｔａ ｅｔ ａｌ．））を参照のこと）。望ましくは、かかるブラシは、ポリマーと研磨粒子の混合物を射出成形することにより作製される。
【０１３１】
研磨物品を製造するのに好適な有機バインダーとしては、熱硬化性有機ポリマーが挙げられる。好適な熱硬化性有機ポリマーとしては、フェノール樹脂、ウレア−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、懸垂α、β−不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシおよびこれらの組み合わせが例示される。バインダーおよび／または研磨物品はまた、ファイバー、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロピー材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイト等）、カップリング剤（例えば、シラン、チタネート、ジルコアルミネート等）、可塑剤、沈殿防止剤等といった添加剤も含むことができる。これらの任意の添加剤の量は、所望の特性を与えるように選択する。カップリング剤は、研磨粒子および／またはフィラーへの接着を改善することができる。バインダーの化学的性質では、熱硬化、放射線硬化またはこれらの組み合わせを行うことができる。バインダーの化学的性質の更なる詳細は、米国特許第４，５８８，４１９号明細書（カウルら（Ｃａｕｌ ｅｔ ａｌ．））、同第４，７５１，１３８号明細書（ツーメイら（Ｔｕｍｅｙ ｅｔ ａｌ．））および同第５，４３６，０６３号明細書（フォレットら（Ｆｏｌｌｅｔｔ ｅｔ ａｌ．））にある。
【０１３２】
ビトリファイド結合研磨材に関して、より具体的には、アモルファス構造を示し、一般的には硬質のガラス質の結合材料が業界では周知である。場合によっては、ガラス質結合材料は結晶相を含む。本発明による結合されたビトリファイド研磨物品は、ホイール（切断ホイールを含む）、ホーニング砥石、軸付け砥石またはその他従来の結合研磨材形状の形状であってもよい。ある実施形態において、本発明によるビトリファイド結合研磨物品は、砥石車の形態にある。
【０１３３】
ガラス質結合材料を形成するのに用いる金属酸化物としては、シリカ、シリケート、アルミナ、ソーダ、カルシア、ポタッシア、チタニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化リチウム、マグネシア、ボリア、ケイ酸アルミニウム、ホウケイ酸塩ガラス、リチウムケイ酸アルミニウム、これらの組み合わせ等が例示される。一般的に、ガラス状結合材料は、１０〜１００％のガラスフリットを含む組成物から形成することができる。ただし、より一般的には、組成物は２０％〜８０％のガラスフリット、または３０％〜７０％のガラスフリットを含む。ガラス質結合材料の残りの部分は、非フリット材料とすることができる。あるいは、ガラス質結合は、非フリット含有組成物から誘導してもよい。ガラス質結合材料は、一般的に、約７００℃〜約１５００℃の範囲、通常は約８００℃〜１３００℃の範囲、場合によっては約９００℃〜約１２００℃の範囲、または約９５０℃〜約１１００℃の範囲の温度で養生させる。結合が養生される実際の温度は、例えば、特定の結合の化学に応じて異なる。
【０１３４】
ある実施形態において、ビトリファイド結合材料としては、シリカ、アルミナ（望ましくは、少なくとも１０質量パーセントのアルミナ）およびボリア（望ましくは、少なくとも１０質量パーセントのボリア）を含むようなものが挙げられる。たいていの場合、ビトリファイド結合材料は、さらに、アルカリ金属酸化物（例えば、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏ）（場合によっては、少なくとも１０質量パーセントのアルカリ金属酸化物）を含む。
【０１３５】
バインダー材料はまた、一般的に微粒子材料の形態のフィラー材料または研削補助を含有していてもよい。一般的に、微粒子材料は無機材料である。本発明に好適なフィラーとしては、金属炭酸塩（例えば、炭酸カルシウム（例えば、白亜、方解石、泥炭、トラバーチン、大理石および石灰石）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸マグネシウム）、シリカ（例えば、水晶、ガラスビーズ、ガラス泡およびガラスファイバー）、シリケート（例えば、タルク、クレイ（モンモリロン石）、長石、マイカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム）、金属硫酸塩（例えば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム）、石膏、蛭石、木粉、三水和アルミニウム、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）および金属亜硫酸塩（例えば、亜硫酸カルシウム）が例示される。
【０１３６】
通常、研削助剤を添加すると、研磨物品の耐用年数が増加する。研削助剤は、研磨の化学および物理プロセスに重大な影響を与える材料であり、その結果性能が改善される。理論に拘束されることは望むところではないが、研削助剤は、（ａ）研磨粒子と研磨されているワークピースとの間の摩擦を減じ、（ｂ）研磨粒子を「キャッピング」から保護する（すなわち、研磨粒子の上部に金属粒子が溶接されるのを防ぐ）または研磨粒子がキャップされる傾向を少なくとも減じる、（ｃ）研磨粒子とワークピースとの間の界面温度を下げる、または（ｄ）研削力を減じるものと考えられている。
【０１３７】
研磨助剤には、様々な異なる材料が含まれ、無機または有機系とすることができる。研磨助剤の化学群としては、ろう、有機ハロゲン化物化合物、ハロゲン化物塩、金属およびそれらの合金が例示される。有機ハロゲン化物化合物は、一般的に、研磨中に分解されて、ハロゲン酸またはガス状ハロゲン化化合物を放出する。かかる材料としては、塩素化ろう、例えば、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンおよびポリ塩化ビニルが例示される。ハロゲン化物塩としては、塩化ナトリウム、氷晶石カリウム、氷晶石ナトリウム、氷晶石アンモニウム、四フッ化ホウ酸カリウム、四フッ化ホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウムおよび塩化マグネシウムが例示される。金属としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、チタンが例示される。その他の様々な研削助剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイトおよび金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを用いることも本発明の範囲内であり、場合によっては相乗効果を奏す。
【０１３８】
研削助剤は、被覆研磨材および結合研磨物品に特に有用である。被覆研磨物品において、研削助剤は、一般的に、研磨粒子の表面に適用されるスーパーサイズコートに用いられる。しかしながら、研削助剤はサイズコートに添加されることがある。一般的に、被覆研磨物品に組み込まれる研削助剤は、約５０〜３００ｇ／ｍ2（望ましくは、約８０〜１６０ｇ／ｍ2）である。ビトリファイド結合研磨物品において、研削助剤は、一般的に物品のポアに含浸される。
【０１３９】
研磨物品は、本発明による研磨粒子を１００％含有したり、かかる研磨粒子と他の研磨粒子および／または希釈粒子とのブレンドを含有することができる。しかしながら、研磨物品中の研磨粒子の少なくとも約２質量％、望ましくは少なくとも約５質量％、より望ましくは約３０〜１００質量％を、本発明による研磨粒子とすべきである。場合によっては、本発明による研磨粒子は、他の研磨粒子および／または希釈粒子と、５〜７５質量％、約２５〜７５質量％、約４０〜６０質量％、または約５０〜５０質量％（すなわち、質量基準で等量で）の比率でブレンドしてもよい。好適な従来の研磨粒子としては、溶融酸化アルミニウム（白色溶融酸化アルミナ、熱処理済み酸化アルミニウムおよび褐色酸化アルミニウム）、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナジルコニアおよびゾル−ゲル誘導研磨粒子等が例示される。ゾル−ゲル誘導研磨粒子はシードまたは非シードであってもよい。同様に、ゾル−ゲル誘導研磨粒子は、不規則形状であっても、ロッドや三角のようなそれに関連した形状であってもよい。ゾルゲル研磨粒子としては、米国特許第４，３１４，８２７号明細書（ライサイザーら（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，５１８，３９７号明細書（ライサイザーら（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガーら（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，７４４，８０２号明細書（シュワーベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、同第４，７７０，６７１号明細書（モンローら（Ｍｏｎｒｏｅ ｅｔ ａｌ．））、同第４，８８１，９５１号明細書（ウッドら（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０１１，５０８号明細書（ワルドら（Ｗａｌｄ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０９０，９６８号明細書（ピロー（Ｐｅｌｌｏｗ））、同第５，１３９，９７８号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、同第５，２０１，９１６号明細書（ベルグら（Ｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．））、同第５，２２７，１０４号明細書（バウワー（Ｂａｕｅｒ））、同第５，３６６，５２３号明細書（ローヴェンホルストら（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４２９，６４７号明細書（ラミー（Ｌａｒｍｉｅ））、同第５，４９８，２６９号明細書（ラミー（Ｌａｒｍｉｅ））および同第５，５５１，９６３号明細書（ラミー（Ｌａｒｍｉｅ））に記載されたものが例示される。原材料源としてアルミナ粉末を用いて作製された焼結アルミナ研磨粒子に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第５，２５９，１４７号明細書（ファルツ（Ｆａｌｚ））、同第５，５９３，４６７号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ））および同第５，６６５，１２７号明細書（モルトゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））にもある。溶融研磨粒子に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第１，１６１，６２０号明細書（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、同第１，１９２，７０９号明細書（トーン（Ｔｏｎｅ））、同第１，２４７，３３７号明細書（サンダースら（Ｓａｕｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ．））、同第１，２６８，５３３号明細書（アレン（Ａｌｌｅｎ））および同第２，４２４，６４５号明細書（バウマンら（Ｂａｕｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．））、同第３，８９１，４０８号明細書（ラウズら（Ｒｏｗｓｅ ｅｔ ａｌ．））、同第３，７８１，１７２号明細書（ペットら（Ｐｅｔｔ ｅｔ ａｌ．））、同第３，８９３，８２６号明細書（キナンら（Ｑｕｉｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第４，１２６，４２９号明細書（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、同第４，４５７，７６７号明細書（プーンら（Ｐｏｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０２３，２１２号明細書（ダボーら（Ｄｕｂｏｔｓ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１４３，５２２号明細書（ギブソンら（Ｇｉｂｓｏｎ ｅｔ ａｌ．））および同第５，３３６，２８０号明細書（ダボーら（Ｄｕｂｏｔｓ ｅｔ ａｌ．））および米国特許出願第０９／４９５，９７８号明細書、同第０９／４９６，４２２号明細書、同第０９／４９６，６３８号明細書および同第０９／４９６，７１３号明細書（それぞれ、２０００年２月２日出願）、同第０９／６１８，８７６号明細書、同第０９／６１８，８７９号明細書、同第０９／６１９，１０６号明細書、同第０９／６１９，１９１号明細書、同第０９／６１９，１９２号明細書、同第０９／６１９，２１５号明細書、同第０９／６１９，２８９号明細書、同第０９／６１９，５６３号明細書、同第０９／６１９，７２９号明細書、同第０９／６１９，７４４号明細書および同第０９／６２０，２６２号明細書（それぞれ、２０００年７月１９日出願）、同第０９／７０４，８４３号明細書（２０００年１１月２日出願）および同第０９／７７２，７３０号明細書（２００１年１月３０日出願）にある。セラミック研磨粒子に関するさらなる詳細は、米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、同第０９／９２２，５２７号明細書、同第０９／９２２，５２８号明細書および第０９／９２２，５３０号明細書（それぞれ２００１年８月２日に出願され現在は放棄されている）、同第１０／２１１，５９７号明細書、同第１０／２１１，６３８号明細書、同第１０／２１１，６２９号明細書、同第１０／２１１，５９８号明細書、同第１０／２１１，６３０号明細書、同第１０／２１１，６３９号明細書、同第１０／２１１，０３４号明細書、同第１０／２１１，０４４号明細書、同第１０／２１１，６２８号明細書、同第１０／２１１，４９１号明細書、同第１０／２１１，６４０号明細書および同第１０／２１１，６８４号明細書（それぞれ２００２年８月２日に出願）、同第１０／３５８，７７２号明細書、同第１０／３５８，７６５号明細書、同第１０／３５８，９１０号明細書、同第１０／３５８，８５５号明細書および同第１０／３５８，７０８号明細書（それぞれ２００３年２月５日に出願）にある。
【０１４０】
場合によっては、研磨粒子のブレンドにより、いずれかの種類の研磨粒子を１００％含む研磨物品に比べて改善された研削性能を示す研磨物品が得られる。
【０１４１】
研磨粒子のブレンドがある場合、ブレンドを形成する研磨粒子の種類は同じサイズであってもよい。あるいは、研磨粒子の種類は異なる粒子サイズであってもよい。例えば、大きなサイズの研磨粒子は、本発明による研磨粒子で、小さなサイズの粒子は他の研磨粒子の種類であってもよい。逆に、例えば、小さなサイズの研磨粒子が本発明による研磨粒子で、大きなサイズの粒子が他の研磨粒子の種類であってもよい。
【０１４２】
好適な希釈剤粒子としては、大理石、石膏、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラス泡およびガラスビーズを含む）、アルミナ泡、アルミナビーズおよび希釈凝集体が例示される。
【０１４３】
本発明による研磨粒子はまた、研磨凝集体中に、またはこれらと共に混合することもできる。研磨凝集体粒子一般的に、複数の研磨粒子、バインダーおよび任意の添加剤を含む。バインダーは有機および/または無機であってよい。研磨凝集体は、不規則形状、またはそれに関連した所定の形状を有していてもよい。形状はブロック、円筒、角錐、コイン、正方形等であってもよい。研磨凝集体粒子は、約１００〜約５０００マイクロメートル、一般的に約２５０〜約２５００マイクロメートルの粒子サイズを有している。研磨凝集体粒子に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第４，３１１，４８９号明細書（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、同第４，６５２，２７５号明細書（ブレッシャーら（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，７９９，９３９号明細書（ブレッシャーら（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，５４９，９６２号明細書（ホルメら（Ｈｏｌｍｅｓ ｅｔ ａｌ．））および同第５，９７５，９８８号明細書（クリスチアンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））および、２０００年１０月１６日出願の米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書および同第０９／６８８，４８４号明細書、２０００年１０月１６日出願の同第０９／６８８，４４４号明細書、同第０９／６８８，４８４号明細書および同第０９／６８８，４８６号明細書、ならびに２００１年１０月５日出願の同第０９／９７１，８９９号明細書、同第０９／９７２，３１５号明細書および同第０９／９７２，３１６号明細書にある。
【０１４４】
研磨粒子は、研磨物品に均一に分配しても、研磨物品の選択した領域または部分に濃縮させてもよい。例えば、被覆研磨材においては２層の研磨粒子があってもよい。第１の層は、本発明による研磨粒子以外の研磨粒子を含み、第２の（最外）層は本発明による研磨粒子を含む。結合研磨材と同様に、砥石の２つの明確なセクションがあってもよい。最外セクションは、本発明による研磨粒子を含んでいてもよいが、最内セクションは含まない。あるいは、本発明による研磨粒子は、結合研磨物品全体に均一に分配してもよい。
【０１４５】
被覆研磨物品に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，７３４，１０４号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、同第４，７３７，１６３号明細書（ラーキー（Ｌａｒｋｅｙ））、同第５，２０３，８８４号明細書（ブキャナンら（Ｂｕｃｈａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１５２，９１７号明細書（ピーパーら（ｐｉｅｐｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，３７８，２５１号明細書（カラーら（Ｃｕｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４１７，７２６号明細書（スタウトら（Ｓｔｏｕｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４３６，０６３号明細書（フォレットら（Ｆｏｌｌｅｔｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４９６，３８６号明細書（ブロベルグら（Ｂｒｏｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．））、同第５，６０９，７０６号明細書（ベネディクトら（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，５２０，７１１号明細書（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、同第５，９５４，８４４号明細書（ロウら（Ｌａｗ ｅｔ ａｌ．））、同第５，９６１，６７４号明細書（ガッリャールディら（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ ｅｔ ａｌ．））および同第５，９７５，９８８号明細書（クリスチアンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））に記載されている。結合研磨物品に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、同第４，７４１，７４３号明細書（ナラヤナンら（Ｎａｒａｙａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第４，８００，６８５号明細書（ヘイネスら（Ｈａｙｎｅｓ ｅｔ ａｌ．））、同第４，８９８，５９７号明細書（ヘイら（Ｈａｙ ｅｔ ａｌ．））、同第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−メセニーら（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０３７，４５３号明細書（ナラヤナンら（Ｎａｒａｙａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１１０，３３２号明細書（ナラヤナンら（Ｎａｒａｙａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））および同第５，８６３，３０８号明細書（キら（Ｑｉ ｅｔ ａｌ．））にある。ガラス質結合研磨材に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、同第４，８９８，５９７号明細書（ヘイら（Ｈａｙ ｅｔ ａｌ．））、同第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−メセニーら（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０９４，６７２号明細書（ジャイルスジュニアら（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．））、同第５，１１８，３２６号明細書（シェルドンら（Ｓｈｅｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１３１，９２６号明細書（シェルドンら（Ｓｈｅｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，２０３，８８６号明細書（シェルドンら（Ｓｈｅｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，２８２，８７５号明細書（ウッドら（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．））、同第５，７３８，６９６号明細書（ウーら（Ｗｕ ｅｔ ａｌ．））および同第５，８６３，３０８号明細書（キら（Ｑｉ ｅｔ ａｌ．））にある。不織研磨物品に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第２，９５８，５９３号明細書（フーバーら（Ｈｏｏｖｅｒ ｅｔ ａｌ．））にある。
【０１４６】
本発明はまた、本発明による少なくとも１つの研磨粒子をワークピース表面と接触させる工程と、研磨粒子または接触表面のうち少なくとも１つを動かして、研磨粒子により該表面の少なくとも一部を研磨する工程とを含む表面を研磨する方法を提供する。本発明による研磨粒子による研磨方法は、スナッギング（すなわち、高圧高ストック除去）からポリッシング（例えば、被覆した研磨ベルトによる医療インプラントのポリッシング）までおよび、後者は、より微細な等級（例えば、ＡＮＳＩ２２０より細かい）の研磨粒子で行われる。研磨粒子は、ビトリファイド結合ホイールによる研削カムシャフトのような精密研磨用途にも用いることができる。特定の研磨用途に用いられる物品の研磨粒子のサイズは、当業者には明白であろう。
【０１４７】
本発明による研磨粒子による研磨は、乾式または湿式で行ってもよい。湿式研磨については、液体を、軽いミストの形態で供給して、フラッドを完了させてもよい。一般的に用いられている液体としては、水、水溶性油、有機潤滑剤およびエマルジョンが例示される。液体は、研磨に関連した熱を減じ、かつ／または潤滑剤として作用する。液体は、殺菌剤、消泡剤等のような少量の添加剤を含有していてもよい。
【０１４８】
本発明による研磨粒子は、例えば、アルミニウム金属、カーボン鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、焼き入れ鋼、チタン、ガラス、セラミックス、木材、木材状材料（例えば、ベニヤ板およびパーチクルボード）、塗料、塗面、有機被覆表面等のようなワークピースを研磨するのに有用である。研磨中にかかる力は、一般的に、約１〜約１００キログラムである。
【０１４９】
本発明の利点および実施形態を以下の限定されない実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。特に断らない限り、部およびパーセンテージはすべて質量基準である。特に断りのない限り、実施例は全て、大量のＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＧｅＯ2、ＴｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5は含んでいなかった。
【実施例】
【０１５０】
実施例１〜１４
２５０−ｍｌのポリエチレン瓶（直径７．３−ｃｍ）に、様々な粉末（表１に示す通り、原材料の供給源は表２にリストしてある）５０−グラムの混合物、７５グラムのイソプロピルアルコールおよび２００グラムのアルミナミリング媒体（円柱形、高さおよび直径は両方とも０．６３５ｃｍ、９９．９％アルミナ、コロラド州、ゴールデンのクアーズ（Ｃｏｏｒｓ，Ｇｏｌｄｅｎ ＣＯ）より入手）を充填した。ポリエチレン瓶の中身を１６時間にわたって６０回転毎分（ｒｐｍ）でミリングした。ミリング後、ミリング媒体を取り出し、スラリーを温（約７５℃）ガラス（パイレックス（登録商標）「ＰＹＲＥＸ（登録商標）」）パンに注ぎ、室温（約２５℃）で乾燥した。乾燥した混合物を、ペンキ用のはけを用いて、７０−メッシュのスクリーン（２１２−マイクロメートルの開口部サイズ）を通してスクリーニングした。
【０１５１】
