KR100912306B1 - 무정질 물질 및 세라믹의 제조 방법 - Google Patents

무정질 물질 및 세라믹의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무정질 물질 및 세라믹 물질의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구현예는 연마 입자의 제조에 사용될 수 있다. 연마 입자는 접착된 연마재, 피복된 연마재, 부직 연마재, 및 연마 브러쉬를 포함한 다양한 연마 물품에 혼입될 수 있다.
무정질 물질, 세라믹, 유리-세라믹, 금속 산화물

Description

무정질 물질 및 세라믹의 제조 방법 {Method of Making Amorphous Materials and Ceramics}
본 발명은 무정질 및 세라믹 물질의 제조 방법에 관한 것이다.
다수의 무정질 물질 (유리를 포함) 및 세라믹 물질 및 그의 제조 방법이 공지되어 있다. 상기 공정의 일부의 최종 생성물 (즉, 원하는 최종 형태)는 연마 입자, 절삭 공구, 기판 및 기타 구조 형태와 같은 벌크 형태, 코팅과 같은 필름, 역반사 비드 및 충전제와 같은 입자, 또는 엔진 부분과 같은 복합 형태를 포함한다. 일부의 경우에, 특정 무정질 또는 세라믹 물품의 제조용 원료는 수득되는 무정질 또는 세라믹 물품과 동일한 조성을 갖는 입자일 수 있고, 다른 경우에, 총합하여 원료는 원하는 조성물을 제공하지만, 개별 원료는 단지 최종 조성물에 필요한 성분의 일부만 단지 기여할 수 있다.
조성 및 필요할 경우 미세구조의 관점에서 단일성의 원하는 정도는 최종 생성물 및 그의 용도에 의존할 수 있다. 일반적으로 단일한 조성, 및 미세구조를 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 특정 조성 및(또는) 존재하는 결정질 및(또는) 비결정질 상을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 또다른 측면에서, 특정 배열 (예를 들어, 구형 입자)로 물질을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
무정질 및 세라믹 물품을 제조하기 위해 공지된 다수의 방법 및 이러한 물품을 제조하기 위한 원료로서 기능할 수 있는 무정질 및 세라믹 물질이 있으나, 이러한 물질을 제조하기 위한 신규의 방법, 및 원하는 특징 또는 조성을 갖는 물질이 계속 요구되고 있다.
발명의 요약
일 측면에서, 본 발명은 (a) 산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 (예를 들어, Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr, 및 이들의 조합), M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
(b) (i) M 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지그코늄, 및 이들 각각의 조합) 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원 (예를 들어, M 산화물이 아닐 경우 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들의 조합); 또는
(ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, 복합 산화니켈·금속 산화물, 복합 산화칼슘·금속 산화물, 복합 산화구리·금속 산화물, 복합 산화크롬·금속 산화물, 복합 산화철·금속 산화물, 복합 산화리튬·금속 산화물, 복합 산화마그네슘·금속 산화물, 복합 산화은·금속 산화물, 복합 산화티탄·금속 산화물, 복합 산화지르코늄·금속 산화물, 및 이들의 조합) 중 1종 이상을 용융시켜 금속, M의 적어도 일부는 산화되고 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 실질적으로 모든 금속, M이 산화하고 (즉 95 중량％ 이상, 심지어 99 중량％ 이상), M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계; 및
상기 용융물을 냉각시켜 무정질 물질을 제공하는 단계를 포함하는, Al203을 포함하는 무정질 물질 (예를 들어, 유리)의 제조 방법을 제공한다.
어떤 구현예에서, 입자상 금속성 물질로부터의 금속, M은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 중량％ 이상, 또는 심지어 50 중량％ 이상의 무정질 물질의 M 산화물을 제공한다. 어떤 구현예에서, 무정질 물질은 또다른 물질 (예를 들어, 무정질 물질을 포함하는 입자, 무정질 물질을 포함하는 세라믹 등)에 존재할 수 있다. 어떤 구현예에서, 용융물 및 무정질 물질은 1종 이상의 Y203, REO, Zr02, 또는 HfO2를 포함하거나, 더 포함한다.
본 출원에서:
"무정질 물질"은 X-선 회절에 의해 측정될 때 임의의 긴 범위의 결정 구조가 없고(없거나) "시차적 열분석"이라는 제목으로 본 명세서에 기재된 시험에 의해 측정될 때 DTA(시차적 열분석)에 의해 측정된 무정질 물질의 결정화에 해당하는 발열 피크를 갖는 용융물 및(또는) 기체 상으로부터 유래된 물질을 의미하고;
"세라믹"은 무정질 물질, 유리, 결정질 세라믹, 유리-세라믹, 및 이들의 조합을 포함하며;
"복합 금속 산화물"은 2종 이상의 상이한 금속 원소 및 산소를 포함하는 금 속 산화물 (예를 들어, CeAl11O18, Dy3Al5O12, MgAl 2O4 및 Y3Al5O12)을 의미하고;
"복합 Al2O3·금속 산화물"은 이론적 산화물을 기준으로, Al2O 3 및 1종 이상의 Al 이외의 금속 원소를 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, CeAl11O18, Dy3Al5O12, MgAl2O4 및 Y3Al5O 12)을 의미하며;
"복합 Al2O3·Y2O3"는 이론적 산화물을 기준으로 Al2O3 및 Y2O3를 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, Y3Al5O12)을 의미하고;
"복합 Al2O3·REO"는 이론적 산화물을 기준으로 Al2O3 및 희토류 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, CeAl11O18, Dy3Al5O12 )을 의미하며;
"유리"는 유리 전이 온도를 나타내는 무정질 물질을 의미하고;
"유리-세라믹"은 무정질 물질을 열처리하여 형성된 결정을 포함하는 세라믹을 의미하며;
"Tg"는 "시차적 열분석"이라는 제목으로 본 명세서에 기재된 시험에 의해 측정된 유리 전이 온도를 의미하고;
"Tx"는 "시차적 열분석"이라는 제목으로 본 명세서에 기재된 시험에 의해 측정된 결정화 온도를 의미하며;
"희토류 산화물"은 산화세륨 (예를 들어, CeO2), 산화디스프로슘 (예를 들 어, Dy2O3), 산화에르븀 (예를 들어, Er2O3), 산화유러퓸 (예를 들어, Eu2O3), 산화가돌리늄 (예를 들어, Gd2O3), 산화홀뮴 (예를 들어, Ho2O3), 산화란탄 (예를 들어, La2O3), 산화루테튬 (예를 들어, Lu2O3), 산화네오디뮴 (예를 들어, Nd2O3), 산화프라세오디뮴 (예를 들어, Pr6O11), 산화사마륨 (예를 들어, Sm2O3), 산화테르븀 (예를 들어, Tb2O3), 산화토륨 (예를 들어, Th4O7), 산화툴륨 (예를 들어, Tm2O3) 및 산화이테르븀 (예를 들어, Yb2O3) 및 이들의 조합을 의미하고;
"REO"는 희토류 산화물(들)을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 금속 산화물 (예를 들어, Al2O3, 복합 Al2O3 ·금속 산화물 등)이 예를 들어 유리-세라믹 중 결정질이라고 언급되지 않는 한, 이는 무정질, 결정질 또는 일부 무정질 및 일부 결정질일 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어 유리-세라믹이 Al2O3 및 ZrO2를 포함하는 경우, Al2O3 및 ZrO2 각각은 무정질 상태, 결정질 상태, 또는 일부 무정질 상태 및 일부 결정질 상태, 또는 심지어는 다른 금속 산화물(들)과의 반응 생성물로서 존재할 수 있다 (예, 예를 들어 Al2O3 가 결정질 Al2O3 또는 Al2O3의 특정 결정질 상 (예를 들어, 알파 Al 2O3)으로 존재한다고 언급되지 않는 한, 이는 결정질 Al2O3 및(또는) 1종 이상의 결정질 복합 Al2O 3·금속 산화물의 일부로서 존재할 수 있음).
또한, Tg를 나타내지 않는 무정질 물질을 가열하여 형성된 유리-세라믹은 사실상 유리를 포함하지 않을 것이나, 오히려 Tg를 나타내지 않는 결정 및 무정질 물질을 포함할 수도 있다는 점이 이해된다.
또다른 측면에서, 본 발명은 (a) 산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 (예를 들어, Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr, 및 이들의 조합), M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
(b) (i) M 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들 각각의 조합) 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원 (예를 들어, M 산화물이 아닐 경우 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들의 조합); 또는
(ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, 복합 산화니켈·금속 산화물, 복합 산화칼슘·금속 산화물, 복합 산화구리·금속 산화물, 복합 산화크롬·금속 산화물, 복합 산화철·금속 산화물, 복합 산화리튬·금속 산화물, 복합 산화마그네슘·금속 산화물, 복합 산화은·금속 산화물, 복합 산화티탄·금속 산화물, 복합 산화지르코늄·금속 산화물, 및 이들의 조합) 중 1종 이상을 용융시켜 금속, M의 적어도 일부는 산화되고 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 실질적으로 모든 금속, M이 산화하고 (즉 95 중량％ 이상, 심지어 99 중량％ 이상), M 산화물, M 산 화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계;
상기 용융물을 냉각시켜 Tg를 갖는 유리 입자 (예를 들어, 비드)를 제공하는 단계;
상기 유리 입자가 유착하도록 상기 유리 입자를 Tg 초과의 온도로 가열하여 성형물을 형성하는 단계; 및
상기 성형물을 냉각하여 물품을 제공하는 단계를 포함하는, Al2O3를 포함하는 유리를 포함하는 물품의 제조 방법을 제공한다.
