JP3220159B2 - ゾルゲルアルミナ粒子の焼成 - Google Patents
ゾルゲルアルミナ粒子の焼成Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、アルミナ質の砥粒、詳しくは、改良された
研削性能を有するゾルゲルアルミナ研磨材に関する。
研削性能を有するゾルゲルアルミナ研磨材に関する。
ゾルゲルアルミナ研磨材は、通常、αアルミナ前駆体
（常にではないが一般にベーマイト）のゾル又はゲルを
約125〜200℃で乾燥してゲルの水分を除去し、乾燥した
ゲルを加熱して砥粒にとって望ましいサイズの粒子に
し、多くの場合粒子を仮焼し（一般に約400〜800℃の温
度）、アルミナの中間体を形成させ、次いでその仮焼物
を、例えばγアルミナの中間体からαアルミナの形態に
転化するのに十分高い温度で最終的に焼成することによ
って製造される。簡単なゾルゲルプロセスは、例えば米
国特許第4,314,827号、同4,518,397号、同4,881,951
号、イギリス特許出願第2,099,012号に記載されてい
る。このタイプのゾルゲルアルミナは、25μｍに及ぶ又
はそれ以上の結晶サイズを通常有するが、シリカ、マグ
ネシアのようなスピネル生成剤、ジルコニア、イットリ
ア、希土類金属酸化物、チタニア、遷移金属酸化物など
の改質用添加剤が少量で使用され、結晶サイズを約１〜
10μｍまで抑えたり、ある物理的特性を向上させること
も実施されている。
（常にではないが一般にベーマイト）のゾル又はゲルを
約125〜200℃で乾燥してゲルの水分を除去し、乾燥した
ゲルを加熱して砥粒にとって望ましいサイズの粒子に
し、多くの場合粒子を仮焼し（一般に約400〜800℃の温
度）、アルミナの中間体を形成させ、次いでその仮焼物
を、例えばγアルミナの中間体からαアルミナの形態に
転化するのに十分高い温度で最終的に焼成することによ
って製造される。簡単なゾルゲルプロセスは、例えば米
国特許第4,314,827号、同4,518,397号、同4,881,951
号、イギリス特許出願第2,099,012号に記載されてい
る。このタイプのゾルゲルアルミナは、25μｍに及ぶ又
はそれ以上の結晶サイズを通常有するが、シリカ、マグ
ネシアのようなスピネル生成剤、ジルコニア、イットリ
ア、希土類金属酸化物、チタニア、遷移金属酸化物など
の改質用添加剤が少量で使用され、結晶サイズを約１〜
10μｍまで抑えたり、ある物理的特性を向上させること
も実施されている。
ゾルゲルプロセスの特に望ましい態様において、αア
ルミナ前駆体は、αアルミナそのものと同じ結晶構造、
及び出来るだけ近い格子定数を有する物質で「種添加」
される。「種添加」は、出来るだけ微細に分割された形
態で添加され、ゾル又はゲルの全体にわたって均一に分
散される。これは最初から添加することもでき、あるい
はその場で生成させることもできる。種の役割は、種が
存在しない場合に必要なよりもはるかに低い温度で、前
駆体の全体にわたって均一にα形態への変態を生じさせ
ることである。このプロセスは、αアルミナの個々の結
晶（即ち、高角度の粒界によって隣接結晶から隔てられ
た実質的に同じ結晶配向の領域）のサイズが非常に均一
で、直径が例えば約0.1〜約0.5μｍのように実質的に全
てがサブミクロンである結晶構造を生成する。適切な種
には、αアルミナそのものが挙げられるが、さらに、α
酸化第二鉄、亜酸化クロム、チタン酸ニッケル、及びこ
のような種が存在しない場合に転化が通常に生じるより
も低い温度で前駆体からαアルミナを発生させるのに有
効な、αアルミナに十分近い格子定数を有するその他の
多数の物質が挙げられる。このような種添加ゾルゲルプ
ロセスの例は、米国特許第4,623,364号、同4,744,802
号、同4,954,462号、同4,964,883号、同5,192,339号、
同5,215,551号、同5,219,806号、及びその他の多くに記
載されている。
ルミナ前駆体は、αアルミナそのものと同じ結晶構造、
及び出来るだけ近い格子定数を有する物質で「種添加」
される。「種添加」は、出来るだけ微細に分割された形
態で添加され、ゾル又はゲルの全体にわたって均一に分
散される。これは最初から添加することもでき、あるい
はその場で生成させることもできる。種の役割は、種が
存在しない場合に必要なよりもはるかに低い温度で、前
駆体の全体にわたって均一にα形態への変態を生じさせ
ることである。このプロセスは、αアルミナの個々の結
晶（即ち、高角度の粒界によって隣接結晶から隔てられ
た実質的に同じ結晶配向の領域）のサイズが非常に均一
で、直径が例えば約0.1〜約0.5μｍのように実質的に全
てがサブミクロンである結晶構造を生成する。適切な種
には、αアルミナそのものが挙げられるが、さらに、α
酸化第二鉄、亜酸化クロム、チタン酸ニッケル、及びこ
のような種が存在しない場合に転化が通常に生じるより
も低い温度で前駆体からαアルミナを発生させるのに有
効な、αアルミナに十分近い格子定数を有するその他の
多数の物質が挙げられる。このような種添加ゾルゲルプ
ロセスの例は、米国特許第4,623,364号、同4,744,802
号、同4,954,462号、同4,964,883号、同5,192,339号、
同5,215,551号、同5,219,806号、及びその他の多くに記
載されている。
乾燥後のゾルゲルの随意の仮焼は、高温の焼成温度で
の必要時間を短くするために、望ましい場合が多い。こ
のことは、焼成操作が、中間アルミナの形態からα型に
転化させ、残存気孔を閉じるようにαアルミナを焼結さ
せ、粒子が砥粒として首尾よく機能するのに適切な密度
と硬度を有することを保証させる役割を果たすためであ
る。焼成温度は一般に種添加ゾルゲル物質では1300〜14
00℃であり、種添加しないゾルゲルアルミナではそれよ
り約100℃高い温度であるが、この焼成温度での時間が
長過ぎることは、結晶成長をもたらし得ることが知られ
ている。結晶成長は一般に望ましくないと考えられてい
るため、仮焼を別個に行い、そのような高温での時間で
抑えることが妥当と思われる。この操作は、２つの高温
での操作を維持する余分なコストにもかかわらず行なわ
れる。
の必要時間を短くするために、望ましい場合が多い。こ
のことは、焼成操作が、中間アルミナの形態からα型に
転化させ、残存気孔を閉じるようにαアルミナを焼結さ
せ、粒子が砥粒として首尾よく機能するのに適切な密度
と硬度を有することを保証させる役割を果たすためであ
る。焼成温度は一般に種添加ゾルゲル物質では1300〜14
00℃であり、種添加しないゾルゲルアルミナではそれよ
り約100℃高い温度であるが、この焼成温度での時間が
長過ぎることは、結晶成長をもたらし得ることが知られ
ている。結晶成長は一般に望ましくないと考えられてい
るため、仮焼を別個に行い、そのような高温での時間で
抑えることが妥当と思われる。この操作は、２つの高温
での操作を維持する余分なコストにもかかわらず行なわ
れる。
乾燥操作の後に破砕とスクリーニング操作が行われる
ため、粒は室温まで下げられ、粒を乾燥するために使用
された熱は周囲に放散される。このことは、当然ながら
非常に効率が悪い。
ため、粒は室温まで下げられ、粒を乾燥するために使用
された熱は周囲に放散される。このことは、当然ながら
非常に効率が悪い。
破砕操作は乾燥後に行われるが、これはこの段階では
その物質が割合に容易に壊れるためである。焼成操作の
後までそのままであると、その物質が非常に硬くなり、
過度なエネルギーが必要となる。このため、焼成前の段
階で破砕することが常套手段である。また、粒子が小さ
ければ炉の中で焼成温度により迅速に到達できるため、
より効率的であると思われる。
その物質が割合に容易に壊れるためである。焼成操作の
後までそのままであると、その物質が非常に硬くなり、
過度なエネルギーが必要となる。このため、焼成前の段
階で破砕することが常套手段である。また、粒子が小さ
ければ炉の中で焼成温度により迅速に到達できるため、
より効率的であると思われる。
ここで、ゾルゲルプロセスによるアルミナ製造に必要
なエネルギー消費を大きく削減することが可能なことが
新たに見出された。このことは、従来プロセスの設計に