スクリーニング後、ミリングした供給粒子の混合物を、水素／酸素トーチの火炎に徐々に（０．５グラム／分）供給して、粒子を溶融した。粒子を溶融して、溶融液滴を生成するのに用いたトーチは、ペンシルバニア州、ヘラータウンのベツレヘム装置社（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．，Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ，ＰＡ）より入手したベツレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーＰＭ２Ｄ型番Ｂであった。トーチについての水素および酸素フローレートは次の通りであった。内側リングについては、水素フローレートは１分当たり８標準リットル（ＳＬＰＭ）であり、酸素フローレートは３．５ＳＬＰＭであった。外側リングについては、水素フローレートは２３ＳＬＰＭであり、酸素フローレートは１２ＳＬＰＭであった。乾燥し分級した粒子を、トーチ火炎に徐々に（０．５グラム／分）供給し、粒子を溶融し、それらを直接、連続循環される乱流水の１９−リットル（５−ガロン）の円柱容器（直径３０センチメートル（ｃｍ）×高さ３４ｃｍ）へ移動して、溶融液滴を急冷した。火炎が水に当たる角度は約４５℃であり、バーナから水表面までの火炎長さは直径約１８センチメートル（ｃｍ）であった。得られる溶融および急冷された粒子をパンに集め１１０℃で乾燥した。粒子の形状は球状（以降「ビーズ」と呼ぶ）で、数マイクロメートルから２５０マイクロメートルのサイズまで変わり、透明（すなわち、アモルファス）および／または不透明（すなわち、結晶）のいずれかであり、ビーズ毎に違った。
【０１５２】
パーセントアモルファス収率を、得られる火炎形成ビーズから、−１００＋１２０メッシュサイズフラクション（すなわち、１５０−マイクロメートル開口部サイズと１２５−マイクロメートル開口部サイズスクリーンの間で集められたフラクション）を用いて計算した。測定は次のようなやり方で行った。ビーズの単層をガラススライドに広げた。粒子を、光学顕微鏡を用いて観察した。光学顕微鏡の接眼レンズの十字をガイドとして用いて、直線に沿って並んだビーズをその光学明瞭度に応じてアモルファスか結晶かで（透明であった場合はアモルファス）数えた。合計で５００個のビーズを数え、数えた合計のビーズで除算したアモルファスビーズの量により、パーセントアモルファス収率を求めた。
【０１５３】
相組成（アモルファス／結晶）を示差熱分析（ＤＴＡ）により求めた。材料の対応のＤＴＡトレースが発熱結晶イベント（Ｔx）を含む場合には、材料をアモルファスと分類された。Ｔxより低い温度で同じトレースが吸熱イベント（Ｔg）を含んでいた場合には、ガラス相からなると考えられた。材料のＤＴＡトレースがかかるイベントを含んでいなかった場合には、結晶相を含有すると考えられた。
【０１５４】
示差熱分析（ＤＴＡ）を、以下の方法を用いて実施例１のビーズで実施した。ＤＴＡは、−１４０＋１７０メッシュサイズフラクション（すなわち、１０５−マイクロメートル開口部サイズおよび９０−マイクロメートル開口部サイズスクリーン間で集めたフラクション）を用いて実行した（ドイツ、ゼルブのネッチインスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｓｅｌｂ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より「ネッチ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」という商品名で入手した計器を用いて）。各スクリーニングされた試料の量を１００−マイクロリットルのＡｌ2Ｏ3試料ホルダに入れた。各試料を窒素雰囲気中で１０℃／分のレートで室温（約２５℃）から１１００℃まで加熱した。
【０１５５】
実施例１において作製したビーズのＤＴＡトレースは、トレースの曲線における下向きの変化により分かる通り、約８７０℃の温度で吸熱イベントを示した。このイベントは、ガラス材料のガラス転移（Ｔg）によるものであったと考えられる。同じ材料は、トレースの鋭いピークから分かる通り、約９２０℃の温度で発熱イベントを示した。このイベントは、材料の結晶（Ｔx）によるものであったと考えられる。このように、材料はガラス状であることが分かった。
【０１５６】
実施例２〜１５で上述した通りＤＴＡを実施した。対応のガラス転移（Ｔg）および結晶（Ｔx）温度を下記の表１にリストしてある。
【０１５７】
【表１】
【０１５８】
【表２】
【０１５９】
実施例１、２および４の窒素含量の定性分析を、次の通りにしてｘ−線蛍光を用いて求めた。炭化ホウ素モルタルにおいて、エタノールにより、各試料の一部をミリングした。得られるスラリーを黄銅ディスクに適用し、ディスクをステンレス鋼ＸＲＦ試料ホルダに置いた。作製した試料をそれぞれ、ホウ素（Ｂ）からウラン（Ｕ）まで、ロジウムＸ−線源を備えたＸ−線蛍光分光計波長分散Ｘ−線（日本、ルガク（Ｒｕｇａｋｕ，Ｊａｐａｎ）より「リガク（ＲＩＧＡＫＵ）ＺＳＸ−１００ｅ」という商品名で入手）、真空雰囲気および直径２５ｍｍの測定領域を用いて、定性および半定量分析した。ソフトウェアプログラム（分光計に含まれるＳＱＸソフトウェア）を、半定量ＸＲＦ元素分析に用いた。ソフトウェアは、個々の要素強度データを各試料について観察された合計強度で除算し、基本的なパラメータアルゴリズムを用いて吸収／増大効果を明らかにした。結果を、用いた元素範囲内で（この場合には、ホウ素からウランまで）１００％まで正規化した。対応のＮ量を、上の表１にリストしてある。
【０１６０】
実施例３〜５および１１〜１４アモルファスビーズを、１５℃／分の増加レートで、抵抗加熱炉において、窒素を流した雰囲気中で、１３００℃で１５分間熱処理することにより結晶化した。光学顕微鏡を用いて観察したところ、熱処理から得られるビーズは不透明であった（熱処理の前は、ビーズは透明であった）。熱処理済みビーズが不透明であることは、ビーズの結晶化の結果と考えられる。アモルファス材料は、結晶境界のような光散乱中心がないため、一般的に、大部分が透明であり、一方、結晶粒子は結晶境界の光散乱効果のために不透明である。結晶化した実施例４のビーズの窒素含量を、実施例１、２および４で上述した通りにして分析したところ、０．５２質量％であった。
【０１６１】
実施例１５
実施例４の約２５グラムのアモルファスビーズを、グラファイトダイに入れ、単軸プレス装置（カリフォルニア州、ブレアのサーマルテクノロジー社（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．，Ｂｒｅａ，ＣＡ）より「ＨＰ−５０」という商品名で入手）を用いてホットプレスした。窒素雰囲気中で、１３．８メガパスカル（ＭＰａ）（１平方インチ当たり２０００ポンド（２ｋｓｉ））の圧力でホットプレスを実施した。ホットプレス炉を９７０℃まで２５℃／分で増加した。得られる透明ディスク（直径約３４ミリメートル（ｍｍ）および厚さ６ｍｍ）を、「チップマンク（Ｃｈｉｐｍｕｎｋ）」ジョークラッシャー（タイプＶＤ、カリフォルニア州、バーバンクのビコ社（ＢＩＣＯ Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｂａｎｋ，ＣＡ）製）を用いて粒子へと粉砕し、等級分けして、−３０＋３５フラクション（すなわち、６００−マイクロメートルの開口部サイズと５００−マイクロメートルの開口部サイズスクリーンの間で集めたフラクション）および−３５＋４０メッシュフラクション（すなわち、５００−マイクロメートルの開口部サイズと４２５−マイクロメートルの開口部サイズスクリーンの間で集めたフラクション）を保持した。
【０１６２】
実施例１〜１４で上述した通りにＤＴＡトレースを実施して、実施例１５がホットプレスプロセス後アモルファスであったことを確認した。ホットプレスした材料は、ガラス転移（Ｔg）および結晶（Ｔx）温度により分かる通り、ガラス状構造を示した。
【０１６３】
粉砕および等級分けした粒子は、電気加熱炉において１３００℃で１５分間熱処理すると結晶化して、研磨粒子を与えた。光学顕微鏡を用いて観察したところ、熱処理から得られる粒子は不透明であった（熱処理の前は、粒子は透明であった）。熱処理済み粒子が不透明であることは、粒子の結晶化の結果と考えられる。アモルファス材料（ガラス状材料を含む）は、結晶境界のような光散乱中心がないため、一般的に、大部分が透明であり、一方、結晶粒子は結晶境界の光散乱効果のために不透明である。
【０１６４】
研磨粒子の密度を、比重瓶（ジョージア州、ノークロスのマイクロメリティックス（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ）より「Ａｃｃｕｐｙｃ１３３０」という商品名で入手）を用いて測定した。密度は３．９２ｇ／ｃｍ3であった。
【０１６５】
結晶化した粒子のフラクションを、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂のシリンダの装着樹脂（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「トランスオプティックパウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」という商品名で入手）に装着した。ポリッシャ（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））より「ＥＰＯＭＥＴ３」という商品名で入手）を用いる従来のポリッシング技術を用いて装着セクションを作製した。試料を約３分間１２５−マイクロメートルのダイヤモンドを含有するダイヤモンド砥石で磨き、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーで５分間磨いた。１００−グラムのインデント荷重を用いてヴィッカース圧子を備えた従来の微小硬さテスター（日本、東京のミツトヨ社（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）より「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」という商品名で入手）を用いて微小硬さ測定を行う。微小硬さ測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４、材料の微小硬さの試験方法（１９９１年）に記載された指針に従って行う。結晶化した（熱処理した）実施例１６の硬さは、１０回の測定の平均に基づいて、１８．８ＧＰａであった。
【０１６６】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に不当に限定されないものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】火炎溶融装置の粉末供給アセンブリを含む装置の例示の実施形態の側面図である。
【図２】図１の装置の断面図である。
【図３】図１の装置の分解断面図である。
【図４】図１の粉末供給アセンブリの一部の側面図である。
【図５】図１の粉末供給アセンブリの一部の斜視図である。
【図６】図１の粉末供給アセンブリの一部の断面図である。
【図７】本発明による研磨粒子を含む被覆研磨物品の部分断面概略図である。
【図８】本発明による研磨粒子を含む結合研磨物品の透視図である。
【図９】本発明による研磨粒子を含む不織研磨物品の拡大概略図である。
【背景技術】
【０００１】
酸窒化物組成物を有するいくつかの材料をはじめとする数多くのガラス、結晶質セラミックおよびガラス−セラミック材料が知られている。多くの酸化物ガラス系は、ガラスの形成を補助するＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＧｅＯ2、ＴｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5のような周知のガラス形成材を利用している。これらのガラス形成材で形成されたガラス組成物のいくつかは熱処理するとガラス−セラミックスを形成することができる。かかるガラス形成材から形成されたガラスおよびガラス−セラミックスの使用上限温度は、通常１２００℃未満、一般的に約７００〜８００℃である。ガラス−セラミックスは、形成されるガラスよりも耐温度性のある傾向がある。
【０００２】
さらに、公知のガラスおよびガラス−セラミックスの多くの特性は、ガラス形成材の固有の特性により限定されている。例えば、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3およびＰ2Ｏ5系ガラスおよびガラス−セラミックスについては、ヤング率、硬さおよび強度が比較的低い。これらのガラスおよびガラス−セラミックスは、通常、例えば、Ａｌ2Ｏ3またはＺｒＯ2に比べて機械的特性が劣る。
【０００３】
希土類酸化物−アルミニウム酸化物に基づくいくつかのガラスが知られているが（例えば、米国特許第６，４８２，７５８号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））および２０００年２月１５日公開の特開２０００−０４５１２９号公報を参照）、さらに新規のガラスおよびガラス−セラミックス、ならびに公知と新規なガラスおよびガラス−セラミックスの使用が望まれている。
【０００４】
他の態様においては、様々な研磨粒子（例えば、ダイヤモンド粒子、立体窒化ホウ素粒子、溶融研磨粒子および焼結セラミック研磨粒子（ゾル−ゲル誘導研磨粒子）が業界で知られている。ある研磨用途において、研磨粒子は、粗形態で用いられ、またある場合には粒子は研磨製品（被覆研磨製品、結合研磨製品、不織研磨製品および研磨ブラシ）に組み込まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
研磨業界では、新たな研磨粒子および研磨物品、その製造方法が望まれつづけている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、例えば、ガラス（ガラスを含むセラミックスを含む）およびガラス−セラミックスを提供するものである。
【０００７】
一態様において、本発明は、ガラスの総質量に基づいて（ａ）少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮ（すなわち、窒素）とを含むガラスであって、ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下（ある実施形態においては、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【０００８】
他の態様において、本発明は、ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超える（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセント）を超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．０５、０．１、０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含むガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【０００９】
他の態様において、本発明は、ガラスの総質量に基づいて（ａ）少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含み、Ａｌ2Ｏ3、第１の金属酸化物および第２の金属酸化物が合計でガラスの少なくとも７０（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５さらに１００）質量パーセントを構成し、ガラスが、ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下（ある実施形態においては、２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラスを提供する。ある実施形態においては、第１の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より選択される。ある実施形態においては、第１および第２の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より独立に選択される。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【００１０】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、ガラスの総質量に基づいて、少なくとも３５、４０、４５、５０、５５、６５、７０または少なくとも７５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3を含む。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【００１１】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラスを提供する。ある実施形態においては、ガラスは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物）をさらに含む。ある実施形態においては、セラミックはガラスを含む。
【００１２】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを製造する方法を提供する。本発明によるガラスを製造するある例示の方法において、ガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの供給源（すなわち、溶融物を提供するためにガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの溶融源）を含む溶融物を提供する工程と、溶融物を冷却してガラスを提供する工程とを含む。
【００１３】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含むセラミックを製造する方法を提供する。本発明によるガラスを含むセラミックを製造する他の例示の方法において、ガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの供給源（すなわち、溶融物を提供するためにガラスに存在させる少なくとも金属酸化物とＮの溶融源）を含む溶融物を提供する工程と、溶融物を冷却してセラミックを提供する工程とを含む。
【００１４】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含む物品を製造する方法を提供する。かかる物品を製造するある例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラスビーズを提供する工程と、ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、ガラスビーズをＴgより高く加熱する工程と、合体した形状を冷却して物品を提供する工程とを含む。
【００１５】
本発明によるガラスを含む物品を製造する他の例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラス粉末を提供する（すなわち、ガラス（例えば、ガラスビーズ）を砕いてガラス粉末を提供する）工程と、ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、ガラス粉末をＴgより高く加熱する工程と、合体した形状を冷却して物品を提供する工程とを含む。
【００１６】
他の態様において、本発明は、ガラス−セラミックの総質量に基づいて（ａ）少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６７、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮ（すなわち、窒素）とを含むガラス−セラミックであって、ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下（ある実施形態においては、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラス−セラミックを提供する。
【００１７】
他の態様において、本発明は、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超える（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセント）を超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含むガラス−セラミックを提供する。
【００１８】
他の態様において、本発明は、（ａ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも３５（ある実施形態においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０または少なくとも７５）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮとを含んで、Ａｌ2Ｏ3、第１の金属酸化物および第２の金属酸化物が合計でガラス−セラミックの少なくとも７０（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５さらに１００）質量パーセントを構成しており、ガラスが、ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下（ある実施形態においては、２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１またはゼロ質量パーセント）のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラス−セラミックを提供する。ある実施形態においては、第１の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より選択される。ある実施形態においては、第１および第２の金属酸化物は、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2からなる群より独立に選択される。
【００１９】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、ガラス−セラミックの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯおよびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラス−セラミックを提供する。ある実施形態においては、ガラス−セラミックは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物）をさらに含む。
【００２０】
他の態様において、本発明は、Ａｌ2Ｏ3と、ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも０．２、０．３、０．５、１、２、３、４または少なくとも５）質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、ガラス−セラミックの少なくとも８０（ある実施形態においては、少なくとも８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００）質量パーセントが、合計してＡｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類で構成されるガラス−セラミックを提供する。ある実施形態においては、ガラス−セラミックは、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも３５、４０、４５、５０、５５、６５、７０または少なくとも７５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3を含む。ある実施形態においては、ガラス−セラミックは、Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2およびＺｒＯ2以外の少なくとも１種類の金属酸化物（例えば、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択される金属酸化物）をさらに含む。
【００２１】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、ガラス−セラミックを提供する（すなわち、ガラスの少なくとも一部が結晶化する）工程を含むガラス−セラミックを製造する方法を提供する。他の態様において、本発明は、本発明によるガラスを含むセラミックを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換する（すなわち、ガラスの少なくとも一部を変換してセラミックを結晶化させる）工程を含む本発明によるガラス−セラミックを製造する方法を提供する。
【００２２】
他の態様において、本発明は、ガラス−セラミック物品を製造する方法を提供する。ある例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラスビーズを提供する工程と、ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、ガラスビーズをＴgより高く加熱する工程と、ガラス物品を熱処理して、ガラスの少なくとも一部を変換してセラミックを結晶化し、ガラス−セラミック物品を提供する工程とを含む。任意で、合体したガラスは熱処理の前に少なくとも部分的に冷却する。
【００２３】
ガラス−セラミック物品を製造する他の例示の方法において、方法は、Ｔgを有する本発明によるガラスを含むガラス粉末を提供する（すなわち、ガラス（例えば、ガラスビーズ）を砕いてガラス粉末を提供する）工程と、ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、ガラス粉末をＴgより高く加熱する工程と、ガラス物品を熱処理してガラスの少なくとも一部を変換してセラミックを結晶化し、ガラス−セラミック物品を提供する工程とを含む。任意で、合体したガラスは熱処理の前に少なくとも部分的に冷却する。
【００２４】
本発明によるセラミックスのある実施形態は、セラミックの総体積に基づいて、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００体積パーセントの量でセラミックのガラス（すなわち、ガラス−セラミックのガラス）を含んでいてもよい。本発明によるセラミックスのある実施形態は、セラミックの総体積に基づいて、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００体積パーセントの量でセラミックの結晶質セラミック（すなわち、ガラス−セラミックの結晶質セラミック）を含んでいてもよい。
【００２５】
本発明によるセラミックスのある実施形態は、（例えば、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００体積パーセントの量の結晶質セラミックを含んでいる。
【００２６】
本明細書において、
「アモルファス材料」とは、Ｘ線回折により求められた長い範囲の結晶構造を欠く、かつ／または「示差熱分析」に記載した試験により求められたＤＴＡ（示差熱分析）により求められたアモルファス材料の結晶化に対応する発熱ピークを有する溶融物および／または蒸気相から誘導された材料のことである。