어떤 구현예에서, 입자상 금속성 물질로부터의 금속, M은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 중량％ 이상, 또는 심지어 50 중량％ 이상의 유리의 M 산화물을 제공한다. 어떤 구현예에서, 용융물 및 유리는 1종 이상의 Y203, REO, Zr02, 또는 HfO2를 포함하거나, 더 포함한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 (a) 산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 (예를 들어, Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr, 및 이들의 조합), M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
(b) (i) M 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들 각각의 조합) 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원 (예를 들어, M 산 화물이 아닐 경우 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들의 조합); 또는
(ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, 복합 산화니켈·금속 산화물, 복합 산화칼슘·금속 산화물, 복합 산화구리·금속 산화물, 복합 산화크롬·금속 산화물, 복합 산화철·금속 산화물, 복합 산화리튬·금속 산화물, 복합 산화마그네슘·금속 산화물, 복합 산화은·금속 산화물, 복합 산화티탄·금속 산화물, 복합 산화지르코늄·금속 산화물, 및 이들의 조합) 중 1종 이상을 용융시켜 금속, M의 적어도 일부는 산화되고 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 실질적으로 모든 금속, M이 산화하고 (즉 95 중량％ 이상, 심지어 99 중량％ 이상), M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계;
상기 용융물을 냉각시켜 무정질 물질을 제공하는 단계; 및
상기 무정질 물질의 적어도 일부가 유리-세라믹으로 전환되도록 상기 무정질 물질을 열처리하는 단계를 포함하는, Al203을 포함하는 유리-세라믹의 제조 방법을 제공한다.
어떤 구현예에서, 입자상 금속성 물질로부터의 금속, M은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 중량％ 이상, 또는 심지어 50 중량％ 이상의 무정질 물질의 M 산화물을 제공한다. 어떤 구현예에서, 무정질 물질은 또다른 물질 (예를 들어, 무정질 물질을 포함하는 입자, 무정질 물질을 포함하는 세라믹 등)에 존재할 수 있다. 어떤 구현예에서, 용융물 및 무정질 물질은 1종 이상의 Y203, REO, Zr02, 또는 HfO2를 포함하거나, 더 포함한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 (a) 산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 (예를 들어, Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr, 및 이들의 조합), M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
(b) (i) M 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들 각각의 조합) 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원 (예를 들어, M 산화물이 아닐 경우 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들의 조합); 또는
(ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, 복합 산화니켈·금속 산화물, 복합 산화칼슘·금속 산화물, 복합 산화구리·금속 산화물, 복합 산화크롬·금속 산화물, 복합 산화철·금속 산화물, 복합 산화리튬·금속 산화물, 복합 산화마그네슘·금속 산화물, 복합 산화은·금속 산화물, 복합 산화티탄·금속 산화물, 복합 산화지르코늄·금속 산화물, 및 이들의 조합) 중 1종 이상을 용융시켜 금속, M의 적어도 일부는 산화되고 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 실질적으로 모든 금속, M이 산화하고 (즉 95 중량％ 이상, 심지어 99 중량％ 이상), M 산화물, M 산 화물 이외의 금속 산화물, 또는 M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계;
상기 용융물을 냉각시켜 Tg를 갖는 유리 입자 (예를 들어, 비드)를 제공하는 단계;
상기 유리 입자가 유착하도록 상기 유리 입자를 Tg 초과의 온도로 가열하여 성형물을 형성하는 단계; 및
상기 성형물을 냉각하여 유리를 포함하는 물품을 제공하는 단계; 및
상기 유리의 적어도 일부가 유리-세라믹으로 전환되도록 상기 물품을 열처리하는 단계를 포함하는, Al2O3를 포함하는 유리를 포함하는 물품의 제조 방법을 제공한다.
어떤 구현예에서, 입자상 금속성 물질로부터의 금속, M은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 중량％ 이상, 또는 심지어 50 중량％ 이상의 유리의 M 산화물을 제공한다. 어떤 구현예에서, 용융물, 유리, 및 유리-세라믹은 1종 이상의 Y203, REO, Zr02, 또는 HfO2를 포함하거나, 더 포함한다.
또다른 측면에서, 본 발명은 (a) 산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 (예를 들어, Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr, 및 이들의 조합), M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
(b) (i) M 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크 롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들 각각의 조합) 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원 (예를 들어, M 산화물이 아닐 경우 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들의 조합); 또는
(ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, 복합 산화니켈·금속 산화물, 복합 산화칼슘·금속 산화물, 복합 산화구리·금속 산화물, 복합 산화크롬·금속 산화물, 복합 산화철·금속 산화물, 복합 산화리튬·금속 산화물, 복합 산화마그네슘·금속 산화물, 복합 산화은·금속 산화물, 복합 산화티탄·금속 산화물, 복합 산화지르코늄·금속 산화물, 및 이들의 조합) 중 1종 이상을 용융시켜 금속, M의 적어도 일부는 산화되고 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 실질적으로 모든 금속, M이 산화하고 (즉 95 중량％ 이상, 심지어 99 중량％ 이상), M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계;
상기 용융물을 냉각시켜 무정질 물질을 제공하는 단계;
상기 무정질 물질을 분쇄하여 무정질 물질을 포함하는 입자를 제공하는 단계; 및
상기 무정질 물질의 적어도 일부가 유리-세라믹으로 전환되도록 상기 입자를 열처리하여 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 제공하는 단계를 포함하는, Al2O3 를 포함하는 연마 입자의 제조 방법을 제공한다.
어떤 구현예에서, 상기 방법은 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 분류하여 특정화된 공칭 등급을 갖는 복수개의 연마 입자을 제공하되, 상기 복수개의 연마 입자의 적어도 일부는 유리-세라믹을 포함하는 복수개의 연마 입자인 단계를 더 포함한다. 어떤 구현예에서, 입자상 금속성 물질로부터의 금속, M은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 중량％ 이상, 또는 심지어 50 중량％ 이상의 무정질 물질의 M 산화물을 제공한다. 어떤 구현예에서, 무정질 물질은 또다른 물질 (예를 들어, 무정질 물질을 포함하는 입자, 무정질 물질을 포함하는 세라믹 등)에 존재할 수 있다. 어떤 구현예에서, 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 1종 이상의 Y203, REO, Zr02, 또는 HfO2를 포함하거나, 더 포함한다. 연마 입자는 연마 물품 내로 혼입되거나, 산개된 형태로 사용될 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 (a) 산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 (예를 들어, Al, Ca, Cu, Cr, Fe, Li, Mg, Ni, Ag, Ti, Zr, 및 이들의 조합), M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
(b) (i) M 산화물 (예를 들어, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들 각각의 조합) 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원 (예를 들어, M 산화물이 아닐 경우 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화구리, 산화크롬, 산화철, 산화리튬, 산화마그네슘, 산화니켈, 산화은, 산화티탄, 산화지르코늄, 및 이들의 조합); 또는
(ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 (예를 들어, 복합 산화니켈·금속 산화물, 복합 산화칼슘·금속 산화물, 복합 산화구리·금속 산화물, 복합 산화크롬·금속 산화물, 복합 산화철·금속 산화물, 복합 산화리튬·금속 산화물, 복합 산화마그네슘·금속 산화물, 복합 산화은·금속 산화물, 복합 산화티탄·금속 산화물, 복합 산화지르코늄·금속 산화물, 및 이들의 조합) 중 1종 이상을 용융시켜 금속, M의 적어도 일부는 산화되고 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 실질적으로 모든 금속, M이 산화하고 (즉 95 중량％ 이상, 심지어 99 중량％ 이상), M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계;
상기 용융물을 무정질 물질을 포함하는 입자로 전환하되, 상기 전환은 상기 용융물을 냉각하여 무정질 물질을 제공하는 것을 포함하는 단계; 및
상기 무정질 물질의 적어도 일부가 유리-세라믹으로 전환되도록 무정질 물질을 포함하는 입자를 열처리하여 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 제공하는 단계를 포함하는, Al2O3를 포함하는 연마 입자의 제조 방법을 제공한다.
어떤 구현예에서, 상기 방법은 특정화된 공칭 등급을 갖는 복수개의 입자를 열처리하는 것이 제공된 후 무정질 물질을 포함하는 입자를 분류하되, 상기 복수개의 연마 입자의 적어도 일부는 유리-세라믹을 포함하는 복수개의 연마 입자인 단계를 더 포함한다. 어떤 구현예에서, 상기 방법은 유리-세라믹을 포함하는 연마 입 자를 분류하여 특정화된 공칭 등급을 갖는 복수개의 연마 입자을 제공하되, 상기 복수개의 연마 입자의 적어도 일부는 유리-세라믹을 포함하는 복수개의 연마 입자인 단계를 더 포함한다. 어떤 구현예에서, 입자상 금속성 물질로부터의 금속, M은 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 중량％ 이상, 또는 심지어 50 중량％ 이상의 무정질 물질의 M 산화물을 제공한다. 어떤 구현예에서, 무정질 물질은 또다른 물질 (예를 들어, 무정질 물질을 포함하는 입자, 무정질 물질을 포함하는 세라믹 등)에 존재할 수 있다. 어떤 구현예에서, 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 1종 이상의 Y203, REO, Zr02, 또는 HfO2를 포함하거나, 더 포함한다. 연마 입자는 연마 물품 내로 혼입되거나, 산개된 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 무정질 물질 및 유리-세라믹은 입자 (예를 들어, 유리 비드 (예를 들어, 직경 1 마이크로미터, 5 마이크로미터, 10 마이크로미터, 25 마이크로미터, 50 마이크로미터, 100 마이크로미터, 150 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터, 750 마이크로미터, 1 mm, 5 mm 이상, 또는 심지어 10 mm 이상), 물품 (예를 들어, 식기), 섬유, 입자, 및 코팅 (예를 들어, 얇은 코팅)으로 제조되거나, 형성되거나, 전환될 수 있다. 무정질 물질 및(또는) 유리-세라믹 입자 및 섬유는 예를 들어 열 절연, 충전제, 또는 복합 재료 (예를 들어, 세라믹, 금속, 또는 중합체 기질 복합 재료)에 있어서의 강화 물질로서 유용하다. 얇은 코팅은 예를 들어 의류에 관련하여 도포하는 코팅에 있어서 뿐만 아니라 내열을 위한 보호 코팅으로서 유용하다. 본 발명에 따른 물품의 예로는 부엌 세간 (예를 들어, 식 기), 치과용 브라켓, 및 강화 섬유, 절삭 도구 삽입물, 연마 물질, 및 가스 엔진의 구조적 성분, (예를 들어, 밸브 및 베어링)을 들 수 있다. 다른 물품의 예로는 몸체 또는 다른 기판의 외부면 상의 세라믹의 보호 코팅을 갖는 것들을 들 수 있다.