使用される直観的推論と全く異なる仕方でプロセスを操
作することによって達成される。本新規なプロセスは、
十分に緻密化されて研磨用途に使用するのにうまく適合
する非常に望ましい形態のαアルミナ粒子を製造する。
しかも、本システムは、得られる砥粒の設計を可能にす
るのに十分な融通性がある。
なエネルギー消費を大きく削減することが可能なことが
新たに見出された。このことは、従来プロセスの設計に
使用される直観的推論と全く異なる仕方でプロセスを操
作することによって達成される。本新規なプロセスは、
十分に緻密化されて研磨用途に使用するのにうまく適合
する非常に望ましい形態のαアルミナ粒子を製造する。
しかも、本システムは、得られる砥粒の設計を可能にす
るのに十分な融通性がある。
本発明の一般的説明 本発明のプロセスは、少なくとも５重量％の揮発分を
有する乾燥後で未焼成のゾルゲルアルミナを、400℃以
上の温度に維持された炉の中に直接供給し、爆発的に粉
砕されたアルミナを生成するように温度と滞留時間を調
節することを含む。炉の中の温度が十分に高く且つその
中での時間が十分に長い特定の条件下において、ゾルゲ
ルアルミナは、αアルミナ型に直接転化し、理論密度の
少なくとも95％の密度まで焼結することができる。
有する乾燥後で未焼成のゾルゲルアルミナを、400℃以
上の温度に維持された炉の中に直接供給し、爆発的に粉
砕されたアルミナを生成するように温度と滞留時間を調
節することを含む。炉の中の温度が十分に高く且つその
中での時間が十分に長い特定の条件下において、ゾルゲ
ルアルミナは、αアルミナ型に直接転化し、理論密度の
少なくとも95％の密度まで焼結することができる。
ゾルゲルアルミナは、一般に、乾燥すると本質的に乾
燥ベーマイトのサイズが数ミリメートルの塊になり、そ
の各分子は水の結合分子を有し、多くの場合、一部の残
存水が乾燥中に完全には除去されない。また、マグネシ
ア、イットリア、ルビジア、酸化セシウム、又は希土類
若しくは遷移金属の酸化物のような有益な改質剤が、そ
れらの可溶性硝酸塩の形態でゾルゲルに添加されること
が多いが、これらもまた、乾燥したゲルの揮発性成分
（例えば、窒素酸化物）として加わることができる。硝
酸や酢酸のような酸がゾルゲルを分散させるのに使用さ
れた場合、乾燥ゾルゲル中でこの酸の残留物となり得
る。一般に、乾燥ゲルは、重量で約５〜約60％、好まし
くは約10〜約45％、より好ましくは約20〜約40％の全揮
発分を有する。乾燥は一般に約200℃より低い温度、よ
り一般にはさらに低い温度で行われる。このため、乾燥
ゲルは、炉の中に供給される時点でかなりの量の揮発性
物質を含む。
燥ベーマイトのサイズが数ミリメートルの塊になり、そ
の各分子は水の結合分子を有し、多くの場合、一部の残
存水が乾燥中に完全には除去されない。また、マグネシ
ア、イットリア、ルビジア、酸化セシウム、又は希土類
若しくは遷移金属の酸化物のような有益な改質剤が、そ
れらの可溶性硝酸塩の形態でゾルゲルに添加されること
が多いが、これらもまた、乾燥したゲルの揮発性成分
（例えば、窒素酸化物）として加わることができる。硝
酸や酢酸のような酸がゾルゲルを分散させるのに使用さ
れた場合、乾燥ゾルゲル中でこの酸の残留物となり得
る。一般に、乾燥ゲルは、重量で約５〜約60％、好まし
くは約10〜約45％、より好ましくは約20〜約40％の全揮
発分を有する。乾燥は一般に約200℃より低い温度、よ
り一般にはさらに低い温度で行われる。このため、乾燥
ゲルは、炉の中に供給される時点でかなりの量の揮発性
物質を含む。
高温に急激に暴露することによる激しい脱水が、欧州
特許出願第0176476号公開明細書と同0518106号公開明細
書に開示されているが、ヒドロアルギライトの微粉末に
適用されており、ベーマイト又は反応成形体の製造の中
間工程としての目的に過ぎない。
特許出願第0176476号公開明細書と同0518106号公開明細
書に開示されているが、ヒドロアルギライトの微粉末に
適用されており、ベーマイト又は反応成形体の製造の中
間工程としての目的に過ぎない。
本発明は、主として、乾燥ゾルゲル物質の爆発的粉砕
に関するが、これらの物質は、それ自身では揮発性物質
を全く含まない他の物質を含んでもよい。即ち、乾燥し
た混合物中の揮発性物質の全含有率が５重量％を上回れ
ば、α又はγアルミナ粉末、炭化ケイ素（粒子とウィス
カーの形態のいずれでもよい）、ジルコニア、立方晶窒
化ホウ素、及びその他の研磨材のようなゾルゲル物質成
分を含めることができる。
に関するが、これらの物質は、それ自身では揮発性物質
を全く含まない他の物質を含んでもよい。即ち、乾燥し
た混合物中の揮発性物質の全含有率が５重量％を上回れ
ば、α又はγアルミナ粉末、炭化ケイ素（粒子とウィス
カーの形態のいずれでもよい）、ジルコニア、立方晶窒
化ホウ素、及びその他の研磨材のようなゾルゲル物質成
分を含めることができる。
乾燥ゲルの塊が炉の中に投入されると、塊中の揮発性
物質は爆発的に膨張し、それらを飛び散らせ、研磨用途
に極めて適するより小さい粒子にする。炉の中での滞留
時間が十分に長いと、そこに滞留するより小さい粒子が
α相に容易に転化し、本質的に十分に緻密化した形態に
非常に敏速に焼結する。このプロセスの強烈性が、それ
を通例「爆発的粉砕」と言わしめているが、好ましい態
様において、このプロセスは粉砕を通り過ぎてα相への
焼成を伴い、場合により、本質的に理論密度までの焼結
を伴う。温度が幾分低いと、粉砕の程度が若干下がり、
主として大きい片の粉砕と、残存片に弱いラインの発生
をもたらし、これが以降の粉砕操作で破壊をより容易に
する。ここで、これもまた爆発的粉砕とみなされる。
物質は爆発的に膨張し、それらを飛び散らせ、研磨用途
に極めて適するより小さい粒子にする。炉の中での滞留
時間が十分に長いと、そこに滞留するより小さい粒子が
α相に容易に転化し、本質的に十分に緻密化した形態に
非常に敏速に焼結する。このプロセスの強烈性が、それ
を通例「爆発的粉砕」と言わしめているが、好ましい態
様において、このプロセスは粉砕を通り過ぎてα相への
焼成を伴い、場合により、本質的に理論密度までの焼結
を伴う。温度が幾分低いと、粉砕の程度が若干下がり、
主として大きい片の粉砕と、残存片に弱いラインの発生
をもたらし、これが以降の粉砕操作で破壊をより容易に
する。ここで、これもまた爆発的粉砕とみなされる。
したがって、「爆発的に粉砕された」物質は、乾燥ゾ
ルゲルアルミナ粒子が炉の中に供給され、外から加える
力を全く適用せずに、より小さい粒子に少なくとも部分
的に破壊されるときに得られると理解すべきである。
ルゲルアルミナ粒子が炉の中に供給され、外から加える
力を全く適用せずに、より小さい粒子に少なくとも部分
的に破壊されるときに得られると理解すべきである。
炉の中での滞留時間が割合に短いか炉の温度が割合に
低い場合、その物質が炉から出る時点で、焼結プロセス
も、α相への転化さえも完全でないことがある。このよ
うな場合、粒子の一部又は全部がある程度多孔質であ
り、割合に弱い結合の大きめの粒子は、別な炉で又はロ
ータリー炉に２回通して理論密度の95％を超えるまで、
焼結させる前に軽度の粉砕操作で破砕することができ
る。このことは、非常に強烈な爆発的粉砕は、一部の研
磨材用途には有用性が低い非常に細かい粒子のかなりの
量の生成をもたらし得るため、場合により好ましい。比
較的強烈さの低い爆発的粉砕は、見た目に未破壊の粒子
であっても、以降の操作で粉砕を非常に容易にさせる効
果を有する。あるいは、また場合により好ましくは、完
全には爆発的に粉砕されなかった焼成後の物質（ある程
度の多孔性を有することが多い）に、水のような揮発性
液体を少なくとも部分的に含浸させ、ロータリー炉にも
う一度通して粉砕プロセスを完了させることもできる。
低い場合、その物質が炉から出る時点で、焼結プロセス
も、α相への転化さえも完全でないことがある。このよ
うな場合、粒子の一部又は全部がある程度多孔質であ
り、割合に弱い結合の大きめの粒子は、別な炉で又はロ
ータリー炉に２回通して理論密度の95％を超えるまで、
焼結させる前に軽度の粉砕操作で破砕することができ
る。このことは、非常に強烈な爆発的粉砕は、一部の研
磨材用途には有用性が低い非常に細かい粒子のかなりの