「セラミック」には、ガラス、結晶質セラミック、ガラス−セラミックおよびこれらの組み合わせが含まれる。
「錯体金属酸化物」とは、２種類以上の異なる金属元素と酸素とを含む金属錯体（例えば、ＣｅＡｌ11Ｏ18、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＭｇＡｌ2Ｏ4およびＹ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「錯体Ａｌ2Ｏ3金属酸化物」とは、理論酸化物基準で、Ａｌ2Ｏ3と、Ａｌ以外の１種類以上の金属元素とを含む錯体金属酸化物（例えば、ＣｅＡｌ11Ｏ18、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＭｇＡｌ2Ｏ4およびＹ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3」とは、理論酸化物基準で、Ａｌ2Ｏ3とＹ2Ｏ3とを含む錯体金属酸化物（例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯ」とは、理論酸化物基準で、Ａｌ2Ｏ3と希土類酸化物とを含む錯体金属酸化物（例えば、ＣｅＡｌ11Ｏ18およびＤｙ3Ａｌ5Ｏ12）のことである。
「ガラス」とは、ガラス転移温度を示すアモルファス材料のことである。
「ガラス−セラミック」とは、ガラスを熱処理することにより形成された結晶を含むセラミックのことである。
「Ｔg」とは、「示差熱分析」に記載した試験により求められるガラス転移温度のことである。
「Ｔx」とは、「示差熱分析」に記載した試験により求められる結晶化温度のことである。
「希土類酸化物」とは、酸化セリウム（すなわち、ＣｅＯ2）、酸化ジスプロシウム（すなわち、Ｄｙ2Ｏ3）、酸化エルビウム（すなわち、Ｅｒ2Ｏ3）、酸化ユーロピウム（すなわち、Ｅｕ2Ｏ3）、酸化ガドリニウム（すなわち、Ｇｄ2Ｏ3）、酸化ホルミウム（すなわち、Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ランタン（すなわち、Ｌａ2Ｏ3）、酸化ルテチウム（すなわち、Ｌｕ2Ｏ3）、酸化ネオジミウム（すなわち、Ｎｄ2Ｏ3）、酸化プラセオジム（すなわち、Ｐｒ6Ｏ11）、酸化サマリウム（すなわち、Ｓｍ2Ｏ3）、酸化テルビウム（すなわち、Ｔｂ2Ｏ3）、酸化トリウム（すなわち、Ｔｈ4Ｏ7）、酸化ツリウム（すなわち、Ｔｍ2Ｏ3）、酸化イットリウム（すなわち、Ｙｂ2Ｏ3）およびこれらの組み合わせのことである。
「ＲＥＯ」とは希土類酸化物のことである。
【００２７】
さらに、特に断りのない限り、金属酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3、錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物等）は、例えば、ガラス−セラミックにおいては結晶であり、ガラス、結晶または部分ガラスおよび部分結晶であってもよいものと考えられる。例えば、ガラス−セラミックが、Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2とを含み、Ａｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2はそれぞれ、ガラス状状態、結晶状態または一部がガラス状状態および一部が結晶状態、または他の金属酸化物との反応生成物である場合には（特に断りのない限り、例えば、Ａｌ2Ｏ3は結晶Ａｌ2Ｏ3またはＡｌ2Ｏ3の特定の結晶相（すなわち、アルファＡｌ2Ｏ3）である場合には、結晶Ａｌ2Ｏ3 として、かつ／または１種類以上の結晶錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物の一部として存在させてもよい。
【００２８】
本発明によるセラミックスのある実施形態は、ビーズ（例えば、少なくとも１マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、２５マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、７５０マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍまたは少なくとも１０ｍｍ）、物品（例えば、プレート）、ファイバー、粒子およびコーティング（例えば、薄コーティング）を形成、これらとして形成、またはこれらに変換することができる。ビーズの実施形態は、例えば、再帰反射シート、英数字プレートおよび舗道マーキングのような反射装置に有用である。粒子およびファイバーの実施形態は、例えば、複合体（例えば、セラミック、金属またはポリマーマトリックス複合体）における断熱、フィラーまたは強化材料として有用である。薄コーティングの実施形態は、例えば、摩耗を含めた用途において、および熱管理のための保護コーティングとして有用である。本発明による物品としては、台所用品（例えば、皿）、歯科用ブラケット、強化材料（例えば、粒子およびファイバー）、切削工具インサート、研磨材料およびガスエンジンの構造化コンポーネント（例えば、バルブとベアリング）が例示される。他の物品の例示の実施形態としては、本体またはその他基材の外側表面にセラミックの保護コーティングを有するものが挙げられる。本発明による特定のセラミック粒子は、研磨粒子として特に有用である。研磨物品は、研磨物品に組み込んだり、粗形態で用いることができる。
【００２９】
研磨粒子は、通常、使用前に、ある粒子サイズ分布まで等級分けされる。かかる分布は、粗い粒子から細かい粒子まで、ある範囲の粒子サイズを有するのが一般的である。研磨業界において、この範囲は「粗さ」「制御」および「細かい」フラクションと呼ばれることがある。研磨業界に受け入れられた等級分け規格に従って等級分けした研磨粒子は、数値限定内の各公称グレードについての粒子サイズ分布を指定する。かかる業界が認める等級分け規格（すなわち、規定の公称グレード）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格および日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。一態様において、本発明は、複数の研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する。ある実施形態において、複数の研磨粒子の総質量に基づいて、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセントの複数の研磨粒子が、本発明による研磨粒子である。
【００３０】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラス−セラミックを含む研磨粒子（ガラス−セラミック研磨粒子を含む）を提供する。本発明はまた、複数の研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子も提供する。他の態様において、本発明は、研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子であるバインダーと複数の研磨粒子とを含む研磨粒子（すなわち、結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品）を提供する。
【００３１】
他の態様において、本発明は、研磨粒子を製造する方法を提供する。研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、本発明によるガラス−セラミックおよび研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。ある実施形態において、熱処理されるガラス粒子は、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子として提供され、粒子の少なくとも一部が複数のガラス粒子である。
【００３２】
研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを含む粒子を熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、本発明によるガラス−セラミックおよび研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。ある実施形態において、熱処理されるガラスを含む粒子は、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子として提供され、粒子の少なくとも一部がガラスを含む複数の粒子である。
【００３３】
研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、ガラス−セラミックを提供し、ガラス−セラミックを砕いて、本発明による研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。
【００３４】
研磨粒子を製造する他の例示の方法において、方法は、本発明によるガラスを含むセラミックを熱処理してガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換して、ガラス−セラミックを提供し、ガラス−セラミックを砕いて、本発明による研磨粒子を提供する工程を含む。ある実施形態において、方法は、本発明による研磨粒子を等級分けして規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する工程をさらに含む。
【００３５】
本発明による研磨物品は、バインダーと複数の研磨粒子とを含み、研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である。例示の研磨製品としては、被覆研磨物品、結合研磨物品（例えば、ホイール）、不織研磨物品および研磨ブラシが挙げられる。被覆研磨物品は、一般的に、第１および第２の対向する主面を有するバッキングを含み、バインダーと複数の研磨粒子は、第１の主面の少なくとも一部に研磨層を形成する。
【００３６】
ある実施形態において、研磨物品中の研磨粒子の総質量に基づいて、研磨物品中少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセントの研磨粒子が、本発明による研磨粒子である。
【００３７】
本発明はまた、本発明による凝集粒子をワークピースの表面と接触させる工程と、本発明による研磨粒子または接触表面のうち少なくとも１つを動かして、表面の少なくとも一部を、本発明による研磨粒子の少なくとも１つで研磨する工程とを含む表面を研磨する方法も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は、窒素を含むガラスおよびガラス−セラミックスおよびその製造方法に関する。ガラスは、必要な原材料および処理技術を選択することにより作製する。
【００３９】
（理論酸化物基準で）Ａｌ2Ｏ3の商業的供給源を含めた供給源としては、ボーキサイト（天然に産出するボーキサイトと合成されたボーキサイトの両方を含む）、か焼きボーキサイト、水和アルミナ（例えば、ベーマイトおよびギブサイト）、アルミニウム、バイヤー法アルミナ、アルミニウム鉱物、ガンマアルミナ、アルファアルミナ、アルミニウム塩、窒化アルミニウムおよびこれらの組み合わせが挙げられる。Ａｌ2Ｏ3供給源は、Ａｌ2Ｏ3を含有していても、Ａｌ2Ｏ3のみを提供するものであってもよい。Ａｌ2Ｏ3供給源は、Ａｌ2Ｏ3を含有していても、Ａｌ2Ｏ3のみおよびＡｌ2Ｏ3以外の１種類以上の金属酸化物（錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物の材料またはこれを含むもの（例えば、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＣｅＡｌ11Ｏ18等））を提供するものであってもよい。
【００４０】
金属窒化物（例えば、ＡＩＮ）の商業的に入手可能な供給源としては、粉末、金属酸窒化物（例えば、酸窒化アルミニウム）（例えば、ＡｌＯＮ）粉末、および、例えば、少なくとも１種類の金属（例えば、アルミニウム）窒化物および／または少なくとも１種類のＡｌ以外の金属を含む鉱物が挙げられる。窒素を含有するその他の材料（例えば、窒素ガス（例えば、窒素ガスを溶融物に注入してもよい））を原材料として用いてもよい。
【００４１】
希土類酸化物の商業的供給源を含めた供給源としては、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱物（例えば、バストネス石およびモナズ石）、希土類塩、希土類窒化物および希土類炭酸塩が挙げられる。希土類酸化物供給源は、希土類酸化物を含有していても、希土類酸化物のみを提供するものであってもよい。希土類酸化物供給源は、希土類酸化物を含有していても、これのみおよび希土類酸化物以外の１種類以上の金属酸化物（錯体希土類酸化物・その他金属酸化物の材料またはこれを含むもの（例えば、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12、ＣｅＡｌ11Ｏ18等））を提供するものであってもよい。
【００４２】
（理論酸化物基準で）Ｙ2Ｏ3の商業的供給源を含めた供給源としては、酸化イットリウム粉末、イットリウム、イットリウム含有鉱物およびイットリウム塩（例えば、炭酸、硝酸、塩化、水酸化イットリウムおよびこれらの組み合わせ）が挙げられる。Ｙ2Ｏ3供給源は、Ｙ2Ｏ3を含有していても、Ｙ2Ｏ3のみを提供するものであってもよい。Ｙ2Ｏ3供給源は、Ｙ2Ｏ3を含有していても、これのみおよびＹ2Ｏ3以外の１種類以上の金属酸化物（錯体Ｙ2Ｏ3・金属酸化物の材料またはこれを含むもの（例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12））を提供するものであってもよい。
【００４３】
その他の有用な金属酸化物は、理論酸化物基準で、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧｅＯ2、ＨｆＯ2、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせを含んでいてもよい。商業的供給源を含めた供給源としては、酸化物自身、金属粉末、錯体酸化物、鉱物、炭酸塩、酢酸塩、窒化物、塩化物、水酸化物等が挙げられる。これらの金属酸化物を添加して、得られるセラミックの物理特性を修正し、かつ／または処理を改善する。これらの金属酸化物は、一般的に、例えば、所望の特性に応じて、０〜５０質量％、ある実施形態においては、０〜２５質量％、さらに、０〜５０質量％のセラミック材料に添加する。
【００４４】
ＺｒＯ2およびＨｆＯ2を含む実施形態については、ＺｒＯ2：ＨｆＯ2の質量比は１：ゼロ（すなわち、全てＺｒＯ2、ＨｆＯ2なし）からゼロ：１、例えば、少なくとも約９９、９８、９７、９６、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０および５（質量）部のＺｒＯ2および対応量のＨｆＯ2（例えば、少なくとも約９９（質量）部のＺｒＯ2および約１部以下のＨｆＯ2）および少なくとも約９９、９８、９７、９６、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５、５０、４５、４０、３５、３０、２５、２０、１５、１０および５（質量）部のＨｆＯ2および対応量のＺｒＯ2の範囲であってよい。
【００４５】
（理論酸化物基準で）ＺｒＯ2の商業的供給源を含めた供給源としては、酸化ジルコニウム粉末、ジルコン砂、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱物およびジルコニウム塩（例えば、炭酸、酢酸、硝酸、塩化、水酸化ジルコニウムおよびこれらの組み合わせ）が挙げられる。さらに、あるいは、この代わりに、ＺｒＯ2供給源は、ＺｒＯ2を含有、またはＺｒＯ2およびハフニアのような他の金属酸化物を含有していてもよい。（理論酸化物基準で）ＨｆＯ2の商業的供給源を含めた供給源としては、酸化ハフニウム粉末、ハフニウム、ハフニウム含有鉱物およびハフニウム塩が挙げられる。さらに、あるいは、この代わりに、ＨｆＯ2供給源は、ＨｆＯ2を含有、またはＨｆＯ2およびＺｒＯ2のような他の金属酸化物を含有していてもよい。
【００４６】
ある実施形態において、溶融物に対して酸化物形成またはその合金の負のエンタルピーを有する少なくとも１種類の金属（例えば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒおよびこれらの組み合わせ）、Ｍを含む微粒子金属材料を添加する、またはこれらをその他原材料とその他混合することにより、金属酸化物供給源の少なくとも一部（ある実施形態において、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００質量パーセント）を得るのが有利である。理論に拘束されることは望むところではないが、金属の酸化に関連する発熱反応から得られる熱は、均一な溶融物の形成および得られるガラスに有用であると考えられる。例えば、原材料内での酸化反応により生成されたさらなる熱は、不十分な熱伝達を排除、最小または少なくとも減少して、ｘ、ｙおよびｚ寸法が５０（１００または１５０）マイクロメートルを超えるときは特に、溶融物の形成および均質性を促すものと考えられる。さらなる熱の利用可能性は、完了するまで様々な化学反応および物理的処理（例えば、緻密化および球状化）を行う補助となるものと考えられる。さらに、ある実施形態については、酸化反応により生成されたさらなる熱の存在によって、材料の高融点のために困難または実施できない溶融物の形成が実際に可能となるものと考えられる。さらに、酸化反応により生成されたさらなる熱によって、作製できなかった、または所望のサイズ範囲で作製できなかったガラスの形成が実際に可能になるものと考えられる。本発明の他の利点としては、ガラスの形成の際、溶融、緻密化および球状化のような多くの化学および物理処理を短時間で行って、非常に高い急冷レートが達成されることが挙げられる。さらなる詳細については、２００２年８月２日出願の米国特許出願第１０／２１１，６３９号明細書の同時継続出願を参照のこと。
【００４７】
ある実施形態において、例えば、原材料を独立して供給して、溶融混合物を形成する。ある実施形態において、例えば、特定の原材料を混合し、他の原材料を独立して溶融混合物に添加する。ある実施形態において、例えば、原材料は、溶融前に混ぜ合わせる、または混合する。原材料は、例えば、任意の好適および公知のやり方で混ぜ合わせて、実質的に均一な混合物を形成してよい。これらの混ぜ合わせる技術としては、ボールミリング、混合、タンブリング等が挙げられる。ボールミルにおけるミリング媒体は、金属ボール、セラミックボール等であってよい。セラミックミリング媒体は、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシア等であってよい。ボールミリングは、乾式、水性環境、または溶剤系（例えば、イソプロピルアルコール）環境で行ってよい。原材料バッチが金属粉末を含有する場合には、ミリング中溶剤を用いるのが望ましい。この溶剤は、適切な引火点および原材料を分散できる能力を備えた任意の好適な材料であってよい。ミリング時間は、数分から数日、通常は数時間から２４時間である。湿式または溶剤系ミリング系において、液体媒体は、一般的に乾燥により除去されて、得られる混合物は、一般的に均一で、実質的に水および／または溶剤を含まない。溶剤系ミリング系を用いる場合には、乾燥中、溶剤回収システムを用いて溶剤を再利用してもよい。乾燥後、得られる混合物は「乾燥ケーキ」の形態であってもよい。このケーキ状混合物を、溶融前に所望の粒子サイズまで壊す、または砕いてよい。あるいは、例えば、スプレー乾燥技術を用いてもよい。後者の場合は、所望の混合物の球状微粒子が得られる。前駆体材料はまた、沈殿およびゾル−ゲルをはじめとする湿式化学方法により調製してもよい。かかる方法は、特に高レベルの均一性が望まれる場合に有用である。
【００４８】
微粒子原材料は、一般的に、均一な溶融物の形成が即時になされるような粒子サイズを有するように選択される。一般的に、比較的小さな平均粒子サイズおよび狭い分布の原材料をこのために用いる。ある方法（例えば、火炎形成およびプラズマスプレー）において、特に望ましい微粒子原材料は、平均粒子サイズが約５ｎｍ〜約５０マイクロメートル（ある実施形態においては、約１０ｎｍ〜約２０マイクロメートル、さらに約１５ｎｍ〜約１マイクロメートル）のようなもので、少なくとも９０（ある実施形態においては９５、または１００）質量パーセントの微粒子が原材料であるようなものである。ただし、このサイズおよび範囲外のサイズでも有用である。サイズが約５ｎｍ未満の微粒子は、取扱い難い（例えば、供給粒子のフロー特性は、フロー特性が乏しい傾向にあるため、望ましくない傾向である）。一般的な火炎形成またはプラズマスプレー処理において約５０マイクロメートルより大きな微粒子を用いると、均一な溶融物およびガラスおよび／または所望の組成物を得るのが難しくなる傾向がある。
【００４９】
さらに、場合によっては、例えば、溶融物を形成するために、微粒子材料を火炎または熱またはプラズマスプレー装置に供給するときは、微粒子原材料をある範囲の粒子サイズで提供するのが望ましい。理論に拘束されることは望むところではないが、これによって、供給粒子の充填密度および強度が促進されるものと考えられる。通常、最も粗い原材料粒子は、所望の溶融物またはガラス粒子サイズより小さくなければならない。さらに、粗すぎる原材料粒子は、例えば、火炎形成またはプラズマスプレー工程中、供給粒子における熱および機械応力が不十分な傾向にある。かかる場合の最終的な結果としては、通常、供給粒子が小さなフラグメントへの破断、成分均一性の喪失、所望のガラス粒子サイズにおける収率の喪失、フラグメントが熱源から様々な方向に軌道を変えるため不完全な溶融を招く。
【００５０】
ガラスおよびガラスを含むセラミックスは、例えば、適切な金属酸化物供給源およびＮ供給源（例えば、金属窒化物（例えば、ＡｌＮ）、金属酸窒化物（例えば、酸窒化アルミニウム）等（例えば、窒化物と酸窒化物の様々な組み合わせを窒素の供給源として利用することができる）、さらに金属酸窒化物をＮおよびＯの両方の供給源として用いることができる）を加熱し（火炎またはプラズマ中をはじめとして）、（および／または溶融物中にＮを提供する（例えば、窒素ガスを溶融物に注入）して溶融物、望ましくは均一な溶融物を形成してから、溶融物を急冷してガラスを提供することにより作製することができる。ガラスのある実施形態は、例えば、好適な炉（例えば、誘導または抵抗加熱炉、ガス燃焼炉またはアーク炉）において金属酸化物供給物を溶融することにより作製することができる。
【００５１】
ガラスは、一般的に、溶融材料（すなわち、溶融物）を比較的急冷することにより得られる。ガラスを得るための急冷レート（すなわち、冷却時間）は、溶融物の化学組成、成分のガラス形成能力、溶融物および得られるガラスの熱特性、処理技術、得られるガラスの寸法および質量および冷却技術をはじめとする多くの因子に応じて異なる。特に、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＧｅＯ2、ＴｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5のような公知のガラス形成材なしで、大量のＡｌ2Ｏ3（すなわち、７５質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3）を含むガラスを形成するには、通常、比較的早い急冷レートが必要とされる。同様に、熱を十分に早く除去するのが難しいため、寸法の大きなガラスへと溶融物を冷却するのは難しい。
【００５２】
本発明のある実施形態において、原材料を特定の形態の溶融状態へと加熱した後、ガラス粒子へと冷却する。一般的に、これらの粒子の粒子サイズは２５マイクロメートルを超える（ある実施形態においては、５０、１００、１５０または２００マイクロメートルを超える）。
【００５３】
本発明の方法によるガラスを作製するのに得られる急冷レートは、１０2、１０3、１０4、１０5または１０6℃／秒を超えるものと考えられる（すなわち、溶融状態からの１０００℃の温度降下は、それぞれ１０秒未満、１秒未満、１０分の１秒未満、１００分の１秒未満または１０００分の１秒未満）。溶融物を冷却する技術としては、溶融物を冷却媒体（例えば、高速エアジェット、液体（例えば、冷水）、金属板（冷却金属板を含む）、金属ロール（冷却金属ロールを含む）、金属ボール（冷却金属ボールを含む）等）へ放出することが挙げられる。業界に公知のその他の冷却技術としては、ロール冷却が挙げられる。ロール冷却は、例えば、一般的に、融点より高い２０〜２００℃の温度で金属酸化物供給源を溶融し、高圧下で高圧回転ロールにスプレーすることにより（空気、アルゴン、窒素等のガスを用いて）溶融物を冷却／急冷することにより実施することができる。一般的に、ロールは金属製であり、水冷される。溶融物を冷却／急冷するのに金属ブック鋳型も有用である。
【００５４】
冷却レートは、急冷ガラスの特性に影響するものと考えられる。例えば、ガラスのガラス転移温度、密度およびその他特性が、冷却レートを変化させる。
【００５５】
急冷はまた、冷却中、所望の酸化状態を維持し、かつ／または影響を与える還元、中和または酸化環境のような制御された雰囲気下で実施してもよい。雰囲気はまた、過冷却液体から結晶運動に影響させることにより、ガラス形成に影響し得る。例えば、結晶化のない大きな過冷却Ａｌ2Ｏ3溶融物が、空気中に比べてアルゴン雰囲気中で報告されている。例えば、本出願と同日出願の米国特許出願第１０／９０１，６３８号明細書の同時継続出願も参照のこと。
【００５６】
ある方法において、本発明によるガラスおよびガラスを含むセラミックスは、例えば、米国特許第６，２５４，９８１号明細書（キャッスル（Ｃａｓｔｌｅ））に記載された火炎溶融を利用して作製することができる。この方法において、金属酸化物供給源およびＮ供給源（例えば、粒子の形態にある、「供給粒子」と呼ぶことがある）をバーナー（例えば、メタン−エアバーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナー等）に直接供給してから、例えば、水、冷却油、空気等で急冷する。供給粒子は、例えば、金属酸化物供給源および／またはＮ供給源を研削、凝集（例えば、スプレー乾燥）、溶融または焼結することにより形成することができる。火炎に供給された供給粒子のサイズが、ガラスを含む得られる粒子のサイズを決める。
【００５７】