이론에 구애되기를 원치 않지만, 금속의 산화에 수반된 발열 반응으로부터 얻어진 열은 균질한 용융물 및 수득되는 무정질 물질의 형성에 유익하다고 믿어진다. 예를 들어, 원료 내의 산화 반응에 의해 발생한 추가의 열은 불충분한 열 전도를 없애거나 최소화하여, 특히 x, y, 및 z 치수가 150 마이크로미터 초과인 무정질 입자의 형성시 용융물의 형성 및 균질화를 촉진한다고 믿어진다. 또한, 추가의 열의 이용가능성은 다양한 화학 반응 및 물리적 공정 (예를 들어, 치밀화, 및 구형화)이 완료되도록 유도하는 것을 돕는다고 믿어진다. 그리고, 어떤 구현예에 대해서는 산화 반응에 의해 발생한 추가의 열의 존재는, 그렇지 않으면 어렵거나, 또는 그렇지 않으면 물질의 높은 융점 때문에 실용적이지 않은 용융물의 형성을 사실상 가능하게 한다고 믿어진다. 그리고, 산화 반응에 의해 발생한 추가의 열의 존재는, 그렇지 않으면 제조될 수 없거나 원하는 크기 범위로 제조될 수 없는 무정질 물질의 형성을 사실상 가능하게 한다. 본 발명의 또다른 이점의 예로는 무정질 물질의 형성시 용융, 치밀화 및 구형화와 같은 많은 화학적 및 물리적 공정이 짧은 시간에 달성될 수 있고, 그로 인해 높은 켄치율이 달성될 수 있음을 들 수 있다.
물질의 x, y, 및 z 치수는 치수의 크기에 따라 눈으로 또는 현미경을 이용하여 측정할 수 있다. 보고되는 z 치수는 예를 들어 구의 직경, 코팅의 두께, 또는 사방정계 형태의 최장 길이이다.
도 1은 본 발명의 방법에 다라 제조된 연마 입자를 포함하는 피복된 연마 물품의 단편적 단면 개략도이고;
도 2는 본 발명의 방법에 따라 제조된 연마 입자를 포함하는 접착된 연마 물품의 투시도이고;
도 3은 본 발명의 방법에 따라 제조된 연마 입자를 포함하는 부직 연마 물품의 확장 개략도이다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 35 중량％ (어떤 구현예에서, 바람직하게는 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 60-70 중량％의 범위)의 Al2SO3를 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함; 어떤 구현예에서는 바람직하게는 60-70 중량％의 범위), Y2O3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 80 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, Y2O3, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 60-70 중량％의 범위), REO (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에 서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 80 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, REO, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf0 2를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 60-70 중량％의 범위), REO (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), Y2O3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 80 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, REO, Y2O3 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 60-70 중량％의 범위)의 Al2SO3 및 0 내지 70 중량％ (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)의 Y2O3를 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 60-70 중량％의 범위)의 Al2SO3 및 0 내지 70 중량％ (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)의 REO를 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어 떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함; 어떤 구현예에서는 바람직하게는 60-70 중량％의 범위), REO (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 60 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, REO, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 포함하고, 20 (어떤 구현예에서, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 SiO2 및 20 (어떤 구현예에서, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 B2O3를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물 질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 60-70 중량％의 범위), Y2O3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서는 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 60 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, Y2O3, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 포함하고, 20 (어떤 구현예에서는 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 SiO2 및 20 (어떤 구현예에서는 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 B2O3를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함), REO (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 60 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, REO, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 포함하고, 20 (어떤 구현예에서, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 SiO2 및 20 (어떤 구현예에서, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 B2O3를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함), Y2O3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중 량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 60 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, Y2O3, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 를 포함하고, 20 (어떤 구현예에서, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 SiO2 및 20 (어떤 구현예에서, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 B2O3를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함), REO (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용 가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 60 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, REO, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 포함하고, 40 (어떤 구현예에서, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만은 SiO2, B2O3 및 P2O5를 총합하여 포함한다.
용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 어떤 구현예는 Al2SO3 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20, 25, 30 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 중량％ 이상, 또는 심지어 70 중량％ 이상을 포함함), Y2O3 (어떤 구현예에서는,바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％), 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 70 중량％를 포함함; 어떤 구현예에서, 바람직하게는 0 내지 50 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 가장 바람직하게는 0 내지 10 중량％)를 포함하고, 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 60 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 이상, 또는 심지어 100) 중량％ 이상의 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 Al2SO3, Y2O3, 및 1종 이상의 Zr02 또는 Hf02를 포함하고, 40 (어떤 구현예에서, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만은 SiO2, B2O3 및 P2O5를 총합하여 포함한다.
임의로, 본 명세서에 기재된 용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 구현예가 이미 기재되지 않은 경우에는, 용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹은 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 40 (어떤 구현예에서, 바람직하게는 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 4, 3, 2, 1 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 SiO2, B2O3 및 P2O 5를 총합하여 함유한다.
임의로, 본 명세서에 기재된 용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 구현예가 이미 기재되지 않은 경우에는, 용융물, 무정질 물질 (유리를 포함), 및 그로부터 제조된 유리-세라믹은 바람직하게는 용융물, 무정질 물질, 및 유리-세라믹은 적용가능한 용융물, 무정질 물질, 또는 유리-세라믹의 총 중량을 기준으로 20 (어떤 구현예에서는 15, 10, 5, 4, 3, 2, 1 중량％ 미만, 또는 심지어 0) 중량％ 미만의 As203, B203, GeO2 , P205, Si02, Te02, 및 V205를 총합하여 함유할 수 있다.
전형적으로, 무정질 및 그로부터 제조된 유리-세라믹의 구현예는 서로에 대해 각각 수직인 x, y, 및 z 치수를 가지며, x, y, 및 z 치수 각각은 10 마이크로미 터 이상, 25 마이크로미터 이상, 30 마이크로미터 이상, 35 마이크로미터, 40 마이크로미터, 45 마이크로미터, 50 마이크로미터, 75 마이크로미터, 100 마이크로미터, 150 마이크로미터, 200 마이크로미터, 250 마이크로미터, 500 마이크로미터, 1000 마이크로미터, 2000 마이크로미터, 2500 마이크로미터, 1 mm 이상, 5 mm 이상, 또는 심지어 10 mm 이상이다.
용융물은 예를 들어 적합한 금속 산화물 공급원 (산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속, M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질을 포함함)을 가열함 (불꽃 속에서 또는 플라즈마에서를 포함함)으로써 제공될 수 있다. 바람직하게는 균질한 용융물은 급속하게 냉각되어 무정질 물질을 제공한다. 이론에 구애되기를 원치 않지만, 금속의 산화에 수반된 발열 반응으로부터 얻어진 열은 용융물 및 수득되는 무정질 물질의 형성에 유익하다고 믿어진다. 예를 들어, 원료 내의 산화 반응에 의해 발생한 추가의 열은 불충분한 열 전도를 없애거나 최소화하여, 특히 직경이 150 마이크로미터 초과인 무정질 입자의 형성시 용융물의 형성 및 균질화를 촉진한다고 믿어진다. 또한, 추가의 열의 이용가능성은 다양한 화학 반응 및 물리적 공정 (예를 들어, 치밀화, 및 구형화)이 완료되도록 유도하는 것을 돕는다고 믿어진다. 그리고, 어떤 구현예에 대해서는 산화 반응에 의해 발생한 추가의 열의 존재는, 그렇지 않으면 어렵거나, 또는 그렇지 않으면 물질의 높은 융점 때문에 실용적이지 않은 용융물의 형성을 사실상 가능하게 한다고 믿어진다. 그리고, 산화 반응에 의해 발생한 추가의 열의 존재는 그렇지 않으면 제조될 수 없거나 원하는 크기 범위로 제조될 수 없는 무정질 물질의 형성을 사실상 가능하게 한다. 무정질 물질의 형성에서, 열 공급원에서 원료의 최적 체류 시간을 제공하는 것이 바람직하다. 체류 시간이 너무 짧으면 불충분한 용융이 일어날 수 있고(있거나) 화학 반응이 완결되지 않을 수 있다. 체류 시간이 너무 길면 용융 및 화학 반응이 완결되더라도 용융된 물질이 열 공급원을 통해 그의 궤도 동안 보다 점진적으로 냉각될 수 있고, 따라서 켄치율이 원하는 무정질 물질을 제공하기에 불충분할 수 있다. 바람직한 냉각율은 50 K/s 이상의 것을 포함한다.