量の生成をもたらし得るため、場合により好ましい。比
較的強烈さの低い爆発的粉砕は、見た目に未破壊の粒子
であっても、以降の操作で粉砕を非常に容易にさせる効
果を有する。あるいは、また場合により好ましくは、完
全には爆発的に粉砕されなかった焼成後の物質（ある程
度の多孔性を有することが多い）に、水のような揮発性
液体を少なくとも部分的に含浸させ、ロータリー炉にも
う一度通して粉砕プロセスを完了させることもできる。
また、上記のような多孔質の生産品を製造する焼成条
件の調節は、例えばマグネシウム、ジルコニウムイット
リウム、遷移元素、ルビジウム、セシウム、希土類金属
の可溶性塩の水溶液のような改質剤の溶液で多孔質物質
を含浸する機会を与える。焼成時に、通常これらの物質
は、非常に有効な形態の改質用酸化物を発生し、同時
に、爆発的粉砕をもたらすために利用可能な揮発性物質
を付加する量で発生することができる。
件の調節は、例えばマグネシウム、ジルコニウムイット
リウム、遷移元素、ルビジウム、セシウム、希土類金属
の可溶性塩の水溶液のような改質剤の溶液で多孔質物質
を含浸する機会を与える。焼成時に、通常これらの物質
は、非常に有効な形態の改質用酸化物を発生し、同時
に、爆発的粉砕をもたらすために利用可能な揮発性物質
を付加する量で発生することができる。
乾燥の前にゲルを押出す場合、押出オリフィスは大き
めよりも小さめの方が有利であることが見出されてい
る。即ち、直径が1.6mmのオリフィスを通して押出され
たゲルは、6mmのオリフィスを通して押出されたゲルよ
りも良好に爆発的に粉砕する。また、丸い押出物は、四
角オリフィスを通す押出によって得られるような角のあ
る押出物よりも好ましい。
めよりも小さめの方が有利であることが見出されてい
る。即ち、直径が1.6mmのオリフィスを通して押出され
たゲルは、6mmのオリフィスを通して押出されたゲルよ
りも良好に爆発的に粉砕する。また、丸い押出物は、四
角オリフィスを通す押出によって得られるような角のあ
る押出物よりも好ましい。
上記の仕方で調製された砥粒は、より一般的なプロセ
スで得られた砥粒よりも、予想以上に良好な研削性能を
有することが多い。このことは、粉砕技術が、砥粒構造
に極微欠陥を生じさせ得るタイプの物理的歪みを物質に
強いないためと、理論上想定されている。この理論によ
らず、上記の性能の改良は驚くべきであり顕著である。
スで得られた砥粒よりも、予想以上に良好な研削性能を
有することが多い。このことは、粉砕技術が、砥粒構造
に極微欠陥を生じさせ得るタイプの物理的歪みを物質に
強いないためと、理論上想定されている。この理論によ
らず、上記の性能の改良は驚くべきであり顕著である。
したがって、本発明は、新規なアルミナ質砥粒にも関
係する。爆発的粉砕によって得られた砥粒はユニークな
形状とサイズ分布を有し、これがさらに上記の優れた研
削性能に寄与し得ることが見出されている。これらは、
製造プロセスに由来する均一な横断面形状を有する成形
又は押出砥粒と相異する。これらは、特に最長寸法にそ
った横断面で、粉砕砥粒に特徴的な不規則な形状を有す
る。
係する。爆発的粉砕によって得られた砥粒はユニークな
形状とサイズ分布を有し、これがさらに上記の優れた研
削性能に寄与し得ることが見出されている。これらは、
製造プロセスに由来する均一な横断面形状を有する成形
又は押出砥粒と相異する。これらは、特に最長寸法にそ
った横断面で、粉砕砥粒に特徴的な不規則な形状を有す
る。
一般に、非成形プロセスによって製造される砥粒は、
より大きい物質の片を粉砕することによって得られる。
このような粉砕を行う基本的な従来技術には、衝撃粉砕
とロール粉砕の２通りがある。衝撃粉砕は、個々の粒が
１に近いL/D又はアスペクト比（最長寸法に直角な最大
寸法（Ｄ）に対する最長寸法（Ｌ）の比）を有する、割
合にごつごつした形状を与える傾向にある。ロール粉砕
によって製造される粒は、比較的弱い形状を有する傾向
にあり、このことは、１より大きい平均アスペクト比を
意味する。当然ながら、ロール粉砕された粒の実際のア
スペクト比にはある範囲があるが、殆どの場合、実質的
に２より低い。
より大きい物質の片を粉砕することによって得られる。
このような粉砕を行う基本的な従来技術には、衝撃粉砕
とロール粉砕の２通りがある。衝撃粉砕は、個々の粒が
１に近いL/D又はアスペクト比（最長寸法に直角な最大
寸法（Ｄ）に対する最長寸法（Ｌ）の比）を有する、割
合にごつごつした形状を与える傾向にある。ロール粉砕
によって製造される粒は、比較的弱い形状を有する傾向
にあり、このことは、１より大きい平均アスペクト比を
意味する。当然ながら、ロール粉砕された粒の実際のア
スペクト比にはある範囲があるが、殆どの場合、実質的
に２より低い。
「粒サイズ」は、一般に、いろいろなサイズのメッシ
ュの開口を有する一連の篩を用いて測定される。粒が３
つの相互に直角な寸法によって特徴づけられる場合、
「粒サイズ」を定めるにおける支配的寸法は２番目の最
大寸法であり、これは、その最長寸法にそって配向した
場合に粒が通過することができる最小の孔のサイズを画
定するであろうからである。本発明による砥粒が、従来
の砥粒よりも平均で若干大きければ、それらは粒あたり
より大きい平均体積を有し、このことは事実としていろ
いろなケースで見られる。
ュの開口を有する一連の篩を用いて測定される。粒が３
つの相互に直角な寸法によって特徴づけられる場合、
「粒サイズ」を定めるにおける支配的寸法は２番目の最
大寸法であり、これは、その最長寸法にそって配向した
場合に粒が通過することができる最小の孔のサイズを画
定するであろうからである。本発明による砥粒が、従来
の砥粒よりも平均で若干大きければ、それらは粒あたり
より大きい平均体積を有し、このことは事実としていろ
いろなケースで見られる。
本発明によるアルミナ砥粒は、長手寸法のまわりで非
対称であり、製造時の全ての粒サイズ画分の中で、少な
くとも2:1のアスペクト比を有する粒を25％より多く、
好ましくは少なくとも30％、より好ましくは少なくとも
50％含む。
対称であり、製造時の全ての粒サイズ画分の中で、少な
くとも2:1のアスペクト比を有する粒を25％より多く、
好ましくは少なくとも30％、より好ましくは少なくとも
50％含む。
好ましくは、本発明によるアルミナ砥粒は、0.01〜10
μｍのサイズを有する焼結アルミナ結晶を含んでなる。
μｍのサイズを有する焼結アルミナ結晶を含んでなる。
従来のロール粉砕アルミナ砥粒は、製造時の全ての粒
サイズ画分の中で、2:1以上のアスペクト比を有する粒
を25％以下、通常約10〜25％含む。このことは、アルミ
ナ砥粒が構成される特定のアルミナによるのではなく、
プロセスによって決まるものと思われる。即ち、本発明
による砥粒は、従来技術の砥粒と識別可能な程度で相異
する。このことは、下記の例で実証されるように、本発
明による砥粒の大きく高められた性能によって最も明確
に示される。
サイズ画分の中で、2:1以上のアスペクト比を有する粒
を25％以下、通常約10〜25％含む。このことは、アルミ
ナ砥粒が構成される特定のアルミナによるのではなく、
プロセスによって決まるものと思われる。即ち、本発明
による砥粒は、従来技術の砥粒と識別可能な程度で相異
する。このことは、下記の例で実証されるように、本発
明による砥粒の大きく高められた性能によって最も明確
に示される。
図 面 図１は、種添加ゾルゲルアルミナのDTAグラフであ
る。
る。
図２は、本発明のプロセスの１つの態様の実施に適す
る装置の大要の正面図である。
る装置の大要の正面図である。
発明の詳細な説明 図１は、種添加ゾルゲルの温度を高めながら追跡する
示差熱分析（DTA）であり、この図に示されているグラ
フから分るように、約400℃で吸熱がある。このこと
は、水や酸を含む揮発物の減少、及び塩の分解生成物を
示差する。爆発的粉砕を起こすのはこの揮発物の減少で
ある。当然ながら、この減少の発生がより迅速であれば
ある程、分解はより爆発性である。約600℃までに、除
去される揮発物の量は顕著に減少し、γアルミナのよう
な無水アルミナ相への転化が完了する。さらに高い温度
において、α相への転化が開始する。種添加ゾルゲル物
質を用いると、これは約1150℃又はさらに低い温度で生
