Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２および／またはＨｆＯ２と、Ｎｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５とを含むセラミックスの製造方法
Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含む、ガラス−セラミックスを製造するための方法である。本発明によるガラス−セラミックスは、ガラスビーズ、物品（たとえば、平板）、繊維、粒子、および薄層コーティングに、製造し、形成させ、または変換させることができる。本発明によるガラス−セラミック粒子のいくつかの実施態様は、研磨粒子として特に有用である。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
多くの非晶質（ガラスを含む）およびガラス−セラミック組成物が知られている。酸化物ガラスの多くでは、ガラスの形成を促進させるために、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３およびＶ２Ｏ５のような公知のガラス形成剤を用いている。いくつかのガラスでは、加熱処理することによりガラスセラミックスを形成させることができる。
【０００２】
公知のガラスおよびガラス−セラミックスの性質の多くは、ガラス形成剤の持つ固有の性質によって制限を受ける可能性がある。たとえば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５系のガラスおよびガラス−セラミックスの場合、そのヤング率、硬度および強度は、典型的には、そのようなガラス形成剤が原因の限度がある。それらのガラスおよびガラス−セラミックスは一般に、たとえばＡｌ２Ｏ３やＺｒＯ３に比較すると、機械的性質に劣る。
【０００３】
別な態様においては、一般的に、セラミックの加工操作でほとんどの場合に、（たとえば顕著な結晶成長をさせることなく）結晶粒度を最小にして最大の高密度化を得るのが望ましい。結晶粒度を最小化することが可能なセラミック加工技術の例としては、結晶成長速度を低下させることが挙げられる。理論に捕らわれることは欲しないが、結晶粒度が大きい程機械的性質が低下するのに対して、平均結晶子径が細かい程（たとえば、高強度や高硬度に）機械的性質が改良されると、セラミック業界においては一般に考えられている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの態様においては、本発明は、Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含む、ガラスおよびガラス−セラミックを提供する。驚くべきことには、本明細書に記載のガラスにＮｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５を添加することにより、ガラスの結晶化に大きな影響を与えることが可能であることを、本出願人は見出した。
【０００５】
いくつかの実施態様においては、本発明は、ガラス−セラミックを製造するための方法を含み、その方法にはガラスを加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させ、ガラス−セラミックを得ることを含み、前記ガラスには、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、さらには少なくとも７５、いくつかの実施態様においては、３５〜７５、４０〜７５、４５〜７５、５０〜７５、５５〜７５、さらには６０〜７５重量パーセントの範囲）のＡｌ２Ｏ３、ＲＥＯ（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、および／またはＮｄ２Ｏ３、ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、さらには少なくとも１０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、０．５〜７０、１〜７０、５〜７０、１０〜７０、０．５〜５０、１〜５０、５〜５０、１０〜５０、０．５〜４０、１〜４０、５〜４０、１０〜４０、０．５〜３０、１〜３０、５〜３０、１０〜３０、０．５〜２５、１〜２５、５〜２５、さらには１０〜２５重量パーセントの範囲のＲＥＯ）、およびＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも５、１０、１５、さらには少なくとも２０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、５〜３０、５〜２５、１０〜２５、１０〜３０、１５〜３０、２０〜３０、１５〜２５、さらには１５〜２０重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２））、およびＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、さらには少なくとも２５、いくつかの実施態様においては、１〜２０、５〜２０、１０〜２０、さらには５〜１５重量パーセントの範囲の、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種）を含み、ここで、前記ガラスには、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、およびＶ２Ｏ５を合計して、ガラスの全重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらには０重量パーセント以下）の量で含み、そしてここで、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種は、ガラスから少なくとも１種の結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２が形成される速度を高くするのに充分な量で存在させる（Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラス（すなわち、その比較例のガラスは、Ａｌ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種、ならびにＮｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５を含むガラスと同様にして製造し加熱処理するが、ただしそのガラスを製造するのにＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５を使用していない（すなわち、そのようなガラスは、ガラスの全重量を基準にして、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の含量がゼロ重量パーセントである））を同様にして加熱処理することにより製造する、比較例のガラス−セラミックに比較して、いくつかの実施態様においては、少なくとも１．５、２、２．５、さらには少なくとも３倍の速度とさせる）。ガラスからの結晶質ＺｒＯ２および／または結晶質ＨｆＯ２の形成速度の増加は、後の実施例１に説明する方法により測定される。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、ガラス−セラミックを破砕して研磨粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、その研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、それらの研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む。
【０００６】
本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスのいくつかの実施態様においては、そのガラス−セラミックスおよびガラスには、少なくとも１種の追加の金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＳｒＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＮｉＯ、および／またはＦｅ２Ｏ３）がさらに含まれていてもよい。
【０００７】
いくつかの実施態様においては、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスには、ガラス−セラミックまたはガラスの全重量を基準にして、それぞれ、２０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらにはゼロ重量パーセント以下）のＳｉＯ２、および２０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらにはゼロ重量パーセント以下）のＢ２Ｏ３を含む。
【０００８】
本発明によるガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、ガラス−セラミック中にガラスを、ガラス−セラミックの全容積を基準にして、たとえば少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、さらには９５容積パーセントのガラスを含んでいてよい。本発明によるガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、ガラス−セラミックに結晶質セラミックを、ガラス−セラミックの全容積を基準にして、たとえば少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、さらには１００容積パーセントの量で含んでいてよい。
【０００９】
本明細書における定義を以下に述べる：
「非晶質物質」という用語は、融解物および／または気相から得られる物質でＸ線回折を測定したときに長距離（ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ）の結晶構造を示さないものおよび／または、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定されるような、ＤＴＡ（示差熱分析）で測定したときに非晶質物質の結晶化に相当する発熱ピークを示すものを指す、
「セラミック」という用語には、ガラス、結晶質セラミック、ガラス−セラミック、およびそれらの組み合わせを含む、
「複合金属酸化物」という用語は、２種またはそれ以上の異なる金属元素と酸素とを含む金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３と１種または複数のＡｌ以外の金属元素を含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３とを含む複合金属酸化物（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物とを含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８およびＤｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「ガラス」という用語は、ガラス転移温度を示す非晶質物質を指す、
「ガラス−セラミック」という用語は、ガラスを加熱処理することによって形成される結晶を含むセラミックを指す、
「Ｔｇ］という用語は、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定されるガラス転移温度を指す、
「Ｔｘ］という用語は、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定される結晶化温度を指す、
「希土類酸化物」という用語は、酸化セリウム（たとえば、ＣｅＯ２）、酸化ジスプロシウム（たとえば、Ｄｙ２Ｏ３）、酸化エルビウム（たとえば、Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（たとえば、Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（たとえば、Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ランタン（たとえば、Ｌａ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（たとえば、Ｌｕ２Ｏ３）、酸化ネオジム（たとえば、Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（たとえば、Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化サマリウム（たとえば、Ｓｍ２Ｏ３）、酸化テルビウム（たとえば、Ｔｂ２Ｏ３）、酸化トリウム（たとえば、Ｔｈ４Ｏ７）、酸化ツリウム（たとえば、Ｔｍ２Ｏ３）、および酸化イッテリビウム（たとえば、Ｙｂ２Ｏ３）、ならびにそれらの組み合わせを指す、
「ＲＥＯ］という用語は、希土類酸化物（類）を指す。
【００１０】
さらに本明細書においては、たとえばガラス−セラミックの中で、金属酸化物（たとえば、Ａｌ２Ｏ３、複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物など）が結晶質であると特に記述している以外では、それは、結晶質であっても、あるいは部分的にガラス質で部分的に結晶質であってもよい、と理解すべきである。たとえば、ガラス−セラミックにＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とが含まれている場合には、そのＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２のそれぞれが、ガラス質状態でも、結晶質状態でも、または一部がガラス質状態で一部が結晶質状態でも、さらには他の金属酸化物（類）との反応生成物であってもよい（例を挙げれば、たとえばＡｌ２Ｏ３が結晶質のＡｌ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３の特定の結晶質相（たとえば、α−Ａｌ２Ｏ３）として存在していると特に記述していない場合には、それは、結晶質Ａｌ２Ｏ３および／または部分的に１種または複数の結晶質の複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物として存在していてもよい）。
【００１１】
本発明により製造されるガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、ビーズ（たとえば、直径が、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、さらには少なくとも１０ｍｍのビーズ）、物品（たとえば、平板）、繊維、粒子、およびコーティング（たとえば、薄層コーティング）などの形態として製造したり、それらのものに変換させたりすることができる。ビーズの実施態様は、たとえば回帰反射シート、英数字板（ａｌｐｈａｎｕｍｅｒｉｃ ｐｌａｔｅ）、および舗道のマーキングのような、反射装置において、有用である。粒子および繊維の実施態様は、たとえば断熱、充填材、または複合材料（たとえば、セラミック、金属、またはポリマーマトリックス複合材料）における補強剤として、有用である。薄層コーティングの実施態様は、たとえば、摩耗が含まれていたり、さらには熱管理のための用途における保護コーティングとして有用である。本発明による物品の例を挙げれば、台所用品（たとえば、大皿）、歯科用ブラケット、および補強材料（たとえば、粒子および繊維）、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要素（たとえば、弁およびベアリング）などがある。その他の物品の具体的な実施態様としては、ボディまたはその他の基材の外側表面の上のガラス−セラミックの保護コーティングを有しているものが挙げられる。本発明により製造されるある種のガラス−セラミック粒子は、研磨粒子として特に有用である。研磨粒子は、研磨物品に組み込むこともできるし、あるいは分散した形態で使用することもできる。
【００１２】
研磨粒子は通常、所定の粒度分布に分級してから使用する。そのような分布では通常、粗粒子から微粒子まで、ある範囲の粒度を有している。研磨材業界においては、この範囲を「粗粒（ｃｏａｒｓｅ）」、「中粒（ｃｏｎｔｒｏｌ）」および「微粉（ｆｉｎｅ）」画分と呼ぶこともある。業界に受容された分級規格に従って分級された研磨粒子はそれぞれ、その粒度分布を、ある数値限度内の公称グレードとして規定される。そのような業界に受容された分級規格（すなわち、規定公称グレード）としては、アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート・インコーポレーテッド（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｃ．）（ＡＮＳＩ）規格、フェデレーション・オブ・ユーロピアン・プロデューサーズ・オブ・アブレーシブ・プロダクツ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（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。一つの態様において、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り製造される研磨粒子である、規定公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する。いくつかの実施態様においては、複数の研磨粒子の全重量を基準にして、複数の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが本発明により製造される研磨粒子である。
【００１３】
別な態様においては、本発明は、バインダーと複数の研磨粒子を含む研磨物品（たとえば、結合研磨物品、不織研磨物品、または被覆研磨物品）を提供するが、ここで、その研磨粒子の少なくとも一部は、本発明により製造される研磨粒子である。
【００１４】
いくつかの実施態様においては、本発明は、研磨粒子を製造するための方法を提供し、その方法には、ガラス粒子を加熱処理して、ガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスには、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、さらには少なくとも７５、いくつかの実施態様においては、３５〜７５、４０〜７５、４５〜７５、５０〜７５、５５〜７５、さらには６０〜７５重量パーセントの範囲）のＡｌ２Ｏ３、ＲＥＯ（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、および／またはＮｄ２Ｏ３、ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、さらには少なくとも１０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、０．５〜７０、１〜７０、５〜７０、１０〜７０、０．５〜５０、１〜５０、５〜５０、１０〜５０、０．５〜４０、１〜４０、５〜４０、１０〜４０、０．５〜３０、１〜３０、５〜３０、１０〜３０、０．５〜２５、１〜２５、５〜２５、さらには１０〜２５重量パーセントの範囲のＲＥＯ）、ＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも５、１０、１５、さらには少なくとも２０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、５〜３０、５〜２５、１０〜２５、１０〜３０、１５〜３０、２０〜３０、１５〜２５、さらには１５〜２０重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２））、およびＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、さらには少なくとも２５、いくつかの実施態様においては、１〜２０、５〜２０、１０〜２０、さらには５〜１５重量パーセントの範囲の、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種）を含み、ここで、前記ガラスには、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、およびＶ２Ｏ５を合計して、ガラスの全重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらには０重量パーセント以下）の量で含み、そしてここで、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種は、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様にして加熱処理することにより製造する、比較例のガラス−セラミックに比較して、そのガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の形成速度を増加させる（いくつかの実施態様においては、少なくとも１．５、２、２．５、さらには少なくとも３倍の速度）のに充分な量で存在させる。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、その研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、それらの研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む。
【００１５】
いくつかの実施態様においては、本発明は、研磨粒子を製造するための方法を提供し、その方法には、ガラスを含む粒子を加熱処理して、ガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスには、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、さらには少なくとも７５、いくつかの実施態様においては、３５〜７５、４０〜７５、４５〜７５、５０〜７５、５５〜７５、さらには６０〜７５重量パーセントの範囲）のＡｌ２Ｏ３、ＲＥＯ（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、および／またはＮｄ２Ｏ３、ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、さらには少なくとも１０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、０．５〜７０、１〜７０、５〜７０、１０〜７０、０．５〜５０、１〜５０、５〜５０、１０〜５０、０．５〜４０、１〜４０、５〜４０、１０〜４０、０．５〜３０、１〜３０、５〜３０、１０〜３０、０．５〜２５、１〜２５、５〜２５、さらには１０〜２５重量パーセントの範囲のＲＥＯ）、ＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも５、１０、１５、さらには少なくとも２０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、５〜３０、５〜２５、１０〜２５、１０〜３０、１５〜３０、２０〜３０、１５〜２５、さらには１５〜２０重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２））、およびＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、さらには少なくとも２５、いくつかの実施態様においては、１〜２０、５〜２０、１０〜２０、さらには５〜１５重量パーセントの範囲の、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種）を含み、ここで、前記ガラスには、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、およびＶ２Ｏ５を合計して、ガラスの全重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらには０重量パーセント以下）の量で含み、そしてここで、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種は、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様にして加熱処理することにより製造する、比較例のガラス−セラミックに比較して、そのガラスからの結晶質ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種の形成速度を増加させる（いくつかの実施態様においては、少なくとも１．５、２、２．５、さらには少なくとも３倍の速度）のに充分な量で存在させる。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、その研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、それらの研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む。
【００１６】
研磨物品にはバインダーと複数の研磨粒子とを含み、ここで、その研磨粒子の少なくとも一部は本発明により製造した研磨粒子である。研磨材製品を例示すれば、被覆研磨物品、結合研磨物品（たとえば、ホイール）、不織研磨物品、それに研磨ブラシなどが挙げられる。典型的には、被覆研磨物品には、背中合わせに第１および第２の主表面を有するバッキングが含まれ、そこで第１の主表面の少なくとも一部の上で、バインダーと複数の研磨粒子が研磨材層を形成している。
【００１７】
いくつかの実施態様においては、研磨物品中の研磨粒子の全重量を基準にして、研磨物品の中の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが本発明により製造した研磨粒子である。
【００１８】
本発明はまた表面を研磨するための方法も提供するが、その方法には：
本発明により製造した研磨粒子をワークピースの表面に接触させること、および
本発明により製造した研磨粒子または接触させた表面の少なくとも一方を動かして、本発明により製造した研磨粒子の一部を用いて、その表面の少なくとも一部を研磨すること、が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を含むガラスおよびガラス−セラミックス、およびそれらを製造するための方法に関する。それらのガラスは、原料物質、所望の組成物、および加工技術を選択することにより、調製される。
【００２０】
商業的な供給源も含めたＡｌ２Ｏ３（理論的酸化物基準）の供給源としては、ボーキサイト（天然産のボーキサイトおよび合成ボーキサイトの両方）、焼成ボーキサイト、水和アルミナ（たとえば、ベーマイトやギブザイト）、アルミニウム、バイヤー法アルミナ、アルミニウム鉱石、γ−アルミナ、α−アルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。このＡｌ２Ｏ３源は、Ａｌ２Ｏ３を含むか、あるいはＡｌ２Ｏ３のみが得られるものであってもよい。それとは別に、Ａｌ２Ｏ３源が、Ａｌ２Ｏ３と、さらにはＡｌ２Ｏ３以外の１種または複数の金属酸化物（複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８など）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２１】
商業的供給源を含めたＮｂ２Ｏ５の供給源としては、酸化ニオブ粉体、ニオブ含有鉱石（たとえば、コロンバイト、タンタライト、およびユークセライト（ｅｕｘｅｌｉｔｅ））、ニオブ塩、ニオブ金属、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２２】
商業的供給源を含めたＴａ２Ｏ５の供給源としては、酸化タンタル粉体、タンタル含有鉱石（たとえば、コロンバイト、タンタライト、およびユークセライト）、タンタル塩、タンタル金属、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２３】
商業的供給源を含めた希土類酸化物の供給源としては、希土類酸化物粉体、希土類金属、希土類含有鉱石（たとえば、バストナサイトおよびモナザイト）、希土類塩、希土類硝酸塩、および希土類炭酸塩などが挙げられる。この希土類酸化物（類）源は、希土類酸化物（類）を含むか、あるいは希土類酸化物（類）のみが得られるものであってもよい。それとは別に希土類酸化物（類）源が、希土類酸化物（類）と、さらには希土類酸化物（類）以外の１種または複数の金属酸化物（複合希土類酸化物・他の金属酸化物（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、など）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２４】
商業的な供給源も含めたＺｒＯ２（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化ジルコニウム粉体、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、およびジルコニウム塩（たとえば、ジルコニウムの炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、およびそれらの組み合わせ）などが挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、ＺｒＯ２源は、ＺｒＯ２と、さらにハフニアのような他の金属酸化物とを含むか、それらが得られるものであってもよい。商業的な供給源も含めたＨｆＯ２（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化ハフニウム粉体、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、およびハフニウム塩などが挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、ＨｆＯ２源は、ＨｆＯ２と、さらにＺｒＯ２のような他の金属酸化物とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２５】
ＺｒＯ２およびＨｆＯ２を含む実施態様においては、ＺｒＯ２：ＨｆＯ２の重量比は、１：ゼロ（すなわち、全部ＺｒＯ２、ＨｆＯ２なし）からゼロ：１までの範囲であってよく、さらには、たとえば、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部（重量による）のＺｒＯ２と、それに対応する量のＨｆＯ２（たとえば、少なくとも約９９部（重量による）のＺｒＯ２と、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部のＨｆＯ２と、それに対応する量のＺｒＯ２とであればよい。
【００２６】
さらに、その他の有用な金属酸化物としては、理論的酸化物基準で、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、およびそれらの組み合わせなどを挙げることができる。商業的な供給源も含めた供給源としては、酸化物そのもの、金属粉体、複合酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、などがある。たとえば、商業的な供給源も含めたＹ２Ｏ３（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化イットリウム粉体、イットリウム、イットリウム含有鉱石、およびイットリウム塩（たとえば、イットリウムの炭酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、およびそれらの組み合わせ）などが挙げられる。このＹ２Ｏ３源は、Ｙ２Ｏ３を含むか、あるいはＹ２Ｏ３のみが得られるものであってもよい。それとは別にＹ２Ｏ３源は、Ｙ２Ｏ３と、さらにはＹ２Ｏ３以外の１種または複数の金属酸化物（たとえば複合Ｙ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２７】
いくつかの実施態様においては、少なくとも一部の金属酸化物源（いくつかの実施態様においては、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセント）は、酸化物形成またはその合金形成で負のエンタルピーを有する少なくとも１種の金属（たとえば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびそれらの組み合わせ）のＭを含む粒子状の金属質材料を、融解物に添加するか、またはそれらを他の原料物質と組み合わせることによって得るのが好都合となる。理論に拘束されることを欲するものではないが、金属の酸化に伴う発熱反応によって発生する熱が、均一な融解物、そして結果としてガラスを形成させるのに有利に働くものと考えられる。たとえば、特に、５０マイクロメートルを超える（１００マイクロメートルを超える、さらには１５０マイクロメートルを超える）ｘ、ｙおよびｚ軸の寸法を有するガラス粒子を形成させる場合に、原料物質中における酸化反応によって発生した追加の熱が、不充分な伝熱を無くすか、最小化するか、または少なくとも減少させ、その結果、融解物の形成と均質化を容易とするのであろうと考えられる。さらに、追加の熱が利用できることによって、各種の化学反応および物理的変化（たとえば、高密度化や球状化）を促進して完結させるのに役立つとも考えられる。さらに、いくつかの実施態様では、酸化反応によって発生した追加の熱が存在することによって、材料の融点が高いために、他の方法では困難あるいは非実用的であるような融解物を形成させることも実際に可能となると考えられる。さらに、酸化反応によって発生した追加の熱が存在することによって、他の方法では作れない、または所望の粒度範囲では作れないようなガラスを実際に形成させることが可能となる。本発明のその他の利点を挙げれば、ガラスを形成させる場合に、融解、高密度化および球状化のような化学的および物理的な工程の多くを短時間の間に達成することが可能であるために、非常に高速な急冷を達成することができる。さらに詳しくは、同時係属出願中の米国特許出願第１０／２１１，６３９号明細書（出願日２００２年８月２日）を参照されたい。