ガラスのある実施形態はまた、自由落下冷却によるレーザー紡糸溶融、テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）ワイヤ技術、プラズマトロン技術、金づちと金床技術、遠心急冷、エアガンスプラット冷却、シングルローラおよびツインローラ急冷、ローラ−プレート急冷および縣滴溶融抽出（例えば、セラミックスの急冷凝固（Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ブルックウェイら（Ｂｒｏｃｋｗａｙ ｅｔ ａｌ．）、金属およびセラミックス情報センター（Ｍｅｔａｌｓ Ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ）、防護情報分析センター局（Ａ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｅｒ）、オハイオ州コロンビア（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）、１９８４年１月を参照）のようなその他の技術によっても得ることができる。ガラスのある実施形態は、好適な前駆体の熱（火炎またはレーザーまたはプラズマ補助）分解、金属前駆体の物理蒸気合成（ＰＶＳ）および機械化学処理のような他の技術によっても得られる。溶融物を形成、溶融物を冷却／急冷および／またはその他ガラスを形成する他の技術としては、蒸気相急冷、プラズマスプレー、溶融抽出およびガスまたは遠心噴霧が挙げられる。蒸気相急冷は、例えば、金属合金または金属酸化物供給源がスパッタリングターゲットへと形成されるスパッタリングにより実施することができる。ターゲットは、スパッタリング装置の所定の位置に固定し、被覆する基材をターゲットの反対の位置に配置する。１０-3トルの標準的な圧力の酸素およびＡｒガス、ターゲットと基材との間に放電を生成させ、Ａｒまたは酸素イオンがターゲットに衝突して反応スパッタリングを生じさせて、組成物のフィルムを基材に蒸着させる。プラズマスプレーに関するさらなる詳細については、２００３年８月２日出願の米国特許出願第１０／２１１，６４０号明細書の同時継続出願を参照のこと。
【００５８】
ガス噴霧は、供給粒子を加熱してそれらを溶融物に変換するものである。かかる溶融物の薄ストリームを、破裂エアジェット（すなわち、ストリームを微細な液滴と分割する）と接触させて噴霧される。得られる実質的に不連続な略楕円形のガラス粒子（すなわち、ビーズ）を回収する。ビーズサイズとしては、約５マイクロメートル〜約３ｍｍの範囲の直径を有するようなものが例示される。溶融抽出は、例えば、米国特許第５，６０５，８７０号明細書（ストローム−オルセンら（Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ ｅｔ ａｌ．））に記録されている通りに実施することができる。例えば、米国特許第６，４８２，７５８号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））に記載されている通り、レーザービーム加熱を利用した容器を使わないガラス形成技術も、本発明によるガラスを作製するのに有用である。
【００５９】
例示の粉末フィーダー装置を図１〜６に示す。粉末フィーダーアセンブリ１０００は、粉末１１１０を保持し、火炎溶融装置１５００に分配する。火炎溶融装置１５００は、粉末１１１０を溶融し、本明細書に開示されたような他の材料へと変形するために受容する粉末受容セクション１５１０を含む。粉末１１１０は、粉末フィーダーアセンブリ１０００の放出開口部１１３０から粉末受容セクション１５１０へ分配される。接続管１９００を、放出開口部１１３０と粉末受容セクション１５１０との間に配置する。また、漏斗１３００を放出開口部１１３０を離れた後、粉末１１００流れを受容し、方向付ける放出開口部１１３０に近接配置する。
【００６０】
粉末フィーダーアセンブリ１０００は、粉末１１１０を保持するホッパー１１００を含む。一般的に、ホッパー１１００は、円柱壁により画定される本体１１２０を含む。ただし、他の本体形状も可能である。また、ホッパー１１００は、単体ピースまたは多数ピースから作製することができる。例示の実施形態におけるホッパー１１００はまた、カバーセクション１２００も含む。カバーセクション１２００は、粉末１１１０をホッパー１１００に供給する開口部１７１０を含む。スクリューフィーダ、振動フィーダーまたはブラシフィーダーのような商業的に入手可能な任意の分配手段を、ホッパー１１００に粉末１１１０を充填するのに用いることができる。カバーセクション１２００はまた、シャフト受容開口部１４２２を有するセクションも含むことができる（図６に図示する通り）。
【００６１】
ブラシアセンブリ１４００は、ホッパー１１００本体１１２０内に配置する。ブラシアセンブリ１４００は、モータ１８００のようなブラシアセンブリ１４００を回転する手段に接続されている。モータ１８００はまた、モータ速度コントローラ１８５０のような、モータ１８００の速度を調整する手段に接続することもできる。用いるブラシアセンブリは、イリノイ州シカゴのマックマスターカー（ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ，Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）より入手可能な、ナイロンストリップブラシ（１インチ（２．５ｃｍ）の全体の高さ、５／１６インチ（０．８ｃｍ）の剛毛長さおよび０．０２インチ（５ミリメートル）の直径）部品番号７４７１５Ｔ６１であった。ブラシアセンブリをシャフトに結合し、これを、イリノイ州シカゴのボダインエレクトリックカンパニー（Ｂｏｄｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より入手可能なＤＣ歯車モータ（Ｇｅａｒ Ｍｏｔｏｒ）（１３０ボルト、比率６０：１、トルク２２Ｌｂ−ｉｎ）に結合しこれにより駆動した。同じくボダイン（Ｂｏｄｉｎｅ）より入手可能なタイプーＦＰＭアジャスタブルスピードＰＭモータコントロール（Ｔｙｐｅ−ＦＰＭ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ ＰＭ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、型番８１８を用いてモータの速度を制御した。
【００６２】
ブラシアセンブリ１４００は、遠端１４１１と近接端１４１２とを有する剛毛要素１４１０を含む。粉末１１１０を、火炎溶融装置１５００に分配するためにホッパー１１００に配置したら、ブラシアセンブリ１４００をホッパー１１００内で回転させる。ブラシアセンブリ１４００を回転すると、剛毛要素１４１０が、スクリーニング部材１６００を通して粉末１１１０をホッパー１１００に促す。ブラシアセンブリ１４００の回転速度を調整することにより、スクリーニング部材１６００を通る粉末１１００の供給レートを制御することができる。
【００６３】
ブラシアセンブリ１４００は、スクリーニング部材１６００と協働して、放出開口部１１３０から火炎溶融装置１５００の粉末受容セクション１５１０まで、所望の特性を有する粉末１１１０を分配する。剛毛１４１０の遠端１４１１は、スクリーニング部材１６００に近接配置されている。剛毛１４１０の遠端１４１１とスクリーニング部材１６００との間に小さな間隙を用いることができ、粉末の粒子サイズと同じ大きさに間隙を保持するのが一般的である。しかしながら、当業者であれば、扱う粉末の特定の特性に応じて間隙をこれより大きくすることができることが分かるであろう。剛毛１４１０の遠端１４１１はまた、スクリーニング部材１６００と面一に配置したり、スクリーニング部材１６００のメッシュ開口部１６１０へ突出させ、メッシュ開口部１６１０を通して延在するように配置することもできる。開口部１６１０を通って突出する剛毛１４１０については、剛毛１４１０の少なくともいくつかがメッシュサイズより小さな直径を有する必要がある。剛毛要素１４１０は、異なる直径および長さの剛毛の組み合わせを含むことができ、特定の組み合わせは、所望の操作条件に応じて異なる。
【００６４】
剛毛１４００端部１４１１の開口部１６１０への、かつ開口部１６１０を通る延在によって、剛毛１４１０は、開口部１６１０を横切るブリッジを形成する粒子を分解する。剛毛１４１０はまた、粉末供給に生じる他の種類の障害物を分解する傾向がある。剛毛要素１４１０は、単体ピースとしたり、複数の剛毛セグメントから形成することもできる。また、剛毛要素がメッシュ開口部へ、かつ／またはメッシュ開口部を通して延在するのが望ましい場合には、剛毛１４１０は、最小のメッシュ開口部１６１０より小さいサイズを選択する必要がある。
【００６５】
図示した例示の実施形態において、図３を参照すると、ホッパー１１００は円柱体１１２０を画定する壁を含むことができる。この形状は、放出開口部１１３０からの粉末のより制御されたフローレートを可能とする対称性を簡単に与える。また、円柱形は、回転ブラシアセンブリ１４００に用いるのに好適である。剛毛要素１４１０は壁に延在していて、粉末を堆積する領域をスクリーニング部材にほとんど、または全く残さないためである。しかしながら、特定の使用条件に求められる通り、他の幾何形状も可能である。
【００６６】
ホッパー１１００はまたカバーセクション１２００も含む。カバーセクション１２００は、粉末１１１０をホッパーフィーダアセンブリ１７００から受容する開口部１７１０を有する。カバーセクション１２００は、本体１１２０と協働して、粉末チャンバ１１６０を形成する。カバー１２００の開口部１７１０はまた、省略したり、シール可能として、窒素、アルゴンまたはヘリウムのようなガスを、雰囲気中で中和したり粉末または粒子を火炎溶融装置に分配するのを補助するために、ホッパー１１００のガス入力ライン１１５０へ入れることができる。また、粉末または粒子を囲む雰囲気を制御するためにシステムでガスを用いることができる。また、ガス入力ライン１９１０は、例えば、接続管１９００の放出開口部１１３０の後に配置することができる。
【００６７】
全体の粉末フィーダーアセンブリ１０００を振動させると、粉末の移動をさらに補助する。任意で、スクリーニング部材を振動させて、粉末フィーダーアセンブリ１０００を通る粉末の移動を補助することができる。当業者であれば、他の可能な振動手段を用いることができ、特定の使用条件に応じて利用可能な豊富にある市販の振動システムおよび装置があることが分かるであろう。
【００６８】
図６を参照すると、ホッパー１１００がカバー１２００および本体１１２０を含むときは、除去可能なカバー１２００によって、スクリーニング部材１６００をクリーニングまたは交換するのに粉末チャンバ１１６０に容易にアクセスすることが可能となる。また、ブラシアセンブリ１４００を、剛毛要素１４１０とスクリーニング部材１６００との間の所望の係合を形成するために配置することができる。ブラシアセンブリ１４００を回転シャフト１４２０に取り付けると、シャフト１４２０が例えば、モータ１８００により駆動されるカバー１２００の開口部１４２２外に突出する。ブラシアセンブリ１４００の速度は、速度コントローラ１８５０のような手段により制御することができる。この例示の粉末供給装置に関する更なる詳細は、２００３年１２月１８日出願の同時係属米国特許出願第１０／７３９，２３３号明細書にある。
【００６９】
一般的に、本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスは、互いに垂直で、それぞれが少なくとも１０マイクロメートルであるｘ、ｙおよびｚ寸法を有している。ある実施形態において、ｘ、ｙおよびｚ寸法は、少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、５ｍｍまたは合体すると少なくとも１０ｍｍである。材料のｘ、ｙおよびｚ寸法は、寸法の規模に応じて、目視か、顕微鏡のいずれかにより求められる。記録されたｚ寸法は、例えば、球の直径、コーティングの厚さまたはプリズム形状の最小寸法である。
【００７０】
ある金属酸化物を添加すると、本発明によるセラミックスの特性および／または結晶構造または微細構造、ならびに、セラミックを製造する原材料および中間体の処理が変わる。例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏのような酸化物を添加すると、ガラスのＴgとＴx（Ｔxは結晶化温度）の両方が変化するのが観察された。理論に拘束されるのは望むところではないが、かかる添加がガラスの形成に影響するものと考えられる。さらに、例えば、かかる酸化物の添加によって、全体の系の融点が減少し（すなわち、系を低融点共晶へと促し）、ガラスの形成が容易になる。多成分系（四元等）の錯体共晶に基づく組成物は、良好なガラス形成能を有する。その動作範囲の液体溶融物の粘度およびガラスの粘度もまた、特別に必要とされる酸化物以外の金属酸化物の添加に影響される。
【００７１】
ガラス−セラミックスを形成するためのガラスおよびガラスを含むセラミックスの結晶化はまた、材料の添加に影響される。例えば、ある金属、金属酸化物（例えば、チタン酸塩およびジルコン酸塩）およびフッ化物は、核形成剤として作用して、結晶の不均一核形成となり有用である。また、ある酸化物を添加すると、再加熱の際にガラスから失透する準安定相の性質が変化する。他の態様において、結晶ＺｒＯ2を含む本発明によるセラミックスについては、ＺｒＯ2の正方晶／立方体を安定化させることが知られている金属酸化物（例えば、Ｙ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2、ＣａＯおよびＭｇＯ）を添加するのが望ましい。
【００７２】
本発明によるセラミックスを製造するための金属酸化物供給源およびその他添加剤の特定の選択は、例えば、所望の組成、微細構造、結晶度、物理的特性（例えば、硬さまたは靭性）、望ましくない不純物の存在、およびセラミックスを作製するのに用いる特定のプロセスの所望または必要な特徴（装置および溶融および／または固化前および／または最中の原材料の精製をはじめとする）を考慮に入れるのが一般的である。
【００７３】
場合によっては、Ｂ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2、Ｖ2Ｏ5およびこれらの組み合わせからなる群より選択される限られた量の金属酸化物を組み込むのが好ましい。商業的供給源を含めた供給源としては、酸化物自身、錯体酸化物、元素（例えば、Ｓｉ）粉末、鉱物、炭酸塩、酢酸塩、窒化物、塩化物、水酸化物等が挙げられる。これらの金属酸化物を添加して、例えば、得られるガラス−セラミックの物理特性を修正し、かつ／または処理を改善する。これらの金属酸化物は、用いるときは、一般的に、例えば、所望の特性に応じて、合計でガラス−セラミック材料の０超〜２０質量％（ある実施形態においては、合計で０超〜５質量％、さらに合計で０超〜２質量％）で添加する。
【００７４】
有用な処方としては、共晶組成物（例えば、三元共晶組成物）、またはそれに近いものが挙げられる。本明細書に開示された組成物に加えて、四元以上の共晶組成物といったその他のかかる組成物は、本開示内容を見れば当業者には明白である。
【００７５】
材料の微細構造または相組成物（ガラス状／結晶）は数多くのやり方で求めることができる。例えば、光学顕微鏡、電子顕微鏡、示差熱分析（ＤＴＡ）およびｘ線回折（ＸＲＤ）を用いて様々な情報が得られる。
【００７６】
光学顕微鏡を用いると、アモルファス材料は、結晶境界のような光散乱中心がないため一般的に、大部分が透明であり、一方、結晶材料は結晶構造を示し、光散乱効果のために不透明である。
【００７７】
パーセントアモルファス（またはガラス）収率は、粒子（例えば、ビーズ）等について、−１００＋１２０メッシュサイズフラクション（すなわち、１５０−マイクロメートル開口部サイズと１２５−マイクロメートル開口部サイズスクリーンの間で集められたフラクション）を用いて計算することができる。測定は次のようなやり方で行う。粒子、ビーズ等の単層をガラススライドに広げる。粒子、ビーズ等を、光学顕微鏡を用いて観察する。光学顕微鏡の接眼レンズの十字をガイドとして用いて、直線に沿って並んだ粒子、ビーズ等をその光学明瞭度に応じてアモルファスか結晶かで（透明である場合はアモルファス）数える。合計で５００個の粒子、ビーズ等を数える。ただし、これより少ない粒子、ビーズ等を用いてもよく、数えられた合計の粒子、ビーズ等により除算したアモルファス粒子、ビーズ等の量によりパーセントアモルファス収率を求める。本発明の方法の実施形態でのパーセントアモルファス（またはガラス）収率は少なくとも５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００パーセントである。
【００７８】
全ての粒子がアモルファス（またはガラス）で、得られる収率が１００％未満であるのが望ましい場合には、アモルファス（またはガラス）粒子を非アモルファス（または非ガラス）粒子から分離してもよい。かかる分離は、例えば、密度および光学明瞭度に基づいて分離することをはじめとする従来の技術により行ってよい。
【００７９】
ＤＴＡを用いて、材料の対応のＤＴＡトレースが発熱結晶イベント（Ｔx）を含む場合には、材料をアモルファスと分類する。Ｔxより低い温度で同じトレースが吸熱イベント（Ｔg）を含む場合には、ガラス相からなると考えられる。材料のＤＴＡトレースがかかるイベントを含んでいない場合には、結晶相を含有すると考えられる。
【００８０】
示差熱分析（ＤＴＡ）は、以下の方法を用いて実施することができる。ＤＴＡは、−１４０＋１７０メッシュサイズフラクション（すなわち、１０５−マイクロメートル開口部サイズおよび９０−マイクロメートル開口部サイズスクリーン間で集めたフラクション）を用いて実行する（ドイツ、ゼルブのネッチインスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｓｅｌｂ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より「ネッチ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」という商品名で入手されるような計器を用いて）ことができる。各スクリーニングされた試料の量（一般的に、約４００ミリグラム（ｍｇ））を１００−マイクロリットルのＡｌ2Ｏ3試料ホルダに入れる。各試料を静的エアで１０℃／分のレートで室温（約２５℃）から１１００℃まで加熱する。
【００８１】
粉末ｘ−線回折ＸＲＤを用いて（ニュージャージー州、モーウォーのフィリップス（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ，Ｍａｈｗａｈ，ＮＪ）より「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」という商品名で入手できるようなｘ線回折装置を用いて、銅Ｋα１放射線が１．５４０５０オングストロームで）、結晶材料のＸＲＤトレースに存在するピークを、回折データの国際センター（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）が公表しているＪＣＰＤＳ（粉末回折標準委員会（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ））データベース提供の結晶相のＸＲＤパターンと比べることにより、材料に存在する相を求めることができる。さらに、ＸＲＤを定性的に用いると、相の種類を求めることができる。広い拡散強度ピークの存在は、材料のアモルファス性を示すものである。広いピークと明確なピークの両方の存在は、ガラスマトリックス中に結晶物質が存在することを示すものである。
【００８２】
初期に形成されたガラスまたはセラミック（結晶化前のガラスを含む）は、所望のものよりサイズが大きい。ガラスが所望の幾何形状および／またはサイズにある場合には、サイズ減少は通常必要ない。ロールクラッシュ、ジョークラッシュ、ハンマーミル、ボールミル、ジェットミル、インパクトクラッシュ等をはじめとする業界に知られた粉砕および／または破砕技術を用いて、ガラスまたはセラミックを小さな片へと変換することができる。場合によっては、２回または複数の粉砕工程が望ましい。例えば、セラミックが形成された（固化した）後、所望より大きな形態にあってもよい。第１の粉砕工程には、これらの比較的大きな塊または「チャンク」を粉砕して小さな片を形成することが含まれる。これらのチャンクのこの粉砕は、ハンマーミル、インパクトクラッシャーまたはジョークラッシャーで行ってもよい。これらの小さな片を続いて粉砕して、所望の粒子サイズ分布を生成してもよい。所望の粒子サイズ分布（グリットサイズまたは等級と呼ばれることがある）を生成するためには、多数の粉砕工程を実施する必要がある。通常、粉砕条件を最適化して、所望の粒子形状および粒子サイズ分布を得る。所望のサイズでない得られた粒子は、大きすぎる場合には、再粉砕したり、小さすぎる場合には再溶融のための原材料として「再利用」および使用してもよい。
【００８３】
粒子の形状は、例えば、セラミックの組成および／または微細構造、冷却された幾何形状、およびセラミックが粉砕されるやり方（すなわち、用いる粉砕技術）に応じて異なる。通常、「塊状の」形状が好ましい場合には、この形状を得るために、用いるエネルギーを多くする。逆に、「鋭い」形状が好ましい場合には、この形状を得るために、用いるエネルギーを少なくする。粉砕技術をまた変更して、異なる所望の形状を得てもよい。ある粒子については、１：１〜５：１の平均アスペクト比が一般的に望ましく、他の実施形態においては、１．２５：１〜３：１、さらに１．５：１〜２．５：１である。
【００８４】
物品を直接所望の形状に形成することもまた本発明の範囲に含まれる。例えば、溶融物を鋳型に注ぐ、または成形することにより、所望の物品を形成（成形を含め）してもよい。例えば、２００３年２月５日出願の米国特許出願第１０／３５８，７７２号明細書の同時継続出願に記載された形成技術も参照のこと。
【００８５】
本発明によるセラミックの実施形態は、寸法に制限なく得ることができる。ガラス転移温度より高い温度で実施された合体工程によりこれが可能であることが分かった。この合体工程は、基本的に、２つ以上の小さな粒子から大きなサイズの本体を形成する。例えば、本発明によるガラスは、吸熱（Ｔx）より低い温度での発熱（Ｔg）の存在により明らかな通り、大幅な結晶化が生じる（Ｔx）前にガラス転移（Ｔg）する。例えば、セラミック（結晶化前のガラスを含む）はまた、例えば、ガラスおよび／またはファイバー等を含む粒子をＴgより高く加熱して、粒子等を合体させて形状を形成することによっても提供することができる。合体に用いる温度および圧力は、例えば、ガラスの組成および得られる材料の所望の密度に応じて異なる。温度は、ガラス転移温度より高くなければならない。ある実施形態において、加熱は、約８５０℃〜約１１００℃の範囲（ある実施形態においては９００℃〜１０００℃）の少なくとも１つの温度で行う。一般的に、ガラスの合体を補助するために合体中は、ガラスに圧力（例えば、ゼロ〜１ＧＰａ以上）をかける。一実施形態において、粒子等は、ダイに充填して、ガラスの粘性流れが比較的大きな部分の合体を導くガラス転移を超える温度でホットプレスを行う。代表的な合体技術としては、ホットプレス、ホット静水圧プレス、加熱押出し、熱間鍛造等（例えば、焼結、プラズマ補助焼結）が例示される。例えば、ガラスを含む粒子（例えば、粉砕により得られたもの）（ビーズおよび微小球を含む）、ファイバー等を大きな粒子サイズへ形成してもよい。合体によりまた、所望の形状（すなわち、幾何形状）へ成形された本体が得られる。ある実施形態において、成形された本体は、１：１を超える、さらに２：１を超えるアスペクト比を有するロッドである。ある実施形態において、さらに熱処理する前に、得られる合体した本体を冷却するのが望ましい。所望であれば、熱処理後、合体した本体を小さな粒子サイズまたは所望の粒子サイズ分布まで粉砕してもよい。
【００８６】
ガラスおよび／またはガラス−セラミック（すなわち、粒子）の合体はまた、無圧または加圧焼結、鍛造、加熱押出し等をはじめとする様々な方法により行ってもよい。
【００８７】
ある実施形態において、ガラスの合体は、後の加熱中の圧力が１．０ａｔｍの圧力の雰囲気で導かれ、１．１ａｔｍを超える（ある実施形態においては、１．２５ａｔｍ、１．５ａｔｍ、２ａｔｍ、５ａｔｍまたは１０ａｔｍを超える）圧力で、気体雰囲気が、固化するガラスの少なくとも一部の外側表面の少なくとも一部と直接接触する以外は、同じやり方で加熱された同じガラスに比べてガラスの緻密化のレートを増大するのに十分な１．１ａｔｍを超える圧力（ある実施形態においては、１．２５ａｔｍ、１．５ａｔｍ、２ａｔｍ、５ａｔｍ、さらに１０ａｔｍを超える圧力）で気体雰囲気（例えば、窒素）にて実施することができる（例えば、本出願と同日出願された米国特許出願第１０／９０１，６３８号明細書の同時継続出願を参照のこと）。ある実施形態において、窒素含有気体雰囲気は、ガラスに対して窒素の供給源として作用する（すなわち、窒素をガラスに導入する）。
【００８８】
通常、熱処理は、ガラスを熱処理してガラス−セラミックスを与えるのに業界で知られた様々なやり方で実施することができる。例えば、熱処理は、抵抗、誘導またはガス加熱炉を用いて、バッチで行うことができる。あるいは、例えば、熱処理（またはその一部）は、ロータリキルン、流動床炉またはペンデュラムキルンを用いて連続的に実施することができる。ロータリキルンまたはペンジュラムキルンの場合に、材料は、一般的に、高温で操作されるキルンに直接供給する。流動床炉の場合には、熱処理するガラスは一般的にガス（例えば、空気、不活性または還元ガス）中に懸濁する。高温の時間は、数秒（ある実施形態においては、５秒未満）から数分から数時間にわたる。温度は、ガラスのＴx〜１６００℃、より一般的には９００℃〜１６００℃、ある実施形態においては、１２００℃〜１５００℃である。多数の工程において複数の熱処理（例えば、１回は核形成、１回は結晶成長に、緻密化も一般的に結晶成長工程中に生じる）を実施することも本発明の範囲に含まれる。複数の工程の熱処理を実施するときは、一般的に、核形成および結晶成長レートのいずれか、または両方を制御するのが望ましい。通常、たいていのセラミック処理操作中、大幅な結晶成長なしで最大の緻密化を得るのが望ましい。理論に拘束されることは望むところではないが、通常は、セラミック業界においては、大きな結晶サイズだと、機械的特性の減少につながり、細かい平均結晶サイズだと、機械的特性の改善（例えば、高強度および高硬さ）につながる。特に、少なくとも９０、９５、９７、９８、９９さらに少なくとも１００パーセントの理論密度の密度を有するセラミックスを形成するのが極めて望ましい。平均結晶サイズは０．１５マイクロメートル未満、０．１マイクロメートル未満である。
【００８９】
本発明のある実施形態において、ガラスまたはガラスを含むセラミックスを熱処理する前にアニールしてもよい。かかる場合、アニールは、一般的に、数秒から数時間または数日にわたってガラスのＴｘより低い温度で行われる。一般的に、アニールは３時間未満、更には１時間未満の期間実施する。任意で、アニールはまた空気以外の雰囲気で実施してもよい。さらに、熱処理の異なる段階（すなわち、核形成工程および結晶成長工程）を異なる雰囲気下で実施してもよい。本発明によるガラスのＴgおよびＴx、Ｔx−Ｔgは、熱処理中に用いる雰囲気に応じてシフトしてもよいものと考えられる。