じる。これは、図１のピークで示される。種添加しない
ゾルゲルの場合、グラフは非常に似ているが、但し、α
型への転化のピークはかなり高い温度の1250℃付近で生
じる。
示差熱分析（DTA）であり、この図に示されているグラ
フから分るように、約400℃で吸熱がある。このこと
は、水や酸を含む揮発物の減少、及び塩の分解生成物を
示差する。爆発的粉砕を起こすのはこの揮発物の減少で
ある。当然ながら、この減少の発生がより迅速であれば
ある程、分解はより爆発性である。約600℃までに、除
去される揮発物の量は顕著に減少し、γアルミナのよう
な無水アルミナ相への転化が完了する。さらに高い温度
において、α相への転化が開始する。種添加ゾルゲル物
質を用いると、これは約1150℃又はさらに低い温度で生
じる。これは、図１のピークで示される。種添加しない
ゾルゲルの場合、グラフは非常に似ているが、但し、α
型への転化のピークはかなり高い温度の1250℃付近で生
じる。
本発明の実施のためには、揮発物が飛散を始める温度
で加熱することを必要とするに過ぎない。当然ながら、
最低限よりも高い温度が、最大限の爆発作用を有する非
常に迅速な分解にとって好都合である。しかしながら、
加熱が十分に迅速であれば、上記範囲の下限での穏やか
な温度でも効果的に採用することができる。
で加熱することを必要とするに過ぎない。当然ながら、
最低限よりも高い温度が、最大限の爆発作用を有する非
常に迅速な分解にとって好都合である。しかしながら、
加熱が十分に迅速であれば、上記範囲の下限での穏やか
な温度でも効果的に採用することができる。
上記範囲の下限温度（即ち、αアルミナが未だ生成し
ていない温度）が採られた場合、爆発的に粉砕された物
質は、α相への転化を完了させるため、また、（所望に
より）本質的に理論密度まで物質を焼結させるため（一
般に、95％を上回ることが行われる）、さらなる焼成操
作に供される必要がある。このことは、追加の費用を必
要とするが、全ての操作が同時に行われる場合に標準的
な炉である炭化ケイ素チューブよりもはるかに頑丈では
るかに安価なロータリー炉の材料の使用が可能である。
ていない温度）が採られた場合、爆発的に粉砕された物
質は、α相への転化を完了させるため、また、（所望に
より）本質的に理論密度まで物質を焼結させるため（一
般に、95％を上回ることが行われる）、さらなる焼成操
作に供される必要がある。このことは、追加の費用を必
要とするが、全ての操作が同時に行われる場合に標準的
な炉である炭化ケイ素チューブよりもはるかに頑丈では
るかに安価なロータリー炉の材料の使用が可能である。
爆発的粉砕に供される前に、ゾルゲルアルミナは、一
般に、約200℃よりも低い、より好ましくはかなり低い
温度の例えば約75〜約175℃で乾燥される。
般に、約200℃よりも低い、より好ましくはかなり低い
温度の例えば約75〜約175℃で乾燥される。
前述のように、乾燥されたゾルゲル物質の大きめの粒
は、最大限の膨張と爆発的粉砕を達成するように、出来
るだけ迅速に加熱されるようにすることが非常に望まし
い。図２の大要の立面図と部分的断面図に示された装置
は、これらの要件に首尾よく合致する。直径約0.5〜1cm
の未粉砕の乾燥ゾルゲルアルミナ粒子がホッパー１に供
給され、そこから振動フィーダー２を通して第２フィー
ダー３まで供給される。この第２フィーダーは、粒子を
空気エダクター４に送り出し、次にポート５を通って入
る圧縮空気の流れを用いて粒子を加速し、導管６を通し
て粒子を搬送し、炉の中の高温ゾーンに近いポイント８
で、上側端部と下側端部を有するロータリー炉７に送入
する。運転の中で、粒子が高温ゾーンに入ったときに粒
子は爆発し、粉砕された粒子は炉の下側端部９から出
る。
は、最大限の膨張と爆発的粉砕を達成するように、出来
るだけ迅速に加熱されるようにすることが非常に望まし
い。図２の大要の立面図と部分的断面図に示された装置
は、これらの要件に首尾よく合致する。直径約0.5〜1cm
の未粉砕の乾燥ゾルゲルアルミナ粒子がホッパー１に供
給され、そこから振動フィーダー２を通して第２フィー
ダー３まで供給される。この第２フィーダーは、粒子を
空気エダクター４に送り出し、次にポート５を通って入
る圧縮空気の流れを用いて粒子を加速し、導管６を通し
て粒子を搬送し、炉の中の高温ゾーンに近いポイント８
で、上側端部と下側端部を有するロータリー炉７に送入
する。運転の中で、粒子が高温ゾーンに入ったときに粒
子は爆発し、粉砕された粒子は炉の下側端部９から出
る。
爆発的粉砕プロセスにおいて、乾燥ゲルの塊の加熱
は、最大限の爆発効果を得るように敏速に行われること
が好ましい。図２に示したものと異なる別の設計もこの
要件を満たすことができるが、本プロセスを実施するた
めに極めて適切な炉は、水平に対してある角度で傾斜し
たチューブを有するロータリー炉であって、その軸のま
わりで回転し、外からの熱によって加熱されるチューブ
を有する炉である。チューブの回転は、チューブの中の
塊又は粒子が一定の運動をし、一部の塊又は粒子のみが
チューブに接触して加熱され、他の部分を加熱から排除
することが生じないことを確保する。チューブの回転速
度と傾斜角度は、炉の中での滞留時間を決める。これら
のパラメーターは、塊の中からの揮発性物質の蒸発が徐
々にではなく迅速に生じることを確保するように調節す
ることが好ましい。このことは、塊の爆発的破壊の後に
生成した粒子が、焼成と緻密化のために最大限の時間を
費すことを可能にさせるためでもある。
は、最大限の爆発効果を得るように敏速に行われること
が好ましい。図２に示したものと異なる別の設計もこの
要件を満たすことができるが、本プロセスを実施するた
めに極めて適切な炉は、水平に対してある角度で傾斜し
たチューブを有するロータリー炉であって、その軸のま
わりで回転し、外からの熱によって加熱されるチューブ
を有する炉である。チューブの回転は、チューブの中の
塊又は粒子が一定の運動をし、一部の塊又は粒子のみが
チューブに接触して加熱され、他の部分を加熱から排除
することが生じないことを確保する。チューブの回転速
度と傾斜角度は、炉の中での滞留時間を決める。これら
のパラメーターは、塊の中からの揮発性物質の蒸発が徐
々にではなく迅速に生じることを確保するように調節す
ることが好ましい。このことは、塊の爆発的破壊の後に
生成した粒子が、焼成と緻密化のために最大限の時間を
費すことを可能にさせるためでもある。
所望により、バッチ炉（所望により流動床を備える）
やマイクロ波又は誘導加熱炉などの別な炉の設計も使用
可能である。
やマイクロ波又は誘導加熱炉などの別な炉の設計も使用
可能である。
アルミナの焼結に必要なオーダーの加熱温度で使用さ
れるロータリー炉は、一般に、炭化ケイ素チューブを有
する。このことは、長さにそった温度変化や、チューブ
の長さにそった異なる箇所での異なる箇所などの、プロ
セスの物理的に厳しい条件に耐えることができるその性
能に由来する。また、炭化ケイ素は、例えば硝酸塩の残
留物が除去されるときに発生し得る酸性ガスに耐えるこ
とができる。ここで、爆発的粉砕と、最大限の焼結が生
じる温度よりも低い温度でのα型への転化を行うことを
目的とした場合、約1200℃までの温度に耐えることがで
きる金属合金、例えば「インコネル」を使用することが
できる。
れるロータリー炉は、一般に、炭化ケイ素チューブを有
する。このことは、長さにそった温度変化や、チューブ
の長さにそった異なる箇所での異なる箇所などの、プロ
セスの物理的に厳しい条件に耐えることができるその性
能に由来する。また、炭化ケイ素は、例えば硝酸塩の残
留物が除去されるときに発生し得る酸性ガスに耐えるこ
とができる。ここで、爆発的粉砕と、最大限の焼結が生
じる温度よりも低い温度でのα型への転化を行うことを
目的とした場合、約1200℃までの温度に耐えることがで
きる金属合金、例えば「インコネル」を使用することが
できる。
ロータリー炉を用いると、本発明のプロセスは、約１
秒〜約30分間、好ましくは約２秒〜約20分間の高温ゾー
ンでの滞留時間を必要とする。このような滞留時間を得
るには、チューブの仰角は、好ましくは約１゜〜約60
゜、より好ましくは約３゜〜約20゜、回転速度は、約0.
