JPH10505625A - 研削補助材料、その製造方法、その使用方法、およびそれを含有する研磨材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 砥粒およびＡl₂Ｏ₃の還元による金属アルミニウムの製造によるコールドバスを粉砕することにより得られる粒子から成る研削助剤を含有する研磨材料に用いられる研削助剤。この研削助剤は、コールドバスを、要すれば多工程に分けて粉砕し、その結果、要すれば用いられる遊離金属アルミニウム残分の粒子をロールに通してフレークにし、上記粉砕材料を分級して、要すれば生成アルミニウムフレークを分類し、次いで残りの材料を生成物として回収するか、または要すれば更に研削し、要すれば分類して100重量％粒径100μm以下に相当する粒度分布を有する材料を提供する方法により製造される。この研削助剤はそれ自体、研磨材料の製造に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 研削補助材料、その製造方法、その使用方法、およびそれを含有する研磨材料 （背景技術） 本発明は、砥粒および研削助剤を含有する研磨材料に用いられるフッ化物含有 無機化合物から成る研削助剤、その製造方法、その使用方法、およびそれを含有 する研磨材料に関する。 クリオライトを研削助剤として研磨材料、例えばサンドペーパー、エメリーク ロスおよび研削ホイール中の研磨組成物に用いることは公知であり、例えばカー コスマー(KIRKOTHMER)：エンシクロペディア・オブ・ケミカル・テクノロジー(ENCY CLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY)、第３版、第10巻、1980年、672行、および 国際特許出願WO 94/02562に開示されている。 国際特許出願WO 94/02562には、研削補助材料が粒子間引力によって結合され る外側表面を有する砥粒が開示されている。合成クリオライトを含むクリオライ トを除く多くの材料が、研削補助材料として開示されている。 米国特許明細書第4078,753号には、砥粒、微小研削充填材および樹脂バインダ ーからなる侵食性凝集体に加えて、研磨面を有する研磨材料が開示されている。 上記充填材は、炭酸カルシウム、タルク、ガラス、硫酸ナトリウム、クリオライ ト、フルオロボレート等であってもよい。実施例Ｖでは、ナトリウムクリオライ ト以外のものを用いる。 欧州特許出願第8,868号には、無機マトリックスに結合した砥粒の脆性凝集体 から成る研磨材料が開示されている。上記マトリックスは天然クリオライト、例 ースとしてもよい。これらの研磨材料は、天然クリオライトを溶融し、砥粒を加 え、冷却し、その冷却材料を粉砕することにより製造されてもよい。 研削助剤は、研削速度および製品寿命を除く、研磨材料の有用性に好影響を与 えるため、用いられる。得られる製品改良の機構に関して、特定の知識は役に立 たない。しかしながら、研削助剤としてクリオライトを用いることの作用は、研 削により生じるチッピングが非常に高温で局所的に起こり、上記クリオライトが チッピングにより生じた溶融体中のフラックスとして作用する環境に依存し、そ の結果、上記溶融体の粘度が低下することは確実である。しかしながら、上記ク リオライトの作用は、上記砥粒間の隙間をブロックする傾向が低減する環境にも 依存する。 オライトを供給してきた。即ち、その企業は-325メッシュ、即ち45μm以下に研 削した天然クリオライトを研削ディスク工業に供給してきた。 グリーンランドにおけるクリオライトの採鉱の終結後、今日では天然クリオラ イトは市場では入手できない。少数の（ロシアの）生産者が彼らが天然クリオラ イトと呼ぶグレードを販売しているが、検査の結果、それは沈降クリオライトの 種類である。ロシアには天然クリオライトの鉱床があるが、知られている限り、 それらは浮選による製造には好適でない。たぶん、ロシア産の「天然クリオライ ト」はそのような鉱床の抽出物を沈殿させることにより製造されている。 従って、1990年代中頃に入手可能なクリオライトの種類は一般に合成、即ち湿 式沈降法により製造され、これらの入手可能なクリオライトの種類のどれも研磨 組成物中の研削助剤としては適さない。 合成クリオライトの使用を含む困難さは２種類ある。 第１に、研削助剤としての合成クリオライトの使用がサンドペーパー上の、特 により微細な種類の被膜内の望ましくないストライプとなるため、美的問題があ る。