溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物
溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物は、重量％で１００％になるように、以下の化学組成、すなわち、４０〜４５．５％のＺｒＯ＋ＨｆＯ２、４６〜５８％のＡｌ２Ｏ３、０〜１０％の添加剤、０．８％未満のＳｉＯ２、１．２％未満の不純物を有する。前記混合物は、不純物含有粒子の度合いが２％未満であり、前記混合物のあらゆる粒子の断面で測定されるノジュール濃度が少なくとも全体の５０％において５００ノジュール／ｍｍ２を超える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に二元共晶に近い割合（ジルコニアは４２重量％）でアルミナとジルコニアとからなると共に、改善された研磨性能を有する溶融セラミック粒子の混合物に関する。また、本発明は、本発明による粒子混合物を含む研磨工具、及び、本発明による粒子混合物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨工具は、通常、研磨工具を構成するセラミック粒子が形成される方法によって以下のように分類される。
（１）遊離砥粒（支持体なしで溶射または懸濁で使用される）、
（２）被覆砥粒（織物または紙タイプの支持体上においてその粒子は数層に積層される）、
（３）固定砥粒（円形の研磨砥石、研磨棒などの形態）。
後者の場合、研磨粒子は、有機結合剤またはガラス質結合剤（この場合、本質的に珪酸塩酸化物からなる結合剤）でプレスされる。これらの粒子は、それ自身が良好な研磨の機械的特性（特に、強靭性）を有しなければならず、結合剤との良好な機械的結合（界面の強度）を提供しなければならない。現在、広範な用途と被覆性能を可能にする様々な種類の研磨粒子がある。溶融合成酸化物粒子は、特に優れた品質と製造コストの折衷案を提供する。
【０００３】
本願の詳細な説明において、別途示されない限り、粒子の全組成は、粒子の総重量に基づいて重量％で示される。
【０００４】
溶融粒子の分野で、アルミナ及びジルコニアに基づいた材料はＵＳ−Ａ−３１８１９３９で知られている。これらの粒子は、一般に、０から１０％の添加剤を有する１０から６０％のジルコニアと残部であるアルミナとからなる。実際には、市販の製品のジルコニア含有量は２５％前後か、あるいは、ＵＳ−Ａ−３８９１４０８に記載されているように、アルミナ／ジルコニア共晶混合物のジルコニアの含有量である約４２％前後であり、通常、３５から５０％である。この特許は、その共晶混合物に類似する生成物が用途によってはアルミナ粒子よりも良い性能を有することを示しており、もし、それらが共晶体で急速に凝固するのであれば、層間または繊維間の空間は、４０００Å未満である（凝固先端に対して垂直に配向された共晶体を有する）。この特有なタイプの構造体は、グリットの使用期間中に最大限要求される機械強度と、切断表面の良好な再生に必要な微小破壊との間に優れた折衷案を提供する。
【０００５】
添加剤として、酸化イットリウムが知られており、ＵＳ−Ａ−４４５７７６７によれば２％まで添加され、特許されたＤＥ−Ｃ１−４３０６９６６によれば１０％まで添加されている。これらの添加剤は、アルミナ／ジルコニア粒子の研磨力を改善する。酸化マグネシウムも考えられる添加剤であるが、若干の含有量で、その存在は、コランダムが消失するまでアルミナを有するスピネルの形態に導き、それによって機械的性能が乏しくなる。
【０００６】
ＵＳ−Ａ−４４５７７６７に記載される粒子の例を通じて、ＮＺＰｌｕｓ（登録商標）としてＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ（フランス）から販売される粒子について言及する。典型的に、これらの粒子は、３９％のジルコニアと、０．８％のＹ２Ｏ３と、０．５％未満の不純物と、残部であるアルミナとを含む。これらの粒子の混合物は、特にステンレス鋼上において、被覆砥粒、または、動作中に高速の材料除去を有する有機結合剤を有する研磨性砥石（荒削り、スカイビングなど）に使用される。
【０００７】
同様に、含有量が１０から６０％のＺｒＯ２＋ＨｆＯ２と、含有量が３８から９０％のＡｌ２Ｏ３とを有する粒子がＦＲ２７８７１０６から知られている。これらの溶融アルミナ／酸化ジルコニウム粒子は、還元雰囲気（特に、炉内に炭素源、すなわち、石油コークス、ピッチまたは石炭の添加物を有する）で原料（可変純度を有する）を溶融することによって製造される。その後、溶融材料は、ＵＳ−Ａ−３９９３１１９に示されるように、例えば、薄膜金属プレート間でその液体を冷却する装置によって微細な配向構造の形成に有利に働くために好ましくは急速に冷却される。その冷却された材料は、例えば、ロールミルを用いて粉砕され、その後、選別され、グリットサイズ区分または正確な標準（例えば、ＦＥＰＡ標準）に適合するグリットに分類される。したがって、製造された粒子は、小型（コンパクト）であり、ほとんど縮小されない。それらは、良好な機械特性を有し、有利にはガラス状の結合剤を有する砥石で用いられることができる。
【０００８】
しかしながら、ステンレス鋼、または、より一般的には高硬度の高炭素鋼上である特定の低圧粉砕条件下において、従来技術の粒子は、劣った研磨性能を示し、特に、炭素鋼の磨耗で未熟な磨耗性を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そのため、改善された研磨特性を有する溶融アルミナ／ジルコニア研磨粒子の混合物に対する要求がある。本発明の目的は、この要求に応えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は、重量％で以下の化学組成を有する溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物によって達成される。
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４０〜４５．５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：４６〜５８％、
添加剤 ：０〜１０％、
ＳｉＯ２ ：０．８％未満、
不純物 ：１．２％未満。
【００１１】
この粒子の混合物は、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、その混合物のあらゆる粒子の断面で測定されるノジュール濃度が、少なくとも５０％、好ましくは８０％、より好ましくは９０％において、５００ノジュール／ｍｍ２を超えることは注目すべきである。
【００１２】
今まで、粒子の混合物の特性は、特にこれらの粒子の化学組成を修正することによって改善された。例えば、ジルコニア／アルミナ共晶に近づくように化学組成を選択することによって（ＵＳ３８９１４０８）、ＵＳ４０３５１６２、ＥＰ５９５０８１またはＵＳ４２１６４２９に記載されるようにジルコニア安定剤や他の化合物を付加することによって、酸化還元状態を代表として原料中の不純物含有量や粒子中の残余の炭素含有量を変更することによって（ＵＳ５５６７２１４）改善された。本発明による粒子の組成は、例えば、ＦＲ２７８７１０６で知られている。
【００１３】
初めて本発明者は、溶融アルミナ／ジルコニア粒子の研磨特性が、異物を含む混合物の粒子の含有量とその粒子のノジュールの量とに依存することを観測した。特に、６００から３５００ノジュール／ｍｍ２のノジュール濃度は、その粒子の研磨特性を改善するために有利であることが分かり、異物を含む混合物の粒子の含有量は２％未満に定められる。
【００１４】
好ましくは、本発明による粒子の混合物は、以下の特徴を有する。
（１）そのノジュール濃度は、６００ノジュール／ｍｍ２を超え、より好ましく９００ノジュール／ｍｍ２を超える。
（２）そのノジュール濃度は、２５００ノジュール／ｍｍ２未満であり、好ましくは２０００ノジュール／ｍｍ２未満であり、より好ましくは１５００ノジュール／ｍｍ２未満である。
（３）その混合物は、異物を含む粒子の含有量が多くても１．５％である。
（４）その添加剤は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、及び、他の希土類の化合物、または、それらの混合物からなる群から選択される。
（５）重量％で以下の化学組成である。
Ｙ２Ｏ３ ：０．１〜１．２％、及び／又は、
ＴｉＯ２ ：０．１〜３％、及び／又は、
ＳｉＯ２ ：０．４％未満、及び／又は、
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４２〜４４％。
（６）プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、２０〜４５％である。
（７）プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、０〜２０％である。