【００９０】
当業者であれば、業界に公知の技術を用いてガラスの時間−温度−変形（ＴＴＴ）調査から適切な条件を決めることができる。本発明の開示内容を読めば、当業者であれば、本発明によるガラス−セラミックを作製するのに用いるガラスのＴＴＴ曲線を与え、本発明によるガラス−セラミックスを提供するための適切な核形成および／または結晶成長条件を決めることができる。
【００９１】
熱処理は、例えば、材料を高温で炉に直接供給することにより行ってもよい。あるいは、例えば、材料は、低温（例えば、室温）で炉に供給してから、所定の加熱レートで所望の温度まで加熱してもよい。空気以外の雰囲気中で熱処理を実施することもまた本発明の範囲に含まれる。場合によっては、還元雰囲気中で熱処理するのが望ましい。また、例えば、熱静水圧プレス、またはガス圧力炉のようなガス圧力下で熱処理するのが望ましい。理論に拘束されることは望むところではないが、雰囲気はガラスおよびガラス−セラミックスの成分のいくつかの酸化状態に影響するものと考えられる。酸化状態のかかる変化は、ガラスおよびガラス−セラミックスの色の変化を引き起こす。さらに、核形成および結晶化工程は、雰囲気により影響される（すなわち、雰囲気はガラスのいくつかの種の原子移動度に影響する）。
【００９２】
材料の所望の特性をさらに改善するためにさらに熱処理を実施することも本発明の範囲に含まれる。例えば、熱水圧プレスを行って（約９００℃〜約１４００℃の温度で）、残渣空隙率を除去し、材料の密度を増大してもよい。
【００９３】
得られる物品または熱処理物品を変換（例えば、粉砕）して、粒子（例えば、本発明による研磨粒子）を与えることも本発明の範囲内である。
【００９４】
一般的に、ガラス−セラミックスは、形成されるガラスより強い。従って、材料の強度を、例えば、ガラスが結晶質セラミック相に変換される程度まで調整してもよい。あるいは、またはこれに加えて、材料の強度は、例えば、作製される核形成部位の数に影響され、これを用いると結晶相の結晶の数およびサイズに影響する。ガラス−セラミックの形成に関するさらなる詳細については、例えば、ガラス−セラミックス、Ｐ．Ｗ．マクミラン（ＭｃＭｉｌｌａｎ）、アカデミックプレス社（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）、第２版、１９７９年を参照のこと。
【００９５】
多くのその他の種類のセラミック処理（すなわち、焼結材料から緻密な焼結セラミック材料への焼結）に比べると、ガラス−セラミックを形成するためのガラスの結晶化中の収縮は比較的少ない（一般的に３０体積パーセント未満、ある実施形態においては２０体積パーセント未満、１０体積パーセント未満、５体積パーセント未満、さらに３体積パーセント未満）。収縮の実際の量は、例えば、ガラスの組成、熱処理時間、熱処理温度、熱処理圧力、結晶化するガラスの密度、形成される結晶相の相対量および結晶度に応じて異なる。収縮の量は、膨張計、アルキメデス法または熱処理前後の材料の寸法測定をはじめとする業界に知られた従来の技術により測定することができる。場合によっては、熱処理中揮発性種が発生することがある。
【００９６】
ある実施形態において、比較的低い収縮特徴は特に有利である。例えば、物品は所望の形状および寸法（すなわち、略最終形状）までガラス中に形成された後に、熱処理して、ガラスを少なくとも部分的に結晶化する。その結果、結晶化材料の製造および機械加工に関る大幅なコスト削減が実現される。
【００９７】
ある実施形態において、ガラスは、それぞれ少なくとも１ｃｍ（ある実施形態においては、少なくとも５ｃｍ、さらに少なくとも１０ｃｍ）のｘ、ｙ、ｚ方向を有し、ガラスは体積を有し、得られるガラス−セラミックは、それぞれ少なくとも１ｃｍ（ある実施形態においては、少なくとも５ｃｍ、さらに少なくとも１０ｃｍ）のｘ、ｙ、ｚ方向を有し、ガラス−セラミックはガラス体積の少なくとも７０（ある実施形態においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６または少なくとも９７）パーセントの体積を有する。
【００９８】
例えば、本発明によるガラス−セラミックスを作製するための例示のガラスの熱処理中、Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7および／または立方／正方晶ＺｒＯ2、場合によっては、単斜晶ＺｒＯ2のような相の形成が約９００℃を超える温度で生じる。理論に拘束されることは望むところではないが、ジルコニア関連相が第１の相でガラスから核形成をするものと考えられる。Ａｌ2Ｏ3、ＲｅＡｌＯ3（式中、Ｒｅは少なくとも１つの希土類カチオンである）、ＲｅＡｌ11Ｏ18、Ｒｅ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12等の相の形成は、約９２５℃を超える温度で生じると考えられる。一般的に、この核形成工程中の結晶子サイズはおよそ数ナノメートルである。例えば、１０〜１５ナノメートルと小さい結晶が観察されている。少なくともある実施形態については、約１３００℃で約１時間の熱処理により完全な結晶化がなされる。通常、核形成および結晶成長工程のそれぞれの熱処理時間は、数秒（ある実施形態においては５秒未満）から数分から１時間以上に及ぶ。
【００９９】
平均結晶サイズは、ＡＳＴＭ規格Ｅ １１２−９６「平均粒径を求めるための標準試験方法（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ）」に従ったラインインターセプト法により求めることができる。試料を、一般的に、直径約２．５ｃｍ、長さ約１．９ｃｍの樹脂のシリンダの装着樹脂（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「トランスオプティックパウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」という商品名で入手されるようなもの）に装着する。ポリッシャ（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））より「ＥＰＯＭＥＴ３」という商品名で入手されるようなもの）を用いる従来のポリッシング技術を用いて装着セクションを作製する。試料を約３分間ダイヤモンド砥石で磨き、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーで５分間磨く。装着および磨いた試料を、金−パラジウムの薄層によりスパッタリングし、走査電子顕微鏡（マサチューセッツ州、ピーボディ（Ｐｅａｂｏｄｙ，ＭＡ））のＪＯＥＬ製型番ＪＳＭ８４０Ａ等）を用いて検査する。試料にある微細構造の代表的な背面散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真を用いて、次のようにして平均結晶サイズを求める。顕微鏡写真に引かれた不規則な直線の単位長さ（ＮL）当たりの交差する結晶子の数を数える。平均結晶子サイズをこの数から次の等式から求める。平均結晶サイズ＝１．５／（ＮLＭ）、式中、ＮLは単位長さ当たりの交差する結晶子の数であり、Ｍは顕微鏡写真の倍率である。
【０１００】
他の実施形態において、本発明によるセラミックス（ガラス−セラミックス）は、少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９または１００体積パーセントの結晶子を含み、結晶子の平均サイズは、１マイクロメートル未満、０．５マイクロメートル未満、０．３マイクロメートル未満または０．１５マイクロメートル未満である。
【０１０１】
本発明によるセラミックス中に存在する結晶相としては、アルミナ（例えば、アルファおよび遷移アルミナ）、ＲＥＯ、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2（例えば、立方ＺｒＯ2および正方晶ＺｒＯ2）、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＣｕＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｌｉ2Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ2Ｏ、Ｐ2Ｏ5、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＳｒＯ、ＴｅＯ2、ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5、ＺｎＯのような１種類以上の他の金属酸化物、ならびに「錯体金属酸化物」（錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物（例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯ（例えば、ＲｅＡｌＯ3（例えば、ＧｄＡｌＯ3、ＬａＡｌＯ3）、ＲｅＡｌ11Ｏ18（例えば、ＬａＡｌ11Ｏ18）およびＲｅ3Ａｌ5Ｏ12（例えば、Ｄｙ3Ａｌ5Ｏ12））、錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3（例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）および錯体ＺｒＯ2・ＲＥＯ（例えば、Ｌａ2Ｚｒ2Ｏ7））およびこれらの組み合わせが例示される。一般的に、本発明によるセラミックスには、共晶微細構造特徴がない。
【０１０２】
ある実施形態において、本発明によるセラミックスは、セラミックの総質量に基づいて、ＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2３０質量パーセントまで（ある実施形態において、１５〜３０質量パーセントのＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2をさらに含む。
【０１０３】
錯体Ａｌ2Ｏ3・金属酸化物（例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯおよび／または錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3（例えば、ガーネット結晶構造を示すアルミン酸イットリウム））中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも本発明の範囲に含まれる。例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃoおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される元素の少なくとも１つのカチオンと置換してもよい。例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・Ｙ2Ｏ3のＹカチオンの一部を、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｈ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される元素の少なくとも１つのカチオンと置換してもよい。さらに、例えば、錯体Ａｌ2Ｏ3・ＲＥＯの希土類カチオンの一部を、Ｙ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される元素の少なくとも１つのカチオンと置換してもよい。上述したカチオンの置換は、セラミックの特性（例えば、硬さ、靭性、強度、熱伝導率等）に影響する。
【０１０４】
セラミックス（ガラスおよびガラス−セラミックスを含む）およびその製造方法に関するさらなる詳細（組成、製造、使用および特性）は、米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、同第０９／９２２，５２７号明細書、同第０９／９２２，５２８号明細書および同第０９／９２２，５３０号明細書（それぞれ２００１年８月２日に出願され現在は放棄されている）、同第１０／２１１，５９７号明細書、同第１０／２１１，６３８号明細書、同第１０／２１１，６２９号明細書、同第１０／２１１，５９８号明細書、同第１０／２１１，６３０号明細書、同第１０／２１１，６３９号明細書、同第１０／２１１，０３４号明細書、同第１０／２１１，０４４号明細書、同第１０／２１１，６２８号明細書、同第１０／２１１，４９１号明細書、同第１０／２１１，６４０号明細書および同第１０／２１１，６８４号明細書（それぞれ２００２年８月２日に出願）、同第１０／３５８，７７２号明細書、同第１０／３５８，７６５号明細書、同第１０／３５８，９１０号明細書、同第１０／３５８，８５５号明細書および同第１０／３５８，７０８号明細書（それぞれ２００３年２月５日に出願）ならびに同第１０／７４０，２６２号明細書、同第１０／７９４，４２０号明細書、同第１０／７３９，４４０号明細書、同第１０／７４０，０９６号明細書、同第１０／７３９，４４１号明細書、同第１０／７３９，６２４号明細書、同第１０／７３９，４３９号明細書（２００３年１２月１８日出願）にある。
【０１０５】
本発明によるガラス−セラミックの実施形態を提供するためのアモルファス材料の熱処理により形成された結晶は、例えば、針状等軸、円柱または平坦な平板状特徴であってもよい。
【０１０６】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを作製するあるガラスは、少なくとも７５（ある実施形態においては、少なくとも８０、８５または少なくとも９０、ある実施形態においては７５〜９０）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3、少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも１、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０または２３．９、ある実施形態においては、１０〜２３．９または１５〜２３．９）質量パーセントのＬａ2Ｏ3、少なくとも１（ある実施形態においては、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０または２４．８、ある実施形態においては１０〜２４．８、１５〜２４．８）質量パーセントのＹ2Ｏ3および少なくとも０．１（ある実施形態においては、少なくとも１、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７または８、ある実施形態においては、０．１〜８または０．１〜５または０．１〜２）質量パーセントのＭｇＯをガラスまたはガラス−セラミックの総質量に基づいてそれぞれ含む。
【０１０７】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを製造するのに用いるあるガラスは、少なくとも７５（ある実施形態においては、少なくとも８０、８５または少なくとも９０、ある実施形態においては７５〜９０）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3、および少なくとも１（ある実施形態においては、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０または２５、ある実施形態においては、１０〜２５、１５〜２５）質量パーセントのＹ2Ｏ3をガラス−セラミックまたはガラスの総質量に基づいてそれぞれ含む。
【０１０８】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを製造するのに用いるあるガラスは、少なくとも７５（ある実施形態においては、少なくとも８０、８５または少なくとも９０）質量パーセントのＡｌ2Ｏ3、および少なくとも１０（ある実施形態においては、少なくとも１５、２０または少なくとも２５）質量パーセントのＹ2Ｏ3をガラス−セラミックまたはガラスの総質量に基づいてそれぞれ含む。
【０１０９】
本発明によるガラスおよびガラス−セラミックスのある実施形態およびかかるガラス−セラミックスを製造するのに用いるあるガラスは、ＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2を含み、ＺｒＯ2および／またはＨｆＯ2の量は、ガラス−セラミックまたはガラスの総質量に基づいて少なくとも５、１０、１５または少なくとも２０質量パーセントでそれぞれ存在する。
【０１１０】
本発明によるガラスまたはガラス−セラミック等はバルク材料の形態であってもよいが、本発明によるガラス、ガラス−セラミック等を含む複合体を提供することも本発明の範囲に含まれる。かかる複合体は、例えば、本発明によるガラス、ガラス−セラミック等または層状複合体構造（すなわち、ガラス−セラミックスの異なる組成のガラス−セラミックおよび／または層を作製するのに用いるガラスに対してガラス−セラミックの勾配）に分散された相またはファイバー（連続または不連続）または粒子（ウィスカを含む）（例えば、金属酸化物粒子、ホウ化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、ダイヤモンド粒子、金属粒子、ガラス粒子およびこれらの組み合わせ）を含んでいてもよい。
【０１１１】
本発明によるあるガラスは、例えば、約７５０℃〜約９５０℃の範囲のＴgを有していてもよい。
【０１１２】
本発明による材料の平均硬さは次のようにして求めることができる。材料のセクションを、直径約２．５ｃｍ、長さ約１．９ｃｍの樹脂のシリンダの装着樹脂（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「トランスオプティックパウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」という商品名で入手）に装着する。ポリッシャ（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））より「ＥＰＯＭＥＴ３」という商品名で入手されるようなもの）を用いる従来のポリッシング技術を用いて装着セクションを作製する。試料を約３分間１２５−マイクロメートルのダイヤモンドを含有するダイヤモンド砥石で磨き、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーで５分間磨く。１００−グラムのインデント荷重を用いてヴィッカース圧子を備えた従来の微小硬さテスター（日本、東京のミツトヨ社（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）より「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」という商品名で入手されるようなもの）を用いて微小硬さ測定を行う。微小硬さ測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４、材料の微小硬さの試験方法（１９９１年）に記載された指針に従って行う。平均硬さは１０回の測定の平均である。
【０１１３】
本発明によるあるガラスの平均硬さは、少なくとも５ＧＰａ（ある実施形態においては、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａまたは９ＧＰａ、一般的に約５ＧＰａ〜約１０ＧＰａ）、本発明による結晶質セラミックスは少なくとも５ＧＰａ（ある実施形態においては、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、９ＧＰａ、１０ＧＰａ、１１ＧＰａ、１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａまたは１８ＧＰａ、一般的に約５ＧＰａ〜１８ＧＰａ）、および本発明によるガラスおよび結晶質セラミックを含むガラス−セラミックスまたは本発明によるセラミックスは少なくとも５ＧＰａ（ある実施形態において、少なくとも６ＧＰａ、７ＧＰａ、８ＧＰａ、９ＧＰａ、１０ＧＰａ、１１ＧＰａ、１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａまたは１８ＧＰａ（以上）、一般的に約５ＧＰａ〜約１８ＧＰａ）である。ある実施形態において、本発明による研磨粒子の平均硬さは少なくとも１５ＧＰａ、ある実施形態においては、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａさらに少なくとも１８ＧＰａである。
【０１１４】
本発明による特定のガラスの熱膨張係数は、例えば、少なくとも２５℃〜約９００℃の温度範囲にわたって、約５×１０-6／Ｋ〜約１１×１０-6／Ｋの範囲である。
【０１１５】
一般的かつ望ましくは、本発明によるセラミックの比重と呼ばれることもある（真の）密度は、一般的に、理論密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明によるセラミックの（真の）密度は、理論密度の少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％または１００％である。本発明による研磨粒子の密度は、理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％または１００％である。
【０１１６】
物品は、例えば、フィラー、強化材料および／またはマトリックス材料として、本発明によるセラミックを用いて作製することができる。例えば、本発明によるセラミックは、複合体（例えば、セラミック、金属またはポリマー（熱硬化または熱可塑））に強化材料として用いるのに好適な粒子および／またはファイバーの形態とすることができる。粒子および／またはファイバーは、例えば、マトリックス材料のモジュラス、熱抵抗性、耐摩耗性および／または強度を増大してもよい。複合体を作製するのに用いる粒子および／またはファイバーのサイズ、形状および量は、例えば、特定のマトリックス材料および複合体の使用に応じて異なるものの、強化粒子のサイズは、一般的に、約０．１〜１５００マイクロメートル、より一般的には１〜５００マイクロメートル、望ましくは２〜１００マイクロメートルである。ポリマー用途についての粒子の量は、一般的に、約０．５〜約７５質量パーセント、より一般的には約１〜約５０質量パーセントである。熱硬化性ポリマーとしては、フェノール、メラミン、ウレア、ホルムアルデヒド、アクリレート、エポキシ、ウレタンポリマー等が例示される。熱硬化性ポリマーとしては、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド等が例示される。
【０１１７】
強化ポリマー材料（すなわち、ポリマーに分散された本発明による強化粒子）の用途としては、例えば、コンクリート、家具、床、道路、木材、木材状材料、セラミックス等の保護コーティング、滑り防止コーティングおよび射出成形プラスチック部品およびコンポーネントが例示される。
【０１１８】
さらに、例えば、本発明によるセラミックは、マトリックス材料として用いることができる。例えば、本発明によるセラミックスは、ダイヤモンド、立方−ＢＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｓｉ3Ｎ4およびＳｉＣのようなセラミック材料等のバインダーとして用いることができる。かかる材料を含む有用な物品としては、複合体基材コーティング、切削工具インサート研磨凝集体およびビトリファイド砥石のような結合研磨物品が例示される。本発明によるセラミックスは、例えば、複合体物品のモジュラス、熱抵抗性、耐摩耗性および／または強度を増大するために、バインダーとして用いることができる。
【０１１９】
本発明による研磨粒子は、通常、結晶質セラミック（例えば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５または１００体積パーセントの量の結晶質セラミック）を含む。他の態様において、本発明は、細かいから粗いまで、粒子サイズ分布を有する複数の粒子を提供し、複数の粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子である。他の態様において、本発明による研磨粒子の実施形態は、通常、本発明によるガラス−セラミックを含む（例えば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５または１００体積パーセント）。
【０１２０】
本発明による研磨粒子は、周知の技術およびＡＮＳＩ（アメリカ規格協会）規格、ＦＥＰＡ（欧州研磨製品製造連盟）またはＪＩＳ（日本工業規格）等級のような業界に認められた等級分け規格をはじめとする業界に周知の技術を用いてスクリーニングおよび等級分けされる。本発明による研磨粒子は、一般的に、約０．１〜約５０００マイクロメートル、約１〜約２０００マイクロメートル、約５〜約１５００マイクロメートル、さらに、ある実施形態においては、約１００〜約１５００マイクロメートルの広い範囲の粒子サイズで用いられる。
【０１２１】
ある粒子サイズ分布において、粗い粒子から細かい粒子まで、ある範囲の粒子サイズである。研磨業界において、この範囲は「粗さ」「制御」および「細かい」フラクションと呼ばれることがある。研磨業界に受け入れられた等級分け規格に従って等級分けした研磨粒子は、数値限定内の各公称グレードについての粒子サイズ分布を指定する。かかる業界が認める等級分け規格としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格および日本工業規格（ＪＩＳ）規格として知られているものが挙げられる。ＡＮＳＩ等級名称（すなわち、規定の公称グレード）としては、ＡＮＳＩ４、ＡＮＳＩ６、ＡＮＳＩ８、ＡＮＳＩ１６、ＡＮＳＩ２４、ＡＮＳＩ３６、ＡＮＳＩ４０、ＡＮＳＩ５０、ＡＮＳＩ６０、ＡＮＳＩ８０、ＡＮＳＩ１００、ＡＮＳＩ１２０、ＡＮＳＩ１５０、ＡＮＳＩ１８０、ＡＮＳＩ２２０、ＡＮＳＩ２４０、ＡＮＳＩ２８０、ＡＮＳＩ３２０、ＡＮＳＩ３６０、ＡＮＳＩ４００およびＡＮＳＩ６００が挙げられる。ＦＥＰＡ等級名称としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００およびＰ１２００が挙げられる。ＪＩＳ等級名称としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００およびＪＩＳ１０，０００が挙げられる。
【０１２２】
粉砕およびスクリーニング後には、様々な異なる研磨粒子サイズ分布または等級がある。これらの様々な等級は、特定の時にはメーカーまたは供給業者のニーズに合わないことがある。棚卸を最小にするために、ガラスを形成するために需要外等級を溶融物に戻して再利用することができる。この再利用は、粉砕工程後に行われ、粒子は、特定の分布までスクリーニングされなかった大きなチャンクまたは小さな片（「ファイン」と呼ばれることがある）である。
【０１２３】