5〜20rpm以上、より好ましくは約１〜約15rpmである。
秒〜約30分間、好ましくは約２秒〜約20分間の高温ゾー
ンでの滞留時間を必要とする。このような滞留時間を得
るには、チューブの仰角は、好ましくは約１゜〜約60
゜、より好ましくは約３゜〜約20゜、回転速度は、約0.
5〜20rpm以上、より好ましくは約１〜約15rpmである。
種添加ゾルゲルアルミナを焼成するとき、ロータリー
炉の高温ゾーンの加熱温度は、通常約400℃〜約1500
℃、より好ましくは約600℃〜約1400℃である。種添加
していないゾルゲルアルミナについては、高温ゾーン
は、好ましくは約400℃〜約1650℃、より好ましくは約6
00℃〜約1550℃の温度に維持される。
炉の高温ゾーンの加熱温度は、通常約400℃〜約1500
℃、より好ましくは約600℃〜約1400℃である。種添加
していないゾルゲルアルミナについては、高温ゾーン
は、好ましくは約400℃〜約1650℃、より好ましくは約6
00℃〜約1550℃の温度に維持される。
本発明の爆発的粉砕プロセスによって得られる粒子
は、特徴的なアスペクト比を有する傾向にあり、即ち、
１つの寸法が他のものより実質的に長い寸法を有する。
このような粒子は、研磨布紙の用途に特に有用である。
は、特徴的なアスペクト比を有する傾向にあり、即ち、
１つの寸法が他のものより実質的に長い寸法を有する。
このような粒子は、研磨布紙の用途に特に有用である。
本発明のプロセスは、特に研磨用途を目的とするあら
ゆるタイプのゾルゲル粒子の製造に適用可能である。ゾ
ルゲルは種添加されていても種添加されていなくてもよ
く、採用される条件の唯一の相異は、ゾルゲルが種添加
されていない場合はより高い焼成温度が一般に必要なこ
とである。また、微細に分割されたαアルミナ粒子がブ
ロック状に生成した部分的に焼結した焼結アルミナにも
適用可能であり、この場合、液体で含浸し、次いで爆発
的に粉砕して砥粒を製造する。
ゆるタイプのゾルゲル粒子の製造に適用可能である。ゾ
ルゲルは種添加されていても種添加されていなくてもよ
く、採用される条件の唯一の相異は、ゾルゲルが種添加
されていない場合はより高い焼成温度が一般に必要なこ
とである。また、微細に分割されたαアルミナ粒子がブ
ロック状に生成した部分的に焼結した焼結アルミナにも
適用可能であり、この場合、液体で含浸し、次いで爆発
的に粉砕して砥粒を製造する。
本発明のプロセスは、従来技術に典型的な物理的粉砕
工程を除去可能なため、乾燥ゲルをドライヤーから炉の
中に直接供給することができる。このことは、かなりの
時間とエネルギーコストを削減する。
工程を除去可能なため、乾燥ゲルをドライヤーから炉の
中に直接供給することができる。このことは、かなりの
時間とエネルギーコストを削減する。
好ましい態様の説明 次に、本発明のプロセスを、特にロータリー炉の中で
の種添加ゾルゲルアルミナの焼成に関して説明する。こ
れらの例は例証の目的に過ぎなく、本発明の基本的な範
囲に何ら制限を与えるものではない。
の種添加ゾルゲルアルミナの焼成に関して説明する。こ
れらの例は例証の目的に過ぎなく、本発明の基本的な範
囲に何ら制限を与えるものではない。
例 １ 10,000グラムの脱イオン水に、脱イオン水中の種の６
％スラリーの6,000グラムを加えることによって作成し
た、約120m2/gのBET表面積を有するαアルミナ種晶と7
4,657グラムの脱イオン水のスラリーをロスミキサーに
充填した。さらに、36.00kgのベーマイト（Condea GmbH
社より商標「Disperal」として販売）を添加し、減圧
し、５分間にわたって撹拌した。次いで混合物を撹拌し
ながら減圧下に維持し、5,014グラムの脱イオン水中の7
0％硝酸の1,671グラムの溶液を添加し、さらに５〜10分
間にわたって撹拌した。次いで減圧を解除し、混合物を
インラインミキサーホモジナイザを通過させ、同時にそ
の混合物に、5,014グラムの脱イオン水中の70％硝酸の
1,671グラムの溶液を注入することによってその混合物
をゲル化させた。
％スラリーの6,000グラムを加えることによって作成し
た、約120m2/gのBET表面積を有するαアルミナ種晶と7
4,657グラムの脱イオン水のスラリーをロスミキサーに
充填した。さらに、36.00kgのベーマイト（Condea GmbH
社より商標「Disperal」として販売）を添加し、減圧
し、５分間にわたって撹拌した。次いで混合物を撹拌し
ながら減圧下に維持し、5,014グラムの脱イオン水中の7
0％硝酸の1,671グラムの溶液を添加し、さらに５〜10分
間にわたって撹拌した。次いで減圧を解除し、混合物を
インラインミキサーホモジナイザを通過させ、同時にそ
の混合物に、5,014グラムの脱イオン水中の70％硝酸の
1,671グラムの溶液を注入することによってその混合物
をゲル化させた。
ゲルを乾燥し、大きさが約0.25cm〜1cmの塊に砕き、
これらの塊を炉の中に入れた。この乾燥したゾルゲルの
塊を、長さ213cm×直径15cmの炭化ケイ素チューブを備
え、1405℃に維持される50cmの高温ゾーンを有するロー
タリー炉の中に直接供給した。チューブは水平に対して
６゜傾け、約18rpmで回転させた。
これらの塊を炉の中に入れた。この乾燥したゾルゲルの
塊を、長さ213cm×直径15cmの炭化ケイ素チューブを備
え、1405℃に維持される50cmの高温ゾーンを有するロー
タリー炉の中に直接供給した。チューブは水平に対して
６゜傾け、約18rpmで回転させた。
この塊をある範囲の粒子サイズまで爆発的に粉砕し、
それから物理的テスト用に50T（＞300μm,＜355μｍ）
の大きさのグリットを取り出した。加熱される物質がロ
ータリー炉を通る時間は約１〜２分間であった。加熱さ
れたグリットは3.8g/ccを上回る密度を有し、直径約0.2
μｍの微晶質アルミナを含んでなった。
それから物理的テスト用に50T（＞300μm,＜355μｍ）
の大きさのグリットを取り出した。加熱される物質がロ
ータリー炉を通る時間は約１〜２分間であった。加熱さ
れたグリットは3.8g/ccを上回る密度を有し、直径約0.2
μｍの微晶質アルミナを含んでなった。
比較のため、同じゾルゲル生成物を同じ仕方で乾燥さ
せ、ロール粉砕して−24メッシュ（＜710μｍ）の粒子
にし、これを通常のロータリー炉の中で通常の仕方で加
熱する前に、約800℃で仮焼した。このグリットは、本
発明による爆発的粉砕のものと同様なサブミクロンのア
ルミナ結晶を含んでなった。
せ、ロール粉砕して−24メッシュ（＜710μｍ）の粒子
にし、これを通常のロータリー炉の中で通常の仕方で加
熱する前に、約800℃で仮焼した。このグリットは、本
発明による爆発的粉砕のものと同様なサブミクロンのア
ルミナ結晶を含んでなった。
次いでこれら２つのサンプルより、厳密に同じ量のグ
リット、基材、基礎接着剤、及び上引き接着剤を用い、
研磨ベルトを作成した。各ベルトは、１平方メートルの
表面積あたり590グラムのグリットを支持し、幅6.4cm×
長さ152.4cmであった。ベルトの表面は１分間あたり9,0
00m走行し、これを用い、6.8kgの付加圧力下の冷却水を
使用しながらSUS304ステンレス鋼を４分間にわたって切
断した。
リット、基材、基礎接着剤、及び上引き接着剤を用い、
研磨ベルトを作成した。各ベルトは、１平方メートルの
表面積あたり590グラムのグリットを支持し、幅6.4cm×
長さ152.4cmであった。ベルトの表面は１分間あたり9,0
00m走行し、これを用い、6.8kgの付加圧力下の冷却水を
使用しながらSUS304ステンレス鋼を４分間にわたって切
断した。
通常のグリットを用いて作成したベルトは、上記時間
の中で74グラムを切断したが、爆発的粉砕によるグリッ
トは94グラムを切断し、従来のベルトに対して27％の改
良がみられた。
の中で74グラムを切断したが、爆発的粉砕によるグリッ
トは94グラムを切断し、従来のベルトに対して27％の改
良がみられた。
例 ２ 約＋24T（＞710μｍ）のサイズを有する室温の種添加
ゾルゲルアルミナの乾燥塊を、図２に示したものと実質
的に同じ装置を用い、1000℃に維持されたロータリー炉
の高温ゾーンの中に約2.25〜約4.5kg/hの速度で直接供
給した。この炉は、例１で使用したものと同じである
が、但し、チューブを約10rpmで回転させ、水平に対し
て約７゜傾けた。ゲル粒子は炉の中で爆発的に粉砕し、