（８）５００から６００μｍの大きさを有する前記混合物の粒子によって形成されたサブアセンブリは、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、好ましくは１．５％未満であり、及び／又は、プライマリージルコニアを含む粒子の含有量が２０〜４５％であり、及び／又は、プライマリーコランダムを含む粒子の含有量が０〜２０％である。
（９）好ましくは、本発明による混合物の粒子は、グリット１２からグリット２２０の大きさを有し、より好ましくは、グリット１６からグリット８０の大きさを有する。それによって、その研磨性能が改善される。
【００１５】
本発明は、フレキシブルな基材上に結合剤によって結合され、又は、層として積層され、及び、結合剤によって保持される研磨粒子の混合物を含む研磨工具に関し、前記混合物は、本発明によるものである。
【００１６】
最後に、本発明は、本発明による粒子の混合物を製造する方法に関し、
（ａ）原料を混合する段階と、
（ｂ）溶融液体が得られるまで前記混合原料を溶融する段階と、
（ｃ）固体塊が得られるまで前記溶融液体を急冷することによって前記溶融液体を冷却する段階であって、好ましくは、前記溶融液体が３分間未満で完全に固化するように急冷する段階と、
（ｄ）前記固体塊を粉砕して粒子混合物を得る段階、及び、任意に前記混合物のグリットサイズ分類を得る段階と、を連続的に含み、
前記原料は、前記混合物の粒子が本発明による混合物の粒子の原料に従う化学組成を有するように選択される。
【００１７】
この方法は、本発明による粒子の混合物を得るために最終選別段階を含むという点で注目すべきである。
【００１８】
好ましくは、前記粉砕段階後に、ＦＥＰＡ標準に従ったグリット１２からグリット２２０の大きさ、より好ましくはグリット１６からグリット８０の大きさを有する粒子が選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を読み、本発明による混合物の粒子の表面の写真を示す添付された図１から４を見ることによって明らかになるであろう。それらの図では、ノジュール、異物（インクルージョン）、プライマリーコランダム結晶、及び、プライマリージルコニア樹枝状結晶がそれぞれ囲まれている。
【００２０】
本発明による混合物の粒子の酸化物含有量は、最も安定な酸化物の形態で表され、この分野の標準的な慣習に従う、対応する化学組成の各々における総含有量に関連する。従って、亜酸化物、任意に窒化物、酸窒化物、炭化物、炭酸化物、炭窒化物、または、上記元素の金属種でさえも含まれる。
【００２１】
全ての他の化合物、特に、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、炭酸化物、炭窒化物、及び、ナトリウム及び他のアルカリ金属の金属種、鉄、シリコン、バナジウム及びクロムからなる群の一部を形成する化合物は、“不純物”と見なされる。生来２％未満の含有量でジルコニア源内に存在する酸化ハフニウムは、不純物として見なさない。残留炭素は、“Ｃ”として表現されるが、本発明による混合物の粒子の組成の不純物の一部を形成する。
【００２２】
“添加剤”という用語には、溶融アルミナ／ジルコニア粒子の製造で通常使用される添加剤が含まれ、特に、ジルコニア安定剤、特には、酸化イットリウム及び酸化チタンが含まれる。酸化マグネシウム、酸化カルシウム、及び、希土類の他の酸化物、特に、酸化ネオジムだけではなく、ランタン、セリウム、ジスプロシウム及びエルビウムの酸化物も含まれる。“添加剤”という用語には、前述の種類の混合物も含まれる。
【００２３】
本発明による溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物は、共晶構造の形成を促進するために４０から４５．５％の含有量のＺｒＯ２＋ＨｆＯ２を有する。
【００２４】
好ましくは、本発明による混合物の粒子のジルコニアは、単斜晶形態を失って正方晶の同素形で主に存在する。
【００２５】
“ノジュール”という用語は、金属タイプ（主に、Ａｌ、Ｚｒ、または、ＺｒＳｉ）の欠陥または炭化物タイプ（ＺｒＣ、ＡｌＣ）の欠陥を示し、そのサイズは１０μｍを超えない。ノジュールは、実質的に球形で分離した粒子（互いに分離している）の形態で主に存在する。ノジュール濃度とは、粒子の断面の面積の平方ミリメートル当りのノジュールの数である。
【００２６】
“異物（インクルージョン）”という用語は、炭化物タイプの欠陥を示し、それは主にＺｒＣからなり、そのサイズは１０μｍより大きい。異物は、主に細長い形態で存在し、互いに接触している連続した又はクラスタ状の炭化物粒子からなる。異物を含む粒子の含有量とは、少なくとも１つの異物を含む粒子の数の割合である。
【００２７】
ノジュールの“大きさ”または異物の“大きさ”は、研磨された部分の観察平面で測定される最も長い寸法と定義される。
【００２８】
“プライマリージルコニア”という用語は、通常、樹枝状形態のあらゆる欠陥を示し、その起源はジルコニアである。プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、パーセント（％）で表されが、研磨部分の問題となる粒子の総数に対するプライマリージルコニアを有する粒子の数の比で与えられる。
【００２９】
“プライマリーコランダム”という用語は、通常、アルミニウム起源の樹枝状またはプレデントリック形態のあらゆる欠陥を示す。図３に示されるように、顕微鏡でプライマリーコランダムはダークグレーで現れる。プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、パーセント（％）で表されが、研磨部分の問題となる粒子の総数に対するプライマリーコランダムを有する粒子の数の比で与えられる。
【００３０】
図４に示されるように、顕微鏡でプライマリージルコニアはライトグレーで現れる。プライマリージルコニアを含む粒子の含有量、プライマリーコランダムを含む粒子の含有量、異物を含む粒子の含有量、及び、ノジュールの濃度は、好ましくは、２５ｍｍの直径で５００から６００μｍ（グリット３６の主要なスライス）の間のサイズを有し、透過性のある有機樹脂に組み込まれた混合物の研磨粒子によって形成される円筒状のアセンブリの研磨断面で決定される。
【００３１】
本発明による混合物の粒子は、溶融アルミナ／ジルコニア粒子を製造するための通常の方法によって製造され、それには最終の選別段階が付加される。
【００３２】
通常の方法は、一般に、原料を混合する段階、アーク炉で溶融する段階、その溶融液を急速冷却する段階、粉砕する段階、及び、グリットサイズ区分に従う任意の分類段階を含む。
【００３３】
溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物の特性は、溶融液の熱挙動に依存し、それ自身は処理パラメータに依存するだけではなく、炉の配置やその周囲環境（燃焼排ガス収集、材料など）にも大いに依存する。従って、処理パラメータの値は、これらの段階の最後に本発明による粒子の混合物を得ることができるように、使用する炉、使用する原料などに従って決定される。このパラメータは、例えば、以下に例として使用される処理値を用いても良い。
【００３４】
従って、従来の処理の最終段階の後に、得られる粒子のアセンブリの異物を含む粒子の含有量と粒子のノジュール濃度は、サンプリングによって測定されなければならない。本発明による混合物の特徴を有する粒子の混合物は、その後、選別される。
【００３５】
異なるパラメータを有する通常の処理によって得られる様々な混合物を混合することによって本発明による混合物を製造することも可能である。
【００３６】
研磨性能における効果は、５００ノジュール／ｍｍ２を超えるノジュール濃度を有する粒子の割合が高くなればなるほど、より顕著である。
【００３７】
好ましくは、この割合は、パーセントで少なくとも５０％であり、より好ましくは８０％であり、さらに好ましくは９０％である。より好ましくは、その混合物の粒子の実質的に全て（少なくとも９９％）が、そのようなノジュール濃度を有する。経済的理由で、又は、他の利点を得るために、本発明の粒子の混合物が得られるまで、数種の混合物を混合することが好ましい。
【００３８】
限定されない次の例は、本発明を例示するために与えられる。
【００３９】
参照的な粒子の混合物は、還元条件で製造され、上述されたＮＺＰｌｕｓ（登録商標）という名称で販売されている溶融アルミナ／ジルコニア粒子に基づいている。
【００４０】
例として与えられた生成物は、以下の原料から製造された。
（１）０．３％未満の水酸化ナトリウムを有するアンダーカルシンベイヤー（登録商標）アルミナ（undercalcined Bayer alumina）、
（２）９８％を超える含有量を有するジルコニア＋ハフニアを有するジルコニア粉末、
（３）石油コークス、
（４）アルミニウム金属のチップ。