更に、微細および粗いサンドペーパー種類の両方の合成クリオライトは天然 クリオライトより多くのバインダーを吸収することが観察された。 第２に、例えば、サンドペーパーの製造工程中に製造的に不適切なばらつきが あり、従って製造工程中の粒子分離および粒子凝集が増加する傾向がある。 最後に、研磨材料のユーザーが不特定の性能の問題に直面したことが報告され た。 詳細な研究によって、出願人等は天然クリオライトおよび合成クリオライト、 即ち湿式沈降法により製造されたクリオライトの化学的および形状的違いの両方 を示すことが可能となった。化学的違いは、融点および溶融組成物が上記２種に 関して異なる結果となった。これは、例えば研削工程でフラックスとしての機能 に対して重要性を有する。 様々なクリオライトの種類の化学組成はほぼ以下の通りである。 ここで「％」は重量％を表す。 純粋な、中性クリオライトは３ＮaＦ・１ＡlＦ₃、即ちＮaＦ/ＡlＦ₃モル比３を 有する。 過剰のＡlＦ₃を有する、即ちＮaＦ/ＡlＦ₃モル比３以下を有するクリオライト は、酸性クリオライトと呼ばれ、一方、過剰のＮaＦを有する、即ちＮaＦ/ＡlＦ₃ モル比３以上を有するクリオライトは、塩基性クリオライトと呼ばれる。天然 クリオライトは中性であり、一方、すべての合成クリオライトは多少酸性である 。いわゆるロシア産「天然クリオライト」は、水溶液からの沈降により得られた 合成クリオライトと同様の組成および粒子形状および粒径を有する。 様々なクリオライト種類の顕微鏡的研究は、かなりの形状的違いを示す。概し て、調査した全合成クリオライトは非常に規則正しいサイズ、通常粒径１〜２μ mの非常に微細な結晶から成り、粒径約25μm以下の粒子に凝集し、一方、天然ク リオライトは、幅広く異なる粒径を有し、不規則形状粒子である非常に粗い粒子 の 個々の結晶または結晶フラグメントである。他の点、即ち流動性ならびに除粉(d usting)および凝集(lumping)能力においては、様々なクリオライト種類間でほん の少しの違いである。 従って、研削助剤として好適なクリオライト種類は中性であることにより化学 的に特徴付けられ、一方、好適でないグレードは多少酸性である。 本発明下の問題は、前述のように用いられる微細研削した、天然の、中性クリ オライトの代替品として好適であり、合成クリオライトの使用、その製造方法、 研磨材料製造用のその使用方法、およびそれを含む研磨材料に関する前述の欠点 を示さない研削助剤を提供することである。 （発明の要旨） 驚くべきことに、Ａl₂Ｏ₃の還元による金属アルミニウムの製造によるコール ドバスを粉砕することにより得られる粒子から成ることを特徴とする、砥粒およ び研削助剤を含有する研磨材料に用いられるフッ化物含有無機化合物から成る研 削助剤によりこの問題を解決するを見い出した。 公知のように、金属アルミニウムは電解槽中でのＡl₂Ｏ₃の還元による大量工 業スケールで製造され、クリオライトを少量のフッ化カルシウムおよび他のフッ 化物と共に溶融することにより作成した溶融物中に溶解した。更に、フッ化アル ミニウムを加えて、溶融浴の化学組成を調節し、アルミニウム製造に好適な出発 原料である酸化アルミニウム５〜10重量％を上記溶融物に連続的に溶解した。 そのような電解浴は電解槽の停止、例えば修理のため、または延長された使用 時間後の浴中の不純物の増加による廃棄物として生じる。上記固化電解浴の塊は 通常、「コールドバス(cold bath)」と呼ばれ、アルミニウム材料の内部平衡が 上記浴の量が時間と共に増加することを意味するため、リサイクルの問題を生じ る。 上記コールドバスは、種々のフッ化アルミニウム、他の金属フッ化物、少量の 金属アルミニウム、要すれば電解槽のライニングからの石炭およびセラミック絶 縁材料の酸性混合物を含有する。上記コールドバスの重要な特徴は、式５ＮaＦ・ ３ＡlＦ₃、即ちＮaＦ/ＡlＦ₃モル比5/3を有する、かなりの量のチオライトをク リオライトと共に含有することである。例えば、上記コールドバスは、通常クリ オライト40〜44重量％およびチオライト40〜44重量％を含有してもよい。 驚くべきことに、好適な作製後のコールドバス材料が、たとえこのコールドバ ス材料が極端に酸性のクリオライトに相当するＮaＦ/ＡlＦ₃比を有する場合でも 、天然クリオライトの代替品として有用であることを見い出した。 可能な砥粒は、この用途に前述のように用いられる材料のすべての粒子、特に モース(Mohs)硬度少なくとも８、好ましくは少なくとも９を有する材料の粒子、 例えば焼成アルファアルミナベースセラミック粒子、溶融アルミナ粒子、溶融ア ルミナ-ジルコニア粒子、ダイヤモンド粒子、窒化ホウ素粒子、窒化ケイ素粒子 、炭化ホウ素粒子およびざくろ石粒子、そしてこれらの組合せから成る群から選 択されるものである。 