【００２８】
本発明の一つの態様において、原料物質を個別にフィードして、融解混合物を形成させる。本発明の別な態様においては、ある種の原料物質を互いに混合し、他の原料物質は独立してその融解混合物の中に添加する。いくつかの実施態様においては、たとえば、融解させるより前に、原料物質を組み合わせたり、互いに混合させたりする。各種好適な公知の方法を用いて、原料物質を組み合わせて実質的に均質な混合物を形成させることができる。それらの組み合わせ技術としては、ボールミル粉砕、混合、タンブリングなどが挙げられる。ボールミル中のミリング媒体は、金属ボール、セラミックボールなどであってよい。そのセラミックミリング媒体は、たとえば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシアなどであってよい。ボールミル粉砕は、乾燥環境中、水性環境中、あるいは溶媒系（たとえば、イソプロピルアルコール）環境中で実施することができる。原料物質バッチが金属粉体を含んでいるような場合には、ミリングの際に溶媒を使用するのが一般的には望ましい。その溶媒としては、適切な引火点を有し、原料物質を分散させる能力を有する物質であれば、何であってもよい。ミリング時間は、数分から数日でよいが、一般的には数時間〜２４時間の間である。湿式または溶媒系のミリングシステムでは、液体媒体を典型的には乾燥により除去すると、それにより得られる混合物は、典型的には均質であって、水および／または溶媒を実質的に含まないものとなる。溶媒系のミリングシステムを使用した場合、乾燥の際に溶媒回収システムを使用して、溶媒をリサイクルさせることができる。乾燥後には、得られる混合物は「乾燥ケーキ（ｄｒｉｅｄ ｃａｋｅ）」の形状となっていてもよい。このケーキ状の混合物を次いで、粉砕または破砕して所望の粒度としてから融解させる。別な方法として、たとえば、スプレー乾燥法を用いることも可能である。後者を用いると、典型的には、所望の酸化物混合物の球状粒子が得られる。前駆体物質も、沈降法およびゾルゲル法を含めた湿式化学法によって調製することができる。極端に高レベルの均質性が望まれるような場合には、そのような方法が有利となるであろう。
【００２９】
粒子状原料物質は典型的には、その粒度を選択して、均質な融解物の形成が短時間で達成できるようにする。典型的には、比較的小さな平均粒度と狭い粒度分布を有する原料物質が、この目的に用いられる。いくつかの方法（たとえば、火炎成形およびプラズマ溶射）において特に望ましい粒子状原料物質は、約５ｎｍ〜約５０マイクロメートルの範囲（いくつかの実施態様においては、約１０ｎｍ〜約２０マイクロメートル、さらには約１５ｎｍ〜約１マイクロメートルの範囲）の平均粒度を有するものであって、ここで、その粒子の少なくとも９０（いくつかの実施態様においては、９５、さらには１００）重量パーセントが原料物質であるが、この粒度および分布から外れた粒度のものもまた使用可能である。粒度が約５ｎｍ未満の粒子は、取扱うのが困難である（たとえば、そのような粒子は流動特性が不良となりやすいために、その粒子の流動特性が望ましくないものとなりがちである）。典型的な火炎成形またはプラズマ溶射法において約５０マイクロメートルを超える粒子を使用すると、均質な融解物、およびガラスおよび／または所望の組成物を得るのがより困難となる傾向がある。
【００３０】
さらに、いくつかのケースでは、たとえば、火炎または加熱もしくはプラズマスプレー装置中に粒子状物質をフィードして融解物を形成させるときに、その粒子状原料物質がある範囲の粒度を有しているのが望ましい。理論に捕らわれることは欲しないが、このことが、フィード粒子の充填密度と強度を最大化させると考えられる。原料物質粉体が粗すぎると、フィードおよび得られる融解物の粒子が、所望の組成または均質性を有さなくなる可能性がある。一般的には、最も粗い原料物質粒子でも、所望の融解物またはガラス粒度よりも小さくすべきである。さらに、粗すぎる原料物質粒子は、たとえば火炎成形またはプラズマ溶射工程において、フィード粒子における、熱的応力および機械的応力が不充分なものになりやすい。そのような場合には最終的には、通常、フィード粒子が小さな断片に破損されたり、組成の均質性が失われたり、所望のガラス粒度の収量が低下したりあるいは、融解が不完全になったりするが、その理由は、そのような断片は一般に、熱源から出る際にその軌跡が多方向に変動するからである。
【００３１】
ガラスおよびセラミックス含有ガラスは、たとえば、適切な金属酸化物源を加熱（火炎中またはプラズマ中を含む）することによって融解物（望ましくは均質な融解物）を形成させ、次いでその融解物を冷却して、ガラスを得ることにより製造することができる。ガラスのいくつかの実施態様では、たとえば、金属酸化物源を各種適切な炉（たとえば、誘導加熱炉もしくは抵抗加熱炉、ガスだき炉、またはアーク炉）の中で融解させることにより製造するができる。
【００３２】
ガラスは典型的には、融解させた物質（すなわち、融解物）を比較的急速に冷却することによって得られる。ガラスを得るための急冷速度（すなわち、冷却時間）は、多くの因子に依存するが、そのような因子としてはたとえば、融解物の化学的組成、その成分のガラス形成能、融解物および得られるガラスの熱的性質、（一つまたは複数の）加工方法、得られるガラスの寸法および質量、および冷却方法などが挙げられる。一般に、Ａｌ２Ｏ３を高い量で含む（すなわち、Ａｌ２Ｏ３が７５重量パーセントより高い）ガラスを形成させるためには、特にＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、およびＶ２Ｏ５のような公知のガラス形成剤が存在しない場合、比較的高い急冷速度が必要である。同様にして、融解物を冷却して大きなサイズのガラスとするのはさらに困難であるが、それは、熱を充分に急速に除去するのが一段と困難になるからである。
【００３３】
本発明のいくつかの実施態様においては、原料物質を加熱して、粒子の形状で融解状態とし、次いで冷却してガラス粒子とする。典型的には、その粒子は、２５マイクロメートルより大きい（いくつかの実施態様においては、５０、１００、１５０、さらには２００マイクロメートルより大きい）粒度を有する。
【００３４】
本発明の方法により製造されるガラスを製造する場合に達成されるにおいて急冷速度は、１０２、１０３、１０４、１０５さらには１０６℃／秒より高速（すなわち、融解状態から１０００℃の温度低下をさせるのが、それぞれ１０秒未満、１秒未満、１／１０秒未満、１／１００秒未満、またはさらには１／１０００秒未満）であると考えられる。融解物を冷却させる方法としては、冷却媒体（たとえば、高速空気ジェット、液体（たとえば、冷水）、金属プレート（冷却金属プレートを含む）、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）など）の中に融解物を吐出させることが挙げられる。当業者公知のその他の冷却技術としては、ロール冷却（ｒｏｌｌ−ｃｈｉｌｌｉｎｇ）がある。ロール冷却を実施するには、たとえば、金属酸化物源をその融点よりも通常２０〜２００℃高い温度で融解させ、その融解物を（たとえば、空気、アルゴン、窒素などのガスを使用した）高圧下で、高速回転しているロールの上にスプレーすることによって、冷却／急冷させる。典型的にはこれらのロールは金属製であって、水冷する。さらに金属ブックモールドも、融解物を冷却／急冷させるには有用である。
【００３５】
冷却速度が、急冷されたガラスの性質に影響すると考えられる。たとえば、ガラスのガラス転移温度、密度およびその他の性質は、冷却速度によって、変わるのが普通である。
【００３６】
急速な冷却をする場合には、たとえば還元性、中性、酸化性雰囲気などその環境を調節して、冷却の間に所望の酸化状態などを維持したり、および／または影響を与えたりすることもできる。この雰囲気は、過冷却の液の状態からの結晶化の動力学に影響を与えることによって、ガラスの形成にも影響する可能性がある。たとえば、空気中に比較してアルゴン中では、Ａｌ２Ｏ３の融解物を、より低い温度まで結晶化せずに過冷却できることが報告されている。
【００３７】
一つの方法においては、ガラスおよびセラミックス含有ガラスは、たとえば、米国特許第６，２５４，９８１号明細書（キャスル（Ｃａｓｔｌｅ））に記載があるような、火炎溶融を用いて製造することができる。この方法では、金属酸化物源を（たとえば、「フィード粒子」と呼ばれることもある、粒子の形態で）バーナー（たとえば、メタン−空気バーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナー、など）の中に直接フィードし、次いで、水、冷却油、空気などの中で急冷させる。通常は火炎中にフィードするフィード粒子の大きさによって、生成してくるガラスを含む粒子の大きさが決まる。
【００３８】
いくつかの実施態様のガラスはまた、その他の方法によって作ることもできるが、そのようなものとしては、自由落下冷却（ｆｒｅｅ ｆａｌｌ ｃｏｏｌｉｎｇ）を伴うレーザースピン融解法、テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）ワイヤー法、プラズマトロン法、ハンマー・アンド・アンビル法、遠心急冷法、エアガン・スプラット冷却法、１本ローラーまたは２本ローラー急冷法、ローラープレート急冷法、およびペンダント・ドロップ融解急冷法などがある（たとえば、ブロックウェイ（Ｂｒｏｃｋｗａｙ）ら、『ラピッド・ソリディフィケーション・オブ・セラミックス（Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）』、メタルズ・アンド・セラミックス・インフォメーション・センター、ア・デパートメント・オブ・ディフェンス・インフォメーション・アナリシス・センター（Ｍｅｔａｌｓ Ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｅｒ）、オハイオ州、コロンバス（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ、ＯＨ）、１９８４年、１月を参照されたい）。いくつかの実施態様のガラスはまた、それ以外の方法でも得ることができ、そのようなものとしては、適当な前駆体を（火炎またはレーザーまたはプラズマを使用して）熱分解する方法、金属前駆体の物理的気相合成（ＰＶＳ）法、および機械化学的加工法などが挙げられる。
【００３９】
融解物を形成し、融解物を冷却／急冷し、および／またはその他の方法でガラスを形成させるためのその他の技術としては、気相急冷法、プラズマ溶射法、融解急冷法、およびガスまたは遠心噴霧法などがある。気相急冷法は、たとえばスパッタリングによって実施することができ、その場合金属合金または金属酸化物源をスパッタリングターゲットの中に形成させる。このターゲットをスパッタリング装置の中の所定の位置に固定し、コーティングする相手の基材をそのターゲットに対向する位置におく。典型的な圧力の、酸素ガスおよびＡｒガスで１０−３トルにすると、そのターゲットと基材との間で放電が発生し、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が起き、それによって基材の上に組成物の膜が析出する。プラズマ溶射に関するさらに詳しいことは、たとえば、同時係属出願中の、米国特許出願第１０／２１１，６４０号明細書（出願２００２年８月２日）を参照されたい。
【００４０】
ガス噴霧法には、フィード粒子を加熱することが含まれていて、それらを変換させて融解物とする。そのように融解させたものの希薄な流れを、乱流を起こさせるための空気ジェットと接触させることによって霧化させる（すなわち、その流れを微細な液滴に分散させる）。次いで、そのようにして得られる実質的にばらばらとなった、通常は楕円形のガラス粒子（たとえば、ビーズ）を回収する。ビーズの大きさの例をあげれば、その直径が約５マイクロメートルから約３ｍｍである。融解急冷法はたとえば、米国特許第５，６０５，８７０号明細書（ストローム・オルセン（Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ）ら）に記載されているような方法で実施することができる。たとえば米国特許第６，４８２，７５８号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））に記載されているような、レーザービームを用いた無容器ガラス製造方法もまた、本発明のガラスを製造するには有用である。
【００４１】
典型的には、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるいくつかのガラスおよびセラミックス含有ガラスは、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸の寸法を有し、ここで、そのｘ、ｙおよびｚ軸の寸法のそれぞれは少なくとも１０マイクロメートルである。いくつかの実施態様においては、このｘ、ｙおよびｚ軸の寸法が、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、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいはさらには、もし融合が起きていれば、少なくとも１０ｍｍである。材料のこのｘ、ｙおよびｚ軸の寸法は、寸法の大きさに応じて、肉眼か顕微鏡を使用するかのいずれかで測定する。ｚ軸方向の寸法として報告されるのは、たとえば、球の直径、コーティングの厚み、あるいはプリズム形状の最短寸法などである。
【００４２】
ある種の他の金属酸化物を添加することによって、本発明により製造されるガラス−セラミックスの性質および／または結晶質構造または微細構造と、さらにはそのセラミックを製造する場合の原料物質および中間物質の加工性を変化させることが可能となる。たとえば、ＣａＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、およびＮａ２Ｏなどのような酸化物を添加すると、ガラスのＴｇおよびＴｘの両方（ここでＴｘは結晶化温度である）が変化することが観察されている。理論に拘束されることを欲するものではないが、そのようなものを添加することによってガラスの形成に影響が出るものと考えられる。さらに、たとえば、そのような酸化物を添加すると、系全体の融解温度を下げる（すなわち、系がより融点が低い共晶となる）ことが可能となり、ガラスの生成が容易となる。多成分系（４成分系など）における複合共晶を基本とする組成は、良好なガラス形成能を有することができる。液状融解物の粘度、およびその作業範囲にあるガラスの粘度は、特定の必要とされる酸化物とは別な金属酸化物を添加することによっても、変化させることが可能である。
【００４３】
ガラス−セラミックスを形成させるための、ガラス、およびガラスを含むセラミックスの結晶化もまた、物質を添加することによって影響を受ける。たとえば、ある種の金属、金属酸化物（たとえば、チタン酸塩およびジルコン酸塩）およびフッ化物などは、核形成剤として働いて、結晶が好適な不均質な核形成をするようになる。また、ある種の酸化物を添加することによって、再加熱した際にガラスから失透（ｄｅｖｉｔｒｉｆｙｉｎｇ）する準安定相の性質を変えることができる。別な態様においては、結晶質ＺｒＯ２を含む、本発明により製造されるガラス−セラミックスの場合、ＺｒＯ２の正方晶系／立方晶系の形態を安定化させることが知られている、金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＣａＯ、およびＭｇＯ）を添加するのも望ましい。
【００４４】
本発明により製造されるガラス−セラミックスを製造するために、金属酸化物源およびその他の添加物を具体的に選択しようとすると、たとえば、所望の組成、微細構造、結晶化度、物理的性質（たとえば、硬度または靱性）、望ましくない不純物の存在、および、セラミックスを調製するために使用される具体的なプロセス（装置、ならびに溶融および／または固化の前および／またはその途中における原料物質の各種精製など）の望ましい、または必要とされる特性のようなことを、典型的には考慮に入れる。
【００４５】
場合によっては、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される限定された量の金属酸化物を取り入れるのが好ましいこともある。商業的な供給源も含めた供給源としては、酸化物そのもの、複合酸化物、元素（たとえばＳｉ）粉体、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、などが挙げられる。それらの金属酸化物を、たとえば、得られるガラス−セラミックの物理的性質を修正したり、および／または加工性を改良したりするために添加することができる。それらの金属酸化物を使用するならば典型的には、たとえば希望する性質に応じて、ガラス−セラミックの、合計して０より多く２０重量％まで（いくつかの実施態様においては、合計して０より多く５重量％まで、さらには、合計して０より多く２重量％まで）の量で添加する。
【００４６】
物質の微細構造または相の構成（ガラス質／結晶質）は多くの方法を用いて調べることができる。たとえば、光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、示差熱分析法（ＤＴＡ）、およびＸ線回折法（ＸＲＤ）などを使用することによって、多くの情報を得ることができる。
【００４７】
光学顕微鏡法を使用すると、非晶質物質では、結晶粒界のような光散乱中心がないために、典型的にはほとんど透明であるが、それに対して結晶質物質は結晶構造を示し、光散乱効果のために不透明となる。
【００４８】
すべての粒子が非晶質（またはガラス）であることを望み、また得られる結果が１００％未満であるならば、その非晶質（またはガラス）粒子を、非晶質ではない（ガラスではない）粒子から分離してもよい。そのような分離は、たとえば各種の従来の技術により実施することができるが、そのようなものとしては、密度または光学的透明度を利用して分離する方法が挙げられる。
【００４９】
ＤＴＡ法を使用した場合、発熱による結晶化事象（Ｔｘ）がその物質のＤＴＡ曲線に含まれていれば、その物質は非晶質と分類される。その同一の曲線に、Ｔｘよりも低い温度で吸熱事象（Ｔｇ）がさらに存在すれば、それはガラス相を含んでいると考えられる。物質のＤＴＡ曲線にそれらの事象が含まれていなければ、それは結晶質相を含んでいると考えられる。
【００５０】
示差熱分析（ＤＴＡ）は以下の方法に従って実施することができる。ＤＴＡを測定するには、−１４０＋１７０メッシュの粒度画分（すなわち、１０５マイクロメートル開口寸法から９０マイクロメートル開口寸法までの間の篩で集められた画分）を使用し、機器としては、たとえば独国ゼルプ（Ｓｅｌｂ、Ｇｅｒｍａｎｙ）のネッツ・インストラメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から入手可能な商品名「ネッツ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」を使用する。それぞれの篩い分けしたサンプル（典型的には約４００ミリグラム（ｍｇ））を、１００マイクロリットルのＡｌ２Ｏ３製サンプルホルダー中に入れる。それぞれのサンプルを、静的空気（ｓｔａｔｉｃ ａｉｒ）中で、室温（約２５℃）から１１００℃まで１０℃／分の速度で昇温させる。
【００５１】
粉体Ｘ線回折、ＸＲＤを使用することで、（たとえば、ニュージャージー州モーウォー（Ｍａｈｗａｈ、ＮＪ）のフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」として入手できるようなＸ線回折計で、１．５４０５０オングストロームの銅Ｋα１照射を使用）、結晶化させた材料のＸＲＤ曲線中に存在するピークを、ＪＣＰＤＳ（ジョイント・コミッティー・オン・パウダー・ディフラクション・スタンダーズ（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）、インターナショナル・センター・フォア・ディフラクション・データ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）出版のデータベースから得られる、結晶質相のＸＲＤパターンと比較することによって、物質中に存在する相を調べることができる。さらに、ＸＲＤを使用して、相のタイプを定性的に調べることも可能である。ブロードに拡がった強度ピークがあれば、物質は非晶質な性質を有しているとみなす。ブロードなピークと明瞭なピークの両方が存在するならば、ガラスマトリックスの中に結晶質物質が存在していることを示しているとみなす。
【００５２】
始めに形成されたガラスまたはセラミック（結晶化させる前のガラスを含む）の大きさが、所望の大きさよりも大きいことがあり得る。そのガラスが所望の幾何学的形状および／または大きさであれば、典型的にはその大きさを小さくする必要はない。そのようなガラスまたはセラミックは、当業者公知の破砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）および／または微粉砕（ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｎｇ）方法を用いて、より小さい粒子とすることができるが、そのような方法としては、ロールクラッシャー粉砕、ジョークラッシャー粉砕、ハンマーミル粉砕、ボールミル粉砕、ジェットミル粉砕、インパクトクラッシャー粉砕などがある。場合によっては、２種類または多段の破砕工程を実施するのが望ましい。たとえば、セラミックを形成（凝固）させたときに、それが所望していたよりは大きな形状であることもある。第１の破砕工程では、それらの比較的大きな塊状物すなわち「チャンク（ｃｈｕｎｋｓ）」を破砕して、より小さな粒子とする。これらのチャンクをこのように破砕するには、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を使用することができる。次いで、このようにしてより小さくした粒子をさらに破砕して、所望の粒度分布にする。所望の粒度分布（グリットサイズとか粒度とか呼ばれることもある）を製造するためには、多段の破砕工程を実施する必要があることもある。一般的には、破砕条件を最適化して、所望の粒子形状および粒度分布を得る。最終的な粒子が所望の粒度になっていないような場合には、大きすぎれば再粉砕すればよいし、小さすぎれば再溶融のための原料物質として「リサイクル」して使用すればよい。
【００５３】
粒子の形状は、たとえば、セラミックの組成および／または微細構造、冷却時の幾何学的配置、およびセラミックの破砕方法（すなわち、使用した破砕技術）などによって、決まってくる。一般的に言って、「塊状（ｂｌｏｃｋｙ）」の形状が好ましい場合には、その形状を得るためにはより大きなエネルギーが必要である。逆に、「圭角状（ｓｈａｒｐ）」の形状が好ましい場合には、その形状を得るために用いるエネルギーは小さくてもよい。破砕技術を変更することで、各種の所望の形状を得ることもできる。いくつかの粒子では、平均のアスペクト比を１：１から５：１までとするのが通常望まれるが、実施態様によっては、１．２５：１から３：１まで、さらには１．５：１から２．５：１までとする場合もある。
【００５４】
たとえば、所望の形状に物品を直接形成することもまた、本発明の範囲に含まれる。たとえば、型の中に融解物を注入するかまたは型内部で成形することによって、所望の物品を形成（成形を含む）することもできる。たとえば、米国特許出願第１０／３５８，７７２号明細書（出願２００３年２月５日）の出願に記載の成形方法も参照されたい。
【００５５】
本発明により製造されるガラスおよびガラス−セラミックスの実施態様を得るには、寸法的な限定はない。このことは、ガラス転移温度よりも高い温度で融合過程を実施することにより、可能となることが見出された。この融合過程は本質的には、２個以上の小さな粒子から、より大きな粒子体を形成させるものである。たとえば、ガラスでは、ガラス転移（Ｔｇ）の後で顕著な結晶化（Ｔｘ）が起きるが、このことは、吸熱（Ｔｇ）が発熱（Ｔｘ）よりは低い温度に存在することからも明かである。たとえばガラスを含む粒子および／または繊維などをＴｇよりも高い温度に加熱して、その粒子などを融合させて形状を形成させることによって、セラミック（結晶化前のガラスを含む）を得ることができる。融合させるために使用する温度と圧力は、ガラスの組成や、得られる物質において所望する密度によって決めることができる。その温度は、ガラス転移温度よりは高くするべきである。ある種の実施態様においては、この加熱は、約８５０℃から約１１００℃までの範囲の中の少なくとも一つの温度（実施態様によっては、９００℃〜１０００℃）で実施する。典型的には、ガラスは融合の間は加圧下（たとえば、０よりは大きく１ＧＰａまで、またはそれ以上）に置いて、ガラスの融合を促進させる。一つの実施態様においては、粒子などをダイの中に装入して、熱間圧縮によってガラス転位点よりも高い温度に加熱すると、粘稠なガラスが流動して融合し、比較的大きなものとなる。典型的な融合技術の例としては、熱間圧縮法、高温静水圧圧縮法、熱間押出し法、熱間鍛造法など（たとえば、焼結法、プラズマ励起焼結法）を挙げることができる。たとえば、ガラスを含む粒子（たとえば、破砕により得たもの）（ビーズおよびミクロスフェアを含む）、繊維などを、より大きな粒度とすることができる。融合によってさらに、所望の形状に成形した物体（たとえば、幾何学的形状）を得ることも可能である。いくつかの実施態様においては、その成形物体は、アスペクト比が１：１より大、さらには２：１より大の棒状物である。いくつかの実施態様においては、得られた融合物体を冷却してから、さらなる加熱処理をするのが望ましい。所望するならば加熱処理した後で、その融合体を破砕して、より小さな粒度としたり、所望の粒度分布としたりすることができる。
【００５６】
ガラスの融合もまた、各種の方法で実施することが可能であって、そのような方法としては、非加圧焼結または加圧焼結が挙げられる。
【００５７】
一般に加熱処理は、ガラス−セラミックスを得るためにガラスを加熱処理する、当業者公知のものを含めて各種の方法のいずれを用いて実施してもよい。たとえば加熱処理を、たとえば抵抗加熱炉、誘導加熱炉またはガス加熱炉を使用して、バッチで実施することもできる。それとは別な方法で、たとえば、たとえばロータリーキルン、流動床炉、またはペンデュラムキルン（ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｋｉｌｎ）を用いて、連続的に加熱処理（またはその一部）を実施することも可能である。ロータリーキルンまたはペンデュラムキルンの場合、典型的には、高温で運転しているキルンの中に材料を直接フィードする。流動床炉の場合においては、典型的には、ガス（たとえば、空気、不活性ガス、または還元性ガス）中に加熱処理するガラスを懸濁させる。高温で処理する時間は、数秒（実施態様によっては、５秒未満のこともある）から数分、さらには数時間の範囲である。その温度は典型的には、ガラスのＴｘから１６００℃までの範囲、より典型的には９００℃〜１６００℃、いくつかの実施態様においては、１２００℃〜１５００℃である。多段工程においていくつかの熱処理を実施することもまた本発明の範囲内である（たとえば、一つの工程が核形成で、もう一つの工程が結晶成長であって、ここで高密度化は典型的には、その結晶成長過程において起きる）。多段の熱処理を実施する場合には、典型的には、核形成速度と結晶成長速度のいずれか、または両方を調節するのが望ましい。一般的には、ほとんどのセラミック加工操作の間に、顕著な結晶成長をさせることなく、最大の高密度化を得るのが望ましい。理論に捕らわれることは欲しないが、結晶粒度が大きい程機械的性質が低下するのに対して、平均結晶子径が細かい程（たとえば、高強度や高硬度に）機械的性質が改良されると、セラミック業界においては一般に考えられている。具体的には、理論密度の少なくとも９０、９５、９７、９８、９９、さらには１００パーセントの密度を有するセラミックを形成させるのが非常に望ましいが、ここで、その平均結晶粒度は、０．１５マイクロメートル未満、さらには０．１マイクロメートル未満である。
【００５８】
本発明のいくつかの実施態様においては、ガラス、またはガラスを含むセラミックスは、アニールをしてから、加熱処理にかけることもできる。そのような場合、アニーリングは典型的には、ガラスのＴｘよりも低い温度で、数秒から数時間、場合によっては数日かけて実施する。典型的には、アニーリングは３時間未満、さらには１時間未満の時間内で実施する。場合によっては、アニーリングを空気以外の雰囲気下で実施することもできる。さらに、熱処理における別の過程（すなわち、核形成過程と結晶成長過程）を異なった雰囲気下で実施することもできる。ガラスのＴｇおよびＴｘ、さらにはＴｘ−Ｔｇは、加熱処理の際に使用した雰囲気に応じて、変化する可能性もあると考えられる。
【００５９】
当業者公知の技術を用いて、ガラスの時間−温度−変態（ＴＴＴ）を検討することにより適切な条件を求めることは、当業者ならば、可能である。当業者ならば、本発明のこの明細書を読めば、本発明によりガラス−セラミックを製造するために使用するガラスについてのＴＴＴ曲線を得て、本発明によるガラス−セラミックスを得るための核形成および／または結晶成長のための適切な条件を求めることができる筈である。
【００６０】
加熱処理は、たとえば、昇温させた炉の中に原料を直接フィードすることによって起こさせることができる。別な方法としては、たとえば、原料をもっと低い温度（たとえば室温）で炉の中にフィードし、次いで予め定めた昇温速度で目的の温度まで加熱してもよい。加熱処理を空気以外の雰囲気で実施することも、本発明の範囲に含まれる。場合によっては、加熱処理を還元性の雰囲気で実施するのが望ましい場合もある。さらに、たとえば、熱間静水圧加圧法やガス加圧炉中などで、たとえばガスの圧力下で加熱処理するのが望ましいこともある。理論に捕らわれることは欲しないが、雰囲気によって、ガラスおよびガラス−セラミックスのいくつかの成分の酸化状態が影響を受ける可能性がある、と考えられる。酸化状態におけるそのような変化は、ガラスおよびガラス−セラミックスの着色に変化を与える可能性がある。さらに、核形成および結晶化の過程が、雰囲気によって影響される可能性もある（たとえば、ガラスのいくつかの化学種では、雰囲気がその原子易動度に影響するかもしれない）。
【００６１】
さらなる加熱処理を実施して、材料の所望の性質をさらに改良することもまた、本発明の範囲に含まれる。たとえば、（たとえば、約９００℃から約１４００℃までの温度で）高温静水圧圧縮を実施して、残存している気孔を除き、物質の密度を上げることもできる。得られた物品や加熱処理した物品を変換（たとえば破砕）させて、粒子（たとえば本発明により製造される研磨粒子）を得ることも、本発明の範囲に含まれる。
【００６２】
典型的には、ガラス−セラミックスはそれの原料となったガラスよりも強度が高い。したがって材料の強度を、たとえば、ガラスを結晶質セラミック相に変換させる程度によって、調節することが可能である。別な方法で、あるいはそれに付け加えて、材料の強度は、たとえば作り出す核形成サイトの数で調節することも可能で、その数によって結晶質相の結晶の数と大きさが決まってくる。ガラス−セラミックスの形成に関するさらに詳しいことは、たとえば、Ｐ．Ｗ．マクミラン（ＭｃＭｉｌｌａｎ）の『ガラス−セラミックス（Ｇｌａｓｓ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ）』第２版、アカデミック・プレス・インコーポレーテッド（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ．）、１９７９年を参照されたい。
【００６３】
多くの他のタイプのセラミック加工（たとえば、高密度の焼結セラミック材料を得るための、焼成した材料の焼結）に比較して、ガラス−セラミックを形成させるためにガラスを結晶化させる際の収縮は比較的小さい（典型的には、３０容積パーセント未満、いくつかの実施態様においては、２０パーセント、１０パーセント、５パーセント未満、さらには３容積パーセント未満）。実際の収縮量に影響を与えるのは、たとえば、ガラスの組成、加熱処理時間、加熱処理温度、加熱処理圧力、結晶化させるガラスの密度、形成させる結晶質相の相対量、結晶化度などである。その収縮量は当業者公知の慣用的な方法によって測定することができるが、たとえば、ディラトメトリー、アルキメデス（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ）法、あるいは加熱処理前後の材料の寸法の測定などの方法が挙げられる。いくつかの場合では、加熱処理の間に、いくぶんかの揮発性の物質が発生することもあり得る。
【００６４】
いくつかの実施態様においては、収縮特性が比較的低いと特に有利である。たとえば、所望の形状と寸法で（すなわち、ほぼ正味の形状（ｎｅａｒ−ｎｅｔ ｓｈａｐｅ）で）物品をガラス相に形成することが可能となり、それに続けて加熱処理することにより、少なくとも部分的にそのガラスを結晶化させることができる。その結果として、結晶化させた物質の製造および加工に関する、実質的なコストダウンが実現できる。
【００６５】
いくつかの実施態様においては、ガラスがｘ、ｙ、ｚ方向を有していて、そのそれぞれが、少なくとも１ｃｍ（いくつかの実施態様においては、少なくとも５ｃｍ、さらには少なくとも１０ｃｍ）の長さを有し、ここでそのガラスが容積を有し、ここで、得られるガラス−セラミックがｘ、ｙ、ｚ方向を有し、そのそれぞれが、少なくとも１ｃｍ（いくつかの実施態様においては、少なくとも５ｃｍ、さらには少なくとも１０ｃｍ）の長さを有し、ここでそのガラス−セラミックが、ガラスの容積の少なくとも７０（いくつかの実施態様においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、さらには少なくとも９７）パーセントの容積を有する。