수득되는 무정질 물질의 어떤 구현예는 일반적으로 균질하다. 또다른 측면에서, 본 발명에 따른 방법의 어떤 구현예는 일반적으로 서로에 대해 균질한 (예를 들어, 그 조성이 상대적으로 동일한) 복수개의 무정질 입자를 제공한다.
어떤 구현예에서, 금속 산화물 공급원 (산화물 형성의 음의 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속, M 또는 그의 알로이를 포함하는 입자상 금속성 물질을 포함함)은 함께 응집되어 입자가 된다 (즉, 다양한 원료가 함께 응집되어 입자가 된다).
원료는 결정질 및(또는) 무정질일 수 있다. 어떤 구현예에서, 원료는 바람직하게는 약 20 내지 약 200 마이크로미터 범위의 직경을 갖는다.
어떤 구현예에서, 수득되는 물질은 바람직하게는 수득되는 무정질 물질 내에 분산된 금속성 금속, M을 포함할 수 있다. 전형적으로 무정질 물질의 제조에 사용된 금속, M의 95 중량％ 이상 또는 심지어 99 중량％ 이상은 무정질 물질을 제조하는데 있어서 산화된다.
전형적으로, 입자상 금속성 물질은 약 10 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 범위의 입자 크기를 갖지만, 보다 작고 보다 조립자가 또한 유용할 수 있 다. 일반적으로, 보다 조립자는 매우 미세한 금속 입자가 보다 다루기 힘든 경향이 있어 완전하게 반응하지 않을 수 있다. 입자상 금속성 물질을 위한 바람직한 입자 크기는 예를 들어 금속의 산화 경향성에 의존한다.
전형적으로, 입자상 금속성 물질은 약 5 내지 약 75 중량％의 원료를 포함하나, 이 범위 밖의 양도 또한 유용할 수 있다. 일반적으로, 너무 적은 금속이 첨가되면 금속의 산화 동안에 방출되는 열의 양이 희석될 수 있다. 별법으로, 너무 많은 금속이 첨가되면 용융 동안의 금속의 산화 (즉, 연소)가 너무 강력하게 될 수 있고, 입자의 휘발 및 붕해와 같은 다른 바람직하지 않은 공정을 야기할 수 있다. 또다른 측면에서, 원료에 존재하는 금속성 물질의 양은 전형적으로, 보다 많은 양이 또한 유용할 수도 있지만, 무정질 물질에 존재하는 상응하는 금속 산화물, M 산화물의 약 15％ 내지 약 50％를 제공한다. 사용되는 입자상 금속성 물질의 원하는 양은 예를 들어 금속의 산화 경향성, 입자의 크기, 수득되는 금속 산화물의 화학량론, 및 산화 동안에 방출되는 열에 의존할 수 있다.
또한, 금속, M을 포함하는 1종 이상의 금속성 물질을 이용하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
유용한 무정질 물질 조성물은 공융 조성물 (예를 들어, 2차 및 3차 공융 조성물) 또는 그 근처의 것들을 포함한다. 본 명세서에 기재된 조성물 외에, 4차 및 기타 더 높은 차수의 공융 조성물을 포함하는 그러한 다른 조성물들이 본 기재를 검토한 후 당업자에게는 자명할 것이다.
(이론적 산화물을 기준으로) Al2O3의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 보크사이트 (천연 유래의 보크사이트 및 합성적으로 생성된 보크사이트를 둘 다 포함), 소성된 보크사이트, 수화된 알루미나 (예를 들어, 보에마이트 (boehmite) 및 집사이트 (gibbsite)), 알루미늄, 바이엘 (Bayer) 공정 알루미나, 알루미늄 원광, 감마 알루미나, 알파 알루미나, 알루미늄 염, 질산알루미늄 및 이들의 조합을 포함한다. Al2O3의 공급원은 Al2O3를 함유하거나 오직 Al2 O3만을 제공할 수 있다. 별법으로, Al2O3 공급원은 Al2O3 뿐만 아니라 Al2O3 가 아닌 1종 이상의 금속 산화물 (복합 Al2O3·금속 산화물 (예를 들어, Dy3Al5O12, Y3 Al5O12, CeAl11O18 등)로 된 또는 그를 함유하는 물질을 포함)을 함유하거나 제공할 수 있다.
희토류 산화물의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 희토류 산화물 분말, 희토류 금속, 희토류-함유 광석 (예를 들어, 바스트나사이트 및 모나자이트), 희토류 염, 희토류 질산염, 및 희토류 탄산염을 포함한다. 희토류 산화물(들) 공급원은 희토류 산화물(들)을 함유하거나, 단지 제공할 수 있다. 별법으로, 희토류 산화물(들) 공급원은 희토류 산화물(들) 뿐만 아니라 1종 이상의 희토류 산화물(들) 이외의 금속 산화물 (복합 희토류 산화물·다른 금속 산화물 (예를 들어, Dy3Al5O12 , CeAl11O18 등)을 함유하거나 제공할 수 있다.
(이론적 산화물을 기준으로) Y2O3의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화 이트륨 분말, 이트륨, 이트륨-함유 원광, 및 이트륨 염 (예를 들어, 이트륨의 탄산염, 질산염, 염화물, 수산화물 및 이들의 조합)을 포함한다. Y2O3 공급원은 Y2O3를 함유하거나 단지 Y2O3 만을 제공한다. 별법으로, Y 2O3 공급원은 Y2O3 뿐만 아니라 Y2O3가 아닌 1종 이상의 금속 산화물 (복합 Y2O3·금속 산화물 (예를 들어, Y3Al5O12)로 된, 또는 이를 함유하는 물질을 포함)을 함유하거나 제공할 수 있다.
(이론적 산화물을 기준으로) ZrO2의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화 지르코늄 분말, 지르콘 모래, 지르코늄, 지르코늄-함유 원광, 및 지르코늄 염 (예를 들어, 지르코늄의 탄산염, 아세트산염, 질산염, 염화물, 수산화물 및 이들의 조합)을 포함한다. 부가적으로 또는 별법으로, ZrO2의 공급원은 ZrO2 뿐만 아니라 산화 하프늄 같은 다른 금속 산화물을 함유하거나 제공할 수 있다. (이론적 산화물을 기준으로) HfO2의 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화 하프늄 분말, 하프늄, 하프늄-함유 원광 및 하프늄 염을 포함한다. 부가적으로 또는 별법으로, HfO2의 공급원은 HfO2 뿐만 아니라 ZrO2 같은 다른 금속 산화물을 함유하거나 제공할 수 있다.
다른 유용한 금속 산화물은 또한 이론적 산화물을 기준으로 BaO, CaO, Cr203, CoO, Fez03, Ge02, Li20, MgO, MnO, NiO, Na20, Sc203, SrO, TiO2, ZnO, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 그의 산화물, 광석, 탄산염, 아세트산염, 질산염, 염화물, 수산화물 등을 포함한다. 이러한 금 속 산화물을 첨가하여, 수득되는 연마 입자의 물리적 특성을 개질하고(하거나) 가공성을 개선한다. 이러한 금속 산화물은 전형적으로 어디에서나 예를 들어 원하는 성질에 따라 0 내지 50 중량％, 어떤 구현예에서는 바람직하게는 0 내지 25 중량％, 보다 바람직하게는 0 내지 50 중량％의 유리-세라믹에 첨가된다.
금속 산화물 공급원 및 본 발명에 따르는 세라믹을 제조하기 위한 다른 첨가제의 특별한 선택은 전형적으로 예를 들어 수득되는 세라믹의 원하는 조성 및 미세구조, 바람직한 결정도, 만일 존재한다면, 수득되는 세라믹의 원하는 물성 (예를 들어, 경도 또는 인성), 바람직하지 않은 불순물 존재를 피하거나 최소화함, 수득되는 세라믹의 원하는 특성, 및(또는) 세라믹을 제조하기 위해 사용되는 특별한 공정 (융해 및(또는) 고체화 이전 및(또는) 도중 원료의 정제 여부 및 장치 포함)을 고려한다.
어떤 경우에, Na2O, P2O5, SiO2, TeO2, V2 O3 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 제한된 양의 금속 산화물을 혼입하는 것이 바람직할 수 있다. 상업적 공급원을 포함하는 공급원은 산화물 자체, 복합 산화물, 원광, 탄산염, 아세트산염, 질산염, 염화물, 수산화물 등을 포함한다. 이들 금속 산화물들은 예를 들어 수득되는 연마 입자의 물성을 개질하고(하거나) 공정을 개량하기 위해 첨가될 수 있다. 상기 금속 산화물들은 사용될 경우, 전형적으로 예를 들어 원하는 성질에 따라 유리-세라믹의 전형적으로 0 내지 20 중량％ 초과로, 바람직하게는 0 내지 5 중량％ 초과로, 더욱 바람직하게는 0 내지 2 중량％ 초과로 첨가된다.