好ましい態様に従って、上記コールドバス中に存在する本質的にすべての金属 アルミニウムを除去する。研削助剤中の金属アルミニウム含有量は好ましくは0. 5重量％以下、特に0.1重量％以下である。 他の好ましい態様に従って、この研削助剤は総量少なくとも75重量％、好まし くは少なくとも80重量％でクリオライトおよびチオライトを含有する。 好ましくは、上記研削助剤はチオライトを20〜60重量％の量で含有し、それは 好ましくはＮaＦ/ＡlＦ₃モル比2.5〜1.875を有する。 他の好ましい態様に従って、研削助剤中の要すれば用いられる含有量の金属ア ルミニウムは、100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当す る粒度分布を有する粒子として存在する。 本発明の研削助剤中の粒子は、100重量％粒径100μm以下、好ましくは100重量 ％粒径75μm以下、特に100重量％粒径50μm以下に相当する粒度分布、特に100重 量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する粒度分布を有するこ とが好ましい。 本発明の研削助剤は好ましくは、 溶融フッ化ナトリウムアルミニウムのバス中のＡl₂Ｏ₃の還元による金属アル ミニウムの製造に用いられる電解浴を冷却し、予備分類に好適な部分に粉砕する 工程、 有用な遊離アルミニウムおよびグラファイトを分類する工程、 残りの材料、即ちコールドバスを、要すれば多工程に分けて粉砕し、その結果 、要すれば用いられる遊離金属アルミニウム残分の粒子をロールに通してフレー クにする工程、 上記粉砕材料を分級して、要すれば生成アルミニウムフレークを分類する工程 、および次いで、 上記残りの材料を生成物として回収するか、または要すれば更に研削し、要す れば分類して100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する 粒度分布を有する材料を提供する工程、 を含む方法により製造される。 本発明は更に、研磨材料を製造するためのそのような研削助剤の使用に関する 。 本発明は更に、研削助剤がＡl₂Ｏ₃の還元による金属アルミニウムの製造によ るコールドバスを粉砕することにより得られる粒子から成ることを特徴とする、 砥粒およびフッ化物含有無機化合物から成る研削助剤を含有する研磨材料に関す る。 本発明の研磨材料の好ましい態様は、好ましい研削助剤の記載に関連する前述 の態様に相当する。 この方法の重要な特徴は、それが上記金属アルミニウムが全金属アルミニウム を分級により除去する形で提供される工程を含み得ることである。これは、以下 の実施例中により詳細に説明される多くの粉砕および研削方法により行ってもよ い。 金属アルミニウムの除去後、上記分級材料は更に研削されてもよく、また、意 図した用途に対して有用な粒径に依存して、それが有する形に用いられてもよい 。 研削ディスクおよび粗いサンドペーパーに対して、使用品は好ましくはより大 きい部分が粒径100μm以下を有するように粉砕された材料から作製されてもよい 。 より微細なサンドペーパーに対して、上記材料の粒径は75μm以下でなければ ならない。 最も微細サンドペーパーに対して、上記粒径は50μm以下でなければならない ことを見い出した。 特に好ましい粒度分布は、５μm以下４〜20重量％、15μm以下30〜70重量％、 30μm以下75〜97重量％である。 （実施例） 本発明を、多数の実施例によって以下に更に詳細に説明する。実施例１ アイスランドのアルミニウム素材ISELからのコールドバス試料を、ジョークラ ッシャーにより粉砕した。これにより、上記コールドバス中に存在する金属アル ミニウムの粒子を、分級により容易に分類され得る、平坦な、ロールを通したフ レークの形にした。 残りの材料を化学的に分析し、ＮaＯＨ可溶性Ｆ51.09重量％および総Ａl量15. 15重量％ 組成：クリオライト44.9重量％、チオライト46.4重量％、ＣaＦ₂4.1重量％、 Ａl₂Ｏ₃2.3重量％、不活性2.3重量％、遊離Ａl０重量％、 を示した。 残りの材料を次いで、シーブテクニーク(Siebtechnik)製のスイングミルによ る第１研削工程で研削し、粒径100〜150μmに研削した。分級後、上記生成物を 更にボールミルによる第２研削工程で研削し、45μm以下85重量％を有し、100μ m以上を有さず、比表面積（ＢＥＴ法により決定）0.551m²/cm³を有する生成物を 作製した。 