【００６６】
たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックスを製造するための、いくつかの見本的なガラスを加熱処理する際に、約９００℃を超える温度では、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７および／または立方晶系／正方晶系ＺｒＯ２、場合によっては単斜晶系ＺｒＯ２、のような相が形成する可能性がある。理論に拘束されることを欲するものではないが、ジルコニア関連の相が、ガラスから核形成される最初の相であると考えられる。Ａｌ２Ｏ３、ＲｅＡｌＯ３（ここでＲｅは少なくとも１種の希土類カチオン）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２などの相が形成されるのは、一般に約９２５℃よりも高い温度においてであると考えられる。この核形成過程間の結晶子の径は、典型的には、ナノメートルのオーダーである。たとえば、１０〜１５ナノメートルのような小さな結晶が観察されている。少なくともいくつかの実施態様においては、約１３００℃で約１時間加熱処理すると完全に結晶化する。一般的に言って、核形成および結晶成長過程それぞれでの加熱処理時間は、数秒（実施態様によっては、５秒未満のこともある）から数分、さらには１時間からそれ以上までの範囲でよい。
【００６７】
平均結晶粒度は、ＡＳＴＭ規格Ｅ１１２−９６の「スタンダード・テスト・メソッズ・フォア・デターミニング・アベレージ・グレイン・サイズ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ）」に従った、直線切断法（ｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ ｍｅｔｈｏｄ）によって求めることができる。サンプルを、固定用樹脂（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」として得られるようなもの）で固定して、典型的には、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂の円柱の形とする。固定した切片を、ポリッシャー（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」として入手できるもの）を使用した通常のポリッシング法で調製する。このサンプルは、１２５マイクロメートルのダイヤモンドを含むダイヤモンドホイールを用いて約３分間ポリッシングした後で、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を用いて５分間ポリッシングする。固定してポリッシングしたサンプルを、金・パラジウムの薄膜でスパッタリングしてから、走査電子顕微鏡（たとえば、マサチューセッツ州ピーボディ（Ｐｅａｂｏｄｙ，ＭＡ）のＪＥＯＬからのモデルＪＳＭ８４０Ａ）を用いて観察する。サンプル中に見出される微細構造の典型的な後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真を使用して、以下のようにして平均結晶子の径を求める。顕微鏡写真の上にランダムに引いた直線の単位長さ（ＮＬ）あたりの、それを切断している結晶子の数を計数する。この数字から、以下の式を使用して平均の結晶子の径を求める。
平均結晶子径＝１．５／（ＮＬＭ）
ここでＮＬは、単位長さを切断している結晶子の数であり、Ｍは顕微鏡の倍率である。
【００６８】
別な態様においては、本発明により製造されるガラス−セラミックスには、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、さらには１００容積パーセントの結晶子が含まれていてよいが、ここでその結晶子は、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、さらには０．１５マイクロメートル未満の平均サイズを有している。
【００６９】
本発明により製造されるガラス−セラミックスの中に存在しうる結晶相の例としたは、下記のようなものが挙げられる：アルミナ（たとえば、α−アルミナおよび遷移アルミナ）、ＲＥＯ（たとえば、Ｌａ２Ｏ３）、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、１種または複数のその他の金属酸化物たとえば、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２（たとえば、立方晶系ＺｒＯ２および正方晶系ＺｒＯ２）、さらには「複合金属酸化物」（複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ（たとえば、ＲｅＡｌＯ３（たとえば、ＧｄＡｌＯ３、ＬａＡｌＯ３）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８（たとえば、ＬａＡｌ１１Ｏ１８）、およびＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２））、および複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２））、ならびに複合ＺｒＯ２・ＲＥＯ（たとえば、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７））、複合ＺｒＯ２・Ｎｂ２Ｏ５、複合ＺｒＯ２・Ｔａ２Ｏ５、複合ＲＥＯ・Ｎｂ２Ｏ５、複合ＲＥＯ・Ｔａ２Ｏ５、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｎｂ２Ｏ５、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｔａ２Ｏ５、およびそれらの組み合わせ、を含む）。典型的には、本発明によるセラミックスは、共晶微細構造特性を有していない。
【００７０】
複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯおよび／または複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３（たとえば、ガーネット結晶構造を示すアルミン酸イットリウム））の中のアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンと置換することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の中の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、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。さらに、たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯの中の希土類カチオンの一部を、Ｙ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される少なくとも１種のカチオンと置換することができる。上記のようなカチオンの置換を行うと、セラミックの性質（たとえば、硬度、靱性、強度、熱伝導性など）が影響されることがある。
【００７１】
本発明により製造されるガラス−セラミックスの実施態様を得るために、非晶質物質を加熱処理することによって形成された結晶は、たとえば、針状等軸晶、柱状晶、または平板状（ｆｌａｔｔｅｎｅｄ ｓｐｌａｔ−ｌｉｋｅ）の形態を有していてもよい。
【００７２】
それらのガラスまたはガラス−セラミックはバルク物質の形態であってもよいが、本発明により製造されるガラスおよび／またはガラス−セラミックを含む複合材料を提供することも、本発明の範囲内である。そのような複合材料には、本発明により製造されるガラス−セラミックの中に分散させた、たとえば相または（連続または不連続の）繊維または粒子（ホイスカーを含む）（たとえば、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、およびそれらの組み合わせ）を含んでいたり、または、層状化複合材構造（たとえば、ガラス−セラミックから、そのガラス−セラミックおよび／または異なったガラス−セラミックス組成物の層を製造するために使用するガラスへと傾斜をもたせる）。
【００７３】
ガラス−セラミックスを製造するために使用されるある種のガラスは、たとえば、約７５０℃〜約９５０℃の範囲、またはそれ以上のＴｇを有していてもよい。
【００７４】
本発明により製造されるガラス−セラミックスの平均硬度は、以下のようにして測定することができる。物質の切片を、固定用樹脂（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」として得られるもの）で固定して、典型的には、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂の円柱の形とする。固定した切片を、ポリッシャー（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」として入手できるもの）を使用した通常のポリッシング法で調製する。このサンプルは、１２５マイクロメートルのダイヤモンドを含むダイヤモンドホイールを用いて約３分間ポリッシングした後で、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を用いて５分間ポリッシングする。微小硬度の測定には従来タイプのビッカース圧子を取り付けた微小硬度試験器（たとえば、日本国東京の（株）ミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能な商品名「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」）を使用し、押し込み荷重として１００グラムを用いる。微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４「テスト・メソッズ・フォア・マイクロハードネス・オブ・マテリアルズ（Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（１９９１）」に記載されたガイドラインに従って行う。その平均硬度は、１０個の測定の平均値である。
【００７５】
本発明により製造されるある種のガラス−セラミックスは、典型的には、少なくとも１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａ、１８ＧＰａ、さらには少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する。本発明により製造した研磨粒子は、少なくとも１５ＧＰａ、いくつかの実施態様においては、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａ、１８ＧＰａ、またはさらには少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する。
【００７６】
本発明により製造するのに使用するガラス−セラミックスおよびガラスのいくつかの実施態様においては、前記のガラス−セラミックまたはガラスが、Ａｌ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、３５．７３重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、いくつかの実施態様においては、約３５または３６重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、いくつかの実施態様においては、３５〜３６、３４〜３６、または３４〜３７重量パーセントの範囲のＡｌ２Ｏ３）を含み、Ｌａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）（いくつかの実施態様においては、４２．１７重量パーセントのＬａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）、いくつかの実施態様においては、約４２重量パーセントのＬａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）、いくつかの実施態様においては、４２〜４３または４１〜４３）重量パーセントのＬａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）と、ＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（いくつかの実施態様においては、１７．１重量パーセントのＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種）、いくつかの実施態様においては、約１７重量パーセントのＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種）、いくつかの実施態様においては、１７〜１８または１６〜１８）重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種）とが存在する場合には、そのガラスまたはガラス−セラミックには、ガラス−セラミックまたはガラスの全重量を基準にして、５重量パーセントよりも少ないか、または５重量パーセントよりも多いかのいずれか、（いくつかの実施態様においては、約５ではなく、５より少ない、または５より多い、いくつかの実施態様においては、４、３、２、もしくは１以下、または少なくとも６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、さらには少なくとも８０）重量パーセントの、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を、それぞれ含む。
【００７７】
典型的には、そして望ましくは、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスの（真の）密度（時には、比重と呼ばれることもある）は、典型的には、理論密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスの（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％、さらには１００％である。本発明により製造される研磨粒子は、理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、さらには１００％の密度を有する。
【００７８】
本発明により製造されるガラス−セラミックスを用いて、たとえば、充填材、補強材料および／またはマトリックス材料としての物品を製造することができる。たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックは、複合材料（たとえば、セラミック、金属、またはポリマー（熱硬化性または熱可塑性））において補強材として使用するのに適した、粒子および／または繊維の形態とすることができる。それらの粒子および／または繊維は、たとえば、マトリックス材料のモジュラス、耐熱性、耐摩耗性および／または強度を上げることができる。複合材料を作る場合に使用する粒子および／または繊維の粒度、形状および量は、たとえば、その複合材料の特定のマトリックス材料や用途によって決まってくるが、補強用粒子の粒度は典型的には、約０．１〜１５００マイクロメートル、より典型的には１〜５００マイクロメートルの範囲、そして望ましくは２〜１００マイクロメートルの間である。ポリマー用途の場合の粒子の量は、典型的には約０．５パーセント〜約７５重量パーセント、より典型的には約１〜約５０重量パーセントである。熱硬化性ポリマーの例としては、フェノール系、メラミン、尿素ホルムアルデヒド、アクリレート、エポキシ、ウレタンポリマーなどを挙げることができる。熱可塑性ポリマーの例としては、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、ポリアミドなどを挙げることができる。
【００７９】
強化ポリマー材料の用途（すなわちポリマー中に本発明により製造される補強粒子を分散させた）の例としては、保護コーティング、たとえば、コンクリート、家具、床、道路、木材、木材類似材料、セラミックスなどや、さらには、滑り止めコーティングや、射出成形したプラスチック部品や部材が挙げられる。
【００８０】
さらに、たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックはマトリックス材料として使用することも可能である。たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックスは、セラミック材料など、たとえばダイヤモンド、立方晶系−ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＳｉＣのためのバインダーとしても使用することができる。そのような物質を含む有用な物品の例としては、複合材料基材コーティング、補強剤（たとえば、粒子）、切削工具インサート研磨材凝集体、およびビトリファイドホイールのような結合研磨物品などが挙げられる。本発明により製造されるガラス−セラミックスをバインダーとして使用することにより、たとえば、複合材料物品の弾性率、耐熱性、耐摩耗性、および／または強度を向上させることができる。
【００８１】
本発明により製造される研磨粒子には通常結晶質セラミックを含む（たとえば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００容積パーセントの結晶質セラミック）。また別な態様において、本発明は、微粉から粗粒子までの範囲の粒度分布を有する複数の粒子を提供し、そこで、その複数の粒子の少なくとも一部は本発明により製造される研磨粒子である。また別な態様において、本発明により製造される研磨粒子の実施態様には一般に（たとえば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、９９．９またはさらには１００容積パーセント）の本発明により製造されるガラス−セラミックを含む。
【００８２】
本発明により製造される研磨粒子は、当業者には周知の方法を用いて篩い分けし、分級することが可能で、そのようなものとしては、産業界で承認されている分級規格たとえば、ＡＮＳＩ（アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ））、ＦＥＰＡ（フェデラシオン・ユーロピニー・デ・ファブリカント・デ・プロダクツ・アブラシフス（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ Ｅｕｒｏｐｅｅｎｎｅ ｄｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｎｔｓ ｄｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｂｒａｓｉｆｓ））およびＪＩＳ（日本工業規格）などを使用する。本発明により製造され研磨粒子は広い範囲の粒度で使用することができるが、典型的には、約０．１から約５０００マイクロメートルの粒度範囲、約１から約２０００マイクロメートル、約５から約１５００マイクロメートル、さらには、いくつかの実施態様においては、約１００から約１５００マイクロメートルの範囲である。
【００８３】
所定の粒度分布の中では、粗粒子から微粒子までの範囲の粒度がある。研磨材業界においては、この範囲を「粗粒（ｃｏａｒｓｅ）」、「中粒（ｃｏｎｔｒｏｌ）」および「微粉（ｆｉｎｅ）」画分と呼ぶこともある。業界に受容された分級規格に従って分級された研磨粒子はそれぞれ、その粒度分布を、ある数値限度内の公称グレードとして規定される。そのような業界に受容された分級規格としては、アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート・インコーポレーテッド（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｃ．）（ＡＮＳＩ）規格、フェデレーション・オブ・ユーロピアン・プロデューサーズ・オブ・アブレーシブ・プロダクツ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（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グレード名（すなわち規定公称グレード）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グレード名としては、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グレード名としては、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。
【００８４】
破砕して篩い分けた後では、典型的には、多くの異なった研磨粒子の粒度分布すなわちグレードが存在する。このようにグレードが多いと、時期によっては、生産業者や供給業者の要求に適合しないこともあり得る。在庫を最小限に抑えるために、必要としないグレード品をリサイクルして、融解物に戻しガラスにすることができる。このリサイクルは破砕工程の後に実施でき、そのような粒子は、篩い分けで特定の粒度分布に入らない、大きすぎるチャンクまたは小さすぎる粒子（微粉と呼ばれることもある）などである。ガラスを破砕すると、かなり結晶化させたガラス−セラミックスを破砕したものよりは、より圭角状の粒子を与える傾向がある。
【００８５】
別な態様において本発明は、バインダーによって互いに結合された複数の本発明により製造される研磨粒子をそれぞれ含む凝集研磨材結晶粒を提供する。別な態様において本発明は、バインダーおよび複数の研磨粒子を含む研磨物品（たとえば、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で結合させた研削ホイール、カットオフホイール、マウンテッドポイントおよびホーニングストーンを含む）、不織研磨物品、および研磨ブラシ）を提供し、ここでその研磨粒子の少なくとも一部は、本発明により製造される研磨粒子（研磨粒子が凝集している場合も含む）である。そのような研磨物品の製造方法および研磨物品の使用方法は当業者には周知である。さらに、本発明により製造される研磨粒子は、研磨粒子を用いる研磨材用途、たとえば研磨コンパウンドのスラリー（たとえば、ポリッシングコンパウンド）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体などにおいて、使用することができる。
【００８６】
被覆研磨物品には一般に、バッキング、研磨粒子、およびその研磨粒子をバッキングの上に保持するための少なくとも１種のバインダーが含まれる。バッキングとしては適当な材料ならば何を使用してもよいが、たとえば、布、ポリマーフィルム、繊維、不織ウェブ、紙、それらの組み合わせ、およびそれらを処理したものなどが挙げられる。好適なバインダーとしては無機または有機バインダーが挙げられる（熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂を含む）。研磨粒子は、被覆研磨物品の１層内に存在していても、２層内に存在していてもよい。
【００８７】
被覆研磨物品の例を図１に示している。図１を参照すると、被覆研磨物品１には、バッキング（基材）２と研磨材層３が含まれる。研磨材層３には本発明により製造される研磨粒子４が含まれ、それは、メイクコート５およびサイズコート６によってバッキング２の主表面に保持されている。場合によっては、スーパーサイズコートも使用される（図示せず）。
【００８８】
結合研磨物品には典型的には、有機、金属系またはビトリファイドバインダーによって結合された研磨粒子の成形塊状物が含まれる。そのような成形塊状物は、たとえば、ホイール、たとえば研削ホイールまたはカットオフホイールのような形状であってもよい。研削ホイールの直径は典型的には、約１ｃｍから１メートルを超えるものまで、カットオフホイールの直径は約１ｃｍから８０ｃｍを超えるものまで（より典型的には３ｃｍ〜約５０ｃｍ）ある。カットオフホイールの厚みは典型的には、約０．５ｍｍ〜約５ｃｍ、より典型的には約０．５ｍｍ〜約２ｃｍである。成形塊状物は、たとえば、ホーニングストーン、セグメント、マウンテッドポイント、ディスク（たとえば、ダブルディスクグラインダー）の形状、またはその他の従来からの結合研磨材形状であってもよい。結合研磨物品には典型的には、結合研磨物品の全容積を基準にして、約３〜５０容積％の結合材料、約３０〜９０容積％の研磨粒子（または研磨粒子ブレンド物）、５０容積％までの添加物（研削助剤を含む）、および７０容積％までの気孔が含まれる。
【００８９】
研削ホイールの例を図２に示す。図２に研削ホイール１０を示しているが、これには、ホイールの形に成形されハブ１２に取り付けられた、本発明により製造される研磨粒子１１が含まれている。
【００９０】
不織研磨物品は典型的には、通気性の多孔質で嵩だかなポリマーフィラメント構造を含んでいて、本発明により製造される研磨粒子が構造全体に分散され、有機バインダーによってその中に接着結合させられている。フィラメントの例を挙げれば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維およびポリアラミド繊維などがある。不織研磨物品の例を図３に示す。図３には、典型的な不織研磨物品を約１００倍に拡大した模式的な図を示しているが、それには基材として繊維マット５０を含み、その上に本発明により製造される研磨粒子５２をバインダー５４を用いて接着させてある。
【００９１】
有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体になった複数の剛毛を有するものが挙げられる（たとえば、米国特許第５，４２７，５９５号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，４４３，９０６号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，６７９，０６７号明細書（ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，９０３，９５１号明細書（イオンタ（Ｉｏｎｔａ）ら）を参照されたい）。そのようなブラシは、ポリマーおよび研磨粒子の混合物を射出成形することによって製造するのが望ましい。
【００９２】
研磨物品を作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の例としては、フェノール樹脂、尿素・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、α，β−不飽和カルボニル基をペンダントさせたアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート化ウレタン、アクリレート化エポキシ、およびそれらの組み合わせ、を挙げることができる。バインダーおよび／または研磨物品にはさらに添加物を加えることができ、そのようなものとしては、繊維、潤滑剤、濡れ剤、チキソトロープ原料、界面活性剤、顔料、染料、静電防止剤（たとえば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（たとえば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミン酸塩など）、可塑剤、沈殿防止剤、などを挙げることができる。これら任意成分の添加物の量は、所望の性質が得られるように選択する。カップリング剤は、研磨粒子および／または充填材に対する接着性を改良する。バインダー化学品は、加熱硬化、放射線硬化あるいはそれらの組み合わせで硬化させることができる。バインダー用化学品に関するさらに詳しいことは、米国特許第４，５８８，４１９号明細書（カウル（Ｃａｕｌ）ら）、米国特許第４，７５１，１３８号明細書（チュミイ（Ｔｕｍｅｙ）ら）および米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）に見出すことができる。
【００９３】
ビトリファイド結合研磨材に関してさらに具体的に言えば、非晶質構造を示し典型的には硬度の高いガラス質結合材料が、当業者には周知である。場合によっては、そのガラス質結合材料には結晶質相が含まれる。本発明により製造される結合させたビトリファイド研磨物品は、ホイール（カットオフホイールを含む）、ホーニングストーン、マウンテッドポイントの形態またはその他の従来からの結合研磨材の形態であってもよい。いくつかの実施態様においては、本発明により製造されるビトリファイド結合研磨物品は研削ホイールの形態である。
【００９４】
ガラス質結合材料を形成させるために使用される金属酸化物の例を挙げれば、シリカ、ケイ酸塩、アルミナ、ソーダ、カルシア、ポタシア、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、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸アルミニウムリチウム、それらの組み合わせ、などがある。典型的には、ガラス質結合材料は、１０から１００％まで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が、より典型的には、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組成物から形成することができる。ガラス質結合材料の残りの部分は、非フリット材料でよい。別な方法としては、ガラス質の結合を、フリット非含有組成物から誘導することもできる。ガラス質結合材料は、典型的には約７００℃〜約１５００℃の範囲の温度、通常は約８００℃〜約１３００℃の範囲、時には約９００℃〜約１２００℃の範囲、さらには約９５０℃〜約１１００℃の範囲で養生させる。結合を養生させる実際の温度は、たとえば、個々の結合の化学によって決まってくる。
【００９５】
いくつかの実施態様においては、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重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重量パーセントのボリア）を含むものを挙げることができる。ほとんどの場合、このビトリファイド結合材料にはさらに、アルカリ金属酸化物（類）（たとえば、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏ）を含む（場合によっては、少なくとも１０重量パーセントのアルカリ金属酸化物（類）を含む）。
【００９６】
バインダー材料には、さらに、充填材物質または研削助剤を、典型的には粒子状物質として含むことができる。典型的にはこの粒子状物質は、無機物質である。本発明のための充填材として有用なものの例を挙げると：金属炭酸塩（たとえば、炭酸カルシウム（たとえば、チョーク、方解石、マール、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、炭酸マグネシウム）、シリカ（たとえば、石英、ガラスビーズ、ガラスバブルおよびガラス繊維）、ケイ酸塩（たとえば、タルク、クレイ、（モンモリロナイト）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（たとえば、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）、セッコウ、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（たとえば、酸化カルシウム（ライム）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）、および金属亜硫酸塩（たとえば、亜硫酸カルシウム）などがある。
【００９７】
一般的には、研削助剤を添加すると、研磨物品の使用寿命が延びる。研削助剤は、研磨の化学的、物理的過程に大きな影響を与えて、それにより性能を向上させる物質である。理論に拘束されることなく言えば、研削助剤（類）は、（ａ）研磨粒子と、研磨されるワークピースとの間の摩擦を減少させ、（ｂ）研磨粒子の「キャッピング（ｃａｐｐｉｎｇ）」を防止する（すなわち、研磨粒子の上に金属粒子が融着するのを防止する）か、または少なくとも研磨粒子がキャッピングする傾向を抑える、（ｃ）研磨粒子とワークピースの界面の温度を下げ、または（ｄ）研削力を軽減する、と考えられる。
【００９８】
研削助剤には、幅広い範囲の各種物質が含まれ、それらは無機系であっても有機系であってもよい。研削助剤について化合物の群で例を挙げれば、ワックス、有機ハロゲン化化合物、ハロゲン化物塩ならびに金属およびそれらの合金がある。有機ハロゲン化化合物は典型的には、研磨の際に分解して、ハロゲン酸または気体のハロゲン化化合物を放出する。そのような物質の例としては、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のような塩素化ワックスが挙げられる。ハロゲン化物塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、および塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、および鉄チタンが挙げられる。その他の研削助剤には、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、および金属硫化物を挙げることができる。各種の研削助剤を組み合わせて使用することも本発明の範囲に含まれ、場合によってはそれによって相乗効果が得られることもある。
【００９９】