특정 금속 산화물의 첨가는 유리-세라믹의 성질 및(또는) 결정질 구조 또는 미세 구조를 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유리-세라믹을 제조하는 원료 및 중간체의 공정도 변화시킬 수 있다. 예를 들어, MgO, CaO, Li2O 및 Na2O와 같은 산화물의 첨가는 무정질 물질의 Tg (유리의 경우) 및 Tx (Tx는 결정화 온도)를 둘 다 변화시키는 것으로 관찰되었다. 이론에 구애되기를 원치 않지만, 이러한 첨가는 유리 형성에 영향을 주는 것으로 믿어진다. 또한, 예를 들어, 그러한 산화물의 첨가는 전체 계의 용융 온도 (즉, 계를 보다 낮은 용융 공융을 향하여 촉진함), 및 무정질 물질 형성의 용이성을 감소시킬 수 있다. 다성분 계 (4차 등)에서 복잡한 공융은 더 나은 무정질 물질 형성 능력의 결과를 가져올 수 있다. 액체 용융물의 점도 및 유리의 "작업" 범위에서의 점도 역시 MgO, CaO, Li2O 및 Na2O와 같은 특정 금속 산화물의 첨가에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 1종 이상의 할로겐 (예를 들어, 플루오르 및 염소), 또는 칼코겐화물 (예를 들어, 황화물, 셀란화물, 및 텔루르화물)을 무정질 물질, 및 그로부터 제조된 유리-세라믹에 혼입하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
무정질 물질 및 무정질 물질을 포함하는 세라믹의 결정화는 또한 특정 물질의 첨가에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 특정 금속, 금속 산화물 (예를 들어 티탄산염 및 지르코늄산염), 및 플루오르화물은 예를 들어 결정생성제로서 작용하여, 유익한 결정의 균질한 생성을 가져올 수 있다. 또한, 일부 산화물의 첨가는 재가열시 무정질 물질로부터 불투명화되는 준안정 상의 성질을 변화시킬 수 있 다. 또다른 측면에서, 결정질 Zr02를 포함하는 세라믹에 대해, Zr02의 정방정계/입방체 형태를 안정화시키는 공지된 금속 산화물 (예를 들어, Y203, TiO2, CaO, 및 MgO)를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.
금속 산화물 공급원 및 세라믹을 제조하기 위한 다른 첨가제의 특별한 선택은 전형적으로 예를 들어 수득되는 세라믹의 원하는 조성 및 미세구조, 바람직한 결정도, 만일 존재한다면, 수득되는 세라믹의 원하는 물성 (예를 들어, 경도 또는 인성), 바람직하지 않은 불순물 존재를 피하거나 최소화함, 수득되는 세라믹의 원하는 특성, 및(또는) 세라믹을 제조하기 위해 사용되는 특별한 공정 (융해 및(또는) 고체화 이전 및(또는) 도중 원료의 정제 여부 및 장치 포함)을 고려한다.
플라즈마 분사에 관한 추가의 세부 사항에 대하여는, 본 출원과 동일자로 출원하는 미국 특허 출원 제10/211640호의 공동계류 출원을 참고한다.
냉각 도중 원하는 산화 상태 등을 유지하고(하거나) 영향을 주기 위해 환원, 중화 또는 산화 환경과 같은 제어된 분위기 하에 신속한 냉각이 수행될 수도 있다. 분위기는 또한 불충분하게 냉각된 액체로부터 결정화 동역학에 영향을 줌으로써 무정질 물질 형성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 공기 중에 비하여 아르곤 분위기에서 결정화 없는 Al2O3 용융물의 불충분 냉각이 큰 것으로 보고되었다.
물질의 미세구조 또는 상 조성 (유리질/무정질/결정질)은 다양한 방법에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 광학 현미경, 전자 현미경, 시차적 열분석 (DTA) 및 x-선 회절 (XRD)을 이용하여 다양한 정보가 수득될 수 있다.
광학 현미경을 이용하면, 무정질 물질은 결정 경계와 같은 광 산란 중심이 없음으로 인하여 전형적으로 주로 투명한 반면, 결정질 물질은 결정질 구조를 나타내며 광 산란 효과로 인하여 불투명하다.
퍼센트 무정질 수율은 -100+120 메쉬 크기 분획 (즉, 150-마이크로미터 구멍 크기 및 125-마이크로미터 구멍 크기 체 사이에서 수거된 분획)을 이용하여 비드에 대하여 계산될 수 있다. 측정은 다음과 같은 방식으로 수행된다. 비드의 단일 층을 유리 슬라이드 상에 편다. 비드를 광학 현미경으로 관찰한다. 광학 현미경 대안렌즈의 십자선을 지침으로 사용하여 직선 상에 놓인 비드를 그 광학적 투명도에 따라 무정질 또는 결정질으로 계수한다. 총 500 개의 비드를 계수하고, 무정질 비드의 양을 총 계수된 비드의 수로 나누어 퍼센트 무정질 수율을 결정한다.
DTA를 이용하여, 물질의 상응하는 DTA 기록이 발열성 결정화 현상 (Tx)을 가지면 무정질으로 분류한다. 같은 기록이 또한 Tx 보다 낮은 온도에서 흡열 현상 (Tg)을 가지면, 그것은 유리 상으로 구성된 것으로 간주된다. 물질의 DTA 기록이 그러한 현상을 갖지 않는 경우에, 이는 결정질 상을 갖는 것으로 간주된다.
시차적 열분석 (DTA)은 다음 방법을 이용하여 수행될 수 있다. DTA 작업은 -140+170 메쉬 크기 분획 (즉, 105-마이크로미터 구멍 크기 및 90-마이크로미터 구멍 크기 체 사이에서 수거된 분획)을 이용하여 수행될 수 있다 ("NETZSCH STA 409 DTA/TGA"라는 상품명 하에 독일 셀프 (Selb) 소재, 네츠쉬 인스트루멘츠 (Netzsch Instruments)로부터 입수되는 것과 같은 기기를 이용). 각각의 체질한 시료의 양 (전형적으로 약 400 밀리그램 (mg))을 100-마이크로리터 Al2O3 시료 홀더에 넣는다. 각 시료를 정지된 공기 중에서 실온 (약 25℃)에서 1100℃까지 10℃/분의 속도로 가열한다.
분말 x-선 회절, XRD를 이용하면 (1.54050 옹스트롬의 구리 K α1 방사를 이용하는 미국 뉴저지주 마와 (Mahwah) 소재, 필립스 (Philips)로부터 상품명 "PHILLIPS XRG 3100" 하에 입수되는 것과 같은 x-선 회절측정기를 사용), 회절 데이타에 대한 국제 센터 (International Center for Diffraction Data)에 의해 발행된 JCPDS (분말 회절 표준에 대한 연합 위원회 (Joint Committee on Powder Diffraction Standards)) 데이타베이스에서 제공되는 결정질 상의 XRD 패턴에 대하여 결정화된 물질의 XRD 기록에 존재하는 피크를 비교함으로써 물질 중에 존재하는 상을 결정할 수 있다. 또한, XRD는 상의 유형을 결정하기 위해 정성적으로 사용될 수 있다. 넓은 확산된 강도 피크의 존재는 물질의 무정질 성질을 나타내는 것으로 이해된다. 넓은 피크 및 잘 한정된 피크가 둘 다 존재하는 것은 무정질 매트릭스 내에 결정질 물질이 존재함을 나타내는 것으로 이해된다.
초기에 형성된 무정질 물질 또는 세라믹 (결정화 이전의 유리를 포함)은 원하는 것보다 큰 크기일 수 있다. 무정질 물질 또는 세라믹은, 롤 분쇄, 카나리 밀, 턱 (jaw) 분쇄, 해머 밀, 볼 밀, 분사 밀, 충격 분쇄 등을 포함하는 당업계에 알려진 분쇄 및/또는 제분 기술을 이용하여 더 작은 조각으로 전환될 수 있다. 어 떤 경우에는 둘 이상의 분쇄 단계를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 세라믹이 형성 (고체화)된 후, 이는 원하는 것보다 큰 형태일 수 있다. 첫번째 분쇄 단계는 이들 비교적 큰 집합체 또는 "덩어리"를 분쇄하여 더 작은 조각을 형성하는 것을 수반할 수 있다. 상기 덩어리의 이와 같은 분쇄는 해머 밀, 충격 분쇄기 또는 턱 (jaw) 분쇄기로 수행될 수 있다. 다음, 상기 더 작은 조각들을 연속적으로 분쇄하여 원하는 입자 크기 분포를 생성할 수 있다. 원하는 입자 크기 분포 (때로는 그릿 크기 또는 등급이라고 함)를 생성하기 위해, 다수의 분쇄 단계를 수행하는 것이 필요할 수 있다. 일반적으로, 분쇄 조건은 원하는 입자 형상(들) 및 입자 크기 분포를 획득하도록 적정화된다. 원하는 크기를 갖는 수득되는 입자는 그들이 너무 큰 경우에 재분쇄 또는 "재순환"될 수 있고, 그들이 너무 작은 경우에는 재-용융을 위한 원료로 사용될 수 있다.
세라믹 (결정화 이전의 유리 포함)의 형상은 예를 들어 세라믹의 조성 및(또는) 미세구조, 그것이 냉각된 기하학적 외형, 및 세라믹이 분쇄된 방법 (즉, 사용된 분쇄 기술)에 의존할 수 있다. 일반적으로, "덩어리" 형상이 바람직한 경우, 이 형상을 획득하기 위해 많은 에너지가 사용될 수 있다. 반대로, "날카로운" 형상이 바람직한 경우에는, 이 형상을 획득하기 위해 보다 적은 에너지가 사용될 수 있다. 분쇄 기술은 또한 상이한 원하는 형상을 획득하기 위해 변화될 수도 있다. 어떤 입자 (예를 들어, 연마 입자)의 경우, 1:1 내지 5:1 범위의 평균 종횡비가 전형적으로 바람직하며, 어떤 구현예에서는 1.25:1 내지 3:1, 또는 심지어는 1.5:1 내지 2.5:1이 바람직하다.
예를 들어 세라믹 (결정화 이전의 유리 포함)을 원하는 성형품으로 직접 형성하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 원하는 세라믹 (결정화 이전의 유리 포함)은 용융물을 금형 내에 붓거나 형성시킴으로써 형성될 수 있다 (성형 포함).