そのグリットサイズ分布を下記の表１に示す。
ゾルゲルアルミナの乾燥塊を、図２に示したものと実質
的に同じ装置を用い、1000℃に維持されたロータリー炉
の高温ゾーンの中に約2.25〜約4.5kg/hの速度で直接供
給した。この炉は、例１で使用したものと同じである
が、但し、チューブを約10rpmで回転させ、水平に対し
て約７゜傾けた。ゲル粒子は炉の中で爆発的に粉砕し、
そのグリットサイズ分布を下記の表１に示す。
別な工程において、上記の爆発的に粉砕させた物質を
3.8g/ccを上回る密度までさらに焼結させた。この焼結
物質のサイズ範囲を下記の表２に示す。
3.8g/ccを上回る密度までさらに焼結させた。この焼結
物質のサイズ範囲を下記の表２に示す。
このグリットの双方の場合において、アルミナはサブ
ミクロンの結晶の形態である。
ミクロンの結晶の形態である。
例 ３ この例は、本発明の新規な砥粒とその調製を例証す
る。
る。
未焼成の種添加アルミナゲルを次のようにして調製し
た。２つのシグマブレードと押出スクリューを備えた高
固形分用のJaygoミキサーの中に、148kgのベーマイト
（登録商標Disperal,Condea社より入手）と40kgの脱イ
オン水を投入した。このミキサーを、逆方向に走行する
スクリューを用い、約５分間撹拌した。水系αアルミナ
スラリー（110m2/gを超えるBET表面積を有するαアルミ
ナの固形分４％の分散系を29kg）を添加し、混合をさら
に８分間続けた。22％硝酸を30kg添加し、混合をさらに
20分間続けた。最後に、押出スクリューを前方向に動作
させ、得られたゲルを6.3mmの押出ダイを通して押出し
た。次いでこの押出されたゲルを約30〜35重量％の水分
まで乾燥させた。次いで乾燥した押出ゲルを２つに分け
た。
た。２つのシグマブレードと押出スクリューを備えた高
固形分用のJaygoミキサーの中に、148kgのベーマイト
（登録商標Disperal,Condea社より入手）と40kgの脱イ
オン水を投入した。このミキサーを、逆方向に走行する
スクリューを用い、約５分間撹拌した。水系αアルミナ
スラリー（110m2/gを超えるBET表面積を有するαアルミ
ナの固形分４％の分散系を29kg）を添加し、混合をさら
に８分間続けた。22％硝酸を30kg添加し、混合をさらに
20分間続けた。最後に、押出スクリューを前方向に動作
させ、得られたゲルを6.3mmの押出ダイを通して押出し
た。次いでこの押出されたゲルを約30〜35重量％の水分
まで乾燥させた。次いで乾燥した押出ゲルを２つに分け
た。
第１の画分はロール粉砕し、600〜800℃で仮焼し、次
いでロータリーキルン中で理論密度の97％を超えるまで
焼結させた。次いで焼結したグリッドを篩にかけて50T
（300μm,＜355μｍ）のサイズを取り出し、これらのグ
リットをアスペクト比と研削性能について評価した。こ
れは、通常のロール粉砕された弱い形状の（weak−shap
ed）ゾルゲルアルミナ砥粒を代表する。
いでロータリーキルン中で理論密度の97％を超えるまで
焼結させた。次いで焼結したグリッドを篩にかけて50T
（300μm,＜355μｍ）のサイズを取り出し、これらのグ
リットをアスペクト比と研削性能について評価した。こ
れは、通常のロール粉砕された弱い形状の（weak−shap
ed）ゾルゲルアルミナ砥粒を代表する。
第２の画分は、例２に記載の方法によって理論密度の
97％を上回る密度まで処理したが、但し、爆発的粉砕に
供する前の物質を、予め篩にかけて＋10メッシュ（＞2m
m）にし、微粉を除去した。爆発的に粉砕させた生産品
から、同様にして50T（＞300μm,＜355μｍ）サイズを
篩にかけて取り出した。この画分を同様にアスペクト比
の測定と研削性能の評価に供した。
97％を上回る密度まで処理したが、但し、爆発的粉砕に
供する前の物質を、予め篩にかけて＋10メッシュ（＞2m
m）にし、微粉を除去した。爆発的に粉砕させた生産品
から、同様にして50T（＞300μm,＜355μｍ）サイズを
篩にかけて取り出した。この画分を同様にアスペクト比
の測定と研削性能の評価に供した。
アスペクト比の測定 測定すべきグリットを、50Tのサイズについては−45
＋50（＜355μm,＞300μｍ）、36Tのサイズについては
−30＋35（＜600μm,＞500μｍ）に篩分けした。
＋50（＜355μm,＞300μｍ）、36Tのサイズについては
−30＋35（＜600μm,＞500μｍ）に篩分けした。
使用した装置は、Nikon Micro Nikkor 55mmのマクロ
レンズを装着したDage MTIO PA−81高分解能白黒カメラ
を備え、グリット像を捕えるためにBencher M2光学スタ
ンドに取り付けた。グリットを黒い紙の上に散布し（白
色の粒子のため）、視野の中の複数のグリットについて
写真を撮影した。
レンズを装着したDage MTIO PA−81高分解能白黒カメラ
を備え、グリット像を捕えるためにBencher M2光学スタ
ンドに取り付けた。グリットを黒い紙の上に散布し（白
色の粒子のため）、視野の中の複数のグリットについて
写真を撮影した。
天井の蛍光灯のみから照明を与え、影や過度な照光は
避けた。
避けた。
取り付け用ブラケットの上部穴とカメラ背部の中央穴
を用いて光学スタンドにカメラを装着し、光学スタンド
の垂直走行器は約44cmの位置に固定した。レンズ開口は
Ｆ−2.8にセットした。光学スタンドの台の上に計測用
定規を置き、カメラの焦点を合わせ、所望の長さの線を
設定し、具体的には10mm又は10,000μｍに合わせるよう
にして装置を較正した。
を用いて光学スタンドにカメラを装着し、光学スタンド
の垂直走行器は約44cmの位置に固定した。レンズ開口は
Ｆ−2.8にセットした。光学スタンドの台の上に計測用
定規を置き、カメラの焦点を合わせ、所望の長さの線を
設定し、具体的には10mm又は10,000μｍに合わせるよう
にして装置を較正した。
砥粒を載せた黒い紙をいろいろな視野に移動し、いろ
いろなグリットを測定した。
いろなグリットを測定した。
像を捕え、Compix C Imaging 1280/Simple 51ソフト
ウェアシステムを用いて解析した。検出の際のグリット
エッジの固定を一層容易にするため、像増強モードで鮮
明化操作を行った。次いで二進像を形成させ、像を編集
し、二つの粒が互いに接触していないことを確認し、あ
るいは明らかに異形の像を排除した。紙に由来する像の
全てのバックグラウンドノイズを除去するため、検出砥
粒の最小サイズ範囲を200平方μｍに設定した。この最
小値の設定は、テストされるグリットをある程度排除す
るとは見られなかった。
ウェアシステムを用いて解析した。検出の際のグリット
エッジの固定を一層容易にするため、像増強モードで鮮
明化操作を行った。次いで二進像を形成させ、像を編集
し、二つの粒が互いに接触していないことを確認し、あ
るいは明らかに異形の像を排除した。紙に由来する像の
全てのバックグラウンドノイズを除去するため、検出砥
粒の最小サイズ範囲を200平方μｍに設定した。この最
小値の設定は、テストされるグリットをある程度排除す
るとは見られなかった。
Simple 51ソフトウェアを用いて採取した測定値は、
視野内の各グリットの面積、最大長さ、最大幅を含ん
だ。これらのパラメーターを求めるには、通例では１つ
のサンプル粉末あたり少なくとも200〜250グリットを測
定する。次いで採取したデータをマイクロソフトのExce
l（登録商標）（Release 5.0）に移し、平均、標準偏
差、アスペクト比、及び関連累積データを求めた。
視野内の各グリットの面積、最大長さ、最大幅を含ん
だ。これらのパラメーターを求めるには、通例では１つ
のサンプル粉末あたり少なくとも200〜250グリットを測
定する。次いで採取したデータをマイクロソフトのExce
l（登録商標）（Release 5.0）に移し、平均、標準偏
差、アスペクト比、及び関連累積データを求めた。
研削性能の評価 砥粒を、フェノール系接着剤コーティングを有する布
基材の上に、標準的コーティング重量で静電塗装した。
次いで接着剤を硬化させた。次いでフェノール樹脂の上
引き接着剤層を砥粒の上に施し、この上引き接着剤層を
硬化させた。この研磨布紙材料から、長さ152.4cm×幅
6.35cmのエンドレスベルトを作成した。このベルトを一
定の力のモードでテストし、914.4表面メートル／分の