研削助剤は、被覆研磨物品および結合研磨物品において特に有用である。被覆研磨物品の場合、研削助剤は典型的には、研磨粒子の表面に塗布されるスーパーサイズコートの中で使用される。しかしながら、場合によっては、研削助剤をサイズコートに添加することもある。被覆研磨物品の中に加える研削助剤の量は典型的には、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の場合には、典型的には研削助剤を物品の気孔の中に含浸させる。
【０１００】
研磨物品には、本発明により製造される研磨粒子を１００％含ませてもよいし、あるいは、そのような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物を含ませてもよい。しかしながら、研磨物品中の研磨粒子の少なくとも約２重量％、望ましくは少なくとも約５重量％、より望ましくは約３０〜１００重量％が、本発明により製造される研磨粒子となるようにするべきである。場合によっては、本発明による研磨粒子を他の研磨粒子および／または希釈粒子と、その比を５対７５重量％、約２５対７５重量％、約４０対６０重量％、または約５０％対５０重量％（すなわち、重量で等量）の間として、ブレンドしてもよい。好適な従来からの研磨粒子の例を挙げれば、溶融酸化アルミニウム（白色溶融アルミナ、加熱処理酸化アルミニウムおよび褐色酸化アルミニウムを含む）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナ−ジルコニア、およびゾルゲル法による研磨粒子、などがある。ゾルゲル法による研磨粒子は、種結晶有りのものでも、無しのものでもよい。同様にして、ゾルゲル法による研磨粒子は、ランダムな形状をしていてもよいし、あるいは、種結晶に関連した、棒状または三角形などのような形状をとっていてもよい。ゾルゲル研磨粒子の例としては、以下の特許に記載されているものを挙げることができる：米国特許第４，３１４，８２７号明細書（ライトハイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，５１８，３９７号明細書（ライトハイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガー（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ）ら）、米国特許第４，７４４，８０２号明細書（シュワーベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、米国特許第４，７７０，６７１号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、米国特許第４，８８１，９５１号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，０１１，５０８号明細書（ワルド（Ｗａｌｄ）ら）、米国特許第５，０９０，９６８号明細書（ペロウ（Ｐｅｌｌｏｗ））、米国特許第５，１３９，９７８号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、米国特許第５，２０１，９１６号明細書（ベルグ（Ｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５，２２７，１０４号明細書（バウアー（Ｂａｕｅｒ））、米国特許第５，３６６，５２３号明細書（ローベンホルスト（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）ら）、米国特許第５，４２９，６４７号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、米国特許第５，４９８，２６９号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、および米国特許第５，５５１，９６３号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））。原料物質源としてアルミナ粉体を使用して製造した、焼結アルミナ研磨粒子に関するさらに詳しいこともまた、たとえば、米国特許第５，２５９，１４７号明細書（ファルツ（Ｆａｌｚ））、米国特許５，５９３，４６７号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ））、および米国特許５，６６５，１２７号明細書（モルツゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））に見出すことができる。溶融研磨粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の特許に見出すことができる：米国特許第１，１６１，６２０号明細書（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、米国特許第１，１９２，７０９号明細書（トーン（Ｔｏｎｅ））、米国特許第１，２４７，３３７号明細書（サウンダース（Ｓａｕｎｄｅｒｓ）ら）、米国特許第１，２６８，５３３号明細書（アレン（Ａｌｌｅｎ））、および米国特許第２，４２４，６４５号明細書（バウマン（Ｂａｕｍａｎｎ）ら）、米国特許第３，８９１，４０８号明細書（ラウズ（Ｒｏｗｓｅ）ら）、米国特許第３，７８１，１７２号明細書（ペット（Ｐｅｔｔ）ら）、米国特許第３，８９３，８２６号明細書（キナン（Ｑｕｉｎａｎ）ら）、米国特許第４，１２６，４２９号明細書（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、米国特許第４，４５７，７６７号明細書（プーン（Ｐｏｏｎ）ら）、米国特許第５，０２３，２１２号明細書（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、米国特許第５，１４３，５２２号明細書（ギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，３３６，２８０号明細書（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、ならびに米国特許出願第０９／４９５，９７８号明細書、第０９／４９６，４２２号明細書、第０９／４９６，６３８号明細書および第０９／４９６，７１３号明細書（上記はいずれも、２０００年２月２日出願）、米国特許出願第０９／６１８，８７６号明細書、第０９／６１８，８７９号明細書、第０９／６１９，１０６号明細書、第０９／６１９，１９１号明細書、第０９／６１９，１９２号明細書、第０９／６１９，２１５号明細書、第０９／６１９，２８９号明細書、第０９／６１９，５６３号明細書、第０９／６１９，７２９号明細書、第０９／６１９，７４４号明細書および第０９／６２０，２６２号明細書（以上いずれも、２０００年７月１９日出願）、第０９／７０４，８４３号明細書（２０００年１１月２日出願）、および米国特許出願第０９／７７２，７３０号明細書（２００１年１月３０日出願）。セラミック研磨粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の出願に見出すことができる：米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、第０９／９２２，５２７号明細書、第０９／９２２，５２８号明細書、および第０９／９２２，５３０（いずれも、２００１年８月２日出願、現在では放棄）、第１０／２１１，５９７号明細書、第１０／２１１，６３８号明細書、第１０／２１１，６２９号明細書、第１０／２１１，５９８号明細書、第１０／２１１，６３０号明細書、第１０／２１１，６３９号明細書、第１０／２１１，０３４号明細書、第１０／２１１，０４４号明細書、第１０／２１１，６２８号明細書、第１０／２１１，４９１号明細書、第１０／２１１，６４０号明細書、および第１０／２１１，６８４号明細書（いずれも、２００２年８月２日出願）、および第１０／３５８，７７２号明細書、第１０／３５８，７６５号明細書、第１０／３５８，９１０号明細書、第１０／３５８，８５５号明細書、および第１０／３５８，７０８号明細書（いずれも、２００３年２月５日出願）。場合によっては、研磨粒子をブレンドすることによって得られる研磨物品が、それぞれの研磨粒子１００％からなる研磨物品に比較して、改良された研削性能を示すこともあり得る。
【０１０１】
研磨粒子のブレンド物を用いる場合には、そのブレンド物を形成する研磨粒子のタイプは、同じ粒度のものであってもよい。それとは逆に、その研磨粒子のタイプが異なった粒度を持っていてもよい。たとえば、大きい方の粒度の研磨粒子が本発明により製造される研磨粒子であり、小さい方の粒度の粒子が他のタイプの研磨粒子であってもよい。逆に、小さい方の粒度の研磨粒子が本発明により製造される研磨粒子であり、大きい方の粒度の粒子が他のタイプの研磨粒子であってもよい。
【０１０２】
好適な希釈粒子の例としては、大理石、セッコウ、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラスバブルおよびガラスビーズを含む）、アルミナバブル、アルミナビーズおよび希釈凝集体を挙げることができる。本発明により製造される研磨粒子を研磨材凝集体の中に組み込んだり、研磨材凝集体と共に使用したりすることも可能である。典型的には研磨材凝集体粒子には、複数の研磨粒子、バインダーおよび任意の添加物が含まれる。そのバインダーは有機系および／または無機系であってよい。研磨材凝集体はランダムな形状をしていても、あるいはそれらに関連する予め定められた形状をしていてもよい。その形状は、ブロック状、円筒状、角錐状、コイン状、四角形などであってよい。研磨材凝集体粒子の典型的な粒度は、約１００から約５０００マイクロメートルの範囲、典型的には約２５０〜約２５００マイクロメートルである。研磨材凝集体粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の特許に見出すことができる：米国特許第４，３１１，４８９号明細書（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、米国特許第４，６５２，２７５号明細書（ブレッチャー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第４，７９９，９３９号明細書（ブレッチャー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第５，５４９，９６２号明細書（ホームズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））、ならびに米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書および第０９／６８８，４８４号明細書（それぞれ２０００年１０月１６日出願）、米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書、第０９／６８８，４８４号明細書、および第０９／６８８，４８６号明細書（それぞれ、２０００年１０月１６日出願）、および米国特許出願第０９／９７１，８９９号明細書、第０９／９７２，３１５号明細書、および第０９／９７２，３１６号明細書（それぞれ、２００１年１０月５日出願）。
【０１０３】
研磨粒子は、研磨物品の中に均一に分散させてもよいし、あるいは研磨物品の選択した領域または部分に集中させてもよい。たとえば、被覆研磨材の場合には、研磨粒子の層が２層であってもよい。第１層には本発明により製造される研磨粒子以外の研磨粒子を含み、第２（最外）層には本発明により製造される研磨粒子を含むようにする。結合研磨材の場合にも同様で、研削ホイールに２つの別々の区域が存在してもよい。最外区域には本発明により製造される研磨粒子を含み、それに対して最内区域には本発明により製造される研磨粒子を含まないようにしてもよい。別な方法として、本発明により製造される研磨粒子を結合研磨物品の全体にわたって均一に分散させることもできる。
【０１０４】
被覆研磨物品に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，７３４，１０４号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、米国特許第４，７３７，１６３号明細書（ラーキー（Ｌａｒｋｅｙ））、米国特許第５，２０３，８８４号明細書（ブキャナン（Ｂｕｃｈａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１５２，９１７号明細書（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）、米国特許第５，３７８，２５１号明細書（カラー（Ｃｕｌｌｅｒ）ら）、米国特許第５，４１７，７２６号明細書（スタウト（Ｓｔｏｕｔ）ら）、米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）、米国特許第５，４９６，３８６号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５、６０９，７０６号明細書（ベネディクト（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ）ら）、米国特許第５，５２０，７１１号明細書（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、米国特許第５，９５４，８４４号明細書（ロウ（Ｌａｗ）ら）、米国特許第５，９６１，６７４号明細書（ガグリアルディ（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））。結合研磨物品に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，７４１，７４３号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第４，８００，６８５号明細書（ヘインズ（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−マテニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０３７，４５３号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１１０，３３２号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（チー（Ｑｉ）ら）。ガラス質結合研磨材に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−マテニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０９４，６７２号明細書（ジャイルズ、ジュニア（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．）ら）、米国特許第５，１１８，３２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，１３１，９２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２０３，８８６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２８２，８７５号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，７３８，６９６号明細書（ウー（Ｗｕ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（チー（Ｑｉ））。不織研磨物品に関するさらに詳しいことは、たとえば、米国特許第２，９５８，５９３号明細書（フーバー（Ｈｏｏｖｅｒ）ら）に見出すことができる。
【０１０５】
本発明は表面を研磨する方法を提供し、その方法には、本発明により製造される少なくとも１種の研磨粒子をワークピースの表面に接触させること、および研磨粒子と接触表面の少なくとも一方を移動させて、前記表面の少なくとも一部を研磨粒子を用いて研磨することを含む。本発明により製造される研磨粒子を用いた研磨方法は、スナッギング（すなわち、高い圧力で大量に除去）からポリッシング（たとえば、被覆研磨材ベルトを用いた医療用インプラントのポリッシング）まで広い範囲にわたり、ここで後者の場合には、典型的には、研磨粒子のより細かい（たとえば、ＡＮＳＩ２２０およびそれより細かい）粒度を用いて実施される。この研磨粒子は、精密研磨用途、たとえばビトリファイド結合ホイールを有する粉砕カムシャフトなどにも使用することができる。特定の研磨用途に使用する研磨剤粒子の粒度は、当業者には明らかであろう。
【０１０６】
本発明により製造される研磨粒子を使用する研磨は、乾式でも湿式でもよい。湿式研磨の場合には液体を、軽質のミスト状から完全な注液までの形態で導入することができる。一般的に使用される液体の例を挙げれば、水、水溶性オイル、有機潤滑剤、およびエマルションなどがある。この液体の役目は、研磨に伴う発熱を抑制し、および／または潤滑剤として機能することである。この液体には、微量の添加物、たとえば殺菌剤や消泡剤などが含まれていてもよい。
【０１０７】
本発明により製造される研磨粒子は、たとえば、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、焼入鋼、チタン、ガラス、セラミックス、木材、木材状材料（たとえば、合板およびパーティクルボード）、ペイント、ペイント表面、有機塗装表面などのワークピースを研磨するのに有用である。研磨の際に加える力は典型的には、約１〜約１００キログラムの範囲である。
【０１０８】
本発明の利点と実施態様について、以下の非限定的な実施例でさらに説明するが、それらの実施例で引用する特定の物質およびその量、さらにはその他の条件および詳細が本発明を不当に限定するものと受け取ってはならない。すべての部とパーセントは、特に断らない限り、重量基準である。特に断らない限り、いずれの実施例でも、顕著な量のＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、およびＶ２Ｏ５は含まない。
【実施例】
【０１０９】
比較例Ａ
ポリエチレンビンに、１１２．８グラムのアルミナ粉体（アリゾナ州トゥーソン（Ｔｕｃｓｏｎ，ＡＺ）のコンデア・ビスタ（Ｃｏｎｄｅａ Ｖｉｓｔａ）から商品名「ＡＰＡ−０．５」として入手）、１３３．１７グラムの酸化ランタン粉体（モリコープ・インコーポレーテッド（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ Ｉｎｃ．）から入手）、５４グラムの酸化ジルコニウム粉体（公称組成：９４．４重量％ＺｒＯ２（＋ＨｆＯ２）、５．６重量％Ｙ２Ｏ３、ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ，ＧＡ）のジルコニア・セールス・インコーポレーテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ Ｉｎｃ．）から商品名「ＨＳＹ−３」として入手）および１５０．６グラムの蒸留水を仕込んだ。約４５０グラムのアルミナミリング媒体（直径１０ｍｍ、９９．９％アルミナ、オハイオ州アクロン（Ａｋｒｏｎ，ＯＨ）のユニオン・プロセス（Ｕｎｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）から入手）をそのビンに加え、その混合物を４時間ミリングして、構成成分を完全に混合させた。ミリングの後、ミリング媒体を取り除き、スラリーをガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）製のパンの中に注ぎ込み、ヒートガンを使用して乾燥させた。乳鉢と乳棒を用いて粉砕してから、その多相粒子のいくぶんかを、水素／酸素トーチフレームの中にフィードした。その多相粒子を融解させ、それによって融解されたガラスビーズを発生させるために用いた水素トーチは、ベスレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーであって、水素と酸素を以下の速度で供給した。内環での水素の流量は８リットル（標準状態）／分（ＳＬＰＭ）、酸素の流量は３ＳＬＰＭであった。外環での水素の流量は２３リットル（標準状態）／分（ＳＬＰＭ）、酸素の流量は９．８ＳＬＰＭであった。乾燥させ、粒度を揃えた粒子を直接水素トーチフレームの中に供給し、そこで融解させてから、その上に冷水（約８Ｌ／分）を流している、傾斜を付けたステンレス鋼の表面（幅約２０インチ、傾斜角４５度）に移した。
【０１１０】
比較例Ｂ
比較例Ｂのビーズは、比較例Ａにおける記載と同様にして調製したが、ただし、ポリエチレンビンには、２６．８グラムのアルミナ粉体（「ＡＰＡ−０．５」）、１４．０５グラムの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉体（ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）のアルドリッチ・ケミカル・カンパニー・インコーポレーッテッド（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．）から入手）、９．２グラムの酸化ジルコニウム粉体（「ＨＳＹ−３」）および１４５グラムの蒸留水を仕込んだ。
【０１１１】
実施例１および２
実施例１および２のビーズは、比較例Ａにおける記載と同様にして調製したが、ただし、使用した原料物質および使用したそれらの原料物質の量は、下記の表１に列記したものであり、原料物質のミリングは、２００グラムのジルコニア媒体（ニュージャージー州バウンド・ブルック（Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ，ＮＪ）のトーソー・セラミックス・ディビジョン（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から商品名「ＹＴＺ」として入手可能）を用い、１２０ｒｐｍで２４時間、１４５グラムの蒸留水の中で実施した。原料物質の入手先は、後の表２にまとめている。
【０１１２】
表１
【０１１３】
表２
【０１１４】
比較例Ｃ〜Ｉ
比較例Ｃ〜Ｉのビーズは、比較例Ａにおける記載と同様にして調製したが、ただし、使用した原料物質および使用したそれらの原料物質の量は、下記の表３に列記したものであり、原料物質のミリングは、２００グラムのジルコニア媒体（ニュージャージー州バウンド・ブルック（Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ，ＮＪ）のトーソー・セラミックス・ディビジョン（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から商品名「ＹＴＺ」として入手可能）を用い、１２０ｒｐｍで２４時間、１４５グラムの蒸留水の中で実施した。原料物質の入手先は、後の表４にまとめている。
【０１１５】
表３
【０１１６】
表４
【０１１７】
加熱処理
−７５＋３８メッシュサイズ画分（すなわち、７５マイクロメートル開口寸法と３８マイクロメートル開口寸法篩の間で集めた画分）の比較例Ａ〜Ｉならびに実施例１および２のビーズを、空気中、温度範囲１０００℃〜１３００℃で６０分かけて加熱処理した。加熱処理は、電気加熱炉（カリフォルニア州ピコ・リベラ（Ｐｉｃｏ Ｒｉｖｅｒａ，ＣＡ）のキース・ファーネシズ（Ｋｅｉｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅｓ）から商品名「モデルＫＫＳＫ−６６６−３１００」として入手）の中で実施した。
【０１１８】
粉体Ｘ線回折法（Ｘ線回折計（ニュージャージー州モーウォー（Ｍａｈｗａｈ、ＮＪ）のフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」として入手）で１．５４０５０オングストロームの銅Ｋ＜１照射を使用）を用いて、加熱処理した物質の中に存在する相を定性的に測定した。Ｘ線分析した物質における検出された相とそれらの相対強度を下記の表５にまとめた。
【０１１９】
表５
＊単純立方晶系結晶構造
ＮＤ＝検出せず
【０１２０】
比較例Ａならびに実施例１および２の加熱処理した物質それぞれ１グラムを、内部標準（コランダムの形態のＡｌ２Ｏ３、結晶子の径１．０マイクロメートル）と質量比で１：１の割合で混合した。その１：１混合物をめのう乳鉢の中エタノール下で１０分かけて均質化してから、放置乾燥させた。次いでその混合物をめのう乳鉢から回収して、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を使用し、ガラスインサート付きのアルミニウムサンプルホルダーの上でスラリー化させた。
【０１２１】
垂直回折計（「フィリップス（ＰＨＩＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」）、銅Ｋα線照射、および散乱放射線の比例検出器レジストリーを用いて、それぞれのサンプル／標準混合物から合計で９個の測定走査データを得た。回折計に取り付けたのは、可変入射ビームスリット、固定回折ビームスリット、およびグラファイト回折ビームモノクロメーターであった。その測定走査は、２０〜５２度（２θ）の間で、０．０４度間隔、計数時間６秒で実施した。Ｘ線発生装置の設定では、４５ｋＶおよび３５ｍＡを用いた。
【０１２２】
サンプル中に存在する相のピーク面積と、コランダムの内部標準からのピーク面積を、得られたデータのプロファイルフィッティングをすることにより求めた。ピアソン（Ｐｅａｒｓｏｎ）ＶＩＩピーク形状モデルおよびリニアバックグラウンドを用いて、プロファイルフィッティングを行った。存在する相およびコランダム内部標準のために用いたピークを下記の表６にまとめた。
【０１２３】
表６
【０１２４】
試験したサンプル中に存在するそれぞれの相のＩｐ／Ｉｃ比は、以下の式から求めた：
計算比＝Ｉｐ／Ｉｃ＊（ｍサンプル／ｍ標準）
ここで、
Ｉｐ＝個々の相ピーク面積の和
Ｉｃ＝個々のコランダムピーク面積の和
ｍサンプル＝サンプル使用量（ｇ）
ｍ標準＝標準物質使用量（ｇ）。
【０１２５】
検出されたそれぞれの相についてのＩｐ／Ｉｃ比を下記の式７にまとめた。
【０１２６】
表７
ＮＤ＝検出せず
【０１２７】
本発明の範囲および本発明の精神から逸脱することなく、本発明の各種の修正と変更が可能であることは当業者には明らかであるが、本発明が、本明細書に記載した説明のための実施態様によって不当に限定されるものではないことは、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明により製造した研磨粒子を含む被覆研磨物品の部分破断概略図である。
【図２】本発明により製造した研磨粒子を含む結合研磨物品の斜視図である。
【図３】本発明の方法により製造した研磨粒子を含む不織研磨物品の一部の拡大概略図である。
【背景技術】
【０００１】
多くの非晶質（ガラスを含む）およびガラス−セラミック組成物が知られている。酸化物ガラスの多くでは、ガラスの形成を促進させるために、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３およびＶ２Ｏ５のような公知のガラス形成剤を用いている。いくつかのガラスでは、加熱処理することによりガラスセラミックスを形成させることができる。
【０００２】
公知のガラスおよびガラス−セラミックスの性質の多くは、ガラス形成剤の持つ固有の性質によって制限を受ける可能性がある。たとえば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＰ２Ｏ５系のガラスおよびガラス−セラミックスの場合、そのヤング率、硬度および強度は、典型的には、そのようなガラス形成剤が原因の限度がある。それらのガラスおよびガラス−セラミックスは一般に、たとえばＡｌ２Ｏ３やＺｒＯ３に比較すると、機械的性質に劣る。
【０００３】
別な態様においては、一般的に、セラミックの加工操作でほとんどの場合に、（たとえば顕著な結晶成長をさせることなく）結晶粒度を最小にして最大の高密度化を得るのが望ましい。結晶粒度を最小化することが可能なセラミック加工技術の例としては、結晶成長速度を低下させることが挙げられる。理論に捕らわれることは欲しないが、結晶粒度が大きい程機械的性質が低下するのに対して、平均結晶子径が細かい程（たとえば、高強度や高硬度に）機械的性質が改良されると、セラミック業界においては一般に考えられている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの態様においては、本発明は、Ａｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含む、ガラスおよびガラス−セラミックを提供する。驚くべきことには、本明細書に記載のガラスにＮｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５を添加することにより、ガラスの結晶化に大きな影響を与えることが可能であることを、本出願人は見出した。
【０００５】
いくつかの実施態様においては、本発明は、ガラス−セラミックを製造するための方法を含み、その方法にはガラスを加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させ、ガラス−セラミックを得ることを含み、前記ガラスには、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、さらには少なくとも７５、いくつかの実施態様においては、３５〜７５、４０〜７５、４５〜７５、５０〜７５、５５〜７５、さらには６０〜７５重量パーセントの範囲）のＡｌ２Ｏ３、ＲＥＯ（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、および／またはＮｄ２Ｏ３、ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、さらには少なくとも１０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、０．５〜７０、１〜７０、５〜７０、１０〜７０、０．５〜５０、１〜５０、５〜５０、１０〜５０、０．５〜４０、１〜４０、５〜４０、１０〜４０、０．５〜３０、１〜３０、５〜３０、１０〜３０、０．５〜２５、１〜２５、５〜２５、さらには１０〜２５重量パーセントの範囲のＲＥＯ）、およびＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも５、１０、１５、さらには少なくとも２０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、５〜３０、５〜２５、１０〜２５、１０〜３０、１５〜３０、２０〜３０、１５〜２５、さらには１５〜２０重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２））、およびＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、さらには少なくとも２５、いくつかの実施態様においては、１〜２０、５〜２０、１０〜２０、さらには５〜１５重量パーセントの範囲の、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種）を含み、ここで、前記ガラスには、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、およびＶ２Ｏ５を合計して、ガラスの全重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらには０重量パーセント以下）の量で含み、そしてここで、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種は、ガラスから少なくとも１種の結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２が形成される速度を高くするのに充分な量で存在させる（Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラス（すなわち、その比較例のガラスは、Ａｌ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種、ならびにＮｂ２Ｏ５および／またはＴａ２Ｏ５を含むガラスと同様にして製造し加熱処理するが、ただしそのガラスを製造するのにＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５を使用していない（すなわち、そのようなガラスは、ガラスの全重量を基準にして、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の含量がゼロ重量パーセントである））を同様にして加熱処理することにより製造する、比較例のガラス−セラミックに比較して、いくつかの実施態様においては、少なくとも１．５、２、２．５、さらには少なくとも３倍の速度とさせる）。ガラスからの結晶質ＺｒＯ２および／または結晶質ＨｆＯ２の形成速度の増加は、後の実施例１に説明する方法により測定される。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、ガラス−セラミックを破砕して研磨粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、その研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、それらの研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む。
【０００６】
本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスのいくつかの実施態様においては、そのガラス−セラミックスおよびガラスには、少なくとも１種の追加の金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＳｒＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＮｉＯ、および／またはＦｅ２Ｏ３）がさらに含まれていてもよい。