【００４１】
酸化イットリウムは、添加剤として使用され、９８％を超える酸化イットリウムを含む純粋な材料として供給された。
【００４２】
その生成物は、以下の段階を含む、この分野の当業者によく知られた通常の方法によって調製された。
（１）原料を混合する段階、
（２）直径０．８ｍの炉管を用いて、１０５から１５０Ｖの電圧、２２００から２５００Ａの電流、２．２から２．８ｋＷｈ／ｋｇの供給される特定の電力の印加で、黒鉛電極を有するエルータイプ（Heroult type）の単相アーク炉で溶融する段階。
炉の状態に依存して、最少量である０．５％（最大３％）の石油コークスと約０．５から５．５％のアルミニウムチップが、生成された組成物に導入された。その後、溶融液体は、ＵＳ−Ａ−３９９３１１９で与えられるような、薄い金属プレート間でその液体を一体成型する装置を用いて急速に冷却された。その後、その粒子は粉砕され、それらのグリットサイズによって分類され、グリット１２からグリット２２０のグリットサイズ、すなわち、４５μｍから２．８ｍｍのサイズを有する粒子が保持された。
【００４３】
得られた粒子は、蛍光Ｘ線によって化学的に特徴付けられた。全ての化学的な分析データは、表２に与えられる。不純物（残余の炭素を除いて）の含有量は、０.３から０.８％である。残部は、アルミナの含有量に相当する。
【００４４】
ノジュールの濃度、異物を含む粒子の含有量、プライマリージルコニアを含む粒子の含有量及びプライマリーコランダムを含む含有量は、写真の視覚的な解析によっても測定される。写真（図１から４）は、ビジログ（登録商標）ソフトウエア（Visilog software）を備える画像解析部に接続されるリーチャー（登録商標）電子顕微鏡（Reichert microscope）を用いて得られた。測定は、透明な有機樹脂に埋め込まれた研磨粒子からなる直径２５ｍｍの研磨断面で行われた。その粒子は、５００から６００μｍのサイズを有する研磨断面に含まれている。
【００４５】
顕微鏡で撮られた写真で、ノジュールは非常に明るいライトグレーとして現れる（図１参照）。
【００４６】
ノジュール濃度を評価するために、その顕微鏡は２００倍に設定された。その後、ノジュールの存在の兆候となる１０μｍ以下のサイズを有する明るくて白いスポットの数が数えられた。観測された領域におけるノジュールの数をその面積で割ることによって、粒子の研磨部分の面積の平方ミリメートル当りのノジュールの数が得られる。その計算は、その粒子の研磨部分の２つの他の領域で繰り返し行われた。３つの測定の平均を所定の試料におけるノジュール濃度とした。
【００４７】
異物は、顕微鏡で非常に明るいライトグレーで現れる（図２の写真を参照）。
【００４８】
異物を含む粒子の含有量を評価するために、顕微鏡は５０倍にセットされた。少なくとも１つの視認可能な異物を有している粒子の数は、表示された画像内で数えられた。計数は、直径２５ｍｍの研磨断面の全領域にわたって実行された。１０μｍを超える炭化物起源の少なくとも１つの明るいスポットがその粒子内で観測されるとき、粒子は、異物を有すると見なした。異物を有する粒子の含有量は、計数された粒子の数に対する少なくとも１つの異物を有する粒子の数の比によって与えられた。
【００４９】
プライマリーコランダムを含む粒子の含有量を評価するために、顕微鏡は１００倍に設定された。１つ又は他の領域の合計１００個の粒子が計数されるまで、プライマリーコランダムの樹脂状結晶を有する粒子の数と、プライマリーコランダムを含まない粒子の数とが計数された。少なくとも１つのプライマリーコランダムの樹脂状結晶がその粒子内に観測されると、粒子はプライマリーコランダムを有すると見なした。プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、計数された粒子の総数に対するプライマリーコランダムを有する粒子の数の割合でパーセントで与えられる。
【００５０】
プライマリージルコニアを含む粒子の含有量を評価するために、顕微鏡は１００倍に設定された。１つ又は他の領域の１００個の粒子が計数されるまで、プライマリージルコニアの樹脂状結晶を有する粒子の数と、プライマリージルコニアを含まない粒子の数とが計数された。少なくとも１つのプライマリージルコニアの樹脂状結晶がその粒子内に観測されると、粒子はプライマリージルコニアを有すると見なした。プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、計数された粒子の総数に対するプライマリージルコニアを有する粒子の数の割合でパーセントで与えられる。
【００５１】
その粒子の機械的特性を実証するために、以下の試験が実行された。
【００５２】
（試験Ａ）：研磨力の決定
試験Ａの目的は、スチール製の粉砕ジャーの材料を引き裂くために試験された粒子の性能を決定することである。
【００５３】
その試験の前に、粒子の混合物は、破片を分離し、この試験に有用なＦＥＰＡ標準に従うＦ２４粒子（グリット２４）を表す７１０／８５０μｍの破片を隔離するために、この分野で標準的なロタップ（登録商標）タイプ（ROTAP type）の振動篩で選別された。
【００５４】
分配された破片は、粉砕による不純物の兆候を示す金属の鉄を抽出するために、磁気分離を用いて脱鉄動作を経た。それから、それは１５０℃で１５分間オーブン処理に晒され、その後、デシケータで冷却された。化学分析のために粉末を粉砕するために一般に用いられるＴ１００型のＡＵＲＥＣ（登録商標）ロータリーミル（T100 type AUREC rotary mill）がその試験のために使用された。この粉砕機は、６つのバネを有する懸濁（サスペンション）と、試験された粒子を含む中空の円筒ジャー上に配置され、パレットと自由にスライド可能なリングが設定された。スチール（Z160 Ｃ１２等級）から作られている円筒状の粉砕ジャーは、高さ５０ｍｍ、内径１３９ｍｍを有していた。そのパレットは、Ｚ２００Ｃ１２等級のスチールから作られている中実の円筒（直径７５ｍｍ、高さ４５ｍｍ）であり、１５４６グラムであった。その円筒状のリング（内外径が９５／１２０ｍｍ、高さ４５ｍｍ）は、同じ等級（Ｚ２００Ｃ１２）のスチールから作られており、１４６４グラムであった。
【００５５】
試料に対する試験Ａは、以下の段階を含む。
（１）そのジャーは、圧縮空気で清浄された。
（２）問題となるグリットサイズ分布で試験される２５グラムの生成物のバッチは、リングと粉砕ジャーのパレットとの間に導入された。ＡＵＲＥＣ（登録商標）粉砕機（ＡＵＲＥＣ mill）が始動され、１５０秒間、公称速度（１４００ｒｐｍ）で回転した。粒子は、そのパレットとリングの衝撃によってのみストレスを受けた。その後、その粉末と粒子は、鉄成分を解析するために粉砕ジャーからブラシ（番号５０）を用いて取り出された。
（３）粉砕後、試験された試料の鉄の含有量の割合が測定された。この鉄は、粉砕中にその混合物の粒子によって引き剥がされたスチールからのものである。研磨力（試験Ａ）は、パーセントで与えられるが、参照的な粒子の混合物によって引き剥がされた鉄の含有量の割合に対する鉄の含有量の割合の比に相当する。試験Ａでの高い値は、その粒子が高い研磨力を有することを示す。
【００５６】
（試験Ｂ）：衝撃力の決定
試験Ｂの目的は、スチール製の粉砕ジャー内でストレスを受けた後、所定のグリットサイズの分布スライス、すなわち、７１０から８５０μｍの残っている粒子の破片を決定することであり、これは、その粒子の機械的な強度の動的評価を構成する。
【００５７】
試験Ｂにおける試料は、試験Ａの場合のように調製された。
【００５８】
従って、試料における試験Ｂは、以下の段階を含む。
（１）そのジャーは、圧縮空気で清浄された。
（２）問題となるグリットサイズ分布で試験される２５グラムの生成物のバッチは、リングと粉砕ジャーのパレットとの間に導入された。ＡＵＲＥＣ（登録商標）粉砕機（ＡＵＲＥＣ mill）が始動され、５秒間、公称速度（１４００ｒｐｍ）で回転した。その後、その粉末と粒子は、鉄成分を解析するために粉砕ジャーからブラシ（番号５０）を用いて取り出された。従って、その生成物は、直径２００ミリの一連のスクリーンで以下の篩Ｔ１を用いて１２分間選別された。
【００５９】
【表１】
【００６０】
“Ｔ１＋Ｔ２”は、第１の２つの篩のオーバーサイズの合計を重量で示す（例えば、７１０／８５０μｍのスライスの場合には、７１０μｍ＋４２５μｍ）。衝撃力の値（テストＢ）は、パーセントで与えられるが、参照試料の“Ｔ１＋Ｔ２”値に比べた試験された試料の“Ｔ１＋Ｔ２”の値に相当する。高い値は、粒子の良好な衝撃強度に対応する。
【００６１】