線速度とし、水系冷却剤を用い、6.8kgの力によってSUS
304ステンレス鋼を切削した。テストの最後に、20分間
で切削された合計のステンレス鋼を求めた。
基材の上に、標準的コーティング重量で静電塗装した。
次いで接着剤を硬化させた。次いでフェノール樹脂の上
引き接着剤層を砥粒の上に施し、この上引き接着剤層を
硬化させた。この研磨布紙材料から、長さ152.4cm×幅
6.35cmのエンドレスベルトを作成した。このベルトを一
定の力のモードでテストし、914.4表面メートル／分の
線速度とし、水系冷却剤を用い、6.8kgの力によってSUS
304ステンレス鋼を切削した。テストの最後に、20分間
で切削された合計のステンレス鋼を求めた。
調製したグリットは、平均切断法で測定して、平均で
約0.2〜約0.4μｍのαアルミナ結晶からなる微晶質構造
を有した。
約0.2〜約0.4μｍのαアルミナ結晶からなる微晶質構造
を有した。
評価結果 上記の結果より、爆発的に粉砕されたグリットは、研
削性能が極めて優れており、また、2.0以上のL/D比を有
するグレインをはるかに多い割合で有する点で、比較例
のサンプルの弱い形状のグレインと極めて相異すること
が明白である。
削性能が極めて優れており、また、2.0以上のL/D比を有
するグレインをはるかに多い割合で有する点で、比較例
のサンプルの弱い形状のグレインと極めて相異すること
が明白である。
例 ４ この例は、例３と同じように行ったが、但し、若干異
なるゾルゲルプロセスを使用した。例におけるその他の
点はいずれも同等である。
なるゾルゲルプロセスを使用した。例におけるその他の
点はいずれも同等である。
比較例のグリットと本発明によるグリットを調製する
ために用いた方法は次の通りである。混合用タンクに、
908kgの水、120m2/gを上回る表面積を有するαアルミナ
種晶を４重量％含む希釈αアルミナ種晶スラリーの118k
g（Diamoniteの低純度アルミナ媒体を用い、Swecoミル
中でサブミクロンのαアルミナの８％水分散系を粉砕す
ることによって調製）、及び21％硝酸の41kgを充填し
た。高速の分散ブレードを用いてこの混合物を撹拌し、
また、減圧して気泡を除いた。pHは約４であった。次い
でこの混合物をインラインのホモジナイザにポンプで導
き、同時に21％硝酸を0.6リットル／分で供給して均質
化させた。得られたゲルを乾燥して約30〜35％の水分に
した。
ために用いた方法は次の通りである。混合用タンクに、
908kgの水、120m2/gを上回る表面積を有するαアルミナ
種晶を４重量％含む希釈αアルミナ種晶スラリーの118k
g（Diamoniteの低純度アルミナ媒体を用い、Swecoミル
中でサブミクロンのαアルミナの８％水分散系を粉砕す
ることによって調製）、及び21％硝酸の41kgを充填し
た。高速の分散ブレードを用いてこの混合物を撹拌し、
また、減圧して気泡を除いた。pHは約４であった。次い
でこの混合物をインラインのホモジナイザにポンプで導
き、同時に21％硝酸を0.6リットル／分で供給して均質
化させた。得られたゲルを乾燥して約30〜35％の水分に
した。
次いで乾燥させたゲルを二つに分け、例３に記載した
と同様にしてさらに処理し、評価した。結果を次に示
す。
と同様にしてさらに処理し、評価した。結果を次に示
す。
このデータは、やはり低い固形分でのプロセスを用い
て、通常プロセスによって得られたグレインと本発明の
プロセスによって得られたものとでは顕著な相異がある
ことを示す。
て、通常プロセスによって得られたグレインと本発明の
プロセスによって得られたものとでは顕著な相異がある
ことを示す。
例 ５ この例は、例３に記載したのと同じプロセスである
が、但し、グリットサイズを評価した。50Tグリットの
代わりに、36Tサイズの画分を取り出し、評価した。結
果は次の通りであった。
が、但し、グリットサイズを評価した。50Tグリットの
代わりに、36Tサイズの画分を取り出し、評価した。結
果は次の通りであった。
このように、長めのグリットの相対数は、通常の仕方
でロール粉砕によって得られた数のわずか142％である
が、研削性能に及ぼすその効果は依然として極めて大き
い。
でロール粉砕によって得られた数のわずか142％である
が、研削性能に及ぼすその効果は依然として極めて大き
い。
例 ６ この例は、同じ標準の45/50サイズに対して評価した
７通りの物質の寸法と重量の相異を示す。３つは、本発
明でクレイムした仕方でそれぞれ爆発粉砕した種添加ゾ
ルゲルアルミナ物質のいろいろなサンプルである。その
他のものとして、本発明による粉砕グリットを作成した
ものと同様な種添加ゾルゲルアルミナ物質から、ロール
粉砕プロセスによって作成した３通りのサンプルを示
す。最後のサンプルは、スリーエム社より品名「321 Cu
bitron」として市販のアルミナ系砥粒である。この砥粒
は、種添加しないゾルゲルアルミナプロセスによって製
造され、少量のイットリアと希土類金属酸化物によって
改質されたものと理解される。この砥粒は機械的粉砕操
作によって製造されたものと考えられる。これは、平均
切断法で約１〜７μｍの直径を有するアルミナ結晶を含
む結晶構造を有する。
７通りの物質の寸法と重量の相異を示す。３つは、本発
明でクレイムした仕方でそれぞれ爆発粉砕した種添加ゾ
ルゲルアルミナ物質のいろいろなサンプルである。その
他のものとして、本発明による粉砕グリットを作成した
ものと同様な種添加ゾルゲルアルミナ物質から、ロール
粉砕プロセスによって作成した３通りのサンプルを示
す。最後のサンプルは、スリーエム社より品名「321 Cu
bitron」として市販のアルミナ系砥粒である。この砥粒
は、種添加しないゾルゲルアルミナプロセスによって製
造され、少量のイットリアと希土類金属酸化物によって
改質されたものと理解される。この砥粒は機械的粉砕操
作によって製造されたものと考えられる。これは、平均
切断法で約１〜７μｍの直径を有するアルミナ結晶を含
む結晶構造を有する。
結果を次の表３に示す。
測定法は上記の例３と同等であるが、但し、高さの測
定を白色光干渉法を用いて行った。これらのデータは、
全サンプルに共通なグリットサイズ（45/50）のため、
グリットサイズを決める寸法（幅）はサンプルの全体の
通して約54μｍの相異があるに過ぎないが、平均の高さ
と幅の双方は重複した領域を示し、平均高さとそれに由
来する平均重量は、本発明による粉砕グリットが従来技
術のロール粉砕グリットよりも大きくて重いことを明確
に示している。
定を白色光干渉法を用いて行った。これらのデータは、
全サンプルに共通なグリットサイズ（45/50）のため、
グリットサイズを決める寸法（幅）はサンプルの全体の
通して約54μｍの相異があるに過ぎないが、平均の高さ
と幅の双方は重複した領域を示し、平均高さとそれに由
来する平均重量は、本発明による粉砕グリットが従来技
術のロール粉砕グリットよりも大きくて重いことを明確
に示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャウンド，オラップ ケー. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01532，ノースボロウ，ヘンロック ド ライブ 18 (72)発明者 オーン，ローレンス イー. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01453，レオミンスター，フランクリン ストリート １，アパートメント ＃１ (72)発明者 ヤング，マーク アール. アメリカ合衆国，マサチューセッツ 01505，ボイルストン，ニコラス アベ ニュ 40 (56)参考文献 特開 平３−170270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−71697（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−38486（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−36240（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01F 7/02 B02C 19/18 C09K 3/14 550 B24D 3/00 320 B24D 3/00 340
Claims (18)