【０００７】
いくつかの実施態様においては、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスには、ガラス−セラミックまたはガラスの全重量を基準にして、それぞれ、２０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらにはゼロ重量パーセント以下）のＳｉＯ２、および２０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、１５、１０、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらにはゼロ重量パーセント以下）のＢ２Ｏ３を含む。
【０００８】
本発明によるガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、ガラス−セラミック中にガラスを、ガラス−セラミックの全容積を基準にして、たとえば少なくとも１、２、３、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、さらには９５容積パーセントのガラスを含んでいてよい。本発明によるガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、ガラス−セラミックに結晶質セラミックを、ガラス−セラミックの全容積を基準にして、たとえば少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、さらには１００容積パーセントの量で含んでいてよい。
【０００９】
本明細書における定義を以下に述べる：
「非晶質物質」という用語は、融解物および／または気相から得られる物質でＸ線回折を測定したときに長距離（ｌｏｎｇ ｒａｎｇｅ）の結晶構造を示さないものおよび／または、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定されるような、ＤＴＡ（示差熱分析）で測定したときに非晶質物質の結晶化に相当する発熱ピークを示すものを指す、
「セラミック」という用語には、ガラス、結晶質セラミック、ガラス−セラミック、およびそれらの組み合わせを含む、
「複合金属酸化物」という用語は、２種またはそれ以上の異なる金属元素と酸素とを含む金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３と１種または複数のＡｌ以外の金属元素を含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３とを含む複合金属酸化物（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物とを含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８およびＤｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す、
「ガラス」という用語は、ガラス転移温度を示す非晶質物質を指す、
「ガラス−セラミック」という用語は、ガラスを加熱処理することによって形成される結晶を含むセラミックを指す、
「Ｔｇ］という用語は、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定されるガラス転移温度を指す、
「Ｔｘ］という用語は、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定される結晶化温度を指す、
「希土類酸化物」という用語は、酸化セリウム（たとえば、ＣｅＯ２）、酸化ジスプロシウム（たとえば、Ｄｙ２Ｏ３）、酸化エルビウム（たとえば、Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（たとえば、Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（たとえば、Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ランタン（たとえば、Ｌａ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（たとえば、Ｌｕ２Ｏ３）、酸化ネオジム（たとえば、Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（たとえば、Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化サマリウム（たとえば、Ｓｍ２Ｏ３）、酸化テルビウム（たとえば、Ｔｂ２Ｏ３）、酸化トリウム（たとえば、Ｔｈ４Ｏ７）、酸化ツリウム（たとえば、Ｔｍ２Ｏ３）、および酸化イッテリビウム（たとえば、Ｙｂ２Ｏ３）、ならびにそれらの組み合わせを指す、
「ＲＥＯ］という用語は、希土類酸化物（類）を指す。
【００１０】
さらに本明細書においては、たとえばガラス−セラミックの中で、金属酸化物（たとえば、Ａｌ２Ｏ３、複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物など）が結晶質であると特に記述している以外では、それは、結晶質であっても、あるいは部分的にガラス質で部分的に結晶質であってもよい、と理解すべきである。たとえば、ガラス−セラミックにＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とが含まれている場合には、そのＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２のそれぞれが、ガラス質状態でも、結晶質状態でも、または一部がガラス質状態で一部が結晶質状態でも、さらには他の金属酸化物（類）との反応生成物であってもよい（例を挙げれば、たとえばＡｌ２Ｏ３が結晶質のＡｌ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３の特定の結晶質相（たとえば、α−Ａｌ２Ｏ３）として存在していると特に記述していない場合には、それは、結晶質Ａｌ２Ｏ３および／または部分的に１種または複数の結晶質の複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物として存在していてもよい）。
【００１１】
本発明により製造されるガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、ビーズ（たとえば、直径が、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、さらには少なくとも１０ｍｍのビーズ）、物品（たとえば、平板）、繊維、粒子、およびコーティング（たとえば、薄層コーティング）などの形態として製造したり、それらのものに変換させたりすることができる。ビーズの実施態様は、たとえば回帰反射シート、英数字板（ａｌｐｈａｎｕｍｅｒｉｃ ｐｌａｔｅ）、および舗道のマーキングのような、反射装置において、有用である。粒子および繊維の実施態様は、たとえば断熱、充填材、または複合材料（たとえば、セラミック、金属、またはポリマーマトリックス複合材料）における補強剤として、有用である。薄層コーティングの実施態様は、たとえば、摩耗が含まれていたり、さらには熱管理のための用途における保護コーティングとして有用である。本発明による物品の例を挙げれば、台所用品（たとえば、大皿）、歯科用ブラケット、および補強材料（たとえば、粒子および繊維）、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要素（たとえば、弁およびベアリング）などがある。その他の物品の具体的な実施態様としては、ボディまたはその他の基材の外側表面の上のガラス−セラミックの保護コーティングを有しているものが挙げられる。本発明により製造されるある種のガラス−セラミック粒子は、研磨粒子として特に有用である。研磨粒子は、研磨物品に組み込むこともできるし、あるいは分散した形態で使用することもできる。
【００１２】
研磨粒子は通常、所定の粒度分布に分級してから使用する。そのような分布では通常、粗粒子から微粒子まで、ある範囲の粒度を有している。研磨材業界においては、この範囲を「粗粒（ｃｏａｒｓｅ）」、「中粒（ｃｏｎｔｒｏｌ）」および「微粉（ｆｉｎｅ）」画分と呼ぶこともある。業界に受容された分級規格に従って分級された研磨粒子はそれぞれ、その粒度分布を、ある数値限度内の公称グレードとして規定される。そのような業界に受容された分級規格（すなわち、規定公称グレード）としては、アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート・インコーポレーテッド（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｃ．）（ＡＮＳＩ）規格、フェデレーション・オブ・ユーロピアン・プロデューサーズ・オブ・アブレーシブ・プロダクツ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（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。一つの態様において、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り製造される研磨粒子である、規定公称グレードを有する複数の研磨粒子を提供する。いくつかの実施態様においては、複数の研磨粒子の全重量を基準にして、複数の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが本発明により製造される研磨粒子である。
【００１３】
別な態様においては、本発明は、バインダーと複数の研磨粒子を含む研磨物品（たとえば、結合研磨物品、不織研磨物品、または被覆研磨物品）を提供するが、ここで、その研磨粒子の少なくとも一部は、本発明により製造される研磨粒子である。
【００１４】
いくつかの実施態様においては、本発明は、研磨粒子を製造するための方法を提供し、その方法には、ガラス粒子を加熱処理して、ガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスには、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、さらには少なくとも７５、いくつかの実施態様においては、３５〜７５、４０〜７５、４５〜７５、５０〜７５、５５〜７５、さらには６０〜７５重量パーセントの範囲）のＡｌ２Ｏ３、ＲＥＯ（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、および／またはＮｄ２Ｏ３、ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、さらには少なくとも１０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、０．５〜７０、１〜７０、５〜７０、１０〜７０、０．５〜５０、１〜５０、５〜５０、１０〜５０、０．５〜４０、１〜４０、５〜４０、１０〜４０、０．５〜３０、１〜３０、５〜３０、１０〜３０、０．５〜２５、１〜２５、５〜２５、さらには１０〜２５重量パーセントの範囲のＲＥＯ）、ＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも５、１０、１５、さらには少なくとも２０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、５〜３０、５〜２５、１０〜２５、１０〜３０、１５〜３０、２０〜３０、１５〜２５、さらには１５〜２０重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２））、およびＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、さらには少なくとも２５、いくつかの実施態様においては、１〜２０、５〜２０、１０〜２０、さらには５〜１５重量パーセントの範囲の、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種）を含み、ここで、前記ガラスには、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、およびＶ２Ｏ５を合計して、ガラスの全重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらには０重量パーセント以下）の量で含み、そしてここで、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種は、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様にして加熱処理することにより製造する、比較例のガラス−セラミックに比較して、そのガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の形成速度を増加させる（いくつかの実施態様においては、少なくとも１．５、２、２．５、さらには少なくとも３倍の速度）のに充分な量で存在させる。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、その研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、それらの研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む。
【００１５】
いくつかの実施態様においては、本発明は、研磨粒子を製造するための方法を提供し、その方法には、ガラスを含む粒子を加熱処理して、ガラスの少なくとも一部を結晶質セラミックに変換させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスには、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、さらには少なくとも７５、いくつかの実施態様においては、３５〜７５、４０〜７５、４５〜７５、５０〜７５、５５〜７５、さらには６０〜７５重量パーセントの範囲）のＡｌ２Ｏ３、ＲＥＯ（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、および／またはＮｄ２Ｏ３、ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも０．５、１、２、３、４、５、さらには少なくとも１０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、０．５〜７０、１〜７０、５〜７０、１０〜７０、０．５〜５０、１〜５０、５〜５０、１０〜５０、０．５〜４０、１〜４０、５〜４０、１０〜４０、０．５〜３０、１〜３０、５〜３０、１０〜３０、０．５〜２５、１〜２５、５〜２５、さらには１０〜２５重量パーセントの範囲のＲＥＯ）、ＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも５、１０、１５、さらには少なくとも２０重量パーセント、いくつかの実施態様においては、５〜３０、５〜２５、１０〜２５、１０〜３０、１５〜３０、２０〜３０、１５〜２５、さらには１５〜２０重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２））、およびＮｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種（ガラスの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、少なくとも１、２、３、４、５、１０、１５、２０、さらには少なくとも２５、いくつかの実施態様においては、１〜２０、５〜２０、１０〜２０、さらには５〜１５重量パーセントの範囲の、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種）を含み、ここで、前記ガラスには、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、およびＶ２Ｏ５を合計して、ガラスの全重量を基準にして、１０重量パーセント以下（いくつかの実施態様においては、９、８、７、６、５、４、３、２、１、０．５、０．１、さらには０重量パーセント以下）の量で含み、そしてここで、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種は、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様にして加熱処理することにより製造する、比較例のガラス−セラミックに比較して、そのガラスからの結晶質ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種の形成速度を増加させる（いくつかの実施態様においては、少なくとも１．５、２、２．５、さらには少なくとも３倍の速度）のに充分な量で存在させる。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、その研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む。いくつかの実施態様においては、本発明の方法には、それらの研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む。
【００１６】
研磨物品にはバインダーと複数の研磨粒子とを含み、ここで、その研磨粒子の少なくとも一部は本発明により製造した研磨粒子である。研磨材製品を例示すれば、被覆研磨物品、結合研磨物品（たとえば、ホイール）、不織研磨物品、それに研磨ブラシなどが挙げられる。典型的には、被覆研磨物品には、背中合わせに第１および第２の主表面を有するバッキングが含まれ、そこで第１の主表面の少なくとも一部の上で、バインダーと複数の研磨粒子が研磨材層を形成している。
【００１７】
いくつかの実施態様においては、研磨物品中の研磨粒子の全重量を基準にして、研磨物品の中の研磨粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが本発明により製造した研磨粒子である。
【００１８】
本発明はまた表面を研磨するための方法も提供するが、その方法には：
本発明により製造した研磨粒子をワークピースの表面に接触させること、および
本発明により製造した研磨粒子または接触させた表面の少なくとも一方を動かして、本発明により製造した研磨粒子の一部を用いて、その表面の少なくとも一部を研磨すること、が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を含むガラスおよびガラス−セラミックス、およびそれらを製造するための方法に関する。それらのガラスは、原料物質、所望の組成物、および加工技術を選択することにより、調製される。
【００２０】
商業的な供給源も含めたＡｌ２Ｏ３（理論的酸化物基準）の供給源としては、ボーキサイト（天然産のボーキサイトおよび合成ボーキサイトの両方）、焼成ボーキサイト、水和アルミナ（たとえば、ベーマイトやギブザイト）、アルミニウム、バイヤー法アルミナ、アルミニウム鉱石、γ−アルミナ、α−アルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。このＡｌ２Ｏ３源は、Ａｌ２Ｏ３を含むか、あるいはＡｌ２Ｏ３のみが得られるものであってもよい。それとは別に、Ａｌ２Ｏ３源が、Ａｌ２Ｏ３と、さらにはＡｌ２Ｏ３以外の１種または複数の金属酸化物（複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８など）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２１】
商業的供給源を含めたＮｂ２Ｏ５の供給源としては、酸化ニオブ粉体、ニオブ含有鉱石（たとえば、コロンバイト、タンタライト、およびユークセライト（ｅｕｘｅｌｉｔｅ））、ニオブ塩、ニオブ金属、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２２】
商業的供給源を含めたＴａ２Ｏ５の供給源としては、酸化タンタル粉体、タンタル含有鉱石（たとえば、コロンバイト、タンタライト、およびユークセライト）、タンタル塩、タンタル金属、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２３】
商業的供給源を含めた希土類酸化物の供給源としては、希土類酸化物粉体、希土類金属、希土類含有鉱石（たとえば、バストナサイトおよびモナザイト）、希土類塩、希土類硝酸塩、および希土類炭酸塩などが挙げられる。この希土類酸化物（類）源は、希土類酸化物（類）を含むか、あるいは希土類酸化物（類）のみが得られるものであってもよい。それとは別に希土類酸化物（類）源が、希土類酸化物（類）と、さらには希土類酸化物（類）以外の１種または複数の金属酸化物（複合希土類酸化物・他の金属酸化物（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、など）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２４】
商業的な供給源も含めたＺｒＯ２（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化ジルコニウム粉体、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、およびジルコニウム塩（たとえば、ジルコニウムの炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、およびそれらの組み合わせ）などが挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、ＺｒＯ２源は、ＺｒＯ２と、さらにハフニアのような他の金属酸化物とを含むか、それらが得られるものであってもよい。商業的な供給源も含めたＨｆＯ２（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化ハフニウム粉体、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、およびハフニウム塩などが挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、ＨｆＯ２源は、ＨｆＯ２と、さらにＺｒＯ２のような他の金属酸化物とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２５】
ＺｒＯ２およびＨｆＯ２を含む実施態様においては、ＺｒＯ２：ＨｆＯ２の重量比は、１：ゼロ（すなわち、全部ＺｒＯ２、ＨｆＯ２なし）からゼロ：１までの範囲であってよく、さらには、たとえば、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部（重量による）のＺｒＯ２と、それに対応する量のＨｆＯ２（たとえば、少なくとも約９９部（重量による）のＺｒＯ２と、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部のＨｆＯ２と、それに対応する量のＺｒＯ２とであればよい。
【００２６】
さらに、その他の有用な金属酸化物としては、理論的酸化物基準で、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、およびそれらの組み合わせなどを挙げることができる。商業的な供給源も含めた供給源としては、酸化物そのもの、金属粉体、複合酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、などがある。たとえば、商業的な供給源も含めたＹ２Ｏ３（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化イットリウム粉体、イットリウム、イットリウム含有鉱石、およびイットリウム塩（たとえば、イットリウムの炭酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、およびそれらの組み合わせ）などが挙げられる。このＹ２Ｏ３源は、Ｙ２Ｏ３を含むか、あるいはＹ２Ｏ３のみが得られるものであってもよい。それとは別にＹ２Ｏ３源は、Ｙ２Ｏ３と、さらにはＹ２Ｏ３以外の１種または複数の金属酸化物（たとえば複合Ｙ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２７】
いくつかの実施態様においては、少なくとも一部の金属酸化物源（いくつかの実施態様においては、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセント）は、酸化物形成またはその合金形成で負のエンタルピーを有する少なくとも１種の金属（たとえば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびそれらの組み合わせ）のＭを含む粒子状の金属質材料を、融解物に添加するか、またはそれらを他の原料物質と組み合わせることによって得るのが好都合となる。理論に拘束されることを欲するものではないが、金属の酸化に伴う発熱反応によって発生する熱が、均一な融解物、そして結果としてガラスを形成させるのに有利に働くものと考えられる。たとえば、特に、５０マイクロメートルを超える（１００マイクロメートルを超える、さらには１５０マイクロメートルを超える）ｘ、ｙおよびｚ軸の寸法を有するガラス粒子を形成させる場合に、原料物質中における酸化反応によって発生した追加の熱が、不充分な伝熱を無くすか、最小化するか、または少なくとも減少させ、その結果、融解物の形成と均質化を容易とするのであろうと考えられる。さらに、追加の熱が利用できることによって、各種の化学反応および物理的変化（たとえば、高密度化や球状化）を促進して完結させるのに役立つとも考えられる。さらに、いくつかの実施態様では、酸化反応によって発生した追加の熱が存在することによって、材料の融点が高いために、他の方法では困難あるいは非実用的であるような融解物を形成させることも実際に可能となると考えられる。さらに、酸化反応によって発生した追加の熱が存在することによって、他の方法では作れない、または所望の粒度範囲では作れないようなガラスを実際に形成させることが可能となる。本発明のその他の利点を挙げれば、ガラスを形成させる場合に、融解、高密度化および球状化のような化学的および物理的な工程の多くを短時間の間に達成することが可能であるために、非常に高速な急冷を達成することができる。さらに詳しくは、同時係属出願中の米国特許出願第１０／２１１，６３９号明細書（出願日２００２年８月２日）を参照されたい。
【００２８】
本発明の一つの態様において、原料物質を個別にフィードして、融解混合物を形成させる。本発明の別な態様においては、ある種の原料物質を互いに混合し、他の原料物質は独立してその融解混合物の中に添加する。いくつかの実施態様においては、たとえば、融解させるより前に、原料物質を組み合わせたり、互いに混合させたりする。各種好適な公知の方法を用いて、原料物質を組み合わせて実質的に均質な混合物を形成させることができる。それらの組み合わせ技術としては、ボールミル粉砕、混合、タンブリングなどが挙げられる。ボールミル中のミリング媒体は、金属ボール、セラミックボールなどであってよい。そのセラミックミリング媒体は、たとえば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシアなどであってよい。ボールミル粉砕は、乾燥環境中、水性環境中、あるいは溶媒系（たとえば、イソプロピルアルコール）環境中で実施することができる。原料物質バッチが金属粉体を含んでいるような場合には、ミリングの際に溶媒を使用するのが一般的には望ましい。その溶媒としては、適切な引火点を有し、原料物質を分散させる能力を有する物質であれば、何であってもよい。ミリング時間は、数分から数日でよいが、一般的には数時間〜２４時間の間である。湿式または溶媒系のミリングシステムでは、液体媒体を典型的には乾燥により除去すると、それにより得られる混合物は、典型的には均質であって、水および／または溶媒を実質的に含まないものとなる。溶媒系のミリングシステムを使用した場合、乾燥の際に溶媒回収システムを使用して、溶媒をリサイクルさせることができる。乾燥後には、得られる混合物は「乾燥ケーキ（ｄｒｉｅｄ ｃａｋｅ）」の形状となっていてもよい。このケーキ状の混合物を次いで、粉砕または破砕して所望の粒度としてから融解させる。別な方法として、たとえば、スプレー乾燥法を用いることも可能である。後者を用いると、典型的には、所望の酸化物混合物の球状粒子が得られる。前駆体物質も、沈降法およびゾルゲル法を含めた湿式化学法によって調製することができる。極端に高レベルの均質性が望まれるような場合には、そのような方法が有利となるであろう。
【００２９】
粒子状原料物質は典型的には、その粒度を選択して、均質な融解物の形成が短時間で達成できるようにする。典型的には、比較的小さな平均粒度と狭い粒度分布を有する原料物質が、この目的に用いられる。いくつかの方法（たとえば、火炎成形およびプラズマ溶射）において特に望ましい粒子状原料物質は、約５ｎｍ〜約５０マイクロメートルの範囲（いくつかの実施態様においては、約１０ｎｍ〜約２０マイクロメートル、さらには約１５ｎｍ〜約１マイクロメートルの範囲）の平均粒度を有するものであって、ここで、その粒子の少なくとも９０（いくつかの実施態様においては、９５、さらには１００）重量パーセントが原料物質であるが、この粒度および分布から外れた粒度のものもまた使用可能である。粒度が約５ｎｍ未満の粒子は、取扱うのが困難である（たとえば、そのような粒子は流動特性が不良となりやすいために、その粒子の流動特性が望ましくないものとなりがちである）。典型的な火炎成形またはプラズマ溶射法において約５０マイクロメートルを超える粒子を使用すると、均質な融解物、およびガラスおよび／または所望の組成物を得るのがより困難となる傾向がある。
【００３０】
さらに、いくつかのケースでは、たとえば、火炎または加熱もしくはプラズマスプレー装置中に粒子状物質をフィードして融解物を形成させるときに、その粒子状原料物質がある範囲の粒度を有しているのが望ましい。理論に捕らわれることは欲しないが、このことが、フィード粒子の充填密度と強度を最大化させると考えられる。原料物質粉体が粗すぎると、フィードおよび得られる融解物の粒子が、所望の組成または均質性を有さなくなる可能性がある。一般的には、最も粗い原料物質粒子でも、所望の融解物またはガラス粒度よりも小さくすべきである。さらに、粗すぎる原料物質粒子は、たとえば火炎成形またはプラズマ溶射工程において、フィード粒子における、熱的応力および機械的応力が不充分なものになりやすい。そのような場合には最終的には、通常、フィード粒子が小さな断片に破損されたり、組成の均質性が失われたり、所望のガラス粒度の収量が低下したりあるいは、融解が不完全になったりするが、その理由は、そのような断片は一般に、熱源から出る際にその軌跡が多方向に変動するからである。
【００３１】
ガラスおよびセラミックス含有ガラスは、たとえば、適切な金属酸化物源を加熱（火炎中またはプラズマ中を含む）することによって融解物（望ましくは均質な融解物）を形成させ、次いでその融解物を冷却して、ガラスを得ることにより製造することができる。ガラスのいくつかの実施態様では、たとえば、金属酸化物源を各種適切な炉（たとえば、誘導加熱炉もしくは抵抗加熱炉、ガスだき炉、またはアーク炉）の中で融解させることにより製造するができる。
【００３２】
ガラスは典型的には、融解させた物質（すなわち、融解物）を比較的急速に冷却することによって得られる。ガラスを得るための急冷速度（すなわち、冷却時間）は、多くの因子に依存するが、そのような因子としてはたとえば、融解物の化学的組成、その成分のガラス形成能、融解物および得られるガラスの熱的性質、（一つまたは複数の）加工方法、得られるガラスの寸法および質量、および冷却方法などが挙げられる。一般に、Ａｌ２Ｏ３を高い量で含む（すなわち、Ａｌ２Ｏ３が７５重量パーセントより高い）ガラスを形成させるためには、特にＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、およびＶ２Ｏ５のような公知のガラス形成剤が存在しない場合、比較的高い急冷速度が必要である。同様にして、融解物を冷却して大きなサイズのガラスとするのはさらに困難であるが、それは、熱を充分に急速に除去するのが一段と困難になるからである。
【００３３】
本発明のいくつかの実施態様においては、原料物質を加熱して、粒子の形状で融解状態とし、次いで冷却してガラス粒子とする。典型的には、その粒子は、２５マイクロメートルより大きい（いくつかの実施態様においては、５０、１００、１５０、さらには２００マイクロメートルより大きい）粒度を有する。
【００３４】
本発明の方法により製造されるガラスを製造する場合に達成されるにおいて急冷速度は、１０２、１０３、１０４、１０５さらには１０６℃／秒より高速（すなわち、融解状態から１０００℃の温度低下をさせるのが、それぞれ１０秒未満、１秒未満、１／１０秒未満、１／１００秒未満、またはさらには１／１０００秒未満）であると考えられる。融解物を冷却させる方法としては、冷却媒体（たとえば、高速空気ジェット、液体（たとえば、冷水）、金属プレート（冷却金属プレートを含む）、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）など）の中に融解物を吐出させることが挙げられる。当業者公知のその他の冷却技術としては、ロール冷却（ｒｏｌｌ−ｃｈｉｌｌｉｎｇ）がある。ロール冷却を実施するには、たとえば、金属酸化物源をその融点よりも通常２０〜２００℃高い温度で融解させ、その融解物を（たとえば、空気、アルゴン、窒素などのガスを使用した）高圧下で、高速回転しているロールの上にスプレーすることによって、冷却／急冷させる。典型的にはこれらのロールは金属製であって、水冷する。さらに金属ブックモールドも、融解物を冷却／急冷させるには有用である。
【００３５】