또한, 예를 들어 유착에 의해 세라믹 (결정화 이전의 유리 포함)을 제조하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 상기 유착 단계는 근본적으로 둘 이상의 보다 작은 입자로부터 보다 큰 크기의 몸체를 형성한다. 예를 들어, (예를 들어 분쇄에 의해 수득된) 입자 (비드 및 미세구를 포함), 섬유 등을 포함하는 무정질 물질은 보다 큰 입자 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 (결정화 이전의 유리 포함)은 예를 들어 무정질 물질을 포함하는 입자, 및(또는) 섬유 등을 Tg보다 높은 온도로 가열하여 상기 입자 등이 유착되어 성형품을 형성하게 하고 상기 유착된 성형품을 냉각되도록 함으로써 제공될 수 있다. 유착에 사용되는 온도 및 압력은 예를 들어 무정질 물질의 조성 및 수득되는 물질의 원하는 밀도에 의존할 수 있다. 상기 온도는 유리의 경우 유리 결정화 온도보다 낮아야 하며 유리 전이 온도보다는 높아야 한다. 어떤 구현예에서, 가열은 약 850℃ 내지 약 1100℃ (어떤 구현예에서는, 바람직하게는 900℃ 내지 1000℃)의 범위에 있는 적어도 하나의 온도에서 수행된다. 전형적으로, 무정질 물질은 유착 도중, 무정질 물질의 유착을 돕기 위해 가압 하에 있다 (예를 들어, 0보다 크고 1 GPa까지 또는 그 이상). 일 구현예에서, 입자 등의 분량을 다이에 넣고 유리 전이보다 높은 온도에서 고온 압축을 수행 하여, 거기에서 유리의 점성 흐름이 비교적 큰 부분으로 유착을 선도하도록 한다. 전형적인 유착 기술의 예는 고온 압축, 고온 이소스택틱 압력, 고온 압출 등을 포함한다. 전형적으로, 수득되는 유착된 몸체를 더 열처리하기에 앞서 냉각시키는 것이 일반적으로 바람직하다. 그렇게 하는 것이 필요하다면, 열 처리 후, 상기 유착된 몸체를 더 작은 입자 또는 바람직한 입자 크기 분포로 분쇄할 수 있다.
물질의 원하는 성질을 더 개선하기 위해 추가의 열처리를 수행하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 잔류 다공성을 제거하고 물질의 밀도를 증가시키기 위해 고온-이소스택틱 압축 (예를 들어, 약 900℃ 내지 약 1400℃의 온도에서)이 수행될 수 있다. 임의로, 수득되는 유착된 물품을 열-처리하여 유리-세라믹, 결정질 세라믹 또는 달리 결정질 세라믹을 포함하는 세라믹을 제공할 수 있다.
무정질 물질 및(또는) 유리-세라믹 (예를 들어, 입자)의 유착은 또한 무압력 또는 가압 소결 (예를 들어, 소결, 플라스마 보조된 소결, 고온 압축, HIP, 고온 로 처리, 고온 압출 등)을 포함하는 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
열처리는 유리를 열처리하여 유리-세라믹을 제공하는 당업계에 공지된 방법을 포함하는 다양한 방법 중 임의의 것에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 열처리는 예를 들어, 저항의, 유도적으로 또는 기체 가열된 로를 이용하여 배치식으로 수행될 수 있다. 별법으로, 예를 들어, 열처리는 예를 들어 회전 가마를 이용하여 연속적으로 수행될 수 있다. 회전 가마의 경우, 물질은 승온에서 작동되는 가마 내에 직접 공급된다. 승온에서의 시간은 수 초 (어떤 구현예에서는 심지어는 5 초 미만) 내지 수 분에서 수 시간의 범위일 수 있다. 온도는 900℃ 내지 1600℃ 중 임의의 범위일 수 있고, 전형적으로 1200℃ 내지 1500℃이다. 일부의 열처리를 배치식으로 수행하고 (예를 들어 핵형성 단계의 경우) 또다른 것은 연속적으로 (예를 들어, 결정 성장 단계의 경우 및 원하는 밀도를 수득하기 위해) 수행하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 핵형성 단계의 경우, 온도는 전형적으로 약 900℃ 내지 약 1100℃의 범위이고, 어떤 구현예에서 바람직하게는 약 925℃ 내지 약 1050℃의 범위이다. 밀도 단계의 경우와 유사하게, 어떤 구현예에서 온도는 전형적으로 약 1100℃ 내지 약 1600℃ 범위이고, 어떤 구현예에서는 바람직하게는 약 1200℃ 내지 약 1500℃의 범위이다. 상기 열 처리는 예를 들어 물질을 승온의 로 내에 직접 공급함으로써 일어날 수 있다. 별법으로, 예를 들어, 상기 물질을 훨씬 낮은 온도 (예를 들어, 실온)의 로에 공급한 다음 소정의 가열 속도로 원하는 온도까지 가열할 수 있다. 열처리를 공기 이외의 분위기에서 수행하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 어떤 경우에는, 심지어 감소된 분위기(들)에서 열처리를 하는 것이 바람직할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 고온-이소스택틱 압축기에서, 또는 기체 압력 로에서 기체 압력 하에 열처리하는 것이 바람직할 수 있다. 수득되는 물품 또는 열처리된 물품을 전환 (예를 들어, 분쇄)시켜 입자 (예를 들어, 연마 입자)를 수득하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
무정질 물질을 열처리하여 상기 무정질 물질을 적어도 부분적으로 결정화하여 유리-세라믹을 수득한다. 특정 유리를 열처리하여 유리-세라믹을 형성하는 것이 당업계에 공지되어 있다. 핵을 형성하고 유리-세라믹을 성장시키기 위한 가열 조건은 다양한 유리의 경우에 공지되어 있다. 별법으로, 당업자는 당업계에 공지 된 기술을 사용하여 유리의 시간-온도-변형 (TTT) 연구로부터 적절한 조건을 결정할 수 있다. 당업자는 본 발명의 개시 사항을 읽은 후 본 발명에 따르는 유리에 대한 TTT 곡선을 수득하여, 본 발명에 따른 유리-세라믹을 제공하기 위한 적절한 핵형성 및(또는) 결정 성장 조건을 결정한다.
전형적으로, 유리-세라믹은 그로부터 그들이 형성되는 무정질 물질보다 강하다. 따라서, 물질의 강도는 예를 들어 상기 무정질 물질이 결정질 세라믹 상(들)으로 전환되는 정도에 의해 조절될 수 있다. 별법으로, 또는 부가적으로, 상기 물질의 강도는 예를 들어 만들어지는 핵형성 부위의 수에 의해 영향을 받을 수 있고, 이것이 다시 결정질 상(들)의 결정의 수에 영향을 주는 데 사용될 수 있고, 다시 그 크기에 영향을 줄 수 있다. 유리-세라믹의 형성에 관한 추가의 세부 사항에 대해서는 예를 들어 문헌[Glass-Ceramics, P.W. McMillan, Academic Press, Inc., 2nd edition, 1979]을 참고한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 유리-세라믹을 제조하기 위한 어떤 예시적인 무정질 물질의 열처리 도중, La2ZrO7, 및 ZrO2가 존재할 경우, 입방체/정방정계 ZrO2, 어떤 경우에는 단사정계 ZrO2와 같은 상의 형성이 약 900℃를 넘는 온도에서 관찰되었다. 이론에 구애되기를 원치 않지만, 지르코니아-관련된 상은 무정질 물질로부터 핵형성하기 위한 첫번째 상인 것으로 생각된다. Al2O3, ReAlO3 (Re는 하나 이상의 희토류 양이온임), ReAl11O18, Re3Al 5O12, Y3Al5O12 등 상의 형성은 일반적으로 약 925℃를 넘는 온도에서 일어나는 것으로 생각된다. 전형적으로, 상기 핵형성 단계 도중 미세결정 크기는 나노미터 단위이다. 예를 들어, 10 내지 15 나노미터만큼 작은 결정이 관찰되었다. 적어도 일부 구현예의 경우, 약 1300℃에서 약 1 시간 동안의 열처리는 완전한 결정화를 제공한다. 일반적으로, 핵형성 및 결정 성장 단계 각각의 열처리 시간은 수 초 (어떤 구현예에서는 심지어 5 초 미만) 내지 수 분에서 1 시간 또는 그 이상의 범위일 수 있다.
수득되는 결정의 크기는 전형적으로 핵형성 및(또는) 결정화 시간 및(또는) 온도에 의해 적어도 부분적으로 조절될 수 있다. 일반적으로 작은 결정 (예를 들어, 마이크로미터보다 크지 않는, 또는 심지어 나노미터보다 크지 않는 단위)을 갖는 것이 바람직하지만, 유리-세라믹은 보다 큰 결정 크기 (예를 들어, 1 내지 10 마이크로미터 이상, 10 내지 25 마이크로미터 이상, 50 내지 100 마이크로미터 이상, 또는 심지어 100 마이크로미터 이상)로 제조될 수 있다. 이론에 구애되기를 원치 않지만, 일반적으로 당업계에서는 결정의 크기가 (동일한 밀도에 대해) 보다 미세할수록, 세라믹의 기계적 특성 (예를 들어, 경도 및 강도)이 좋아진다고 믿어진다.