他の態様において、本発明は、本発明によるガラス粒子またはガラスを含む粒子を熱処理して、本発明によるガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供する工程を含む研磨粒子を製造する方法を提供する。あるいは、例えば、本発明は、本発明によるガラスを熱処理する工程と、前記得られる熱処理された材料を粉砕して、本発明によるガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供する工程とを含む研磨粒子を製造する方法を提供する。粉砕時、ガラスは、大幅に結晶化されたガラス−セラミックスまたは結晶材料を粉砕するよりも鋭い粒子を与える傾向がある。
【０１２４】
他の態様において、本発明は、バインダーにより結合された本発明による複数の研磨粒子をそれぞれ含む凝集砥粒を提供する。他の態様において、本発明は、研磨粒子の少なくとも一部が本発明による研磨粒子（研磨粒子が凝集しているものを含む）であるバインダーと複数の研磨粒子を含む研磨物品（例えば、被覆研磨物品、結合研磨物品（ビトリファイド、レジノイドおよび金属結合砥石車、切断ホイル、軸付け砥石およびホーニング砥石）、不織研磨物品および研磨ブラシ）を提供する。かかる研磨物品の製造方法および研磨製品の使用は当業者に周知である。さらに、本発明による研磨粒子は、研磨化合物（例えば、ポリッシング化合物）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体等のスラリー等、研磨粒子を利用する研磨用途に用いることができる。
【０１２５】
被覆研磨物品は、通常、バッキングと、研磨粒子と、研磨粒子をバッキングに保持するための少なくとも１種類のバインダーとを含む。バッキングは、布、ポリマーフィルム、ファイバー、不織ウェブ、紙、これらの組み合わせおよびこれらを処理したものをはじめとするいずれかの好適な材料とすることができる。好適なバインダーとしては、無機または有機バインダー（熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂）が挙げられる。研磨粒子は、被覆研磨物品の１層または２層中に存在させることができる。
【０１２６】
被覆研磨製品の一例を図７に示す。図７によれば、被覆研磨物品１はバッキング（基材）２と研磨層３とを有している。研磨層３は、メイクコート５およびサイズコート６によりバッキング２の主面に固定された本発明による研磨粒子４を含んでいる。場合によっては、スーパーサイズコート（図示せず）を用いる。
【０１２７】
結合研磨物品は、一般的に、有機、金属またはビトリファイドバインダーにより保持された研磨粒子の成形された塊を含む。かかる成形された塊は、例えば、砥石車または切断ホイールのような車輪の形態とすることができる。砥石車の直径は、一般的に、約１ｃｍ〜１メートルを超え、切断ホイールの直径は約１ｃｍ〜８０ｃｍを超える（より一般的には３ｃｍ〜約５０ｃｍ）。切断ホイールの厚さは、一般的に、約０．５ｍｍ〜約５ｃｍ、より一般的には約０．５ｍｍ〜約２ｃｍである。成形された塊は、また、例えば、ホーニング石、セグメント、軸付け砥石、ディスク（例えば、両頭平面研削盤）またはその他従来の結合研磨形状の形態とすることもできる。結合研磨物品は、一般的に、結合研磨物品の総体積に基づいて、約３〜５０体積％の結合材料、約３０〜９０体積％の研磨粒子（または研磨粒子ブレンド）、５０体積％までの添加剤（研削助剤）および７０体積％までのポアを含む。
【０１２８】
例示の砥石車を図８に示す。図８に、車輪に成形されハブ１２に装着された、本発明による研磨粒子１１を含む砥石車１０を示す。
【０１２９】
不織研磨物品は、一般的に、構造全体に分配され、有機バインダーにより接着接合された本発明による研磨粒子を有する開放気泡のかさ高いポリマーフィラメントを含む。フィラメントとしては、ポリエステルファイバー、ポリアミドファイバーおよびポリアラミドファイバーが例示される。例示の不織物品を図９に示す。図９に、代表的な研磨物品の約１００倍拡大した概略図を示す。これは、基材として繊維状マット５０を含み、この上に本発明による研磨粒子５２がバインダー５４により接合している。
【０１３０】
有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体化された複数の剛毛を有するようなものが挙げられる（例えば、米国特許第５，４２９，５９５号明細書（ピールら（Ｐｉｈｌ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４４３，９０６号明細書（ピールら（Ｐｉｈｌ ｅｔ ａｌ．））、同第５，６７９，０６７号明細書（ジョンソンら（Ｊｏｈｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．））および同第５，９０３，９５１号明細書（イオンタら（Ｉｏｎｔａ ｅｔ ａｌ．））を参照のこと）。望ましくは、かかるブラシは、ポリマーと研磨粒子の混合物を射出成形することにより作製される。
【０１３１】
研磨物品を製造するのに好適な有機バインダーとしては、熱硬化性有機ポリマーが挙げられる。好適な熱硬化性有機ポリマーとしては、フェノール樹脂、ウレア−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、懸垂α、β−不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシおよびこれらの組み合わせが例示される。バインダーおよび／または研磨物品はまた、ファイバー、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロピー材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイト等）、カップリング剤（例えば、シラン、チタネート、ジルコアルミネート等）、可塑剤、沈殿防止剤等といった添加剤も含むことができる。これらの任意の添加剤の量は、所望の特性を与えるように選択する。カップリング剤は、研磨粒子および／またはフィラーへの接着を改善することができる。バインダーの化学的性質では、熱硬化、放射線硬化またはこれらの組み合わせを行うことができる。バインダーの化学的性質の更なる詳細は、米国特許第４，５８８，４１９号明細書（カウルら（Ｃａｕｌ ｅｔ ａｌ．））、同第４，７５１，１３８号明細書（ツーメイら（Ｔｕｍｅｙ ｅｔ ａｌ．））および同第５，４３６，０６３号明細書（フォレットら（Ｆｏｌｌｅｔｔ ｅｔ ａｌ．））にある。
【０１３２】
ビトリファイド結合研磨材に関して、より具体的には、アモルファス構造を示し、一般的には硬質のガラス質の結合材料が業界では周知である。場合によっては、ガラス質結合材料は結晶相を含む。本発明による結合されたビトリファイド研磨物品は、ホイール（切断ホイールを含む）、ホーニング砥石、軸付け砥石またはその他従来の結合研磨材形状の形状であってもよい。ある実施形態において、本発明によるビトリファイド結合研磨物品は、砥石車の形態にある。
【０１３３】
ガラス質結合材料を形成するのに用いる金属酸化物としては、シリカ、シリケート、アルミナ、ソーダ、カルシア、ポタッシア、チタニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化リチウム、マグネシア、ボリア、ケイ酸アルミニウム、ホウケイ酸塩ガラス、リチウムケイ酸アルミニウム、これらの組み合わせ等が例示される。一般的に、ガラス状結合材料は、１０〜１００％のガラスフリットを含む組成物から形成することができる。ただし、より一般的には、組成物は２０％〜８０％のガラスフリット、または３０％〜７０％のガラスフリットを含む。ガラス質結合材料の残りの部分は、非フリット材料とすることができる。あるいは、ガラス質結合は、非フリット含有組成物から誘導してもよい。ガラス質結合材料は、一般的に、約７００℃〜約１５００℃の範囲、通常は約８００℃〜１３００℃の範囲、場合によっては約９００℃〜約１２００℃の範囲、または約９５０℃〜約１１００℃の範囲の温度で養生させる。結合が養生される実際の温度は、例えば、特定の結合の化学に応じて異なる。
【０１３４】
ある実施形態において、ビトリファイド結合材料としては、シリカ、アルミナ（望ましくは、少なくとも１０質量パーセントのアルミナ）およびボリア（望ましくは、少なくとも１０質量パーセントのボリア）を含むようなものが挙げられる。たいていの場合、ビトリファイド結合材料は、さらに、アルカリ金属酸化物（例えば、Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏ）（場合によっては、少なくとも１０質量パーセントのアルカリ金属酸化物）を含む。
【０１３５】
バインダー材料はまた、一般的に微粒子材料の形態のフィラー材料または研削補助を含有していてもよい。一般的に、微粒子材料は無機材料である。本発明に好適なフィラーとしては、金属炭酸塩（例えば、炭酸カルシウム（例えば、白亜、方解石、泥炭、トラバーチン、大理石および石灰石）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウムおよび炭酸マグネシウム）、シリカ（例えば、水晶、ガラスビーズ、ガラス泡およびガラスファイバー）、シリケート（例えば、タルク、クレイ（モンモリロン石）、長石、マイカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム）、金属硫酸塩（例えば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム）、石膏、蛭石、木粉、三水和アルミニウム、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）および金属亜硫酸塩（例えば、亜硫酸カルシウム）が例示される。
【０１３６】
通常、研削助剤を添加すると、研磨物品の耐用年数が増加する。研削助剤は、研磨の化学および物理プロセスに重大な影響を与える材料であり、その結果性能が改善される。理論に拘束されることは望むところではないが、研削助剤は、（ａ）研磨粒子と研磨されているワークピースとの間の摩擦を減じ、（ｂ）研磨粒子を「キャッピング」から保護する（すなわち、研磨粒子の上部に金属粒子が溶接されるのを防ぐ）または研磨粒子がキャップされる傾向を少なくとも減じる、（ｃ）研磨粒子とワークピースとの間の界面温度を下げる、または（ｄ）研削力を減じるものと考えられている。
【０１３７】
研磨助剤には、様々な異なる材料が含まれ、無機または有機系とすることができる。研磨助剤の化学群としては、ろう、有機ハロゲン化物化合物、ハロゲン化物塩、金属およびそれらの合金が例示される。有機ハロゲン化物化合物は、一般的に、研磨中に分解されて、ハロゲン酸またはガス状ハロゲン化化合物を放出する。かかる材料としては、塩素化ろう、例えば、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンおよびポリ塩化ビニルが例示される。ハロゲン化物塩としては、塩化ナトリウム、氷晶石カリウム、氷晶石ナトリウム、氷晶石アンモニウム、四フッ化ホウ酸カリウム、四フッ化ホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウムおよび塩化マグネシウムが例示される。金属としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、チタンが例示される。その他の様々な研削助剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイトおよび金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを用いることも本発明の範囲内であり、場合によっては相乗効果を奏す。
【０１３８】
研削助剤は、被覆研磨材および結合研磨物品に特に有用である。被覆研磨物品において、研削助剤は、一般的に、研磨粒子の表面に適用されるスーパーサイズコートに用いられる。しかしながら、研削助剤はサイズコートに添加されることがある。一般的に、被覆研磨物品に組み込まれる研削助剤は、約５０〜３００ｇ／ｍ2（望ましくは、約８０〜１６０ｇ／ｍ2）である。ビトリファイド結合研磨物品において、研削助剤は、一般的に物品のポアに含浸される。
【０１３９】
研磨物品は、本発明による研磨粒子を１００％含有したり、かかる研磨粒子と他の研磨粒子および／または希釈粒子とのブレンドを含有することができる。しかしながら、研磨物品中の研磨粒子の少なくとも約２質量％、望ましくは少なくとも約５質量％、より望ましくは約３０〜１００質量％を、本発明による研磨粒子とすべきである。場合によっては、本発明による研磨粒子は、他の研磨粒子および／または希釈粒子と、５〜７５質量％、約２５〜７５質量％、約４０〜６０質量％、または約５０〜５０質量％（すなわち、質量基準で等量で）の比率でブレンドしてもよい。好適な従来の研磨粒子としては、溶融酸化アルミニウム（白色溶融酸化アルミナ、熱処理済み酸化アルミニウムおよび褐色酸化アルミニウム）、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナジルコニアおよびゾル−ゲル誘導研磨粒子等が例示される。ゾル−ゲル誘導研磨粒子はシードまたは非シードであってもよい。同様に、ゾル−ゲル誘導研磨粒子は、不規則形状であっても、ロッドや三角のようなそれに関連した形状であってもよい。ゾルゲル研磨粒子としては、米国特許第４，３１４，８２７号明細書（ライサイザーら（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，５１８，３９７号明細書（ライサイザーら（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガーら（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，７４４，８０２号明細書（シュワーベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、同第４，７７０，６７１号明細書（モンローら（Ｍｏｎｒｏｅ ｅｔ ａｌ．））、同第４，８８１，９５１号明細書（ウッドら（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０１１，５０８号明細書（ワルドら（Ｗａｌｄ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０９０，９６８号明細書（ピロー（Ｐｅｌｌｏｗ））、同第５，１３９，９７８号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、同第５，２０１，９１６号明細書（ベルグら（Ｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．））、同第５，２２７，１０４号明細書（バウワー（Ｂａｕｅｒ））、同第５，３６６，５２３号明細書（ローヴェンホルストら（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４２９，６４７号明細書（ラミー（Ｌａｒｍｉｅ））、同第５，４９８，２６９号明細書（ラミー（Ｌａｒｍｉｅ））および同第５，５５１，９６３号明細書（ラミー（Ｌａｒｍｉｅ））に記載されたものが例示される。原材料源としてアルミナ粉末を用いて作製された焼結アルミナ研磨粒子に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第５，２５９，１４７号明細書（ファルツ（Ｆａｌｚ））、同第５，５９３，４６７号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ））および同第５，６６５，１２７号明細書（モルトゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））にもある。溶融研磨粒子に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第１，１６１，６２０号明細書（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、同第１，１９２，７０９号明細書（トーン（Ｔｏｎｅ））、同第１，２４７，３３７号明細書（サンダースら（Ｓａｕｎｄｅｒｓ ｅｔ ａｌ．））、同第１，２６８，５３３号明細書（アレン（Ａｌｌｅｎ））および同第２，４２４，６４５号明細書（バウマンら（Ｂａｕｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．））、同第３，８９１，４０８号明細書（ラウズら（Ｒｏｗｓｅ ｅｔ ａｌ．））、同第３，７８１，１７２号明細書（ペットら（Ｐｅｔｔ ｅｔ ａｌ．））、同第３，８９３，８２６号明細書（キナンら（Ｑｕｉｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第４，１２６，４２９号明細書（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、同第４，４５７，７６７号明細書（プーンら（Ｐｏｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０２３，２１２号明細書（ダボーら（Ｄｕｂｏｔｓ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１４３，５２２号明細書（ギブソンら（Ｇｉｂｓｏｎ ｅｔ ａｌ．））および同第５，３３６，２８０号明細書（ダボーら（Ｄｕｂｏｔｓ ｅｔ ａｌ．））および米国特許出願第０９／４９５，９７８号明細書、同第０９／４９６，４２２号明細書、同第０９／４９６，６３８号明細書および同第０９／４９６，７１３号明細書（それぞれ、２０００年２月２日出願）、同第０９／６１８，８７６号明細書、同第０９／６１８，８７９号明細書、同第０９／６１９，１０６号明細書、同第０９／６１９，１９１号明細書、同第０９／６１９，１９２号明細書、同第０９／６１９，２１５号明細書、同第０９／６１９，２８９号明細書、同第０９／６１９，５６３号明細書、同第０９／６１９，７２９号明細書、同第０９／６１９，７４４号明細書および同第０９／６２０，２６２号明細書（それぞれ、２０００年７月１９日出願）、同第０９／７０４，８４３号明細書（２０００年１１月２日出願）および同第０９／７７２，７３０号明細書（２００１年１月３０日出願）にある。セラミック研磨粒子に関するさらなる詳細は、米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、同第０９／９２２，５２７号明細書、同第０９／９２２，５２８号明細書および第０９／９２２，５３０号明細書（それぞれ２００１年８月２日に出願され現在は放棄されている）、同第１０／２１１，５９７号明細書、同第１０／２１１，６３８号明細書、同第１０／２１１，６２９号明細書、同第１０／２１１，５９８号明細書、同第１０／２１１，６３０号明細書、同第１０／２１１，６３９号明細書、同第１０／２１１，０３４号明細書、同第１０／２１１，０４４号明細書、同第１０／２１１，６２８号明細書、同第１０／２１１，４９１号明細書、同第１０／２１１，６４０号明細書および同第１０／２１１，６８４号明細書（それぞれ２００２年８月２日に出願）、同第１０／３５８，７７２号明細書、同第１０／３５８，７６５号明細書、同第１０／３５８，９１０号明細書、同第１０／３５８，８５５号明細書および同第１０／３５８，７０８号明細書（それぞれ２００３年２月５日に出願）にある。
【０１４０】
場合によっては、研磨粒子のブレンドにより、いずれかの種類の研磨粒子を１００％含む研磨物品に比べて改善された研削性能を示す研磨物品が得られる。
【０１４１】
研磨粒子のブレンドがある場合、ブレンドを形成する研磨粒子の種類は同じサイズであってもよい。あるいは、研磨粒子の種類は異なる粒子サイズであってもよい。例えば、大きなサイズの研磨粒子は、本発明による研磨粒子で、小さなサイズの粒子は他の研磨粒子の種類であってもよい。逆に、例えば、小さなサイズの研磨粒子が本発明による研磨粒子で、大きなサイズの粒子が他の研磨粒子の種類であってもよい。
【０１４２】
好適な希釈剤粒子としては、大理石、石膏、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラス泡およびガラスビーズを含む）、アルミナ泡、アルミナビーズおよび希釈凝集体が例示される。
【０１４３】
本発明による研磨粒子はまた、研磨凝集体中に、またはこれらと共に混合することもできる。研磨凝集体粒子一般的に、複数の研磨粒子、バインダーおよび任意の添加剤を含む。バインダーは有機および/または無機であってよい。研磨凝集体は、不規則形状、またはそれに関連した所定の形状を有していてもよい。形状はブロック、円筒、角錐、コイン、正方形等であってもよい。研磨凝集体粒子は、約１００〜約５０００マイクロメートル、一般的に約２５０〜約２５００マイクロメートルの粒子サイズを有している。研磨凝集体粒子に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第４，３１１，４８９号明細書（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、同第４，６５２，２７５号明細書（ブレッシャーら（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，７９９，９３９号明細書（ブレッシャーら（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，５４９，９６２号明細書（ホルメら（Ｈｏｌｍｅｓ ｅｔ ａｌ．））および同第５，９７５，９８８号明細書（クリスチアンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））および、２０００年１０月１６日出願の米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書および同第０９／６８８，４８４号明細書、２０００年１０月１６日出願の同第０９／６８８，４４４号明細書、同第０９／６８８，４８４号明細書および同第０９／６８８，４８６号明細書、ならびに２００１年１０月５日出願の同第０９／９７１，８９９号明細書、同第０９／９７２，３１５号明細書および同第０９／９７２，３１６号明細書にある。
【０１４４】
研磨粒子は、研磨物品に均一に分配しても、研磨物品の選択した領域または部分に濃縮させてもよい。例えば、被覆研磨材においては２層の研磨粒子があってもよい。第１の層は、本発明による研磨粒子以外の研磨粒子を含み、第２の（最外）層は本発明による研磨粒子を含む。結合研磨材と同様に、砥石の２つの明確なセクションがあってもよい。最外セクションは、本発明による研磨粒子を含んでいてもよいが、最内セクションは含まない。あるいは、本発明による研磨粒子は、結合研磨物品全体に均一に分配してもよい。
【０１４５】
被覆研磨物品に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，７３４，１０４号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、同第４，７３７，１６３号明細書（ラーキー（Ｌａｒｋｅｙ））、同第５，２０３，８８４号明細書（ブキャナンら（Ｂｕｃｈａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１５２，９１７号明細書（ピーパーら（ｐｉｅｐｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，３７８，２５１号明細書（カラーら（Ｃｕｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４１７，７２６号明細書（スタウトら（Ｓｔｏｕｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４３６，０６３号明細書（フォレットら（Ｆｏｌｌｅｔｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，４９６，３８６号明細書（ブロベルグら（Ｂｒｏｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．））、同第５，６０９，７０６号明細書（ベネディクトら（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ ｅｔ ａｌ．））、同第５，５２０，７１１号明細書（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、同第５，９５４，８４４号明細書（ロウら（Ｌａｗ ｅｔ ａｌ．））、同第５，９６１，６７４号明細書（ガッリャールディら（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ ｅｔ ａｌ．））および同第５，９７５，９８８号明細書（クリスチアンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））に記載されている。結合研磨物品に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、同第４，７４１，７４３号明細書（ナラヤナンら（Ｎａｒａｙａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第４，８００，６８５号明細書（ヘイネスら（Ｈａｙｎｅｓ ｅｔ ａｌ．））、同第４，８９８，５９７号明細書（ヘイら（Ｈａｙ ｅｔ ａｌ．））、同第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−メセニーら（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０３７，４５３号明細書（ナラヤナンら（Ｎａｒａｙａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１１０，３３２号明細書（ナラヤナンら（Ｎａｒａｙａｎａｎ ｅｔ ａｌ．））および同第５，８６３，３０８号明細書（キら（Ｑｉ ｅｔ ａｌ．））にある。ガラス質結合研磨材に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、同第４，８９８，５９７号明細書（ヘイら（Ｈａｙ ｅｔ ａｌ．））、同第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−メセニーら（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ ｅｔ ａｌ．））、同第５，０９４，６７２号明細書（ジャイルスジュニアら（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．））、同第５，１１８，３２６号明細書（シェルドンら（Ｓｈｅｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，１３１，９２６号明細書（シェルドンら（Ｓｈｅｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，２０３，８８６号明細書（シェルドンら（Ｓｈｅｌｄｏｎ ｅｔ ａｌ．））、同第５，２８２，８７５号明細書（ウッドら（Ｗｏｏｄ ｅｔ ａｌ．））、同第５，７３８，６９６号明細書（ウーら（Ｗｕ ｅｔ ａｌ．））および同第５，８６３，３０８号明細書（キら（Ｑｉ ｅｔ ａｌ．））にある。不織研磨物品に関する更なる詳細については、例えば、米国特許第２，９５８，５９３号明細書（フーバーら（Ｈｏｏｖｅｒ ｅｔ ａｌ．））にある。