冷却速度が、急冷されたガラスの性質に影響すると考えられる。たとえば、ガラスのガラス転移温度、密度およびその他の性質は、冷却速度によって、変わるのが普通である。
【００３６】
急速な冷却をする場合には、たとえば還元性、中性、酸化性雰囲気などその環境を調節して、冷却の間に所望の酸化状態などを維持したり、および／または影響を与えたりすることもできる。この雰囲気は、過冷却の液の状態からの結晶化の動力学に影響を与えることによって、ガラスの形成にも影響する可能性がある。たとえば、空気中に比較してアルゴン中では、Ａｌ２Ｏ３の融解物を、より低い温度まで結晶化せずに過冷却できることが報告されている。
【００３７】
一つの方法においては、ガラスおよびセラミックス含有ガラスは、たとえば、米国特許第６，２５４，９８１号明細書（キャスル（Ｃａｓｔｌｅ））に記載があるような、火炎溶融を用いて製造することができる。この方法では、金属酸化物源を（たとえば、「フィード粒子」と呼ばれることもある、粒子の形態で）バーナー（たとえば、メタン−空気バーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナー、など）の中に直接フィードし、次いで、水、冷却油、空気などの中で急冷させる。通常は火炎中にフィードするフィード粒子の大きさによって、生成してくるガラスを含む粒子の大きさが決まる。
【００３８】
いくつかの実施態様のガラスはまた、その他の方法によって作ることもできるが、そのようなものとしては、自由落下冷却（ｆｒｅｅ ｆａｌｌ ｃｏｏｌｉｎｇ）を伴うレーザースピン融解法、テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）ワイヤー法、プラズマトロン法、ハンマー・アンド・アンビル法、遠心急冷法、エアガン・スプラット冷却法、１本ローラーまたは２本ローラー急冷法、ローラープレート急冷法、およびペンダント・ドロップ融解急冷法などがある（たとえば、ブロックウェイ（Ｂｒｏｃｋｗａｙ）ら、『ラピッド・ソリディフィケーション・オブ・セラミックス（Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）』、メタルズ・アンド・セラミックス・インフォメーション・センター、ア・デパートメント・オブ・ディフェンス・インフォメーション・アナリシス・センター（Ｍｅｔａｌｓ Ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｅｒ）、オハイオ州、コロンバス（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ、ＯＨ）、１９８４年、１月を参照されたい）。いくつかの実施態様のガラスはまた、それ以外の方法でも得ることができ、そのようなものとしては、適当な前駆体を（火炎またはレーザーまたはプラズマを使用して）熱分解する方法、金属前駆体の物理的気相合成（ＰＶＳ）法、および機械化学的加工法などが挙げられる。
【００３９】
融解物を形成し、融解物を冷却／急冷し、および／またはその他の方法でガラスを形成させるためのその他の技術としては、気相急冷法、プラズマ溶射法、融解急冷法、およびガスまたは遠心噴霧法などがある。気相急冷法は、たとえばスパッタリングによって実施することができ、その場合金属合金または金属酸化物源をスパッタリングターゲットの中に形成させる。このターゲットをスパッタリング装置の中の所定の位置に固定し、コーティングする相手の基材をそのターゲットに対向する位置におく。典型的な圧力の、酸素ガスおよびＡｒガスで１０−３トルにすると、そのターゲットと基材との間で放電が発生し、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が起き、それによって基材の上に組成物の膜が析出する。プラズマ溶射に関するさらに詳しいことは、たとえば、同時係属出願中の、米国特許出願第１０／２１１，６４０号明細書（出願２００２年８月２日）を参照されたい。
【００４０】
ガス噴霧法には、フィード粒子を加熱することが含まれていて、それらを変換させて融解物とする。そのように融解させたものの希薄な流れを、乱流を起こさせるための空気ジェットと接触させることによって霧化させる（すなわち、その流れを微細な液滴に分散させる）。次いで、そのようにして得られる実質的にばらばらとなった、通常は楕円形のガラス粒子（たとえば、ビーズ）を回収する。ビーズの大きさの例をあげれば、その直径が約５マイクロメートルから約３ｍｍである。融解急冷法はたとえば、米国特許第５，６０５，８７０号明細書（ストローム・オルセン（Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ）ら）に記載されているような方法で実施することができる。たとえば米国特許第６，４８２，７５８号明細書（ウェーバー（Ｗｅｂｅｒ））に記載されているような、レーザービームを用いた無容器ガラス製造方法もまた、本発明のガラスを製造するには有用である。
【００４１】
典型的には、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるいくつかのガラスおよびセラミックス含有ガラスは、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸の寸法を有し、ここで、そのｘ、ｙおよびｚ軸の寸法のそれぞれは少なくとも１０マイクロメートルである。いくつかの実施態様においては、このｘ、ｙおよびｚ軸の寸法が、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、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいはさらには、もし融合が起きていれば、少なくとも１０ｍｍである。材料のこのｘ、ｙおよびｚ軸の寸法は、寸法の大きさに応じて、肉眼か顕微鏡を使用するかのいずれかで測定する。ｚ軸方向の寸法として報告されるのは、たとえば、球の直径、コーティングの厚み、あるいはプリズム形状の最短寸法などである。
【００４２】
ある種の他の金属酸化物を添加することによって、本発明により製造されるガラス−セラミックスの性質および／または結晶質構造または微細構造と、さらにはそのセラミックを製造する場合の原料物質および中間物質の加工性を変化させることが可能となる。たとえば、ＣａＯ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、およびＮａ２Ｏなどのような酸化物を添加すると、ガラスのＴｇおよびＴｘの両方（ここでＴｘは結晶化温度である）が変化することが観察されている。理論に拘束されることを欲するものではないが、そのようなものを添加することによってガラスの形成に影響が出るものと考えられる。さらに、たとえば、そのような酸化物を添加すると、系全体の融解温度を下げる（すなわち、系がより融点が低い共晶となる）ことが可能となり、ガラスの生成が容易となる。多成分系（４成分系など）における複合共晶を基本とする組成は、良好なガラス形成能を有することができる。液状融解物の粘度、およびその作業範囲にあるガラスの粘度は、特定の必要とされる酸化物とは別な金属酸化物を添加することによっても、変化させることが可能である。
【００４３】
ガラス−セラミックスを形成させるための、ガラス、およびガラスを含むセラミックスの結晶化もまた、物質を添加することによって影響を受ける。たとえば、ある種の金属、金属酸化物（たとえば、チタン酸塩およびジルコン酸塩）およびフッ化物などは、核形成剤として働いて、結晶が好適な不均質な核形成をするようになる。また、ある種の酸化物を添加することによって、再加熱した際にガラスから失透（ｄｅｖｉｔｒｉｆｙｉｎｇ）する準安定相の性質を変えることができる。別な態様においては、結晶質ＺｒＯ２を含む、本発明により製造されるガラス−セラミックスの場合、ＺｒＯ２の正方晶系／立方晶系の形態を安定化させることが知られている、金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＣａＯ、およびＭｇＯ）を添加するのも望ましい。
【００４４】
本発明により製造されるガラス−セラミックスを製造するために、金属酸化物源およびその他の添加物を具体的に選択しようとすると、たとえば、所望の組成、微細構造、結晶化度、物理的性質（たとえば、硬度または靱性）、望ましくない不純物の存在、および、セラミックスを調製するために使用される具体的なプロセス（装置、ならびに溶融および／または固化の前および／またはその途中における原料物質の各種精製など）の望ましい、または必要とされる特性のようなことを、典型的には考慮に入れる。
【００４５】
場合によっては、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される限定された量の金属酸化物を取り入れるのが好ましいこともある。商業的な供給源も含めた供給源としては、酸化物そのもの、複合酸化物、元素（たとえばＳｉ）粉体、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、などが挙げられる。それらの金属酸化物を、たとえば、得られるガラス−セラミックの物理的性質を修正したり、および／または加工性を改良したりするために添加することができる。それらの金属酸化物を使用するならば典型的には、たとえば希望する性質に応じて、ガラス−セラミックの、合計して０より多く２０重量％まで（いくつかの実施態様においては、合計して０より多く５重量％まで、さらには、合計して０より多く２重量％まで）の量で添加する。
【００４６】
物質の微細構造または相の構成（ガラス質／結晶質）は多くの方法を用いて調べることができる。たとえば、光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、示差熱分析法（ＤＴＡ）、およびＸ線回折法（ＸＲＤ）などを使用することによって、多くの情報を得ることができる。
【００４７】
光学顕微鏡法を使用すると、非晶質物質では、結晶粒界のような光散乱中心がないために、典型的にはほとんど透明であるが、それに対して結晶質物質は結晶構造を示し、光散乱効果のために不透明となる。
【００４８】
すべての粒子が非晶質（またはガラス）であることを望み、また得られる結果が１００％未満であるならば、その非晶質（またはガラス）粒子を、非晶質ではない（ガラスではない）粒子から分離してもよい。そのような分離は、たとえば各種の従来の技術により実施することができるが、そのようなものとしては、密度または光学的透明度を利用して分離する方法が挙げられる。
【００４９】
ＤＴＡ法を使用した場合、発熱による結晶化事象（Ｔｘ）がその物質のＤＴＡ曲線に含まれていれば、その物質は非晶質と分類される。その同一の曲線に、Ｔｘよりも低い温度で吸熱事象（Ｔｇ）がさらに存在すれば、それはガラス相を含んでいると考えられる。物質のＤＴＡ曲線にそれらの事象が含まれていなければ、それは結晶質相を含んでいると考えられる。
【００５０】
示差熱分析（ＤＴＡ）は以下の方法に従って実施することができる。ＤＴＡを測定するには、−１４０＋１７０メッシュの粒度画分（すなわち、１０５マイクロメートル開口寸法から９０マイクロメートル開口寸法までの間の篩で集められた画分）を使用し、機器としては、たとえば独国ゼルプ（Ｓｅｌｂ、Ｇｅｒｍａｎｙ）のネッツ・インストラメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から入手可能な商品名「ネッツ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」を使用する。それぞれの篩い分けしたサンプル（典型的には約４００ミリグラム（ｍｇ））を、１００マイクロリットルのＡｌ２Ｏ３製サンプルホルダー中に入れる。それぞれのサンプルを、静的空気（ｓｔａｔｉｃ ａｉｒ）中で、室温（約２５℃）から１１００℃まで１０℃／分の速度で昇温させる。
【００５１】
粉体Ｘ線回折、ＸＲＤを使用することで、（たとえば、ニュージャージー州モーウォー（Ｍａｈｗａｈ、ＮＪ）のフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」として入手できるようなＸ線回折計で、１．５４０５０オングストロームの銅Ｋα１照射を使用）、結晶化させた材料のＸＲＤ曲線中に存在するピークを、ＪＣＰＤＳ（ジョイント・コミッティー・オン・パウダー・ディフラクション・スタンダーズ（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）、インターナショナル・センター・フォア・ディフラクション・データ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）出版のデータベースから得られる、結晶質相のＸＲＤパターンと比較することによって、物質中に存在する相を調べることができる。さらに、ＸＲＤを使用して、相のタイプを定性的に調べることも可能である。ブロードに拡がった強度ピークがあれば、物質は非晶質な性質を有しているとみなす。ブロードなピークと明瞭なピークの両方が存在するならば、ガラスマトリックスの中に結晶質物質が存在していることを示しているとみなす。
【００５２】
始めに形成されたガラスまたはセラミック（結晶化させる前のガラスを含む）の大きさが、所望の大きさよりも大きいことがあり得る。そのガラスが所望の幾何学的形状および／または大きさであれば、典型的にはその大きさを小さくする必要はない。そのようなガラスまたはセラミックは、当業者公知の破砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）および／または微粉砕（ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｎｇ）方法を用いて、より小さい粒子とすることができるが、そのような方法としては、ロールクラッシャー粉砕、ジョークラッシャー粉砕、ハンマーミル粉砕、ボールミル粉砕、ジェットミル粉砕、インパクトクラッシャー粉砕などがある。場合によっては、２種類または多段の破砕工程を実施するのが望ましい。たとえば、セラミックを形成（凝固）させたときに、それが所望していたよりは大きな形状であることもある。第１の破砕工程では、それらの比較的大きな塊状物すなわち「チャンク（ｃｈｕｎｋｓ）」を破砕して、より小さな粒子とする。これらのチャンクをこのように破砕するには、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を使用することができる。次いで、このようにしてより小さくした粒子をさらに破砕して、所望の粒度分布にする。所望の粒度分布（グリットサイズとか粒度とか呼ばれることもある）を製造するためには、多段の破砕工程を実施する必要があることもある。一般的には、破砕条件を最適化して、所望の粒子形状および粒度分布を得る。最終的な粒子が所望の粒度になっていないような場合には、大きすぎれば再粉砕すればよいし、小さすぎれば再溶融のための原料物質として「リサイクル」して使用すればよい。
【００５３】
粒子の形状は、たとえば、セラミックの組成および／または微細構造、冷却時の幾何学的配置、およびセラミックの破砕方法（すなわち、使用した破砕技術）などによって、決まってくる。一般的に言って、「塊状（ｂｌｏｃｋｙ）」の形状が好ましい場合には、その形状を得るためにはより大きなエネルギーが必要である。逆に、「圭角状（ｓｈａｒｐ）」の形状が好ましい場合には、その形状を得るために用いるエネルギーは小さくてもよい。破砕技術を変更することで、各種の所望の形状を得ることもできる。いくつかの粒子では、平均のアスペクト比を１：１から５：１までとするのが通常望まれるが、実施態様によっては、１．２５：１から３：１まで、さらには１．５：１から２．５：１までとする場合もある。
【００５４】
たとえば、所望の形状に物品を直接形成することもまた、本発明の範囲に含まれる。たとえば、型の中に融解物を注入するかまたは型内部で成形することによって、所望の物品を形成（成形を含む）することもできる。たとえば、米国特許出願第１０／３５８，７７２号明細書（出願２００３年２月５日）の出願に記載の成形方法も参照されたい。
【００５５】
本発明により製造されるガラスおよびガラス−セラミックスの実施態様を得るには、寸法的な限定はない。このことは、ガラス転移温度よりも高い温度で融合過程を実施することにより、可能となることが見出された。この融合過程は本質的には、２個以上の小さな粒子から、より大きな粒子体を形成させるものである。たとえば、ガラスでは、ガラス転移（Ｔｇ）の後で顕著な結晶化（Ｔｘ）が起きるが、このことは、吸熱（Ｔｇ）が発熱（Ｔｘ）よりは低い温度に存在することからも明かである。たとえばガラスを含む粒子および／または繊維などをＴｇよりも高い温度に加熱して、その粒子などを融合させて形状を形成させることによって、セラミック（結晶化前のガラスを含む）を得ることができる。融合させるために使用する温度と圧力は、ガラスの組成や、得られる物質において所望する密度によって決めることができる。その温度は、ガラス転移温度よりは高くするべきである。ある種の実施態様においては、この加熱は、約８５０℃から約１１００℃までの範囲の中の少なくとも一つの温度（実施態様によっては、９００℃〜１０００℃）で実施する。典型的には、ガラスは融合の間は加圧下（たとえば、０よりは大きく１ＧＰａまで、またはそれ以上）に置いて、ガラスの融合を促進させる。一つの実施態様においては、粒子などをダイの中に装入して、熱間圧縮によってガラス転位点よりも高い温度に加熱すると、粘稠なガラスが流動して融合し、比較的大きなものとなる。典型的な融合技術の例としては、熱間圧縮法、高温静水圧圧縮法、熱間押出し法、熱間鍛造法など（たとえば、焼結法、プラズマ励起焼結法）を挙げることができる。たとえば、ガラスを含む粒子（たとえば、破砕により得たもの）（ビーズおよびミクロスフェアを含む）、繊維などを、より大きな粒度とすることができる。融合によってさらに、所望の形状に成形した物体（たとえば、幾何学的形状）を得ることも可能である。いくつかの実施態様においては、その成形物体は、アスペクト比が１：１より大、さらには２：１より大の棒状物である。いくつかの実施態様においては、得られた融合物体を冷却してから、さらなる加熱処理をするのが望ましい。所望するならば加熱処理した後で、その融合体を破砕して、より小さな粒度としたり、所望の粒度分布としたりすることができる。
【００５６】
ガラスの融合もまた、各種の方法で実施することが可能であって、そのような方法としては、非加圧焼結または加圧焼結が挙げられる。
【００５７】
一般に加熱処理は、ガラス−セラミックスを得るためにガラスを加熱処理する、当業者公知のものを含めて各種の方法のいずれを用いて実施してもよい。たとえば加熱処理を、たとえば抵抗加熱炉、誘導加熱炉またはガス加熱炉を使用して、バッチで実施することもできる。それとは別な方法で、たとえば、たとえばロータリーキルン、流動床炉、またはペンデュラムキルン（ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｋｉｌｎ）を用いて、連続的に加熱処理（またはその一部）を実施することも可能である。ロータリーキルンまたはペンデュラムキルンの場合、典型的には、高温で運転しているキルンの中に材料を直接フィードする。流動床炉の場合においては、典型的には、ガス（たとえば、空気、不活性ガス、または還元性ガス）中に加熱処理するガラスを懸濁させる。高温で処理する時間は、数秒（実施態様によっては、５秒未満のこともある）から数分、さらには数時間の範囲である。その温度は典型的には、ガラスのＴｘから１６００℃までの範囲、より典型的には９００℃〜１６００℃、いくつかの実施態様においては、１２００℃〜１５００℃である。多段工程においていくつかの熱処理を実施することもまた本発明の範囲内である（たとえば、一つの工程が核形成で、もう一つの工程が結晶成長であって、ここで高密度化は典型的には、その結晶成長過程において起きる）。多段の熱処理を実施する場合には、典型的には、核形成速度と結晶成長速度のいずれか、または両方を調節するのが望ましい。一般的には、ほとんどのセラミック加工操作の間に、顕著な結晶成長をさせることなく、最大の高密度化を得るのが望ましい。理論に捕らわれることは欲しないが、結晶粒度が大きい程機械的性質が低下するのに対して、平均結晶子径が細かい程（たとえば、高強度や高硬度に）機械的性質が改良されると、セラミック業界においては一般に考えられている。具体的には、理論密度の少なくとも９０、９５、９７、９８、９９、さらには１００パーセントの密度を有するセラミックを形成させるのが非常に望ましいが、ここで、その平均結晶粒度は、０．１５マイクロメートル未満、さらには０．１マイクロメートル未満である。
【００５８】
本発明のいくつかの実施態様においては、ガラス、またはガラスを含むセラミックスは、アニールをしてから、加熱処理にかけることもできる。そのような場合、アニーリングは典型的には、ガラスのＴｘよりも低い温度で、数秒から数時間、場合によっては数日かけて実施する。典型的には、アニーリングは３時間未満、さらには１時間未満の時間内で実施する。場合によっては、アニーリングを空気以外の雰囲気下で実施することもできる。さらに、熱処理における別の過程（すなわち、核形成過程と結晶成長過程）を異なった雰囲気下で実施することもできる。ガラスのＴｇおよびＴｘ、さらにはＴｘ−Ｔｇは、加熱処理の際に使用した雰囲気に応じて、変化する可能性もあると考えられる。
【００５９】
当業者公知の技術を用いて、ガラスの時間−温度−変態（ＴＴＴ）を検討することにより適切な条件を求めることは、当業者ならば、可能である。当業者ならば、本発明のこの明細書を読めば、本発明によりガラス−セラミックを製造するために使用するガラスについてのＴＴＴ曲線を得て、本発明によるガラス−セラミックスを得るための核形成および／または結晶成長のための適切な条件を求めることができる筈である。
【００６０】
加熱処理は、たとえば、昇温させた炉の中に原料を直接フィードすることによって起こさせることができる。別な方法としては、たとえば、原料をもっと低い温度（たとえば室温）で炉の中にフィードし、次いで予め定めた昇温速度で目的の温度まで加熱してもよい。加熱処理を空気以外の雰囲気で実施することも、本発明の範囲に含まれる。場合によっては、加熱処理を還元性の雰囲気で実施するのが望ましい場合もある。さらに、たとえば、熱間静水圧加圧法やガス加圧炉中などで、たとえばガスの圧力下で加熱処理するのが望ましいこともある。理論に捕らわれることは欲しないが、雰囲気によって、ガラスおよびガラス−セラミックスのいくつかの成分の酸化状態が影響を受ける可能性がある、と考えられる。酸化状態におけるそのような変化は、ガラスおよびガラス−セラミックスの着色に変化を与える可能性がある。さらに、核形成および結晶化の過程が、雰囲気によって影響される可能性もある（たとえば、ガラスのいくつかの化学種では、雰囲気がその原子易動度に影響するかもしれない）。
【００６１】
さらなる加熱処理を実施して、材料の所望の性質をさらに改良することもまた、本発明の範囲に含まれる。たとえば、（たとえば、約９００℃から約１４００℃までの温度で）高温静水圧圧縮を実施して、残存している気孔を除き、物質の密度を上げることもできる。得られた物品や加熱処理した物品を変換（たとえば破砕）させて、粒子（たとえば本発明により製造される研磨粒子）を得ることも、本発明の範囲に含まれる。
【００６２】
典型的には、ガラス−セラミックスはそれの原料となったガラスよりも強度が高い。したがって材料の強度を、たとえば、ガラスを結晶質セラミック相に変換させる程度によって、調節することが可能である。別な方法で、あるいはそれに付け加えて、材料の強度は、たとえば作り出す核形成サイトの数で調節することも可能で、その数によって結晶質相の結晶の数と大きさが決まってくる。ガラス−セラミックスの形成に関するさらに詳しいことは、たとえば、Ｐ．Ｗ．マクミラン（ＭｃＭｉｌｌａｎ）の『ガラス−セラミックス（Ｇｌａｓｓ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ）』第２版、アカデミック・プレス・インコーポレーテッド（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ Ｉｎｃ．）、１９７９年を参照されたい。
【００６３】
多くの他のタイプのセラミック加工（たとえば、高密度の焼結セラミック材料を得るための、焼成した材料の焼結）に比較して、ガラス−セラミックを形成させるためにガラスを結晶化させる際の収縮は比較的小さい（典型的には、３０容積パーセント未満、いくつかの実施態様においては、２０パーセント、１０パーセント、５パーセント未満、さらには３容積パーセント未満）。実際の収縮量に影響を与えるのは、たとえば、ガラスの組成、加熱処理時間、加熱処理温度、加熱処理圧力、結晶化させるガラスの密度、形成させる結晶質相の相対量、結晶化度などである。その収縮量は当業者公知の慣用的な方法によって測定することができるが、たとえば、ディラトメトリー、アルキメデス（Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ）法、あるいは加熱処理前後の材料の寸法の測定などの方法が挙げられる。いくつかの場合では、加熱処理の間に、いくぶんかの揮発性の物質が発生することもあり得る。
【００６４】
いくつかの実施態様においては、収縮特性が比較的低いと特に有利である。たとえば、所望の形状と寸法で（すなわち、ほぼ正味の形状（ｎｅａｒ−ｎｅｔ ｓｈａｐｅ）で）物品をガラス相に形成することが可能となり、それに続けて加熱処理することにより、少なくとも部分的にそのガラスを結晶化させることができる。その結果として、結晶化させた物質の製造および加工に関する、実質的なコストダウンが実現できる。
【００６５】
いくつかの実施態様においては、ガラスがｘ、ｙ、ｚ方向を有していて、そのそれぞれが、少なくとも１ｃｍ（いくつかの実施態様においては、少なくとも５ｃｍ、さらには少なくとも１０ｃｍ）の長さを有し、ここでそのガラスが容積を有し、ここで、得られるガラス−セラミックがｘ、ｙ、ｚ方向を有し、そのそれぞれが、少なくとも１ｃｍ（いくつかの実施態様においては、少なくとも５ｃｍ、さらには少なくとも１０ｃｍ）の長さを有し、ここでそのガラス−セラミックが、ガラスの容積の少なくとも７０（いくつかの実施態様においては、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９６、さらには少なくとも９７）パーセントの容積を有する。
【００６６】
たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックスを製造するための、いくつかの見本的なガラスを加熱処理する際に、約９００℃を超える温度では、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７および／または立方晶系／正方晶系ＺｒＯ２、場合によっては単斜晶系ＺｒＯ２、のような相が形成する可能性がある。理論に拘束されることを欲するものではないが、ジルコニア関連の相が、ガラスから核形成される最初の相であると考えられる。Ａｌ２Ｏ３、ＲｅＡｌＯ３（ここでＲｅは少なくとも１種の希土類カチオン）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２などの相が形成されるのは、一般に約９２５℃よりも高い温度においてであると考えられる。この核形成過程間の結晶子の径は、典型的には、ナノメートルのオーダーである。たとえば、１０〜１５ナノメートルのような小さな結晶が観察されている。少なくともいくつかの実施態様においては、約１３００℃で約１時間加熱処理すると完全に結晶化する。一般的に言って、核形成および結晶成長過程それぞれでの加熱処理時間は、数秒（実施態様によっては、５秒未満のこともある）から数分、さらには１時間からそれ以上までの範囲でよい。
【００６７】
平均結晶粒度は、ＡＳＴＭ規格Ｅ１１２−９６の「スタンダード・テスト・メソッズ・フォア・デターミニング・アベレージ・グレイン・サイズ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ）」に従った、直線切断法（ｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ ｍｅｔｈｏｄ）によって求めることができる。サンプルを、固定用樹脂（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」として得られるようなもの）で固定して、典型的には、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂の円柱の形とする。固定した切片を、ポリッシャー（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」として入手できるもの）を使用した通常のポリッシング法で調製する。このサンプルは、１２５マイクロメートルのダイヤモンドを含むダイヤモンドホイールを用いて約３分間ポリッシングした後で、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を用いて５分間ポリッシングする。固定してポリッシングしたサンプルを、金・パラジウムの薄膜でスパッタリングしてから、走査電子顕微鏡（たとえば、マサチューセッツ州ピーボディ（Ｐｅａｂｏｄｙ，ＭＡ）のＪＥＯＬからのモデルＪＳＭ８４０Ａ）を用いて観察する。サンプル中に見出される微細構造の典型的な後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真を使用して、以下のようにして平均結晶子の径を求める。顕微鏡写真の上にランダムに引いた直線の単位長さ（ＮＬ）あたりの、それを切断している結晶子の数を計数する。この数字から、以下の式を使用して平均の結晶子の径を求める。
平均結晶子径＝１．５／（ＮＬＭ）
ここでＮＬは、単位長さを切断している結晶子の数であり、Ｍは顕微鏡の倍率である。
【００６８】
別な態様においては、本発明により製造されるガラス−セラミックスには、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、さらには１００容積パーセントの結晶子が含まれていてよいが、ここでその結晶子は、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、さらには０．１５マイクロメートル未満の平均サイズを有している。
【００６９】
本発明により製造されるガラス−セラミックスの中に存在しうる結晶相の例としたは、下記のようなものが挙げられる：アルミナ（たとえば、α−アルミナおよび遷移アルミナ）、ＲＥＯ（たとえば、Ｌａ２Ｏ３）、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、１種または複数のその他の金属酸化物たとえば、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２（たとえば、立方晶系ＺｒＯ２および正方晶系ＺｒＯ２）、さらには「複合金属酸化物」（複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ（たとえば、ＲｅＡｌＯ３（たとえば、ＧｄＡｌＯ３、ＬａＡｌＯ３）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８（たとえば、ＬａＡｌ１１Ｏ１８）、およびＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２））、および複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２））、ならびに複合ＺｒＯ２・ＲＥＯ（たとえば、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７））、複合ＺｒＯ２・Ｎｂ２Ｏ５、複合ＺｒＯ２・Ｔａ２Ｏ５、複合ＲＥＯ・Ｎｂ２Ｏ５、複合ＲＥＯ・Ｔａ２Ｏ５、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｎｂ２Ｏ５、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｔａ２Ｏ５、およびそれらの組み合わせ、を含む）。典型的には、本発明によるセラミックスは、共晶微細構造特性を有していない。
【００７０】
複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯおよび／または複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３（たとえば、ガーネット結晶構造を示すアルミン酸イットリウム））の中のアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンと置換することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の中の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、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。さらに、たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯの中の希土類カチオンの一部を、Ｙ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される少なくとも１種のカチオンと置換することができる。上記のようなカチオンの置換を行うと、セラミックの性質（たとえば、硬度、靱性、強度、熱伝導性など）が影響されることがある。
【００７１】
本発明により製造されるガラス−セラミックスの実施態様を得るために、非晶質物質を加熱処理することによって形成された結晶は、たとえば、針状等軸晶、柱状晶、または平板状（ｆｌａｔｔｅｎｅｄ ｓｐｌａｔ−ｌｉｋｅ）の形態を有していてもよい。
【００７２】