試験Ａ及びＢの結果が同一方向において常に変化しないということは当業者には知られている。特に、試験Ａでは、生成される粒子の性能に関連する研磨力が評価される。従って、その粒子は、ある“脆性”を有しなければならない。対照的に、段階Ｂでは、マクロ破砕に対する粒子の抵抗が測定される。これらの２つの測定値が相反していることは明らかに理解されるであろう。従って、良好な粒子は、試験Ａと試験Ｂとにおいて良好な妥協点を有する粒子である。この理由で、試験Ａ及びＢの結果Ａ及びＢの平均値Ｃは、表２に与えられる。因子Ｃが参照値の１１０％を超える場合、その粒子は、特に従来技術の粒子に対して改善されたと見なされる。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２において、“ｎｄ”は“決定されなかった”ことを意味する。
【００６４】
もし、表２のデータが研磨力（試験Ａ）に関して分類される場合、６９０から２２４０ノジュール／ｍｍ２のノジュール濃度が好都合なこの基準において特に有利であることは明らかである。好ましくは、ノジュール濃度は５００より大きく、より好ましくは、６００より大きく、さらに好ましくは、９００ノジュール／ｍｍ２より大きく２５００未満であり、好ましくは１５００ノジュール／ｍｍ２未満である。異物を含む混合物の粒子の含有量は、好ましくは１．５％未満である。
【００６５】
もし、表２のデータが衝撃力（試験Ｂ）の関数として分類される場合、高いノジュール濃度は、好都合なこの基準に対して特に有利であることは明らかであり、異物を含む粒子の含有量が２％未満のままであることが提供される。好ましくは、衝撃力を向上させるために、そのノジュール濃度は、９５０ノジュール／ｍｍ２より大きく、より好ましくは、１０００ノジュール／ｍｍ２より大きい。
【００６６】
上記の試験は、グリットの性能がこの構造物に関係しているということを示す。 定められたノジュール濃度（好ましくは６００から３５００／ｍｍ２）に関連する異物を含む粒子の低含有量は、改善された特徴を有する粒子の混合物を得ることを可能にすることが見られる。
【００６７】
４２から４４％のジルコニアの割合を有する粒子が最も好ましい。それは、これが純粋な共晶混合物に近い構造の形成に有利にはたらくからである。０から２０％の混合物のプライマリーコランダムを含む粒子の含有量、２０％より多い、好ましくは３０から８０％である、さらに好ましくは３０から５０％である混合物のプライマリージルコニアを含む粒子の含有量が好ましい。
【００６８】
あらゆる理論的な議論によって縛り付けられることを望むことなく、各々の研磨粒子が、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２共晶混合物の成長の先端部に沿って配向され、結晶粒界、より具体的には“セル粒界”と呼ばれる粒界で分離された共晶混合物セルからなるので、ノジュールの存在は、破砕の大きさが減少されることを可能にするということがあり得る。共融混合物セル内のノジュールのようなミクロ欠陥の存在は、破砕が好ましくはセル粒界では起こらなく、存在する共晶混合物セル内でも優先的に起こらないことを意味する。従って、グリットのムラは微細であり、その粒子がより低い力の階級で規則的に微小破壊する。これは、磨耗によってそれらの摩耗性を限定する一方で、それらの切断端部の継続的な再生によってそれらの研磨力を改善することを可能にする。
【００６９】
もちろん、本発明は、記述された実施形態に限定されるものではなく、実施形態は限定されない説明的な実施例として提供されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ノジュールを示す顕微鏡写真である。
【図２】異物を示す顕微鏡写真である。
【図３】プライマリーコランダムを示す顕微鏡写真である。
【図４】プライマリージルコニアを示す顕微鏡写真である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に二元共晶に近い割合（ジルコニアは４２重量％）でアルミナとジルコニアとからなると共に、改善された研磨性能を有する溶融セラミック粒子の混合物に関する。また、本発明は、本発明による粒子混合物を含む研磨工具、及び、本発明による粒子混合物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨工具は、通常、研磨工具を構成するセラミック粒子が形成される方法によって以下のように分類される。
（１）遊離砥粒（支持体なしで溶射または懸濁で使用される）、
（２）被覆砥粒（織物または紙タイプの支持体上においてその粒子は数層に積層される）、
（３）固定砥粒（円形の研磨砥石、研磨棒などの形態）。
後者の場合、研磨粒子は、有機結合剤またはガラス質結合剤（この場合、本質的に珪酸塩酸化物からなる結合剤）でプレスされる。これらの粒子は、それ自身が良好な研磨の機械的特性（特に、強靭性）を有しなければならず、結合剤との良好な機械的結合（界面の強度）を提供しなければならない。現在、広範な用途と被覆性能を可能にする様々な種類の研磨粒子がある。溶融合成酸化物粒子は、特に優れた品質と製造コストの折衷案を提供する。
【０００３】
本願の詳細な説明において、別途示されない限り、粒子の全組成は、粒子の総重量に基づいて重量％で示される。
【０００４】
溶融粒子の分野で、アルミナ及びジルコニアに基づいた材料はＵＳ−Ａ−３１８１９３９で知られている。これらの粒子は、一般に、０から１０％の添加剤を有する１０から６０％のジルコニアと残部であるアルミナとからなる。実際には、市販の製品のジルコニア含有量は２５％前後か、あるいは、ＵＳ−Ａ−３８９１４０８に記載されているように、アルミナ／ジルコニア共晶混合物のジルコニアの含有量である約４２％前後であり、通常、３５から５０％である。この特許は、その共晶混合物に類似する生成物が用途によってはアルミナ粒子よりも良い性能を有することを示しており、もし、それらが共晶体で急速に凝固するのであれば、層間または繊維間の空間は、４０００Å未満である（凝固先端に対して垂直に配向された共晶体を有する）。この特有なタイプの構造体は、グリットの使用期間中に最大限要求される機械強度と、切断表面の良好な再生に必要な微小破壊との間に優れた折衷案を提供する。
【０００５】
添加剤として、酸化イットリウムが知られており、ＵＳ−Ａ−４４５７７６７によれば２％まで添加され、特許されたＤＥ−Ｃ１−４３０６９６６によれば１０％まで添加されている。これらの添加剤は、アルミナ／ジルコニア粒子の研磨力を改善する。酸化マグネシウムも考えられる添加剤であるが、若干の含有量で、その存在は、コランダムが消失するまでアルミナを有するスピネルの形態に導き、それによって機械的性能が乏しくなる。
【０００６】
ＵＳ−Ａ−４４５７７６７に記載される粒子の例を通じて、ＮＺＰｌｕｓ（登録商標）としてＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ（フランス）から販売される粒子について言及する。典型的に、これらの粒子は、３９％のジルコニアと、０．８％のＹ２Ｏ３と、０．５％未満の不純物と、残部であるアルミナとを含む。これらの粒子の混合物は、特にステンレス鋼上において、被覆砥粒、または、動作中に高速の材料除去を有する有機結合剤を有する研磨性砥石（荒削り、スカイビングなど）に使用される。
【０００７】
同様に、含有量が１０から６０％のＺｒＯ２＋ＨｆＯ２と、含有量が３８から９０％のＡｌ２Ｏ３とを有する粒子がＦＲ２７８７１０６から知られている。これらの溶融アルミナ／酸化ジルコニウム粒子は、還元雰囲気（特に、炉内に炭素源、すなわち、石油コークス、ピッチまたは石炭の添加物を有する）で原料（可変純度を有する）を溶融することによって製造される。その後、溶融材料は、ＵＳ−Ａ−３９９３１１９に示されるように、例えば、薄膜金属プレート間でその液体を冷却する装置によって微細な配向構造の形成に有利に働くために好ましくは急速に冷却される。その冷却された材料は、例えば、ロールミルを用いて粉砕され、その後、選別され、グリットサイズ区分または正確な標準（例えば、ＦＥＰＡ標準）に適合するグリットに分類される。したがって、製造された粒子は、小型（コンパクト）であり、ほとんど縮小されない。それらは、良好な機械特性を有し、有利にはガラス状の結合剤を有する砥石で用いられることができる。
【０００８】
しかしながら、ステンレス鋼、または、より一般的には高硬度の高炭素鋼上である特定の低圧粉砕条件下において、従来技術の粒子は、劣った研磨性能を示し、特に、炭素鋼の磨耗で未熟な磨耗性を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そのため、改善された研磨特性を有する溶融アルミナ／ジルコニア研磨粒子の混合物に対する要求がある。本発明の目的は、この要求に応えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、この目的は、重量％で以下の化学組成を有する溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物によって達成される。
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４０〜４５．５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：４６〜５８％、