【０１４６】
本発明はまた、本発明による少なくとも１つの研磨粒子をワークピース表面と接触させる工程と、研磨粒子または接触表面のうち少なくとも１つを動かして、研磨粒子により該表面の少なくとも一部を研磨する工程とを含む表面を研磨する方法を提供する。本発明による研磨粒子による研磨方法は、スナッギング（すなわち、高圧高ストック除去）からポリッシング（例えば、被覆した研磨ベルトによる医療インプラントのポリッシング）までおよび、後者は、より微細な等級（例えば、ＡＮＳＩ２２０より細かい）の研磨粒子で行われる。研磨粒子は、ビトリファイド結合ホイールによる研削カムシャフトのような精密研磨用途にも用いることができる。特定の研磨用途に用いられる物品の研磨粒子のサイズは、当業者には明白であろう。
【０１４７】
本発明による研磨粒子による研磨は、乾式または湿式で行ってもよい。湿式研磨については、液体を、軽いミストの形態で供給して、フラッドを完了させてもよい。一般的に用いられている液体としては、水、水溶性油、有機潤滑剤およびエマルジョンが例示される。液体は、研磨に関連した熱を減じ、かつ／または潤滑剤として作用する。液体は、殺菌剤、消泡剤等のような少量の添加剤を含有していてもよい。
【０１４８】
本発明による研磨粒子は、例えば、アルミニウム金属、カーボン鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、焼き入れ鋼、チタン、ガラス、セラミックス、木材、木材状材料（例えば、ベニヤ板およびパーチクルボード）、塗料、塗面、有機被覆表面等のようなワークピースを研磨するのに有用である。研磨中にかかる力は、一般的に、約１〜約１００キログラムである。
【０１４９】
本発明の利点および実施形態を以下の限定されない実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。特に断らない限り、部およびパーセンテージはすべて質量基準である。特に断りのない限り、実施例は全て、大量のＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＧｅＯ2、ＴｅＯ2、Ａｓ2Ｏ3およびＶ2Ｏ5は含んでいなかった。
【実施例】
【０１５０】
実施例１〜１４
２５０−ｍｌのポリエチレン瓶（直径７．３−ｃｍ）に、様々な粉末（表１に示す通り、原材料の供給源は表２にリストしてある）５０−グラムの混合物、７５グラムのイソプロピルアルコールおよび２００グラムのアルミナミリング媒体（円柱形、高さおよび直径は両方とも０．６３５ｃｍ、９９．９％アルミナ、コロラド州、ゴールデンのクアーズ（Ｃｏｏｒｓ，Ｇｏｌｄｅｎ ＣＯ）より入手）を充填した。ポリエチレン瓶の中身を１６時間にわたって６０回転毎分（ｒｐｍ）でミリングした。ミリング後、ミリング媒体を取り出し、スラリーを温（約７５℃）ガラス（パイレックス（登録商標）「ＰＹＲＥＸ（登録商標）」）パンに注ぎ、室温（約２５℃）で乾燥した。乾燥した混合物を、ペンキ用のはけを用いて、７０−メッシュのスクリーン（２１２−マイクロメートルの開口部サイズ）を通してスクリーニングした。
【０１５１】
スクリーニング後、ミリングした供給粒子の混合物を、水素／酸素トーチの火炎に徐々に（０．５グラム／分）供給して、粒子を溶融した。粒子を溶融して、溶融液滴を生成するのに用いたトーチは、ペンシルバニア州、ヘラータウンのベツレヘム装置社（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．，Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ，ＰＡ）より入手したベツレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーＰＭ２Ｄ型番Ｂであった。トーチについての水素および酸素フローレートは次の通りであった。内側リングについては、水素フローレートは１分当たり８標準リットル（ＳＬＰＭ）であり、酸素フローレートは３．５ＳＬＰＭであった。外側リングについては、水素フローレートは２３ＳＬＰＭであり、酸素フローレートは１２ＳＬＰＭであった。乾燥し分級した粒子を、トーチ火炎に徐々に（０．５グラム／分）供給し、粒子を溶融し、それらを直接、連続循環される乱流水の１９−リットル（５−ガロン）の円柱容器（直径３０センチメートル（ｃｍ）×高さ３４ｃｍ）へ移動して、溶融液滴を急冷した。火炎が水に当たる角度は約４５℃であり、バーナから水表面までの火炎長さは直径約１８センチメートル（ｃｍ）であった。得られる溶融および急冷された粒子をパンに集め１１０℃で乾燥した。粒子の形状は球状（以降「ビーズ」と呼ぶ）で、数マイクロメートルから２５０マイクロメートルのサイズまで変わり、透明（すなわち、アモルファス）および／または不透明（すなわち、結晶）のいずれかであり、ビーズ毎に違った。
【０１５２】
パーセントアモルファス収率を、得られる火炎形成ビーズから、−１００＋１２０メッシュサイズフラクション（すなわち、１５０−マイクロメートル開口部サイズと１２５−マイクロメートル開口部サイズスクリーンの間で集められたフラクション）を用いて計算した。測定は次のようなやり方で行った。ビーズの単層をガラススライドに広げた。粒子を、光学顕微鏡を用いて観察した。光学顕微鏡の接眼レンズの十字をガイドとして用いて、直線に沿って並んだビーズをその光学明瞭度に応じてアモルファスか結晶かで（透明であった場合はアモルファス）数えた。合計で５００個のビーズを数え、数えた合計のビーズで除算したアモルファスビーズの量により、パーセントアモルファス収率を求めた。
【０１５３】
相組成（アモルファス／結晶）を示差熱分析（ＤＴＡ）により求めた。材料の対応のＤＴＡトレースが発熱結晶イベント（Ｔx）を含む場合には、材料をアモルファスと分類された。Ｔxより低い温度で同じトレースが吸熱イベント（Ｔg）を含んでいた場合には、ガラス相からなると考えられた。材料のＤＴＡトレースがかかるイベントを含んでいなかった場合には、結晶相を含有すると考えられた。
【０１５４】
示差熱分析（ＤＴＡ）を、以下の方法を用いて実施例１のビーズで実施した。ＤＴＡは、−１４０＋１７０メッシュサイズフラクション（すなわち、１０５−マイクロメートル開口部サイズおよび９０−マイクロメートル開口部サイズスクリーン間で集めたフラクション）を用いて実行した（ドイツ、ゼルブのネッチインスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｓｅｌｂ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より「ネッチ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」という商品名で入手した計器を用いて）。各スクリーニングされた試料の量を１００−マイクロリットルのＡｌ2Ｏ3試料ホルダに入れた。各試料を窒素雰囲気中で１０℃／分のレートで室温（約２５℃）から１１００℃まで加熱した。
【０１５５】
実施例１において作製したビーズのＤＴＡトレースは、トレースの曲線における下向きの変化により分かる通り、約８７０℃の温度で吸熱イベントを示した。このイベントは、ガラス材料のガラス転移（Ｔg）によるものであったと考えられる。同じ材料は、トレースの鋭いピークから分かる通り、約９２０℃の温度で発熱イベントを示した。このイベントは、材料の結晶（Ｔx）によるものであったと考えられる。このように、材料はガラス状であることが分かった。
【０１５６】
実施例２〜１５で上述した通りＤＴＡを実施した。対応のガラス転移（Ｔg）および結晶（Ｔx）温度を下記の表１にリストしてある。
【０１５７】
【表１】
【０１５８】
【表２】
【０１５９】
実施例１、２および４の窒素含量の定性分析を、次の通りにしてｘ−線蛍光を用いて求めた。炭化ホウ素モルタルにおいて、エタノールにより、各試料の一部をミリングした。得られるスラリーを黄銅ディスクに適用し、ディスクをステンレス鋼ＸＲＦ試料ホルダに置いた。作製した試料をそれぞれ、ホウ素（Ｂ）からウラン（Ｕ）まで、ロジウムＸ−線源を備えたＸ−線蛍光分光計波長分散Ｘ−線（日本、ルガク（Ｒｕｇａｋｕ，Ｊａｐａｎ）より「リガク（ＲＩＧＡＫＵ）ＺＳＸ−１００ｅ」という商品名で入手）、真空雰囲気および直径２５ｍｍの測定領域を用いて、定性および半定量分析した。ソフトウェアプログラム（分光計に含まれるＳＱＸソフトウェア）を、半定量ＸＲＦ元素分析に用いた。ソフトウェアは、個々の要素強度データを各試料について観察された合計強度で除算し、基本的なパラメータアルゴリズムを用いて吸収／増大効果を明らかにした。結果を、用いた元素範囲内で（この場合には、ホウ素からウランまで）１００％まで正規化した。対応のＮ量を、上の表１にリストしてある。
【０１６０】
実施例３〜５および１１〜１４アモルファスビーズを、１５℃／分の増加レートで、抵抗加熱炉において、窒素を流した雰囲気中で、１３００℃で１５分間熱処理することにより結晶化した。光学顕微鏡を用いて観察したところ、熱処理から得られるビーズは不透明であった（熱処理の前は、ビーズは透明であった）。熱処理済みビーズが不透明であることは、ビーズの結晶化の結果と考えられる。アモルファス材料は、結晶境界のような光散乱中心がないため、一般的に、大部分が透明であり、一方、結晶粒子は結晶境界の光散乱効果のために不透明である。結晶化した実施例４のビーズの窒素含量を、実施例１、２および４で上述した通りにして分析したところ、０．５２質量％であった。
【０１６１】
実施例１５
実施例４の約２５グラムのアモルファスビーズを、グラファイトダイに入れ、単軸プレス装置（カリフォルニア州、ブレアのサーマルテクノロジー社（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．，Ｂｒｅａ，ＣＡ）より「ＨＰ−５０」という商品名で入手）を用いてホットプレスした。窒素雰囲気中で、１３．８メガパスカル（ＭＰａ）（１平方インチ当たり２０００ポンド（２ｋｓｉ））の圧力でホットプレスを実施した。ホットプレス炉を９７０℃まで２５℃／分で増加した。得られる透明ディスク（直径約３４ミリメートル（ｍｍ）および厚さ６ｍｍ）を、「チップマンク（Ｃｈｉｐｍｕｎｋ）」ジョークラッシャー（タイプＶＤ、カリフォルニア州、バーバンクのビコ社（ＢＩＣＯ Ｉｎｃ．，Ｂｕｒｂａｎｋ，ＣＡ）製）を用いて粒子へと粉砕し、等級分けして、−３０＋３５フラクション（すなわち、６００−マイクロメートルの開口部サイズと５００−マイクロメートルの開口部サイズスクリーンの間で集めたフラクション）および−３５＋４０メッシュフラクション（すなわち、５００−マイクロメートルの開口部サイズと４２５−マイクロメートルの開口部サイズスクリーンの間で集めたフラクション）を保持した。
【０１６２】
実施例１〜１４で上述した通りにＤＴＡトレースを実施して、実施例１５がホットプレスプロセス後アモルファスであったことを確認した。ホットプレスした材料は、ガラス転移（Ｔg）および結晶（Ｔx）温度により分かる通り、ガラス状構造を示した。
【０１６３】
粉砕および等級分けした粒子は、電気加熱炉において１３００℃で１５分間熱処理すると結晶化して、研磨粒子を与えた。光学顕微鏡を用いて観察したところ、熱処理から得られる粒子は不透明であった（熱処理の前は、粒子は透明であった）。熱処理済み粒子が不透明であることは、粒子の結晶化の結果と考えられる。アモルファス材料（ガラス状材料を含む）は、結晶境界のような光散乱中心がないため、一般的に、大部分が透明であり、一方、結晶粒子は結晶境界の光散乱効果のために不透明である。
【０１６４】
研磨粒子の密度を、比重瓶（ジョージア州、ノークロスのマイクロメリティックス（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ）より「Ａｃｃｕｐｙｃ１３３０」という商品名で入手）を用いて測定した。密度は３．９２ｇ／ｃｍ3であった。
【０１６５】
結晶化した粒子のフラクションを、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂のシリンダの装着樹脂（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ）より「トランスオプティックパウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」という商品名で入手）に装着した。ポリッシャ（イリノイ州、レークブルフのビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ，Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ，ＩＬ））より「ＥＰＯＭＥＴ３」という商品名で入手）を用いる従来のポリッシング技術を用いて装着セクションを作製した。試料を約３分間１２５−マイクロメートルのダイヤモンドを含有するダイヤモンド砥石で磨き、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーで５分間磨いた。１００−グラムのインデント荷重を用いてヴィッカース圧子を備えた従来の微小硬さテスター（日本、東京のミツトヨ社（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）より「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」という商品名で入手）を用いて微小硬さ測定を行う。微小硬さ測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４、材料の微小硬さの試験方法（１９９１年）に記載された指針に従って行う。結晶化した（熱処理した）実施例１６の硬さは、１０回の測定の平均に基づいて、１８．８ＧＰａであった。
【０１６６】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および目的から逸脱することなしに当業者には明白であり、本発明はここに規定した説明のための実施形態に不当に限定されないものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】火炎溶融装置の粉末供給アセンブリを含む装置の例示の実施形態の側面図である。
【図２】図１の装置の断面図である。
【図３】図１の装置の分解断面図である。
【図４】図１の粉末供給アセンブリの一部の側面図である。
【図５】図１の粉末供給アセンブリの一部の斜視図である。
【図６】図１の粉末供給アセンブリの一部の断面図である。
【図７】本発明による研磨粒子を含む被覆研磨物品の部分断面概略図である。
【図８】本発明による研磨粒子を含む結合研磨物品の透視図である。
【図９】本発明による研磨粒子を含む不織研磨物品の拡大概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラスであって、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラス。
【請求項２】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項３】
前記ガラスが、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるＡｌ2Ｏ3以外の少なくとも１種類の金属酸化物をさらに含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項４】
請求項１に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項５】
少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを溶融物に提供するのに十分なＡｌ2Ｏ3およびＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却して前記ガラスを提供する工程と
を含み、前記溶融物が、前記溶融物の総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、請求項１に記載のガラスを製造する方法。
【請求項６】
Ｔgを有する請求項１に記載のガラスを含むガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項７】
Ｔgを有する請求項１に記載のガラスを含むガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項８】
請求項１に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項９】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラス。
【請求項１０】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項９に記載のガラス。
【請求項１１】
請求項９に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項１２】
溶融物の総質量に基づいて、少なくとも７０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを溶融物に提供するのに十分なＡｌ2Ｏ3およびＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却して前記ガラスを提供する工程と
を含む、請求項９に記載のガラスを製造する方法。
【請求項１３】
Ｔgを有する請求項９に記載のガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項１４】
Ｔgを有する請求項９に記載のガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項１５】
請求項９に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項１６】
（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含んで、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成しており、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス。
【請求項１７】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも４０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７５質量パーセントを構成する、請求項１６に記載のガラス。
【請求項１８】
請求項１６に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項１９】
Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物、Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物およびＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却して前記ガラスを提供する工程と
を含み、
前記Ａｌ2Ｏ3およびＮが、少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．１質量パーセントのＮとを前記溶融物に提供するのに十分な量で存在し、前記溶融物の少なくとも７０質量パーセントが、前記Ａｌ2Ｏ3と、前記第１の金属酸化物と、前記第２の金属酸化物とで構成され、前記溶融物が、前記溶融物の総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、請求項１６に記載のガラスを製造する方法。
【請求項２０】
Ｔgを有する請求項１６に記載のガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２１】
Ｔgを有する請求項１６に記載のガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項２３】
Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、ガラス。
【請求項２４】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて、前記ガラスの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、請求項２３に記載のガラス。
【請求項２５】
請求項２３に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項２６】
Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類、並びにＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却してガラスを提供する工程と
を含み、前記Ｎが少なくとも０．１質量パーセントのＮを前記溶融物に提供するのに十分な量で存在し、前記溶融物の総質量に基づいて、前記溶融物の少なくとも８０質量パーセントが、前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、請求項２３に記載のガラスを製造する方法。
【請求項２７】
Ｔgを有する請求項２３に記載のガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２８】
Ｔgを有する請求項２３に記載のガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２９】
請求項２３に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項３０】
ガラス−セラミックの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラス−セラミックであって、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス−セラミック。
【請求項３１】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項３０に記載のガラス−セラミック。
【請求項３２】
請求項３０に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項３３】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項３０に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項３４】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項３０に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項３５】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項３４に記載の研磨物品。
【請求項３６】
ガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部を請求項２６に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含んでなり、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、請求項３０に記載のガラスを製造する方法。
【請求項３７】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３０に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項３８】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３０に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項３９】
ガラス−セラミックの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラス−セラミック。
【請求項４０】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも７５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項３９に記載のガラス−セラミック。
【請求項４１】
請求項３９に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項４２】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項４１に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項４３】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項４１に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項４４】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項４３に記載の研磨物品。
【請求項４５】
ガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３９に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含んでなり、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項４６】
ガラスの総質量に基づいて（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３９に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項４７】
ガラスの総質量に基づいて（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３９に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項４８】