유리-세라믹의 구현예에 존재할 수 있는 결정질 상의 예로서, Al2O3 (예를 들어, α-Al2O3), Y2O3, REO, HfO2, ZrO2 (예를 들어, 입방체 ZrO2 및 정방정계 ZrO2), BaO, CaO, Cr203, CoO, Fe203, GeO2 , Li20, MgO, MnO, NiO, Na20, P205, Sc2O 3, SiO2, SrO, TeO2, Ti02, V203, Y203 , ZnO, "복합 금속 산화물" (복합 Al2O3·금속 산화 물 (예를 들어, 복합 Al2O3·REO (예를 들어, ReAlO3 (예를 들어, GdAlO 3 LaAlO3), ReAl11O18 (예를 들어, LaAl11O18), 및 Re3Al5 O12 (예를 들어, Dy3Al5O12)), 복합 Al2O3·Y2O3 (예를 들어, Y3Al5O12 ), 및 복합 ZrO2·REO (예를 들어, Re2Zr207) (예를 들어, La2Zr2O7)) 포함), 및 이들의 조합을 들 수 있다.
복합 Al2O3·금속 산화물 (예를 들어, Al2O3·Y2O 3 (예를 들어, 가넷 결정 구조를 나타내는 알루미늄산 이트륨)) 중 이트륨 및(또는) 알루미늄 양이온의 일부를 다른 양이온으로 치환하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 복합 Al2O3·Y2O3 중 Al 양이온의 일부는 Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si, Co 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 원소의 양이온의 하나 이상으로 치환될 수 있다. 예를 들어, 복합 Al2O3·Y2O3 중 Y 양이온의 일부는 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 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 원소의 양이온의 하나 이상으로 치환될 수 있다. 유사하게, 알루미나 중 알루미늄 양이온의 일부를 치환하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si 및 Co가 알루미나 중 알루미늄을 대신할 수 있다. 상기한 바와 같은 양이온의 치환은 융합된 물질의 성질 (예를 들어, 경도, 인성, 강도, 열 전도성 등)에 영향을 줄 수 있다.
복합 Al2O3·금속 산화물 (예를 들어, 복합 Al2O3·REO) 중 희토류 및(또는) 알루미늄 양이온의 일부를 다른 양이온으로 치환하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 복합 Al2O3·REO 중 Al 양이온의 일부는 Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si, Co 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 원소 중 적어도 하나의 양이온으로 치환될 수 있다. 예를 들어, 복합 Al2O3·REO 중 Y 양이온의 일부는 Y, Fe, Ti, Mn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Mg, Ca, Sr 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 원소의 양이온의 하나 이상으로 치환될 수 있다. 유사하게, 알루미나 중 알루미늄 양이온의 일부를 치환하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, Cr, Ti, Sc, Fe, Mg, Ca, Si 및 Co가 알루미나 중 알루미늄을 대신할 수 있다. 상기한 바와 같은 양이온의 치환은 융합된 물질의 성질 (예를 들어, 경도, 인성, 강도, 열 전도성 등)에 영향을 줄 수 있다.
평균 결정 크기는 ASTM 표준 E 112-96 "평균 입자 크기의 측정을 위한 표준 시험법"에 따르는 선 교차법 (line intercept method)에 의해 측정될 수 있다. 전형적으로 직경 약 2.5 cm 및 높이 약 1.9 cm의 수지로 된 원통 내에 있는 실장 수지 (미국 일리노이주 레이크 블러프 (Lake Bluff) 소재, 부에흘러 (Buehler)로부터 "트랜솝틱 파우더 (TRANSOPTIC POWDER)"라는 상품명 하에 입수되는 것과 같은)에 시료를 실장한다. 실장된 부분을 마멸기 (미국 일리노이주 레이크 블러프 소재, 부에흘러로부터 "에코메트 (ECOMET) 3"이라는 상품명 하에 입수된 것과 같은)를 이용하여 통상의 마멸 기술을 이용하여 제조한다. 시료를 다이아몬드 휠로 약 3 분 동안 마멸한 다음, 각 45, 30, 15, 9, 3 및 1-마이크로미터 슬러리로 5 분 동안 마 멸한다. 상기 실장된 및 마멸한 시료를 얇은 층의 금-팔라듐으로 스퍼터링하고 주사 전자 현미경 (JEOL SEM Model JSM 840A와 같은)을 이용하여 관찰한다. 시료에서 발견된 미세구조의 전형적인 배면-산란된 전자 (BSE) 현미경사진이 다음과 같이 평균 결정 크기를 결정하는데 사용된다. 현미경 사진을 가로질러 무작위 직선의 단위 길이 당 교차하는 결정의 수 (NL)를 계수한다. 평균 결정 크기는 다음 수학식을 이용하여 상기 숫자로부터 결정한다.
평균 결정 크기 = (1.5 / NLM)
식 중, NL은 단위 길이 당 교차하는 결정의 수이고, M은 현미경의 배율이다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 1종 이상의 150 나노미터보다 크지 않은 평균 결정 크기의 하나 이상를 갖는 알파 알루미나를 포함하는 유리-세라믹을 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 존재하는 알파 알루미나 75 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 80, 85, 90,95, 또는 심지어 100) 수％ 이상이 200 나노미터보다 크지 않은 결정 크기를 갖는 알파 알루미나를 포함하는 유리-세라믹을 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 알파 Al2O3, 결정질 Zr02, 및 제1의 복합 Al2O3·Y203의 1종 이상이 150 나노미터보다 크지 않은 평균 결정 크기를 갖는, 알파 Al2O3, 결정질 Zr02, 및 제1의 복합 Al2O3·Y2 03를 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서 바람직하게는 유리-세라믹은 제2의 상이한 복합 Al2O3·Y20 3를 더 포함한다. 어떤 구현예에서 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·REO를 더 포 함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 제1의 복합 Al2O3·Y203, 제2의 상이한 복합 Al2O3·Y203 및 결정질 Zr02의 1종 이상에 대해, 그의 결정 크기의 75 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100) 수％ 이상이 200 나노미터보다 크지 않은, 제1의 복합 Al2O3·Y203, 제2의 다른 복합 Al 2O3·Y203 및 결정질 Zr02을 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서 바람직하게는 유리-세라믹은 제2의 다른 복합 Al2O3·Y203를 더 포함한다. 어떤 구현예에서 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·REO를 더 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 알파 Al2O3, 결정질 Zr02, 및 제1의 복합 Al2O3·REO의 1종 이상이 150 나노미터보다 크지 않은 평균 결정 크기를 갖는, 알파 Al2O3, 결정질 Zr02, 및 제1 복합 Al2O3·Y2 03를 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 제2의 상이한 복합 Al2O3·REO를 더 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·Y20 3를 더 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 제1의 복합 Al2O3·REO, 제2의 다른 복합 Al2O 3·REO 및 결정질 Zr02의 1종 이상에 대해, 그의 결정 크기의 75 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100) 수％ 이상이 200 나노미터보다 크 지 않은, 제1의 복합 Al2O3·REO, 제2의 상이한 복합 Al2O3·REO 및 결정질 Zr02을 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 제2의 다른 복합 Al2O3·Y203를 더 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 제1의 복합 Al2O3·Y203, 제2의 상이한 복합 Al2O3·Y203, 또는 결정질 Zr02의 1종 이상이 150 나노미터보다 크지 않은 평균 결정 크기를 갖는, 제1의 복합 Al2O3·Y203, 제2의 상이한 복합 Al 2O3·Y203, 또는 결정질 Zr02를 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 제2의 상이한 복합 Al2O3·Y203를 더 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·REO를 더 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 제1의 복합 Al2O3·Y203, 제2의 상이한 복합 Al2O3·Y203 및 결정질 Zr02의 1종 이상에 대해, 그의 결정 크기의 75 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100) 수％ 이상이 200 나노미터보다 크지 않은, 제1의 복합 Al2O3·Y203, 제2의 다른 복합 Al 2O3·Y203 및 결정질 Zr02을 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·REO를 더 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 제1의 복합 Al2O3·REO, 제2의 상이한 복합 Al2O3·REO, 또는 결정질 Zr02의 1종 이상이 150 나노미터보다 크지 않은 평균 결정 크기를 갖는, 제1의 복합 Al2O3·REO, 제2의 상이한 복합 Al2O3·REO, 또는 결정질 Zr02를 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 제2의 상이한 복합 Al2O3·REO를 더 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·Y203를 더 포함한다.
유리-세라믹의 어떤 구현예는 제1의 복합 Al2O3·REO, 제2의 상이한 복합 Al2O3·REO 및 결정질 Zr02의 1종 이상에 대해, 그의 결정 크기의 75 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 80, 85, 90, 95, 또는 심지어 100) 수％ 이상이 200 나노미터보다 크지 않은, 제1의 복합 Al2O3·REO, 제2의 다른 복합 Al2O3·REO 및 결정질 Zr02을 포함하는 유리-세라믹을 포함한다. 어떤 구현예에서는 바람직하게는 유리-세라믹은 복합 Al2O3·Y203를 더 포함한다.
어떤 구현예에서, 연마 입자의 유리-세라믹은 미세결정이 1 마이크로미터 미만의 평균 크기를 갖는, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 부피％ 이상, 또는 심지어 100 부피％의 미세결정을 포함한다. 어떤 구현예에서, 연마 입자의 유리-세라믹은 결정체가 0.5 마이크로미터 미만의 평균 크기를 갖는, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 부피％ 이상, 또는 심지어 100 부피％의 미세결정을 포함한다. 어떤 구현예에서, 연마 입자의 유리-세라믹은 미세결정이 0.3 마이크로미터 미만의 평균 크기를 갖는, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 부피％ 이상, 또는 심지어 100 부피％의 미세결정이 포함한다. 어떤 구현예에서, 연마 입자의 유리-세라믹은 미세결정이 0.15 마이크로미터 미만의 평균 크기를 갖는, 75, 80, 85, 90, 95, 97, 98, 99 부피％ 이상, 또는 심지어 100 부피％의 미세결정을 포함한다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 무정질 물질을 열처리하여 유리-세라믹을 제공함으로써 생성된 결정은 예를 들어 등축형, 원주형, 또는 평판형 형태일 수 있다.