添加剤 ：０〜１０％、
ＳｉＯ２ ：０．８％未満、
不純物 ：１．２％未満。
【００１１】
この粒子の混合物は、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、その混合物のあらゆる粒子の断面で測定されるノジュール濃度が、少なくとも５０％、好ましくは８０％、より好ましくは９０％において、５００ノジュール／ｍｍ２を超えることは注目すべきである。
【００１２】
今まで、粒子の混合物の特性は、特にこれらの粒子の化学組成を修正することによって改善された。例えば、ジルコニア／アルミナ共晶に近づくように化学組成を選択することによって（ＵＳ３８９１４０８）、ＵＳ４０３５１６２、ＥＰ５９５０８１またはＵＳ４２１６４２９に記載されるようにジルコニア安定剤や他の化合物を付加することによって、酸化還元状態を代表として原料中の不純物含有量や粒子中の残余の炭素含有量を変更することによって（ＵＳ５５６７２１４）改善された。本発明による粒子の組成は、例えば、ＦＲ２７８７１０６で知られている。
【００１３】
初めて本発明者は、溶融アルミナ／ジルコニア粒子の研磨特性が、異物を含む混合物の粒子の含有量とその粒子のノジュールの量とに依存することを観測した。特に、６００から３５００ノジュール／ｍｍ２のノジュール濃度は、その粒子の研磨特性を改善するために有利であることが分かり、異物を含む混合物の粒子の含有量は２％未満に定められる。
【００１４】
好ましくは、本発明による粒子の混合物は、以下の特徴を有する。
（１）そのノジュール濃度は、６００ノジュール／ｍｍ２を超え、より好ましく９００ノジュール／ｍｍ２を超える。
（２）そのノジュール濃度は、２５００ノジュール／ｍｍ２未満であり、好ましくは２０００ノジュール／ｍｍ２未満であり、より好ましくは１５００ノジュール／ｍｍ２未満である。
（３）その混合物は、異物を含む粒子の含有量が多くても１．５％である。
（４）その添加剤は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、及び、他の希土類の化合物、または、それらの混合物からなる群から選択される。
（５）重量％で以下の化学組成である。
Ｙ２Ｏ３ ：０．１〜１．２％、及び／又は、
ＴｉＯ２ ：０．１〜３％、及び／又は、
ＳｉＯ２ ：０．４％未満、及び／又は、
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４２〜４４％。
（６）プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、２０〜４５％である。
（７）プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、０〜２０％である。
（８）５００から６００μｍの大きさを有する前記混合物の粒子によって形成されたサブアセンブリは、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、好ましくは１．５％未満であり、及び／又は、プライマリージルコニアを含む粒子の含有量が２０〜４５％であり、及び／又は、プライマリーコランダムを含む粒子の含有量が０〜２０％である。
（９）好ましくは、本発明による混合物の粒子は、グリット１２からグリット２２０の大きさを有し、より好ましくは、グリット１６からグリット８０の大きさを有する。それによって、その研磨性能が改善される。
【００１５】
本発明は、フレキシブルな基材上に結合剤によって結合され、又は、層として積層され、及び、結合剤によって保持される研磨粒子の混合物を含む研磨工具に関し、前記混合物は、本発明によるものである。
【００１６】
最後に、本発明は、本発明による粒子の混合物を製造する方法に関し、
（ａ）原料を混合する段階と、
（ｂ）溶融液体が得られるまで前記混合原料を溶融する段階と、
（ｃ）固体塊が得られるまで前記溶融液体を急冷することによって前記溶融液体を冷却する段階であって、好ましくは、前記溶融液体が３分間未満で完全に固化するように急冷する段階と、
（ｄ）前記固体塊を粉砕して粒子混合物を得る段階、及び、任意に前記混合物のグリットサイズ分類を得る段階と、を連続的に含み、
前記原料は、前記混合物の粒子が本発明による混合物の粒子の原料に従う化学組成を有するように選択される。
【００１７】
この方法は、本発明による粒子の混合物を得るために最終選別段階を含むという点で注目すべきである。
【００１８】
好ましくは、前記粉砕段階後に、ＦＥＰＡ標準に従ったグリット１２からグリット２２０の大きさ、より好ましくはグリット１６からグリット８０の大きさを有する粒子が選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を読み、本発明による混合物の粒子の表面の写真を示す添付された図１から４を見ることによって明らかになるであろう。それらの図では、ノジュール、異物（インクルージョン）、プライマリーコランダム結晶、及び、プライマリージルコニア樹枝状結晶がそれぞれ囲まれている。
【００２０】
本発明による混合物の粒子の酸化物含有量は、最も安定な酸化物の形態で表され、この分野の標準的な慣習に従う、対応する化学組成の各々における総含有量に関連する。従って、亜酸化物、任意に窒化物、酸窒化物、炭化物、炭酸化物、炭窒化物、または、上記元素の金属種でさえも含まれる。
【００２１】
全ての他の化合物、特に、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、炭酸化物、炭窒化物、及び、ナトリウム及び他のアルカリ金属の金属種、鉄、シリコン、バナジウム及びクロムからなる群の一部を形成する化合物は、“不純物”と見なされる。生来２％未満の含有量でジルコニア源内に存在する酸化ハフニウムは、不純物として見なさない。残留炭素は、“Ｃ”として表現されるが、本発明による混合物の粒子の組成の不純物の一部を形成する。
【００２２】
“添加剤”という用語には、溶融アルミナ／ジルコニア粒子の製造で通常使用される添加剤が含まれ、特に、ジルコニア安定剤、特には、酸化イットリウム及び酸化チタンが含まれる。酸化マグネシウム、酸化カルシウム、及び、希土類の他の酸化物、特に、酸化ネオジムだけではなく、ランタン、セリウム、ジスプロシウム及びエルビウムの酸化物も含まれる。“添加剤”という用語には、前述の種類の混合物も含まれる。
【００２３】
本発明による溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物は、共晶構造の形成を促進するために４０から４５．５％の含有量のＺｒＯ２＋ＨｆＯ２を有する。
【００２４】
好ましくは、本発明による混合物の粒子のジルコニアは、単斜晶形態を失って正方晶の同素形で主に存在する。
【００２５】
“ノジュール”という用語は、金属タイプ（主に、Ａｌ、Ｚｒ、または、ＺｒＳｉ）の欠陥または炭化物タイプ（ＺｒＣ、ＡｌＣ）の欠陥を示し、そのサイズは１０μｍを超えない。ノジュールは、実質的に球形で分離した粒子（互いに分離している）の形態で主に存在する。ノジュール濃度とは、粒子の断面の面積の平方ミリメートル当りのノジュールの数である。
【００２６】
“異物（インクルージョン）”という用語は、炭化物タイプの欠陥を示し、それは主にＺｒＣからなり、そのサイズは１０μｍより大きい。異物は、主に細長い形態で存在し、互いに接触している連続した又はクラスタ状の炭化物粒子からなる。異物を含む粒子の含有量とは、少なくとも１つの異物を含む粒子の数の割合である。
【００２７】
ノジュールの“大きさ”または異物の“大きさ”は、研磨された部分の観察平面で測定される最も長い寸法と定義される。
【００２８】
“プライマリージルコニア”という用語は、通常、樹枝状形態のあらゆる欠陥を示し、その起源はジルコニアである。プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、パーセント（％）で表されが、研磨部分の問題となる粒子の総数に対するプライマリージルコニアを有する粒子の数の比で与えられる。
【００２９】
“プライマリーコランダム”という用語は、通常、アルミニウム起源の樹枝状またはプレデントリック形態のあらゆる欠陥を示す。図３に示されるように、顕微鏡でプライマリーコランダムはダークグレーで現れる。プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、パーセント（％）で表されが、研磨部分の問題となる粒子の総数に対するプライマリーコランダムを有する粒子の数の比で与えられる。
【００３０】