それらのガラスまたはガラス−セラミックはバルク物質の形態であってもよいが、本発明により製造されるガラスおよび／またはガラス−セラミックを含む複合材料を提供することも、本発明の範囲内である。そのような複合材料には、本発明により製造されるガラス−セラミックの中に分散させた、たとえば相または（連続または不連続の）繊維または粒子（ホイスカーを含む）（たとえば、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、およびそれらの組み合わせ）を含んでいたり、または、層状化複合材構造（たとえば、ガラス−セラミックから、そのガラス−セラミックおよび／または異なったガラス−セラミックス組成物の層を製造するために使用するガラスへと傾斜をもたせる）。
【００７３】
ガラス−セラミックスを製造するために使用されるある種のガラスは、たとえば、約７５０℃〜約９５０℃の範囲、またはそれ以上のＴｇを有していてもよい。
【００７４】
本発明により製造されるガラス−セラミックスの平均硬度は、以下のようにして測定することができる。物質の切片を、固定用樹脂（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」として得られるもの）で固定して、典型的には、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂の円柱の形とする。固定した切片を、ポリッシャー（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」として入手できるもの）を使用した通常のポリッシング法で調製する。このサンプルは、１２５マイクロメートルのダイヤモンドを含むダイヤモンドホイールを用いて約３分間ポリッシングした後で、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を用いて５分間ポリッシングする。微小硬度の測定には従来タイプのビッカース圧子を取り付けた微小硬度試験器（たとえば、日本国東京の（株）ミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能な商品名「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」）を使用し、押し込み荷重として１００グラムを用いる。微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４「テスト・メソッズ・フォア・マイクロハードネス・オブ・マテリアルズ（Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（１９９１）」に記載されたガイドラインに従って行う。その平均硬度は、１０個の測定の平均値である。
【００７５】
本発明により製造されるある種のガラス−セラミックスは、典型的には、少なくとも１２ＧＰａ、１３ＧＰａ、１４ＧＰａ、１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１７ＧＰａ、１８ＧＰａ、さらには少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する。本発明により製造した研磨粒子は、少なくとも１５ＧＰａ、いくつかの実施態様においては、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａ、１８ＧＰａ、またはさらには少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する。
【００７６】
本発明により製造するのに使用するガラス−セラミックスおよびガラスのいくつかの実施態様においては、前記のガラス−セラミックまたはガラスが、Ａｌ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、３５．７３重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、いくつかの実施態様においては、約３５または３６重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、いくつかの実施態様においては、３５〜３６、３４〜３６、または３４〜３７重量パーセントの範囲のＡｌ２Ｏ３）を含み、Ｌａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）（いくつかの実施態様においては、４２．１７重量パーセントのＬａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）、いくつかの実施態様においては、約４２重量パーセントのＬａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）、いくつかの実施態様においては、４２〜４３または４１〜４３）重量パーセントのＬａ２Ｏ３（いくつかの実施態様においては、ＲＥＯ）と、ＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２および／または（一括して）ＨｆＯ２）（いくつかの実施態様においては、１７．１重量パーセントのＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種）、いくつかの実施態様においては、約１７重量パーセントのＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種）、いくつかの実施態様においては、１７〜１８または１６〜１８）重量パーセントの範囲のＺｒＯ２（いくつかの実施態様においては、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種）とが存在する場合には、そのガラスまたはガラス−セラミックには、ガラス−セラミックまたはガラスの全重量を基準にして、５重量パーセントよりも少ないか、または５重量パーセントよりも多いかのいずれか、（いくつかの実施態様においては、約５ではなく、５より少ない、または５より多い、いくつかの実施態様においては、４、３、２、もしくは１以下、または少なくとも６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、さらには少なくとも８０）重量パーセントの、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を、それぞれ含む。
【００７７】
典型的には、そして望ましくは、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスの（真の）密度（時には、比重と呼ばれることもある）は、典型的には、理論密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明により製造されるガラス−セラミックス、およびそのようなガラス−セラミックスを製造するために使用されるガラスの（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％、さらには１００％である。本発明により製造される研磨粒子は、理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、さらには１００％の密度を有する。
【００７８】
本発明により製造されるガラス−セラミックスを用いて、たとえば、充填材、補強材料および／またはマトリックス材料としての物品を製造することができる。たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックは、複合材料（たとえば、セラミック、金属、またはポリマー（熱硬化性または熱可塑性））において補強材として使用するのに適した、粒子および／または繊維の形態とすることができる。それらの粒子および／または繊維は、たとえば、マトリックス材料のモジュラス、耐熱性、耐摩耗性および／または強度を上げることができる。複合材料を作る場合に使用する粒子および／または繊維の粒度、形状および量は、たとえば、その複合材料の特定のマトリックス材料や用途によって決まってくるが、補強用粒子の粒度は典型的には、約０．１〜１５００マイクロメートル、より典型的には１〜５００マイクロメートルの範囲、そして望ましくは２〜１００マイクロメートルの間である。ポリマー用途の場合の粒子の量は、典型的には約０．５パーセント〜約７５重量パーセント、より典型的には約１〜約５０重量パーセントである。熱硬化性ポリマーの例としては、フェノール系、メラミン、尿素ホルムアルデヒド、アクリレート、エポキシ、ウレタンポリマーなどを挙げることができる。熱可塑性ポリマーの例としては、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、ポリアミドなどを挙げることができる。
【００７９】
強化ポリマー材料の用途（すなわちポリマー中に本発明により製造される補強粒子を分散させた）の例としては、保護コーティング、たとえば、コンクリート、家具、床、道路、木材、木材類似材料、セラミックスなどや、さらには、滑り止めコーティングや、射出成形したプラスチック部品や部材が挙げられる。
【００８０】
さらに、たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックはマトリックス材料として使用することも可能である。たとえば、本発明により製造されるガラス−セラミックスは、セラミック材料など、たとえばダイヤモンド、立方晶系−ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＳｉＣのためのバインダーとしても使用することができる。そのような物質を含む有用な物品の例としては、複合材料基材コーティング、補強剤（たとえば、粒子）、切削工具インサート研磨材凝集体、およびビトリファイドホイールのような結合研磨物品などが挙げられる。本発明により製造されるガラス−セラミックスをバインダーとして使用することにより、たとえば、複合材料物品の弾性率、耐熱性、耐摩耗性、および／または強度を向上させることができる。
【００８１】
本発明により製造される研磨粒子には通常結晶質セラミックを含む（たとえば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００容積パーセントの結晶質セラミック）。また別な態様において、本発明は、微粉から粗粒子までの範囲の粒度分布を有する複数の粒子を提供し、そこで、その複数の粒子の少なくとも一部は本発明により製造される研磨粒子である。また別な態様において、本発明により製造される研磨粒子の実施態様には一般に（たとえば、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、９９．９またはさらには１００容積パーセント）の本発明により製造されるガラス−セラミックを含む。
【００８２】
本発明により製造される研磨粒子は、当業者には周知の方法を用いて篩い分けし、分級することが可能で、そのようなものとしては、産業界で承認されている分級規格たとえば、ＡＮＳＩ（アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ））、ＦＥＰＡ（フェデラシオン・ユーロピニー・デ・ファブリカント・デ・プロダクツ・アブラシフス（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ Ｅｕｒｏｐｅｅｎｎｅ ｄｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｎｔｓ ｄｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｂｒａｓｉｆｓ））およびＪＩＳ（日本工業規格）などを使用する。本発明により製造され研磨粒子は広い範囲の粒度で使用することができるが、典型的には、約０．１から約５０００マイクロメートルの粒度範囲、約１から約２０００マイクロメートル、約５から約１５００マイクロメートル、さらには、いくつかの実施態様においては、約１００から約１５００マイクロメートルの範囲である。
【００８３】
所定の粒度分布の中では、粗粒子から微粒子までの範囲の粒度がある。研磨材業界においては、この範囲を「粗粒（ｃｏａｒｓｅ）」、「中粒（ｃｏｎｔｒｏｌ）」および「微粉（ｆｉｎｅ）」画分と呼ぶこともある。業界に受容された分級規格に従って分級された研磨粒子はそれぞれ、その粒度分布を、ある数値限度内の公称グレードとして規定される。そのような業界に受容された分級規格としては、アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート・インコーポレーテッド（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｃ．）（ＡＮＳＩ）規格、フェデレーション・オブ・ユーロピアン・プロデューサーズ・オブ・アブレーシブ・プロダクツ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（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グレード名（すなわち規定公称グレード）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グレード名としては、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グレード名としては、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。
【００８４】
破砕して篩い分けた後では、典型的には、多くの異なった研磨粒子の粒度分布すなわちグレードが存在する。このようにグレードが多いと、時期によっては、生産業者や供給業者の要求に適合しないこともあり得る。在庫を最小限に抑えるために、必要としないグレード品をリサイクルして、融解物に戻しガラスにすることができる。このリサイクルは破砕工程の後に実施でき、そのような粒子は、篩い分けで特定の粒度分布に入らない、大きすぎるチャンクまたは小さすぎる粒子（微粉と呼ばれることもある）などである。ガラスを破砕すると、かなり結晶化させたガラス−セラミックスを破砕したものよりは、より圭角状の粒子を与える傾向がある。
【００８５】
別な態様において本発明は、バインダーによって互いに結合された複数の本発明により製造される研磨粒子をそれぞれ含む凝集研磨材結晶粒を提供する。別な態様において本発明は、バインダーおよび複数の研磨粒子を含む研磨物品（たとえば、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で結合させた研削ホイール、カットオフホイール、マウンテッドポイントおよびホーニングストーンを含む）、不織研磨物品、および研磨ブラシ）を提供し、ここでその研磨粒子の少なくとも一部は、本発明により製造される研磨粒子（研磨粒子が凝集している場合も含む）である。そのような研磨物品の製造方法および研磨物品の使用方法は当業者には周知である。さらに、本発明により製造される研磨粒子は、研磨粒子を用いる研磨材用途、たとえば研磨コンパウンドのスラリー（たとえば、ポリッシングコンパウンド）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体などにおいて、使用することができる。
【００８６】
被覆研磨物品には一般に、バッキング、研磨粒子、およびその研磨粒子をバッキングの上に保持するための少なくとも１種のバインダーが含まれる。バッキングとしては適当な材料ならば何を使用してもよいが、たとえば、布、ポリマーフィルム、繊維、不織ウェブ、紙、それらの組み合わせ、およびそれらを処理したものなどが挙げられる。好適なバインダーとしては無機または有機バインダーが挙げられる（熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂を含む）。研磨粒子は、被覆研磨物品の１層内に存在していても、２層内に存在していてもよい。
【００８７】
被覆研磨物品の例を図１に示している。図１を参照すると、被覆研磨物品１には、バッキング（基材）２と研磨材層３が含まれる。研磨材層３には本発明により製造される研磨粒子４が含まれ、それは、メイクコート５およびサイズコート６によってバッキング２の主表面に保持されている。場合によっては、スーパーサイズコートも使用される（図示せず）。
【００８８】
結合研磨物品には典型的には、有機、金属系またはビトリファイドバインダーによって結合された研磨粒子の成形塊状物が含まれる。そのような成形塊状物は、たとえば、ホイール、たとえば研削ホイールまたはカットオフホイールのような形状であってもよい。研削ホイールの直径は典型的には、約１ｃｍから１メートルを超えるものまで、カットオフホイールの直径は約１ｃｍから８０ｃｍを超えるものまで（より典型的には３ｃｍ〜約５０ｃｍ）ある。カットオフホイールの厚みは典型的には、約０．５ｍｍ〜約５ｃｍ、より典型的には約０．５ｍｍ〜約２ｃｍである。成形塊状物は、たとえば、ホーニングストーン、セグメント、マウンテッドポイント、ディスク（たとえば、ダブルディスクグラインダー）の形状、またはその他の従来からの結合研磨材形状であってもよい。結合研磨物品には典型的には、結合研磨物品の全容積を基準にして、約３〜５０容積％の結合材料、約３０〜９０容積％の研磨粒子（または研磨粒子ブレンド物）、５０容積％までの添加物（研削助剤を含む）、および７０容積％までの気孔が含まれる。
【００８９】
研削ホイールの例を図２に示す。図２に研削ホイール１０を示しているが、これには、ホイールの形に成形されハブ１２に取り付けられた、本発明により製造される研磨粒子１１が含まれている。
【００９０】
不織研磨物品は典型的には、通気性の多孔質で嵩だかなポリマーフィラメント構造を含んでいて、本発明により製造される研磨粒子が構造全体に分散され、有機バインダーによってその中に接着結合させられている。フィラメントの例を挙げれば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維およびポリアラミド繊維などがある。不織研磨物品の例を図３に示す。図３には、典型的な不織研磨物品を約１００倍に拡大した模式的な図を示しているが、それには基材として繊維マット５０を含み、その上に本発明により製造される研磨粒子５２をバインダー５４を用いて接着させてある。
【００９１】
有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体になった複数の剛毛を有するものが挙げられる（たとえば、米国特許第５，４２７，５９５号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，４４３，９０６号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，６７９，０６７号明細書（ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，９０３，９５１号明細書（イオンタ（Ｉｏｎｔａ）ら）を参照されたい）。そのようなブラシは、ポリマーおよび研磨粒子の混合物を射出成形することによって製造するのが望ましい。
【００９２】
研磨物品を作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の例としては、フェノール樹脂、尿素・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、α，β−不飽和カルボニル基をペンダントさせたアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート化ウレタン、アクリレート化エポキシ、およびそれらの組み合わせ、を挙げることができる。バインダーおよび／または研磨物品にはさらに添加物を加えることができ、そのようなものとしては、繊維、潤滑剤、濡れ剤、チキソトロープ原料、界面活性剤、顔料、染料、静電防止剤（たとえば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（たとえば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミン酸塩など）、可塑剤、沈殿防止剤、などを挙げることができる。これら任意成分の添加物の量は、所望の性質が得られるように選択する。カップリング剤は、研磨粒子および／または充填材に対する接着性を改良する。バインダー化学品は、加熱硬化、放射線硬化あるいはそれらの組み合わせで硬化させることができる。バインダー用化学品に関するさらに詳しいことは、米国特許第４，５８８，４１９号明細書（カウル（Ｃａｕｌ）ら）、米国特許第４，７５１，１３８号明細書（チュミイ（Ｔｕｍｅｙ）ら）および米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）に見出すことができる。
【００９３】
ビトリファイド結合研磨材に関してさらに具体的に言えば、非晶質構造を示し典型的には硬度の高いガラス質結合材料が、当業者には周知である。場合によっては、そのガラス質結合材料には結晶質相が含まれる。本発明により製造される結合させたビトリファイド研磨物品は、ホイール（カットオフホイールを含む）、ホーニングストーン、マウンテッドポイントの形態またはその他の従来からの結合研磨材の形態であってもよい。いくつかの実施態様においては、本発明により製造されるビトリファイド結合研磨物品は研削ホイールの形態である。
【００９４】
ガラス質結合材料を形成させるために使用される金属酸化物の例を挙げれば、シリカ、ケイ酸塩、アルミナ、ソーダ、カルシア、ポタシア、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、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸アルミニウムリチウム、それらの組み合わせ、などがある。典型的には、ガラス質結合材料は、１０から１００％まで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が、より典型的には、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組成物から形成することができる。ガラス質結合材料の残りの部分は、非フリット材料でよい。別な方法としては、ガラス質の結合を、フリット非含有組成物から誘導することもできる。ガラス質結合材料は、典型的には約７００℃〜約１５００℃の範囲の温度、通常は約８００℃〜約１３００℃の範囲、時には約９００℃〜約１２００℃の範囲、さらには約９５０℃〜約１１００℃の範囲で養生させる。結合を養生させる実際の温度は、たとえば、個々の結合の化学によって決まってくる。
【００９５】
いくつかの実施態様においては、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重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重量パーセントのボリア）を含むものを挙げることができる。ほとんどの場合、このビトリファイド結合材料にはさらに、アルカリ金属酸化物（類）（たとえば、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏ）を含む（場合によっては、少なくとも１０重量パーセントのアルカリ金属酸化物（類）を含む）。
【００９６】
バインダー材料には、さらに、充填材物質または研削助剤を、典型的には粒子状物質として含むことができる。典型的にはこの粒子状物質は、無機物質である。本発明のための充填材として有用なものの例を挙げると：金属炭酸塩（たとえば、炭酸カルシウム（たとえば、チョーク、方解石、マール、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、炭酸マグネシウム）、シリカ（たとえば、石英、ガラスビーズ、ガラスバブルおよびガラス繊維）、ケイ酸塩（たとえば、タルク、クレイ、（モンモリロナイト）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（たとえば、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）、セッコウ、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（たとえば、酸化カルシウム（ライム）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）、および金属亜硫酸塩（たとえば、亜硫酸カルシウム）などがある。
【００９７】
一般的には、研削助剤を添加すると、研磨物品の使用寿命が延びる。研削助剤は、研磨の化学的、物理的過程に大きな影響を与えて、それにより性能を向上させる物質である。理論に拘束されることなく言えば、研削助剤（類）は、（ａ）研磨粒子と、研磨されるワークピースとの間の摩擦を減少させ、（ｂ）研磨粒子の「キャッピング（ｃａｐｐｉｎｇ）」を防止する（すなわち、研磨粒子の上に金属粒子が融着するのを防止する）か、または少なくとも研磨粒子がキャッピングする傾向を抑える、（ｃ）研磨粒子とワークピースの界面の温度を下げ、または（ｄ）研削力を軽減する、と考えられる。
【００９８】
研削助剤には、幅広い範囲の各種物質が含まれ、それらは無機系であっても有機系であってもよい。研削助剤について化合物の群で例を挙げれば、ワックス、有機ハロゲン化化合物、ハロゲン化物塩ならびに金属およびそれらの合金がある。有機ハロゲン化化合物は典型的には、研磨の際に分解して、ハロゲン酸または気体のハロゲン化化合物を放出する。そのような物質の例としては、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のような塩素化ワックスが挙げられる。ハロゲン化物塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、および塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、および鉄チタンが挙げられる。その他の研削助剤には、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、および金属硫化物を挙げることができる。各種の研削助剤を組み合わせて使用することも本発明の範囲に含まれ、場合によってはそれによって相乗効果が得られることもある。
【００９９】
研削助剤は、被覆研磨物品および結合研磨物品において特に有用である。被覆研磨物品の場合、研削助剤は典型的には、研磨粒子の表面に塗布されるスーパーサイズコートの中で使用される。しかしながら、場合によっては、研削助剤をサイズコートに添加することもある。被覆研磨物品の中に加える研削助剤の量は典型的には、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の場合には、典型的には研削助剤を物品の気孔の中に含浸させる。
【０１００】
研磨物品には、本発明により製造される研磨粒子を１００％含ませてもよいし、あるいは、そのような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物を含ませてもよい。しかしながら、研磨物品中の研磨粒子の少なくとも約２重量％、望ましくは少なくとも約５重量％、より望ましくは約３０〜１００重量％が、本発明により製造される研磨粒子となるようにするべきである。場合によっては、本発明による研磨粒子を他の研磨粒子および／または希釈粒子と、その比を５対７５重量％、約２５対７５重量％、約４０対６０重量％、または約５０％対５０重量％（すなわち、重量で等量）の間として、ブレンドしてもよい。好適な従来からの研磨粒子の例を挙げれば、溶融酸化アルミニウム（白色溶融アルミナ、加熱処理酸化アルミニウムおよび褐色酸化アルミニウムを含む）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナ−ジルコニア、およびゾルゲル法による研磨粒子、などがある。ゾルゲル法による研磨粒子は、種結晶有りのものでも、無しのものでもよい。同様にして、ゾルゲル法による研磨粒子は、ランダムな形状をしていてもよいし、あるいは、種結晶に関連した、棒状または三角形などのような形状をとっていてもよい。ゾルゲル研磨粒子の例としては、以下の特許に記載されているものを挙げることができる：米国特許第４，３１４，８２７号明細書（ライトハイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，５１８，３９７号明細書（ライトハイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガー（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ）ら）、米国特許第４，７４４，８０２号明細書（シュワーベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、米国特許第４，７７０，６７１号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、米国特許第４，８８１，９５１号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，０１１，５０８号明細書（ワルド（Ｗａｌｄ）ら）、米国特許第５，０９０，９６８号明細書（ペロウ（Ｐｅｌｌｏｗ））、米国特許第５，１３９，９７８号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、米国特許第５，２０１，９１６号明細書（ベルグ（Ｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５，２２７，１０４号明細書（バウアー（Ｂａｕｅｒ））、米国特許第５，３６６，５２３号明細書（ローベンホルスト（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）ら）、米国特許第５，４２９，６４７号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、米国特許第５，４９８，２６９号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、および米国特許第５，５５１，９６３号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））。原料物質源としてアルミナ粉体を使用して製造した、焼結アルミナ研磨粒子に関するさらに詳しいこともまた、たとえば、米国特許第５，２５９，１４７号明細書（ファルツ（Ｆａｌｚ））、米国特許５，５９３，４６７号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ））、および米国特許５，６６５，１２７号明細書（モルツゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））に見出すことができる。溶融研磨粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の特許に見出すことができる：米国特許第１，１６１，６２０号明細書（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、米国特許第１，１９２，７０９号明細書（トーン（Ｔｏｎｅ））、米国特許第１，２４７，３３７号明細書（サウンダース（Ｓａｕｎｄｅｒｓ）ら）、米国特許第１，２６８，５３３号明細書（アレン（Ａｌｌｅｎ））、および米国特許第２，４２４，６４５号明細書（バウマン（Ｂａｕｍａｎｎ）ら）、米国特許第３，８９１，４０８号明細書（ラウズ（Ｒｏｗｓｅ）ら）、米国特許第３，７８１，１７２号明細書（ペット（Ｐｅｔｔ）ら）、米国特許第３，８９３，８２６号明細書（キナン（Ｑｕｉｎａｎ）ら）、米国特許第４，１２６，４２９号明細書（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、米国特許第４，４５７，７６７号明細書（プーン（Ｐｏｏｎ）ら）、米国特許第５，０２３，２１２号明細書（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、米国特許第５，１４３，５２２号明細書（ギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，３３６，２８０号明細書（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、ならびに米国特許出願第０９／４９５，９７８号明細書、第０９／４９６，４２２号明細書、第０９／４９６，６３８号明細書および第０９／４９６，７１３号明細書（上記はいずれも、２０００年２月２日出願）、米国特許出願第０９／６１８，８７６号明細書、第０９／６１８，８７９号明細書、第０９／６１９，１０６号明細書、第０９／６１９，１９１号明細書、第０９／６１９，１９２号明細書、第０９／６１９，２１５号明細書、第０９／６１９，２８９号明細書、第０９／６１９，５６３号明細書、第０９／６１９，７２９号明細書、第０９／６１９，７４４号明細書および第０９／６２０，２６２号明細書（以上いずれも、２０００年７月１９日出願）、第０９／７０４，８４３号明細書（２０００年１１月２日出願）、および米国特許出願第０９／７７２，７３０号明細書（２００１年１月３０日出願）。セラミック研磨粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の出願に見出すことができる：米国特許出願第０９／９２２，５２６号明細書、第０９／９２２，５２７号明細書、第０９／９２２，５２８号明細書、および第０９／９２２，５３０（いずれも、２００１年８月２日出願、現在では放棄）、第１０／２１１，５９７号明細書、第１０／２１１，６３８号明細書、第１０／２１１，６２９号明細書、第１０／２１１，５９８号明細書、第１０／２１１，６３０号明細書、第１０／２１１，６３９号明細書、第１０／２１１，０３４号明細書、第１０／２１１，０４４号明細書、第１０／２１１，６２８号明細書、第１０／２１１，４９１号明細書、第１０／２１１，６４０号明細書、および第１０／２１１，６８４号明細書（いずれも、２００２年８月２日出願）、および第１０／３５８，７７２号明細書、第１０／３５８，７６５号明細書、第１０／３５８，９１０号明細書、第１０／３５８，８５５号明細書、および第１０／３５８，７０８号明細書（いずれも、２００３年２月５日出願）。場合によっては、研磨粒子をブレンドすることによって得られる研磨物品が、それぞれの研磨粒子１００％からなる研磨物品に比較して、改良された研削性能を示すこともあり得る。