この生成物18kgを、多数のサンドペーパー種類のパイロット生成物として用い た。その結果は、この材料が合成クリオライトの特徴である欠点を示さないが、 これに反して前述のように用いられた天然クリオライトと同様の優れた性能を有 することを明らかにした。実施例２ 実施例１の出発原料を、第２研削工程をAFG400ジェット・ミル(Jet Mill)によ り行い、次いでその研削材料をアルピン(Alpine)ATP 100エアースクリーンによ り材料流量500〜600kg/時間で分級した以外は、実施例１と同様に前処理した。 得られた生成物は、実施例１と同様に良好な実用性を示し、比表面積（ＢＥＴ 法により決定）0.694m²/cm³、および以下の粒度分布：100μm以上を有さず、15 μm以下50重量％を有した。実施例３ 実施例１の出発原料を、第２研削工程をアルピン(Alpine)製のパイロットボー ルミルにより行い、次いでその研削材料をアルピン(Alpine)ATP 100エアースク リーンにより材料流量30kg/時間で分級した以外は、実施例１と同様に前処理し た。 得られた生成物は、実施例１および２と同様に良好な実用性を示し、比表面積 （ＢＥＴ法により決定）0.723m²/cm³、および以下の粒度分布：100μm以上を有 さず、16μm以下50重量％を有した。実施例４ バーレーンのアルミニウム素材からのコールドバス試料を、リングミルにより 粉砕した。これにより、上記コールドバス中に存在する金属アルミニウムの粒子 を、103μm篩による分級により容易に分類され得る、平坦な、ロールを通したフ レークの形にした。 上記材料を化学的に分析し、 粉砕前、ＮaＯＨ可溶性Ｆ46.32重量％および総Ａl量15.61重量％、 粉砕および分級後、ＮaＯＨ可溶性Ｆ46.76重量％および総Ａl量14.28重量％ 粉砕前組成：クリオライト42.1重量％、チオライト40.7重量％、ＣaＦ₂6.5重 量％、Ａl₂Ｏ₃2.9重量％、不活性9.2重量％、遊離Ａl1.5重量％、 粉砕および分級後組成：クリオライト42.5重量％、チオライト41.1重量％、Ｃ aＦ₂6.5重量％、Ａl₂Ｏ₃2.9重量％、不活性7.0重量％、遊離Ａl ０重量％、Ｎa Ｆ/ＡlＦ₃モル比2.22、 を示した。 この生成物18kgを、多数のサンドペーパー種類のパイロット生成物として用い た。その結果は、この材料が合成クリオライトの特徴である欠点を示さないが、 これに反して前述のように用いられた研削天然クリオライトと同様の優れた性能 を有することを明らかにした。実施例５ 実施例１の出発原料を、第２研削工程にジェット・ミル(Jet Mill)AJ 100を材 料流量58kg/時間で用いた以外は、実施例１と同様に前処理した。次のエアース クリーンの工程では、篩上分には分類されたいくらかの遊離金属アルミニウムを 含有した。 分級生成物は、体積％で表された以下の分級曲線、35μm以下97％、14μm以下 50％、５μm以下10％を有した。 この生成物は、実施例１の生成物と同様に微粒子サンドペーパーの製造に良好 な結果を示した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ａl₂Ｏ₃の還元による金属アルミニウムの製造によるコールドバスを粉砕 することにより得られる粒子から成ることを特徴とする、砥粒および研削助剤を 含有する研磨材料に用いられるフッ化物含有無機化合物から成る研削助剤。 ２．前記コールドバス中に存在する本質的にすべての金属アルミニウムを除去 する請求項１記載の研削助剤。 ３．研削助剤中の金属アルミニウム含有量が0.5重量％以下、好ましくは0.1重 量％以下である請求項１〜２のいずれか記載の研削助剤。 ４．総量少なくとも75重量％、好ましくは少なくとも80重量％でクリオライト およびチオライトを含有する請求項１〜３のいずれか記載の研削助剤。 ５．チオライトを20〜60重量％の量で含有する請求項１〜４のいずれか記載の 研削助剤。 ６．ＮaＦ/ＡlＦ₃モル比2.5〜1.875を有する請求項１〜５のいずれか記載の研 削助剤。 ７．研削助剤中の要すれば用いられる含有量の金属アルミニウムが、100重量 ％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する粒度分布を有する粒子 として存在する請求項１〜６のいずれか記載の研削助剤。 ８．