図４に示されるように、顕微鏡でプライマリージルコニアはライトグレーで現れる。プライマリージルコニアを含む粒子の含有量、プライマリーコランダムを含む粒子の含有量、異物を含む粒子の含有量、及び、ノジュールの濃度は、好ましくは、２５ｍｍの直径で５００から６００μｍ（グリット３６の主要なスライス）の間のサイズを有し、透過性のある有機樹脂に組み込まれた混合物の研磨粒子によって形成される円筒状のアセンブリの研磨断面で決定される。
【００３１】
本発明による混合物の粒子は、溶融アルミナ／ジルコニア粒子を製造するための通常の方法によって製造され、それには最終の選別段階が付加される。
【００３２】
通常の方法は、一般に、原料を混合する段階、アーク炉で溶融する段階、その溶融液を急速冷却する段階、粉砕する段階、及び、グリットサイズ区分に従う任意の分類段階を含む。
【００３３】
溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物の特性は、溶融液の熱挙動に依存し、それ自身は処理パラメータに依存するだけではなく、炉の配置やその周囲環境（燃焼排ガス収集、材料など）にも大いに依存する。従って、処理パラメータの値は、これらの段階の最後に本発明による粒子の混合物を得ることができるように、使用する炉、使用する原料などに従って決定される。このパラメータは、例えば、以下に例として使用される処理値を用いても良い。
【００３４】
従って、従来の処理の最終段階の後に、得られる粒子のアセンブリの異物を含む粒子の含有量と粒子のノジュール濃度は、サンプリングによって測定されなければならない。本発明による混合物の特徴を有する粒子の混合物は、その後、選別される。
【００３５】
異なるパラメータを有する通常の処理によって得られる様々な混合物を混合することによって本発明による混合物を製造することも可能である。
【００３６】
研磨性能における効果は、５００ノジュール／ｍｍ２を超えるノジュール濃度を有する粒子の割合が高くなればなるほど、より顕著である。
【００３７】
好ましくは、この割合は、パーセントで少なくとも５０％であり、より好ましくは８０％であり、さらに好ましくは９０％である。より好ましくは、その混合物の粒子の実質的に全て（少なくとも９９％）が、そのようなノジュール濃度を有する。経済的理由で、又は、他の利点を得るために、本発明の粒子の混合物が得られるまで、数種の混合物を混合することが好ましい。
【００３８】
限定されない次の例は、本発明を例示するために与えられる。
【００３９】
参照的な粒子の混合物は、還元条件で製造され、上述されたＮＺＰｌｕｓ（登録商標）という名称で販売されている溶融アルミナ／ジルコニア粒子に基づいている。
【００４０】
例として与えられた生成物は、以下の原料から製造された。
（１）０．３％未満の水酸化ナトリウムを有するアンダーカルシンベイヤー（登録商標）アルミナ（undercalcined Bayer alumina）、
（２）９８％を超える含有量を有するジルコニア＋ハフニアを有するジルコニア粉末、
（３）石油コークス、
（４）アルミニウム金属のチップ。
【００４１】
酸化イットリウムは、添加剤として使用され、９８％を超える酸化イットリウムを含む純粋な材料として供給された。
【００４２】
その生成物は、以下の段階を含む、この分野の当業者によく知られた通常の方法によって調製された。
（１）原料を混合する段階、
（２）直径０．８ｍの炉管を用いて、１０５から１５０Ｖの電圧、２２００から２５００Ａの電流、２．２から２．８ｋＷｈ／ｋｇの供給される特定の電力の印加で、黒鉛電極を有するエルータイプ（Heroult type）の単相アーク炉で溶融する段階。
炉の状態に依存して、最少量である０．５％（最大３％）の石油コークスと約０．５から５．５％のアルミニウムチップが、生成された組成物に導入された。その後、溶融液体は、ＵＳ−Ａ−３９９３１１９で与えられるような、薄い金属プレート間でその液体を一体成型する装置を用いて急速に冷却された。その後、その粒子は粉砕され、それらのグリットサイズによって分類され、グリット１２からグリット２２０のグリットサイズ、すなわち、４５μｍから２．８ｍｍのサイズを有する粒子が保持された。
【００４３】
得られた粒子は、蛍光Ｘ線によって化学的に特徴付けられた。全ての化学的な分析データは、表２に与えられる。不純物（残余の炭素を除いて）の含有量は、０.３から０.８％である。残部は、アルミナの含有量に相当する。
【００４４】
ノジュールの濃度、異物を含む粒子の含有量、プライマリージルコニアを含む粒子の含有量及びプライマリーコランダムを含む含有量は、写真の視覚的な解析によっても測定される。写真（図１から４）は、ビジログ（登録商標）ソフトウエア（Visilog software）を備える画像解析部に接続されるリーチャー（登録商標）電子顕微鏡（Reichert microscope）を用いて得られた。測定は、透明な有機樹脂に埋め込まれた研磨粒子からなる直径２５ｍｍの研磨断面で行われた。その粒子は、５００から６００μｍのサイズを有する研磨断面に含まれている。
【００４５】
顕微鏡で撮られた写真で、ノジュールは非常に明るいライトグレーとして現れる（図１参照）。
【００４６】
ノジュール濃度を評価するために、その顕微鏡は２００倍に設定された。その後、ノジュールの存在の兆候となる１０μｍ以下のサイズを有する明るくて白いスポットの数が数えられた。観測された領域におけるノジュールの数をその面積で割ることによって、粒子の研磨部分の面積の平方ミリメートル当りのノジュールの数が得られる。その計算は、その粒子の研磨部分の２つの他の領域で繰り返し行われた。３つの測定の平均を所定の試料におけるノジュール濃度とした。
【００４７】
異物は、顕微鏡で非常に明るいライトグレーで現れる（図２の写真を参照）。
【００４８】
異物を含む粒子の含有量を評価するために、顕微鏡は５０倍にセットされた。少なくとも１つの視認可能な異物を有している粒子の数は、表示された画像内で数えられた。計数は、直径２５ｍｍの研磨断面の全領域にわたって実行された。１０μｍを超える炭化物起源の少なくとも１つの明るいスポットがその粒子内で観測されるとき、粒子は、異物を有すると見なした。異物を有する粒子の含有量は、計数された粒子の数に対する少なくとも１つの異物を有する粒子の数の比によって与えられた。
【００４９】
プライマリーコランダムを含む粒子の含有量を評価するために、顕微鏡は１００倍に設定された。１つ又は他の領域の合計１００個の粒子が計数されるまで、プライマリーコランダムの樹脂状結晶を有する粒子の数と、プライマリーコランダムを含まない粒子の数とが計数された。少なくとも１つのプライマリーコランダムの樹脂状結晶がその粒子内に観測されると、粒子はプライマリーコランダムを有すると見なした。プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、計数された粒子の総数に対するプライマリーコランダムを有する粒子の数の割合でパーセントで与えられる。
【００５０】
プライマリージルコニアを含む粒子の含有量を評価するために、顕微鏡は１００倍に設定された。１つ又は他の領域の１００個の粒子が計数されるまで、プライマリージルコニアの樹脂状結晶を有する粒子の数と、プライマリージルコニアを含まない粒子の数とが計数された。少なくとも１つのプライマリージルコニアの樹脂状結晶がその粒子内に観測されると、粒子はプライマリージルコニアを有すると見なした。プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、計数された粒子の総数に対するプライマリージルコニアを有する粒子の数の割合でパーセントで与えられる。
【００５１】
その粒子の機械的特性を実証するために、以下の試験が実行された。
【００５２】
（試験Ａ）：研磨力の決定
試験Ａの目的は、スチール製の粉砕ジャーの材料を引き裂くために試験された粒子の性能を決定することである。
【００５３】
その試験の前に、粒子の混合物は、破片を分離し、この試験に有用なＦＥＰＡ標準に従うＦ２４粒子（グリット２４）を表す７１０／８５０μｍの破片を隔離するために、この分野で標準的なロタップ（登録商標）タイプ（ROTAP type）の振動篩で選別された。
【００５４】
分配された破片は、粉砕による不純物の兆候を示す金属の鉄を抽出するために、磁気分離を用いて脱鉄動作を経た。それから、それは１５０℃で１５分間オーブン処理に晒され、その後、デシケータで冷却された。化学分析のために粉末を粉砕するために一般に用いられるＴ１００型のＡＵＲＥＣ（登録商標）ロータリーミル（T100 type AUREC rotary mill）がその試験のために使用された。この粉砕機は、６つのバネを有する懸濁（サスペンション）と、試験された粒子を含む中空の円筒ジャー上に配置され、パレットと自由にスライド可能なリングが設定された。スチール（Z160 Ｃ１２等級）から作られている円筒状の粉砕ジャーは、高さ５０ｍｍ、内径１３９ｍｍを有していた。そのパレットは、Ｚ２００Ｃ１２等級のスチールから作られている中実の円筒（直径７５ｍｍ、高さ４５ｍｍ）であり、１５４６グラムであった。その円筒状のリング（内外径が９５／１２０ｍｍ、高さ４５ｍｍ）は、同じ等級（Ｚ２００Ｃ１２）のスチールから作られており、１４６４グラムであった。