（ａ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラス−セラミックの少なくとも７０質量パーセントを構成し、前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス−セラミック。
【請求項４９】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも４０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含み、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７５質量パーセントを構成する、請求項４８に記載のガラス−セラミック。
【請求項５０】
請求項４８に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項５１】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項５０に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項５２】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項５０に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項５３】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項５２に記載の研磨物品。
【請求項５４】
ガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部を請求項４８に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含み、前記ガラスが、（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成し、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項５５】
（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含んで、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成しており、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項４８に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項５６】
（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含んで、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成しており、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項４８に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項５７】
Ａｌ2Ｏ3と、ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、ガラス−セラミックの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、ガラス−セラミック。
【請求項５８】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．２質量パーセントのＮを含み、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、前記ガラス−セラミックの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成され、前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3を含む、請求項５７に記載のガラス−セラミック。
【請求項５９】
請求項５７に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項６０】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項５９に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項６１】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項５９に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項６２】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項６１に記載の研磨物品。
【請求項６３】
ガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項５７に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含んでなり、前記ガラスが、Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項６４】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項５７に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項６５】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項５７に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項１】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラスであって、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有するガラス。
【請求項２】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項３】
前記ガラスが、ＢａＯ、ＣａＯ、ＣｅＯ2、ＣｕＯ、Ｄｙ2Ｏ3、Ｅｒ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｈｏ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｎｄ2Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11、Ｓｍ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｔｂ2Ｏ3、Ｔｈ4Ｏ7、ＴｉＯ2、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるＡｌ2Ｏ3以外の少なくとも１種類の金属酸化物をさらに含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項４】
請求項１に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項５】
少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを溶融物に提供するのに十分なＡｌ2Ｏ3およびＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却して前記ガラスを提供する工程と
を含み、前記溶融物が、前記溶融物の総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、請求項１に記載のガラスを製造する方法。
【請求項６】
Ｔgを有する請求項１に記載のガラスを含むガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項７】
Ｔgを有する請求項１に記載のガラスを含むガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項８】
請求項１に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項９】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラス。
【請求項１０】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項９に記載のガラス。
【請求項１１】
請求項９に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項１２】
溶融物の総質量に基づいて、少なくとも７０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを溶融物に提供するのに十分なＡｌ2Ｏ3およびＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却して前記ガラスを提供する工程と
を含む、請求項９に記載のガラスを製造する方法。
【請求項１３】
Ｔgを有する請求項９に記載のガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項１４】
Ｔgを有する請求項９に記載のガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項１５】
請求項９に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項１６】
（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含んで、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成しており、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス。
【請求項１７】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも４０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７５質量パーセントを構成する、請求項１６に記載のガラス。
【請求項１８】
請求項１６に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項１９】
Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物、Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物およびＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却して前記ガラスを提供する工程と
を含み、
前記Ａｌ2Ｏ3およびＮが、少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．１質量パーセントのＮとを前記溶融物に提供するのに十分な量で存在し、前記溶融物の少なくとも７０質量パーセントが、前記Ａｌ2Ｏ3と、前記第１の金属酸化物と、前記第２の金属酸化物とで構成され、前記溶融物が、前記溶融物の総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、請求項１６に記載のガラスを製造する方法。
【請求項２０】
Ｔgを有する請求項１６に記載のガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２１】
Ｔgを有する請求項１６に記載のガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２２】
請求項１６に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項２３】
Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、ガラス。
【請求項２４】
前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて、前記ガラスの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、請求項２３に記載のガラス。
【請求項２５】
請求項２３に記載のガラスを含むセラミック。
【請求項２６】
Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類、並びにＮの供給源を含む溶融物を提供する工程と、
前記溶融物を冷却してガラスを提供する工程と
を含み、前記Ｎが少なくとも０．１質量パーセントのＮを前記溶融物に提供するのに十分な量で存在し、前記溶融物の総質量に基づいて、前記溶融物の少なくとも８０質量パーセントが、前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、請求項２３に記載のガラスを製造する方法。
【請求項２７】
Ｔgを有する請求項２３に記載のガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２８】
Ｔgを有する請求項２３に記載のガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体した形状を冷却して物品を提供する工程と
を含む、ガラスを含む物品を製造する方法。
【請求項２９】
請求項２３に記載のガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換する工程を含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項３０】
ガラス−セラミックの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラス−セラミックであって、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス−セラミック。
【請求項３１】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項３０に記載のガラス−セラミック。
【請求項３２】
請求項３０に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項３３】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項３０に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項３４】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項３０に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項３５】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項３４に記載の研磨物品。
【請求項３６】
ガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部を請求項２６に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含んでなり、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、請求項３０に記載のガラスを製造する方法。
【請求項３７】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３０に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項３８】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記ガラスの総質量に基づいて合計１０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３０に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項３９】
ガラス−セラミックの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含むガラス−セラミック。
【請求項４０】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも７５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含む、請求項３９に記載のガラス−セラミック。
【請求項４１】
請求項３９に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項４２】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項４１に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項４３】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項４１に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項４４】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項４３に記載の研磨物品。
【請求項４５】
ガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３９に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含んでなり、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含む、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項４６】
ガラスの総質量に基づいて（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３９に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項４７】
ガラスの総質量に基づいて（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項３９に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項４８】
（ａ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラス−セラミックの少なくとも７０質量パーセントを構成し、前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス−セラミック。
【請求項４９】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも４０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、少なくとも０．２質量パーセントのＮとを含み、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７５質量パーセントを構成する、請求項４８に記載のガラス−セラミック。
【請求項５０】
請求項４８に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項５１】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項５０に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項５２】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項５０に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項５３】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項５２に記載の研磨物品。
【請求項５４】
ガラスを熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部を請求項４８に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含み、前記ガラスが、（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成し、前記ガラスが、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有する、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項５５】
（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含んで、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成しており、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項４８に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項５６】
（ａ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも３５質量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3以外の第１の金属酸化物と、（ｃ）Ａｌ2Ｏ3以外の第２の異なる金属酸化物と、（ｄ）ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含んで、前記Ａｌ2Ｏ3、前記第１の金属酸化物および前記第２の金属酸化物が合計で前記ガラスの少なくとも７０質量パーセントを構成しており、前記ガラスの総質量に基づいて合計で３０質量パーセント以下のＡｓ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＴｅＯ2およびＶ2Ｏ5を含有し、かつＴgを有しているガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項４８に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項５７】
Ａｌ2Ｏ3と、ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラス−セラミックの総質量に基づいて、ガラス−セラミックの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、ガラス−セラミック。
【請求項５８】
前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて少なくとも０．２質量パーセントのＮを含み、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、前記ガラス−セラミックの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成され、前記ガラス−セラミックが、前記ガラス−セラミックの総質量に基づいて、少なくとも６０質量パーセントのＡｌ2Ｏ3を含む、請求項５７に記載のガラス−セラミック。
【請求項５９】
請求項５７に記載のガラス−セラミックを含む研磨粒子。
【請求項６０】
複数の研磨粒子の少なくとも一部が請求項５９に記載の研磨粒子である、規定の公称グレードを有する複数の研磨粒子。
【請求項６１】
バインダーと複数の研磨粒子とを含み、前記研磨粒子の少なくとも一部が請求項５９に記載の研磨粒子である、研磨物品。
【請求項６２】
前記研磨物品が結合研磨物品、不織研磨物品または被覆研磨物品である、請求項６１に記載の研磨物品。
【請求項６３】
ガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項５７に記載のガラス−セラミックに変換する工程を含んでなり、前記ガラスが、Ａｌ2Ｏ3と、ガラスの総質量に基づいて少なくとも０．１質量パーセントのＮと、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の少なくとも１種類と、ＺｒＯ2またはＨｆＯ2の少なくとも１種類とを含み、ガラスの総質量に基づいて、ガラスの少なくとも８０質量パーセントが、合計して前記Ａｌ2Ｏ3、ＲＥＯまたはＹ2Ｏ3の前記少なくとも１種類、およびＺｒＯ2またはＨｆＯ2の前記少なくとも１種類で構成される、ガラス−セラミックを製造する方法。
【請求項６４】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラスビーズを提供する工程と、
ガラスビーズが合体してある形状を形成するように、前記ガラスビーズを前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項５７に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【請求項６５】
ガラスの総質量に基づいて、（ａ）７０質量パーセントを超えるＡｌ2Ｏ3と、（ｂ）少なくとも０．１質量パーセントのＮとを含み、Ｔgを有するガラスを含む、ガラス粉末を提供する工程と、
ガラス粉末が合体してある形状を形成するように、前記ガラス粉末を前記Ｔgより高く加熱する工程と、
前記合体したガラスを熱処理して前記ガラスの少なくとも一部を請求項５７に記載のガラス−セラミックに変換する工程と
を含む、物品を製造する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００８−５０８１７８（Ｐ２００８−５０８１７８Ａ）
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２３５７５（Ｐ２００７−５２３５７５）
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２２９３２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２３０８１
【国際公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２２９３２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２３０８１
【国際公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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