粒子が100重量％粒径100μm以下、好ましくは100重量％粒径75μm以下、 特に100重量％粒径50μm以下に相当する粒度分布を有する請求項１〜７のいずれ か記載の研削助剤。 ９．粒子が100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する 粒度分布を有する請求項８記載の研削助剤。 10．溶融フッ化ナトリウムアルミニウムのバス中のＡl₂Ｏ₃の還元による金属 アルミニウムの製造に用いられる電解槽を冷却し、予備分類に好適な部分に粉砕 する工程、 有用な遊離アルミニウムおよびグラファイトを分類する工程、 残りの材料、即ちコールドバスを、要すれば多工程に分けて粉砕し、その結果 、要すれば用いられる遊離金属アルミニウム残分の粒子をロールに通してフレー クにする工程、 該粉砕材料を分級して、要すれば生成アルミニウムフレークを分類する工程、 該残りの材料を生成物として回収するか、または要すれば更に研削し、要すれ ば分類して100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する粒 度分布を有する材料を提供する工程、 を含む方法により製造される請求項１〜７のいずれか記載の研削助剤。 11．溶融フッ化ナトリウムアルミニウムのバス中のＡl₂Ｏ₃の還元による金属 アルミニウムの製造に用いられる電解槽を冷却し、予備分類に好適な部分に粉砕 する工程、 有用な遊離アルミニウムおよびグラファイトを分類する工程、 残りの材料、即ちコールドバスを、要すれば多工程に分けて粉砕し、その結果 、要すれば用いられる遊離金属アルミニウム残分の粒子をロールに通してフレー クにする工程、 該粉砕材料を分級して、要すれば生成アルミニウムフレークを分類する工程、 該残りの材料を生成物として回収するか、または要すれば更に研削し、要すれ ば分類して好ましくは100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に 相当する粒度分布を有する材料を提供する工程、 を含む請求項１〜10のいずれか記載の研削助剤の製造方法。 12．研磨材料を製造するための請求項１〜10のいずれか記載の研削助剤の使用 方法。 13．研削助剤がＡl₂Ｏ₃の還元による金属アルミニウムの製造によるコールド バスを粉砕することにより得られる粒子から成ることを特徴とする、砥粒および フッ化物含有無機化合物から成る研削助剤を含有する研磨材料。 14．前記コールドバス中に存在する本質的にすべての金属アルミニウムを除去 する請求項13記載の研磨材料。 15．研削助剤中の金属アルミニウム含有量が0.5重量％以下、好ましくは0.1重 量％以下である請求項13〜14のいずれか記載の研磨材料。 16．研削助剤が、総量少なくとも75重量％、好ましくは少なくとも80重量％で クリオライトおよびチオライトを含有する請求項13〜15のいずれか記載の研磨材 料。 17．研削助剤が20〜60重量％の量でチオライトを含有する請求項13〜16のいず れか記載の研磨材料。 18．研削助剤がＮaＦ/ＡlＦ₃モル比2.5〜1.875を有する請求項13〜17のいずれ か記載の研磨材料。 19．研削助剤中の前記含有量の金属アルミニウムが、100重量％粒径50μm以下 および50重量％粒径20μm以下に相当する粒度分布を有する粒子として存在する 請求項13〜18のいずれか記載の研磨材料。 20．前記粒子が100重量％粒径100μm以下、好ましくは100重量％粒径75μm以 下、特に100重量％粒径50μm以下に相当する粒度分布を有する請求項13〜19のい ずれか記載の研磨材料。 21．粒子が100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する 粒度分布を有する請求項20記載の研磨材料。 22．前記研削助剤が、 溶融フッ化ナトリウムアルミニウムのバス中のＡl₂Ｏ₃の還元による金属アル ミニウムの製造に用いられる電解槽を冷却し、予備分類に好適な部分に粉砕する 工程、 有用な遊離アルミニウムおよびグラファイトを分類する工程、 残りの材料、即ちコールドバスを、要すれば多工程に分けて粉砕し、その結果 、要すれば用いられる遊離金属アルミニウム残分の粒子をロールに通してフレー クにする工程、 該粉砕材料を分級して、要すれば生成アルミニウムフレークを分類する工程、 該残りの材料を生成物として回収するか、または要すれば更に研削し、要すれ ば分類して100重量％粒径50μm以下および50重量％粒径20μm以下に相当する粒 度分布を有する材料を提供する工程、 を含む方法により製造される請求項13〜21のいずれか記載の研磨材料。