【０１０１】
研磨粒子のブレンド物を用いる場合には、そのブレンド物を形成する研磨粒子のタイプは、同じ粒度のものであってもよい。それとは逆に、その研磨粒子のタイプが異なった粒度を持っていてもよい。たとえば、大きい方の粒度の研磨粒子が本発明により製造される研磨粒子であり、小さい方の粒度の粒子が他のタイプの研磨粒子であってもよい。逆に、小さい方の粒度の研磨粒子が本発明により製造される研磨粒子であり、大きい方の粒度の粒子が他のタイプの研磨粒子であってもよい。
【０１０２】
好適な希釈粒子の例としては、大理石、セッコウ、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラスバブルおよびガラスビーズを含む）、アルミナバブル、アルミナビーズおよび希釈凝集体を挙げることができる。本発明により製造される研磨粒子を研磨材凝集体の中に組み込んだり、研磨材凝集体と共に使用したりすることも可能である。典型的には研磨材凝集体粒子には、複数の研磨粒子、バインダーおよび任意の添加物が含まれる。そのバインダーは有機系および／または無機系であってよい。研磨材凝集体はランダムな形状をしていても、あるいはそれらに関連する予め定められた形状をしていてもよい。その形状は、ブロック状、円筒状、角錐状、コイン状、四角形などであってよい。研磨材凝集体粒子の典型的な粒度は、約１００から約５０００マイクロメートルの範囲、典型的には約２５０〜約２５００マイクロメートルである。研磨材凝集体粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の特許に見出すことができる：米国特許第４，３１１，４８９号明細書（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、米国特許第４，６５２，２７５号明細書（ブレッチャー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第４，７９９，９３９号明細書（ブレッチャー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第５，５４９，９６２号明細書（ホームズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））、ならびに米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書および第０９／６８８，４８４号明細書（それぞれ２０００年１０月１６日出願）、米国特許出願第０９／６８８，４４４号明細書、第０９／６８８，４８４号明細書、および第０９／６８８，４８６号明細書（それぞれ、２０００年１０月１６日出願）、および米国特許出願第０９／９７１，８９９号明細書、第０９／９７２，３１５号明細書、および第０９／９７２，３１６号明細書（それぞれ、２００１年１０月５日出願）。
【０１０３】
研磨粒子は、研磨物品の中に均一に分散させてもよいし、あるいは研磨物品の選択した領域または部分に集中させてもよい。たとえば、被覆研磨材の場合には、研磨粒子の層が２層であってもよい。第１層には本発明により製造される研磨粒子以外の研磨粒子を含み、第２（最外）層には本発明により製造される研磨粒子を含むようにする。結合研磨材の場合にも同様で、研削ホイールに２つの別々の区域が存在してもよい。最外区域には本発明により製造される研磨粒子を含み、それに対して最内区域には本発明により製造される研磨粒子を含まないようにしてもよい。別な方法として、本発明により製造される研磨粒子を結合研磨物品の全体にわたって均一に分散させることもできる。
【０１０４】
被覆研磨物品に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，７３４，１０４号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、米国特許第４，７３７，１６３号明細書（ラーキー（Ｌａｒｋｅｙ））、米国特許第５，２０３，８８４号明細書（ブキャナン（Ｂｕｃｈａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１５２，９１７号明細書（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）、米国特許第５，３７８，２５１号明細書（カラー（Ｃｕｌｌｅｒ）ら）、米国特許第５，４１７，７２６号明細書（スタウト（Ｓｔｏｕｔ）ら）、米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）、米国特許第５，４９６，３８６号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５、６０９，７０６号明細書（ベネディクト（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ）ら）、米国特許第５，５２０，７１１号明細書（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、米国特許第５，９５４，８４４号明細書（ロウ（Ｌａｗ）ら）、米国特許第５，９６１，６７４号明細書（ガグリアルディ（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））。結合研磨物品に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，７４１，７４３号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第４，８００，６８５号明細書（ヘインズ（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−マテニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０３７，４５３号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１１０，３３２号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（チー（Ｑｉ）ら）。ガラス質結合研磨材に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−マテニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０９４，６７２号明細書（ジャイルズ、ジュニア（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．）ら）、米国特許第５，１１８，３２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，１３１，９２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２０３，８８６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２８２，８７５号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，７３８，６９６号明細書（ウー（Ｗｕ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（チー（Ｑｉ））。不織研磨物品に関するさらに詳しいことは、たとえば、米国特許第２，９５８，５９３号明細書（フーバー（Ｈｏｏｖｅｒ）ら）に見出すことができる。
【０１０５】
本発明は表面を研磨する方法を提供し、その方法には、本発明により製造される少なくとも１種の研磨粒子をワークピースの表面に接触させること、および研磨粒子と接触表面の少なくとも一方を移動させて、前記表面の少なくとも一部を研磨粒子を用いて研磨することを含む。本発明により製造される研磨粒子を用いた研磨方法は、スナッギング（すなわち、高い圧力で大量に除去）からポリッシング（たとえば、被覆研磨材ベルトを用いた医療用インプラントのポリッシング）まで広い範囲にわたり、ここで後者の場合には、典型的には、研磨粒子のより細かい（たとえば、ＡＮＳＩ２２０およびそれより細かい）粒度を用いて実施される。この研磨粒子は、精密研磨用途、たとえばビトリファイド結合ホイールを有する粉砕カムシャフトなどにも使用することができる。特定の研磨用途に使用する研磨剤粒子の粒度は、当業者には明らかであろう。
【０１０６】
本発明により製造される研磨粒子を使用する研磨は、乾式でも湿式でもよい。湿式研磨の場合には液体を、軽質のミスト状から完全な注液までの形態で導入することができる。一般的に使用される液体の例を挙げれば、水、水溶性オイル、有機潤滑剤、およびエマルションなどがある。この液体の役目は、研磨に伴う発熱を抑制し、および／または潤滑剤として機能することである。この液体には、微量の添加物、たとえば殺菌剤や消泡剤などが含まれていてもよい。
【０１０７】
本発明により製造される研磨粒子は、たとえば、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、焼入鋼、チタン、ガラス、セラミックス、木材、木材状材料（たとえば、合板およびパーティクルボード）、ペイント、ペイント表面、有機塗装表面などのワークピースを研磨するのに有用である。研磨の際に加える力は典型的には、約１〜約１００キログラムの範囲である。
【０１０８】
本発明の利点と実施態様について、以下の非限定的な実施例でさらに説明するが、それらの実施例で引用する特定の物質およびその量、さらにはその他の条件および詳細が本発明を不当に限定するものと受け取ってはならない。すべての部とパーセントは、特に断らない限り、重量基準である。特に断らない限り、いずれの実施例でも、顕著な量のＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、およびＶ２Ｏ５は含まない。
【実施例】
【０１０９】
比較例Ａ
ポリエチレンビンに、１１２．８グラムのアルミナ粉体（アリゾナ州トゥーソン（Ｔｕｃｓｏｎ，ＡＺ）のコンデア・ビスタ（Ｃｏｎｄｅａ Ｖｉｓｔａ）から商品名「ＡＰＡ−０．５」として入手）、１３３．１７グラムの酸化ランタン粉体（モリコープ・インコーポレーテッド（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ Ｉｎｃ．）から入手）、５４グラムの酸化ジルコニウム粉体（公称組成：９４．４重量％ＺｒＯ２（＋ＨｆＯ２）、５．６重量％Ｙ２Ｏ３、ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ，ＧＡ）のジルコニア・セールス・インコーポレーテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ Ｉｎｃ．）から商品名「ＨＳＹ−３」として入手）および１５０．６グラムの蒸留水を仕込んだ。約４５０グラムのアルミナミリング媒体（直径１０ｍｍ、９９．９％アルミナ、オハイオ州アクロン（Ａｋｒｏｎ，ＯＨ）のユニオン・プロセス（Ｕｎｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）から入手）をそのビンに加え、その混合物を４時間ミリングして、構成成分を完全に混合させた。ミリングの後、ミリング媒体を取り除き、スラリーをガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）製のパンの中に注ぎ込み、ヒートガンを使用して乾燥させた。乳鉢と乳棒を用いて粉砕してから、その多相粒子のいくぶんかを、水素／酸素トーチフレームの中にフィードした。その多相粒子を融解させ、それによって融解されたガラスビーズを発生させるために用いた水素トーチは、ベスレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーであって、水素と酸素を以下の速度で供給した。内環での水素の流量は８リットル（標準状態）／分（ＳＬＰＭ）、酸素の流量は３ＳＬＰＭであった。外環での水素の流量は２３リットル（標準状態）／分（ＳＬＰＭ）、酸素の流量は９．８ＳＬＰＭであった。乾燥させ、粒度を揃えた粒子を直接水素トーチフレームの中に供給し、そこで融解させてから、その上に冷水（約８Ｌ／分）を流している、傾斜を付けたステンレス鋼の表面（幅約２０インチ、傾斜角４５度）に移した。
【０１１０】
比較例Ｂ
比較例Ｂのビーズは、比較例Ａにおける記載と同様にして調製したが、ただし、ポリエチレンビンには、２６．８グラムのアルミナ粉体（「ＡＰＡ−０．５」）、１４．０５グラムの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉体（ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）のアルドリッチ・ケミカル・カンパニー・インコーポレーッテッド（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．）から入手）、９．２グラムの酸化ジルコニウム粉体（「ＨＳＹ−３」）および１４５グラムの蒸留水を仕込んだ。
【０１１１】
実施例１および２
実施例１および２のビーズは、比較例Ａにおける記載と同様にして調製したが、ただし、使用した原料物質および使用したそれらの原料物質の量は、下記の表１に列記したものであり、原料物質のミリングは、２００グラムのジルコニア媒体（ニュージャージー州バウンド・ブルック（Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ，ＮＪ）のトーソー・セラミックス・ディビジョン（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から商品名「ＹＴＺ」として入手可能）を用い、１２０ｒｐｍで２４時間、１４５グラムの蒸留水の中で実施した。原料物質の入手先は、後の表２にまとめている。
【０１１２】
表１
【０１１３】
表２
【０１１４】
比較例Ｃ〜Ｉ
比較例Ｃ〜Ｉのビーズは、比較例Ａにおける記載と同様にして調製したが、ただし、使用した原料物質および使用したそれらの原料物質の量は、下記の表３に列記したものであり、原料物質のミリングは、２００グラムのジルコニア媒体（ニュージャージー州バウンド・ブルック（Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ，ＮＪ）のトーソー・セラミックス・ディビジョン（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）から商品名「ＹＴＺ」として入手可能）を用い、１２０ｒｐｍで２４時間、１４５グラムの蒸留水の中で実施した。原料物質の入手先は、後の表４にまとめている。
【０１１５】
表３
【０１１６】
表４
【０１１７】
加熱処理
−７５＋３８メッシュサイズ画分（すなわち、７５マイクロメートル開口寸法と３８マイクロメートル開口寸法篩の間で集めた画分）の比較例Ａ〜Ｉならびに実施例１および２のビーズを、空気中、温度範囲１０００℃〜１３００℃で６０分かけて加熱処理した。加熱処理は、電気加熱炉（カリフォルニア州ピコ・リベラ（Ｐｉｃｏ Ｒｉｖｅｒａ，ＣＡ）のキース・ファーネシズ（Ｋｅｉｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅｓ）から商品名「モデルＫＫＳＫ−６６６−３１００」として入手）の中で実施した。
【０１１８】
粉体Ｘ線回折法（Ｘ線回折計（ニュージャージー州モーウォー（Ｍａｈｗａｈ、ＮＪ）のフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」として入手）で１．５４０５０オングストロームの銅Ｋ＜１照射を使用）を用いて、加熱処理した物質の中に存在する相を定性的に測定した。Ｘ線分析した物質における検出された相とそれらの相対強度を下記の表５にまとめた。
【０１１９】
表５
＊単純立方晶系結晶構造
ＮＤ＝検出せず
【０１２０】
比較例Ａならびに実施例１および２の加熱処理した物質それぞれ１グラムを、内部標準（コランダムの形態のＡｌ２Ｏ３、結晶子の径１．０マイクロメートル）と質量比で１：１の割合で混合した。その１：１混合物をめのう乳鉢の中エタノール下で１０分かけて均質化してから、放置乾燥させた。次いでその混合物をめのう乳鉢から回収して、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）を使用し、ガラスインサート付きのアルミニウムサンプルホルダーの上でスラリー化させた。
【０１２１】
垂直回折計（「フィリップス（ＰＨＩＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」）、銅Ｋα線照射、および散乱放射線の比例検出器レジストリーを用いて、それぞれのサンプル／標準混合物から合計で９個の測定走査データを得た。回折計に取り付けたのは、可変入射ビームスリット、固定回折ビームスリット、およびグラファイト回折ビームモノクロメーターであった。その測定走査は、２０〜５２度（２θ）の間で、０．０４度間隔、計数時間６秒で実施した。Ｘ線発生装置の設定では、４５ｋＶおよび３５ｍＡを用いた。
【０１２２】
サンプル中に存在する相のピーク面積と、コランダムの内部標準からのピーク面積を、得られたデータのプロファイルフィッティングをすることにより求めた。ピアソン（Ｐｅａｒｓｏｎ）ＶＩＩピーク形状モデルおよびリニアバックグラウンドを用いて、プロファイルフィッティングを行った。存在する相およびコランダム内部標準のために用いたピークを下記の表６にまとめた。
【０１２３】
表６
【０１２４】
試験したサンプル中に存在するそれぞれの相のＩｐ／Ｉｃ比は、以下の式から求めた：
計算比＝Ｉｐ／Ｉｃ＊（ｍサンプル／ｍ標準）
ここで、
Ｉｐ＝個々の相ピーク面積の和
Ｉｃ＝個々のコランダムピーク面積の和
ｍサンプル＝サンプル使用量（ｇ）
ｍ標準＝標準物質使用量（ｇ）。
【０１２５】
検出されたそれぞれの相についてのＩｐ／Ｉｃ比を下記の式７にまとめた。
【０１２６】
表７
ＮＤ＝検出せず
【０１２７】
本発明の範囲および本発明の精神から逸脱することなく、本発明の各種の修正と変更が可能であることは当業者には明らかであるが、本発明が、本明細書に記載した説明のための実施態様によって不当に限定されるものではないことは、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明により製造した研磨粒子を含む被覆研磨物品の部分破断概略図である。
【図２】本発明により製造した研磨粒子を含む結合研磨物品の斜視図である。
【図３】本発明の方法により製造した研磨粒子を含む不織研磨物品の一部の拡大概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス−セラミックを製造するための方法であって、前記方法には、ガラスを加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させ、ガラス−セラミックを得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項２】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも１．５倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも３倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも２０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５重量パーセントの、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガラスが、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、少なくとも３０重量パーセントのＲＥＯ、および少なくとも１０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１５ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガラス−セラミックをさらに破砕して、研磨粒子を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
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１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１６ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１７ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１８ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
ガラス−セラミックを製造するための方法であって、前記方法には、セラミック含有ガラスを加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させ、ガラス−セラミックを得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項２４】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ガラス−セラミックを破砕して、研磨粒子を得ることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法が、前記研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、研磨物品を製造するための方法。
【請求項３０】
研磨粒子を製造するための方法であって、前記方法には、ガラス粒子を加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させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項３１】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも１．５倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも３倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも２０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５重量パーセントの、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ガラスが、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、少なくとも３０重量パーセントのＲＥＯ、および少なくとも１０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
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４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１６ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４７】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１７ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１８ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】
研磨粒子を製造するための方法であって、前記方法には、ガラスを含む粒子を加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させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項５１】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
研磨物品を製造するための方法であって、請求項５１に記載の方法が、前記セラミック研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、方法。
【請求項１】
ガラス−セラミックを製造するための方法であって、前記方法には、ガラスを加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させ、ガラス−セラミックを得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項２】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも１．５倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも３倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも２０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５重量パーセントの、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガラスが、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、少なくとも３０重量パーセントのＲＥＯ、および少なくとも１０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１５ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ガラス−セラミックをさらに破砕して、研磨粒子を得る、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
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１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１６ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１７ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１８ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
ガラス−セラミックを製造するための方法であって、前記方法には、セラミック含有ガラスを加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させ、ガラス−セラミックを得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項２４】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記ガラス−セラミックを破砕して、研磨粒子を得ることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
請求項２７に記載の方法が、前記研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、研磨物品を製造するための方法。
【請求項３０】
研磨粒子を製造するための方法であって、前記方法には、ガラス粒子を加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させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項３１】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも１．５倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも３倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも２０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも５重量パーセントの、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ガラスが、少なくとも５０重量パーセントのＡｌ２Ｏ３、少なくとも３０重量パーセントのＲＥＯ、および少なくとも１０重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも１５重量パーセントのＺｒＯ２を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４５】
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４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１６ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４７】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１７ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１８ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】
前記ガラス−セラミックが、少なくとも１９ＧＰａの平均硬度を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】
研磨粒子を製造するための方法であって、前記方法には、ガラスを含む粒子を加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させ、ガラス−セラミックおよび研磨粒子を得ることを含み、前記ガラスが、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯと、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の少なくとも１種と、Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５を含まない同一のガラスを同様に加熱処理することにより製造した比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２または結晶質ＨｆＯ２の少なくとも１種の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、方法。
【請求項５１】
前記ガラスがＺｒＯ２を含み、そして前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を上昇させるに充分な量で存在する、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記Ｎｂ２Ｏ５またはＴａ２Ｏ５の少なくとも１種が、前記比較のためのガラス−セラミックに比較して、前記ガラスからの結晶質ＺｒＯ２の生成速度を少なくとも２倍上昇させるに充分な量で存在する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記ＲＥＯが、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＮｄ２Ｏ３の少なくとも１種である、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記研磨粒子を分級して、規定公称グレードを有する多数の粒子を得ることをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
研磨物品を製造するための方法であって、請求項５１に記載の方法が、前記セラミック研磨粒子を研磨物品に組み入れることをさらに含む、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５０５８１４（Ｐ２００７−５０５８１４Ａ）
【公表日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２６８７２（Ｐ２００６−５２６８７２）
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２１６０３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３５４５８
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パイレックス
２．ＰＹＲＥＸ
【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１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月６日（２００４．７．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２１６０３
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３５４５８
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パイレックス
２．ＰＹＲＥＸ
【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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