【００５５】
試料に対する試験Ａは、以下の段階を含む。
（１）そのジャーは、圧縮空気で清浄された。
（２）問題となるグリットサイズ分布で試験される２５グラムの生成物のバッチは、リングと粉砕ジャーのパレットとの間に導入された。ＡＵＲＥＣ（登録商標）粉砕機（ＡＵＲＥＣ mill）が始動され、１５０秒間、公称速度（１４００ｒｐｍ）で回転した。粒子は、そのパレットとリングの衝撃によってのみストレスを受けた。その後、その粉末と粒子は、鉄成分を解析するために粉砕ジャーからブラシ（番号５０）を用いて取り出された。
（３）粉砕後、試験された試料の鉄の含有量の割合が測定された。この鉄は、粉砕中にその混合物の粒子によって引き剥がされたスチールからのものである。研磨力（試験Ａ）は、パーセントで与えられるが、参照的な粒子の混合物によって引き剥がされた鉄の含有量の割合に対する鉄の含有量の割合の比に相当する。試験Ａでの高い値は、その粒子が高い研磨力を有することを示す。
【００５６】
（試験Ｂ）：衝撃力の決定
試験Ｂの目的は、スチール製の粉砕ジャー内でストレスを受けた後、所定のグリットサイズの分布スライス、すなわち、７１０から８５０μｍの残っている粒子の破片を決定することであり、これは、その粒子の機械的な強度の動的評価を構成する。
【００５７】
試験Ｂにおける試料は、試験Ａの場合のように調製された。
【００５８】
従って、試料における試験Ｂは、以下の段階を含む。
（１）そのジャーは、圧縮空気で清浄された。
（２）問題となるグリットサイズ分布で試験される２５グラムの生成物のバッチは、リングと粉砕ジャーのパレットとの間に導入された。ＡＵＲＥＣ（登録商標）粉砕機（ＡＵＲＥＣ mill）が始動され、５秒間、公称速度（１４００ｒｐｍ）で回転した。その後、その粉末と粒子は、鉄成分を解析するために粉砕ジャーからブラシ（番号５０）を用いて取り出された。従って、その生成物は、直径２００ミリの一連のスクリーンで以下の篩Ｔ１を用いて１２分間選別された。
【００５９】
【表１】
【００６０】
“Ｔ１＋Ｔ２”は、第１の２つの篩のオーバーサイズの合計を重量で示す（例えば、７１０／８５０μｍのスライスの場合には、７１０μｍ＋４２５μｍ）。衝撃力の値（テストＢ）は、パーセントで与えられるが、参照試料の“Ｔ１＋Ｔ２”値に比べた試験された試料の“Ｔ１＋Ｔ２”の値に相当する。高い値は、粒子の良好な衝撃強度に対応する。
【００６１】
試験Ａ及びＢの結果が同一方向において常に変化しないということは当業者には知られている。特に、試験Ａでは、生成される粒子の性能に関連する研磨力が評価される。従って、その粒子は、ある“脆性”を有しなければならない。対照的に、段階Ｂでは、マクロ破砕に対する粒子の抵抗が測定される。これらの２つの測定値が相反していることは明らかに理解されるであろう。従って、良好な粒子は、試験Ａと試験Ｂとにおいて良好な妥協点を有する粒子である。この理由で、試験Ａ及びＢの結果Ａ及びＢの平均値Ｃは、表２に与えられる。因子Ｃが参照値の１１０％を超える場合、その粒子は、特に従来技術の粒子に対して改善されたと見なされる。
【００６２】
【表２】
【００６３】
表２において、“ｎｄ”は“決定されなかった”ことを意味する。
【００６４】
もし、表２のデータが研磨力（試験Ａ）に関して分類される場合、６９０から２２４０ノジュール／ｍｍ２のノジュール濃度が好都合なこの基準において特に有利であることは明らかである。好ましくは、ノジュール濃度は５００より大きく、より好ましくは、６００より大きく、さらに好ましくは、９００ノジュール／ｍｍ２より大きく２５００未満であり、好ましくは１５００ノジュール／ｍｍ２未満である。異物を含む混合物の粒子の含有量は、好ましくは１．５％未満である。
【００６５】
もし、表２のデータが衝撃力（試験Ｂ）の関数として分類される場合、高いノジュール濃度は、好都合なこの基準に対して特に有利であることは明らかであり、異物を含む粒子の含有量が２％未満のままであることが提供される。好ましくは、衝撃力を向上させるために、そのノジュール濃度は、９５０ノジュール／ｍｍ２より大きく、より好ましくは、１０００ノジュール／ｍｍ２より大きい。
【００６６】
上記の試験は、グリットの性能がこの構造物に関係しているということを示す。 定められたノジュール濃度（好ましくは６００から３５００／ｍｍ２）に関連する異物を含む粒子の低含有量は、改善された特徴を有する粒子の混合物を得ることを可能にすることが見られる。
【００６７】
４２から４４％のジルコニアの割合を有する粒子が最も好ましい。それは、これが純粋な共晶混合物に近い構造の形成に有利にはたらくからである。０から２０％の混合物のプライマリーコランダムを含む粒子の含有量、２０％より多い、好ましくは３０から８０％である、さらに好ましくは３０から５０％である混合物のプライマリージルコニアを含む粒子の含有量が好ましい。
【００６８】
あらゆる理論的な議論によって縛り付けられることを望むことなく、各々の研磨粒子が、Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２共晶混合物の成長の先端部に沿って配向され、結晶粒界、より具体的には“セル粒界”と呼ばれる粒界で分離された共晶混合物セルからなるので、ノジュールの存在は、破砕の大きさが減少されることを可能にするということがあり得る。共融混合物セル内のノジュールのようなミクロ欠陥の存在は、破砕が好ましくはセル粒界では起こらなく、存在する共晶混合物セル内でも優先的に起こらないことを意味する。従って、グリットのムラは微細であり、その粒子がより低い力の階級で規則的に微小破壊する。これは、磨耗によってそれらの摩耗性を限定する一方で、それらの切断端部の継続的な再生によってそれらの研磨力を改善することを可能にする。
【００６９】
もちろん、本発明は、記述された実施形態に限定されるものではなく、実施形態は限定されない説明的な実施例として提供されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】ノジュールを示す顕微鏡写真である。
【図２】異物を示す顕微鏡写真である。
【図３】プライマリーコランダムを示す顕微鏡写真である。
【図４】プライマリージルコニアを示す顕微鏡写真である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合計が１００重量％になるように以下の化学組成を有する溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物であって、
前記混合物は、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、
前記混合物のあらゆる粒子の断面で測定されるノジュール濃度は、少なくとも全体の５０％において５００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする混合物。
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４０〜４５．５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：４６〜５８％、
添加剤 ：０〜１０％、
ＳｉＯ２ ：０．８％未満、
不純物 ：１．２％未満。
【請求項２】
前記混合物のあらゆる粒子の断面で測定される前記ノジュール濃度は、少なくとも全体の９０％において５００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項３】
前記ノジュール濃度は、９００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項４】
前記ノジュール濃度は、２０００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項５】
前記混合物は、前記異物を含む粒子の含有量が多くても１．５％であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の混合物。
【請求項６】
前記添加剤は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、及び、他の希土類の化合物、または、それらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の混合物。
【請求項７】
重量％で以下の化学組成であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の混合物。
Ｙ２Ｏ３ ：０．１〜１．２％、及び／又は、
ＴｉＯ２ ：０．１〜３％、及び／又は、
ＳｉＯ２ ：０．４％未満、及び／又は、
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４２〜４４％。