- 【請求項１】乾燥されているが未焼成のゾルゲルアルミ
ナを含み、且つ少なくとも５重量％の揮発分を有する組
成物を爆発的に粉砕する方法であって、その組成物の粒
子を400℃〜1650℃の温度に維持された炉の中に直接供
給し、炉の中での滞留時間を調節し、爆発的に粉砕され
たアルミナ粒子を生成させる爆発的粉砕方法。 - 【請求項２】ゾルゲルアルミナが種添加されたゾルゲル
アルミナである請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】ゾルゲルアルミナが種添加されていないゾ
ルゲルアルミナである請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】炉がチューブ式ロータリー炉である請求項
１に記載の方法。 - 【請求項５】炉の中の最高温度ゾーン（高温ゾーン）で
の滞留時間が１秒間〜30分間である請求項１に記載の方
法。 - 【請求項６】チューブが水平に対して１〜60゜の角度で
傾斜した請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】チューブが0.5〜40rpmで回転する請求項６
に記載の方法。 - 【請求項８】炉の中に供給される乾燥ゾルゲルアルミナ
含有組成物が、５〜60重量％の揮発性物質を含む請求項
１に記載の方法。 - 【請求項９】乾燥ゾルゲルアルミナ含有組成物が、炉の
高温ゾーンの付近に直接供給される請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１０】炉の中での温度と滞留時間が、α層を形
成させ、且つ理論密度の少なくとも95％まで焼結させる
のに十分である請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】炉が、アルミナを焼結させるのに必要な
温度より低く維持され、爆発的に粉砕された物質が、そ
の後で実質的に理論密度まで焼結される請求項１に記載
の方法。 - 【請求項１２】爆発的に粉砕される物質が、焼結される
前に、粒子サイズをさらに調節する粉砕工程に供される
請求項11に記載の方法。 - 【請求項１３】爆発的に粉砕される物質が、焼結工程に
供される前に、希土類金属、遷移金属、ルビジウム、セ
シウム、及びイットリウムからなる群より選択された金
属の可溶性塩の溶液で処理される請求項11に記載の方
法。 - 【請求項１４】長手寸法のまわりで非対称であり、製造
後のその任意のグリットサイズ画分の中で、少なくとも
2:1のアスペクト比を有するグリットを25％より多く含
み、且つ理論密度の少なくとも95％の密度を有するアル
ミナ砥粒。 - 【請求項１５】2:1を上回るアスペクト比を有するグリ
ットの割合が30％を超える請求項14に記載のアルミナ砥
粒。 - 【請求項１６】0.01〜10μｍのサイズを有する焼結アル
ミナ結晶を含んでなる請求項14に記載のアルミナ砥粒。 - 【請求項１７】アルミナ結晶子が１μｍを下回る大きさ
である請求項16に記載のアルミナ砥粒。 - 【請求項１８】マグネシウム、ジルコニウム、希土類金
属、遷移金属、ルビジウム、セシウム、及びイットリウ
ムの酸化物からなる群より選択された１種以上の酸化物
を混和することによって改質された焼結アルミナを含ん
でなる請求項14に記載のアルミナ砥粒。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/417,169 | 1995-04-05 | ||
| US08/417,169 US5725162A (en) | 1995-04-05 | 1995-04-05 | Firing sol-gel alumina particles |
| US417,169 | 1995-04-05 | ||
| PCT/US1996/004137 WO1996032226A2 (en) | 1995-04-05 | 1996-03-27 | Firing sol-gel alumina particles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10510238A JPH10510238A (ja) | 1998-10-06 |
| JP3220159B2 true JP3220159B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=23652855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53102396A Expired - Lifetime JP3220159B2 (ja) | 1995-04-05 | 1996-03-27 | ゾルゲルアルミナ粒子の焼成 |
Country Status (24)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5725162A (ja) |
| EP (1) | EP0819104B1 (ja) |
| JP (1) | JP3220159B2 (ja) |
| KR (1) | KR100263596B1 (ja) |
| AR (1) | AR001555A1 (ja) |
| AT (1) | ATE179966T1 (ja) |
| AU (1) | AU686506B2 (ja) |
| BR (1) | BR9604913A (ja) |
| CA (1) | CA2212508C (ja) |
| CO (1) | CO4560574A1 (ja) |
| CZ (1) | CZ289604B6 (ja) |
| DE (1) | DE69602434T2 (ja) |
| DK (1) | DK0819104T3 (ja) |
| ES (1) | ES2134610T3 (ja) |
| GR (1) | GR3030931T3 (ja) |
| HU (1) | HU222600B1 (ja) |
| MX (1) | MX9707651A (ja) |
| NO (1) | NO312231B1 (ja) |
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| PL (1) | PL182876B1 (ja) |
| RU (1) | RU2148567C1 (ja) |
| TW (2) | TW303318B (ja) |
| WO (1) | WO1996032226A2 (ja) |
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| US5779743A (en) * | 1996-09-18 | 1998-07-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Method for making abrasive grain and abrasive articles |
| US6929199B1 (en) | 1997-01-17 | 2005-08-16 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Explosive fragmentation process |
| US5885311A (en) * | 1997-06-05 | 1999-03-23 | Norton Company | Abrasive products |
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| US6277161B1 (en) | 1999-09-28 | 2001-08-21 | 3M Innovative Properties Company | Abrasive grain, abrasive articles, and methods of making and using the same |
| US6287353B1 (en) | 1999-09-28 | 2001-09-11 | 3M Innovative Properties Company | Abrasive grain, abrasive articles, and methods of making and using the same |
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