【請求項８】
プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、２０〜４５％であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の混合物。
【請求項９】
プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、０〜２０％であることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の混合物。
【請求項１０】
５００から６００μｍの大きさを有する前記混合物の粒子によって形成されたサブアセンブリは、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、及び／又は、プライマリージルコニアを含む粒子の含有量が２０〜４５％であり、及び／又は、プライマリーコランダムを含む粒子の含有量が０〜２０％であることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の混合物。
【請求項１１】
前記粒子は、ＦＥＰＡ標準に従って、グリット１２からグリット２２０の大きさ、すなわち、４５μｍから２．８ｍｍの大きさを有することを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の混合物。
【請求項１２】
フレキシブルな基材上に結合剤によって結合され、又は、層として積層され、及び、結合剤によって保持される研磨粒子の混合物を含む研磨工具であって、
前記混合物は、請求項１から１１の何れか一項に記載の混合物であることを特徴とする研磨工具。
【請求項１３】
粒子混合物を製造する方法であって、
（ａ）原料を混合する段階と、
（ｂ）溶融液体が得られるまで前記混合原料を溶融する段階と、
（ｃ）固体塊が得られるまで前記溶融液体を急冷することによって前記溶融液体を冷却する段階と、
（ｄ）前記固体塊を粉砕して粒子混合物を得る段階、及び、任意に前記混合物のグリットサイズ分類を得る段階と、を連続的に含み、
前記原料は、重量％で以下のような化学組成を有する前記混合物の粒子から選択され、
請求項１から１１の何れか一項による粒子混合物を得るために最終選別段階を含む、粒子混合物の製造方法。
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４０〜４５．５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：４６〜５８％、
添加剤 ：０〜１０％、
ＳｉＯ２ ：０．８％未満、
不純物 ：１．２％未満。
【請求項１】
合計が１００重量％になるように以下の化学組成を有する溶融アルミナ／ジルコニア粒子の混合物であって、
前記混合物は、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、
前記混合物のあらゆる粒子の断面で測定されるノジュール濃度は、少なくとも全体の５０％において５００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする混合物。
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４０〜４５．５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：４６〜５８％、
添加剤 ：０〜１０％、
ＳｉＯ２ ：０．８％未満、
不純物 ：１．２％未満。
【請求項２】
前記混合物のあらゆる粒子の断面で測定される前記ノジュール濃度は、少なくとも全体の９０％において５００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項３】
前記ノジュール濃度は、９００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項４】
前記ノジュール濃度は、２０００ノジュール／ｍｍ２を超えることを特徴とする請求項１に記載の混合物。
【請求項５】
前記混合物は、前記異物を含む粒子の含有量が多くても１．５％であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の混合物。
【請求項６】
前記添加剤は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、及び、他の希土類の化合物、または、それらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の混合物。
【請求項７】
重量％で以下の化学組成であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の混合物。
Ｙ２Ｏ３ ：０．１〜１．２％、及び／又は、
ＴｉＯ２ ：０．１〜３％、及び／又は、
ＳｉＯ２ ：０．４％未満、及び／又は、
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４２〜４４％。
【請求項８】
プライマリージルコニアを含む粒子の含有量は、２０〜４５％であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の混合物。
【請求項９】
プライマリーコランダムを含む粒子の含有量は、０〜２０％であることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の混合物。
【請求項１０】
５００から６００μｍの大きさを有する前記混合物の粒子によって形成されたサブアセンブリは、異物を含む粒子の含有量が２％未満であり、及び／又は、プライマリージルコニアを含む粒子の含有量が２０〜４５％であり、及び／又は、プライマリーコランダムを含む粒子の含有量が０〜２０％であることを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の混合物。
【請求項１１】
前記粒子は、ＦＥＰＡ標準に従って、グリット１２からグリット２２０の大きさ、すなわち、４５μｍから２．８ｍｍの大きさを有することを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の混合物。
【請求項１２】
フレキシブルな基材上に結合剤によって結合され、又は、層として積層され、及び、結合剤によって保持される研磨粒子の混合物を含む研磨工具であって、
前記混合物は、請求項１から１１の何れか一項に記載の混合物であることを特徴とする研磨工具。
【請求項１３】
粒子混合物を製造する方法であって、
（ａ）原料を混合する段階と、
（ｂ）溶融液体が得られるまで前記混合原料を溶融する段階と、
（ｃ）固体塊が得られるまで前記溶融液体を急冷することによって前記溶融液体を冷却する段階と、
（ｄ）前記固体塊を粉砕して粒子混合物を得る段階、及び、任意に前記混合物のグリットサイズ分類を得る段階と、を連続的に含み、
前記原料は、重量％で以下のような化学組成を有する前記混合物の粒子から選択され、
請求項１から１１の何れか一項による粒子混合物を得るために最終選別段階を含む、粒子混合物の製造方法。
ＺｒＯ２＋ＨｆＯ２：４０〜４５．５％、
Ａｌ２Ｏ３ ：４６〜５８％、
添加剤 ：０〜１０％、
ＳｉＯ２ ：０．８％未満、
不純物 ：１．２％未満。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５０３４３７（Ｐ２００８−５０３４３７Ａ）
【公表日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１７３６４（Ｐ２００７−５１７３６４）
【出願日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００５／００１５８７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１０８２３
【国際公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（５０６４２６２６９）サン−ゴベン・セントル・ドゥ・レシェルシェ・エ・デチュード・ユーロペアン (42)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００５／００１５８７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０１０８２３
【国際公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（５０６４２６２６９）サン−ゴベン・セントル・ドゥ・レシェルシェ・エ・デチュード・ユーロペアン (42)
【Ｆターム（参考）】
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