전형적으로, 때로 특정 중력으로 불리는, 본 발명의 방법에 따라 제조된 세라믹의 (진정한) 밀도는 이론적 밀도의 70％ 이상이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 방법에 따라 제조된 세라믹의 (진정한) 밀도는 이론적 밀도의 75％, 80％, 85％, 90％, 92％, 95％, 96％, 97％, 98％, 99％, 99.5％ 이상, 또는 심지어 100％이다. 연마 입자는 이론적 밀도의 85％, 90％, 92％, 95％, 96％, 97％, 98％, 99％, 99.5％ 이상, 또는 심지어 100％의 (진정한) 밀도를 갖는다.
본 발명의 물질의 평균 경도는 다음과 같이 측정될 수 있다. 물질의 부분을 전형적으로 직경 약 2.5 cm 및 높이 약 1.9 cm의 수지로 된 원통 내에 있는 실장 수지 (미국 일리노이주 레이크 블러프 소재, 부에흘러로부터 "트랜솝틱 파우더"라는 상품명 하에 입수된)에 실장한다. 실장된 부분을 마멸기 (미국 일리노이주 레이크 블러프 소재, 부에흘러로부터 "에코메트 3"이라는 상품명 하에 입수된 것과 같은)를 이용하여 통상의 마멸 기술을 이용하여 제조한다. 시료를 다이아몬드 휠로 약 3 분 동안 마멸한 다음, 각 45, 30, 15, 9, 3 및 1-마이크로미터 슬러리로 5 분 동안 마멸한다. 미세경도 측정은 100-그램 인덴트 부하를 갖는 비커스 (Vickers) 인덴터 (indenter)가 고정된 (일본 도쿄 소재, 미츠토요 코포레이션 (Mitutoyo Corporation)으로부터 상품명 "미츠토요 (MITUTOYO) MVK-VL" 하에 입수된 것과 같은) 통상의 미세경도 시험기를 이용하여 수행한다. 미세경도 측정은 물질의 미세경도를 위한 ASTM 시험법 E384 시험 방법 (1991)에 언급된 지침에 따라 수행한다.
어떤 구현예에서, 본 발명의 방법에 따라 제조된 유리-세라믹의 평균 경도는 12, 13, 14, 15, 16, 17 GPa 이상, 또는 심지어 18 GPa 이상이다. 본 발명에 따라 제조된 연마 입자는 15 GPa 이상, 어떤 구현예에서는 16 GPa 이상, 17 GPa 이상, 또는 심지어 18 GPa 이상의 평균 경도를 갖는다.
제조, 사용, 및 특성을 포함한 무정질 물질, 유리-세라믹에 관한 추가의 세부 사항은 2001년 8월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제 09/922,526 호, 09/922,527 호, 및 09/922,530 호, 및 본 출원과 동일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/211598호, 제10/211630호, 제10/211639호, 제10/211034호, 제10/211044호, 제10/211628호, 제10/211640호 및 제10/211684호에서 찾아볼 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자는 일반적으로 결정질 세라믹 (어떤 구현예에서는 바람직하게는 75, 80, 85, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 99.5 부피％ 이상, 또는 심지어 100 부피％ 결정질 세라믹)을 포함한다.
연마 입자는 연마 물품 내로, 또는 산개된 형태로 혼입될 수 있다. 연마 물 품은 결합제 및 복수개의 연마 입자를 포함하며, 연마 입자의 적어도 일부는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자이다. 연마 제품의 예로는 피복된 연마 입자, 접착된 연마 입자 (예를 들어, 휠), 부직 연마 입자, 및 연마 브러쉬를 들 수 있다. 피복된 연마 입자는 전형적으로 제1 및 제2의 대향하는 주표면을 갖는 배킹 (backing)을 포함하며, 결합제 및 복수개의 연마 입자는 제1 주표면의 적어도 일부 상에 연마층을 형성한다.
어떤 구현예에서, 바람직하게는 연마 물품의 연마 입자의 총 중량을 기준으로 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 중량％ 이상, 또는 심지어 100 중량％의 연마 물품의 연마 입자는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자이다.
연마 입자는 통상적으로 사용 전에 주어진 입자 크기 분포로 분류된다. 이러한 분포는 전형적으로 조립자부터 미세한 입자까지의 입자 크기의 범위를 갖는다. 연마재 기술 분야에서, 이러한 범위는 때때로 "거친", "조절" 및 "미세한" 분획으로 불린다. 산업에서 인지된 분류 표준에 따라 분류된 연마 입자는 수적 제한 내에서 각각의 명칭 등급에 대한 입자 크기 분포를 특정화한다. 이러한 산업에서 인지된 분류 표준 (즉, 특정화된 공칭 등급)의 예로는 아메리칸 내셔날 스탠다즈 인스티튜트, 인크. (American National Standard Institute, Inc.) (ANSI) 표준, 페러데이션 유로피네 데스 파브리칸츠 데 프로덕츠 아브라시프스 (Federation Europeenne des Fabricants de Products Abrasifs) (FEPA) 표준, 및 재패니즈 인더스트리얼 스탠다드 (Japanese Industrial Standard) (JIS) 표준을 들 수 있다. 일 측면에서, 본 발명은 복수개의 연마 입자의 적어도 일부가 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자인, 특정화된 공칭 등급을 갖는 복수개의 연마 입자를 제공한다. 어떤 구현예에서, 바람직하게는 복수개의 연마 입자의 총 중량을 기준으로 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 중량％ 이상, 또는 심지어 100 중량％의 복수개의 연마 입자가 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자이다.
ANSI 등급 표시 (즉, 특정화된 공칭 등급)는 ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400 및 ANSI 600을 포함한다. 본 발명에 따른 연마 입자를 포함하는 바람직한 ANSI 등급은 ANSI 8-220이다. FEPA 등급 표시는 P8, P12, P16, P24, P36, P40, P50, P60, P80, P100, P120, P150, P180, P220, P320, P400, P500, P600, P800, P1000 및 P1200을 포함한다. 본 발명에 따른 연마 입자를 포함하는 바람직한 FEPA 등급은 P12-P220이다. JIS 등급 표시는 JIS 8, JIS 12, JIS 16, JIS 24, JIS 36, JIS 46, JIS 54, JIS 60, JIS 80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS 220, JIS 240, JIS 280, JIS 320, JIS 360, JIS 400, JIS 600, JIS 800, JIS 1000, JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS 8000 및 JIS 10,000을 포함한다. 본 발명에 따른 연마 입자를 포함하는 바람직한 JIS 등급은 JIS8-220이다.
분쇄 및 체질 후, 전형적으로 많은 상이한 연마 입자 크기 분포 또는 등급이 있을 것이다. 상기 많은 등급은 특별한 경우에 제조자 또는 공급자의 요구에 부합 되지 않을 수 있다. 재고를 최소화하기 위해, 수요 밖의 등급을 용융물 내로 재순환하여 무정질 물질을 형성하는 것이 가능하다. 이러한 재순환은, 입자가 특정 분포로 체질되지 않은 큰 덩어리 또는 더 작은 조각 (때로 "미세물"이라고도 함)인 경우, 분쇄 단계 후 일어날 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 무정형 물질의 적어도 일부가 유리-세라믹으로 전환되도록 무정질 (예를 들어, 유리) 포함 입자를 열처리하여 본 발명에 따르는 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 제공하는 것을 포함하는, 연마 입자의 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 무정질 물질의 적어도 일부가 유리-세라믹으로 전환되도록 무정질 물질을 열처리하는 단계, 수득되는 열처리된 물질을 분쇄하여 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 수득하는 것을 포함하는, 연마 입자의 제조 방법을 제공한다. 분쇄 시, 유리는 실질적으로 결정화된 유리-세라믹 또는 결정질 물질을 분쇄할 때보다 더 날카로운 입자를 제공하는 경향이 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 각각이 결합제를 통해 함께 접착된 본 발명에 따른 복수개의 연마 입자를 포함하는 응집 연마 입자를 제공한다. 또다른 측면에서, 본 발명은 결합제 및 복수개의 연마 입자를 포함하는 연마 물품 (예를 들어, 피복된 연마 물품, 접착된 연마 물품 (유리화된, 합성수지, 및 금속 접착된 연마 휠, 절단 휠, 실장된 점, 및 숫돌), 부직 연마 물품, 및 연마 브러쉬)을 제공하며, 여기에서 연마 입자의 적어도 일부는 본 발명의 연마 입자 (연마 입자가 응집된 경우를 포함)이다. 이러한 연마 물품의 제조 방법 및 연마 물품의 사용 방법은 당업자에게 널리 공지되어 있다. 또한, 본 발명에 따르는 연마 입자는 마모 화합물 ( 예를 들어, 마멸 화합물)의 슬러리, 제분 매질, 발사 폭발 매질, 진동 밀 매질 등과 같은 연마 입자를 이용하는 연마재 응용에서 사용될 수 있다.
피복된 연마 물품은 일반적으로 배킹, 연마 입자, 및 상기 연마 입자를 배킹 상에 고정시키기 위한 적어도 1종의 결합제를 포함한다. 배킹은 천, 중합체 필름, 섬유, 부직 웹, 종이, 이들의 조합 및 이들의 처리된 변형을 포함하는 임의의 적절한 재료일 수 있다. 결합제는 무기 또는 유기 결합제 (열 경화성 수지 및 방사 경화성 수지를 포함)를 포함하는 임의의 적절한 결합제일 수 있다. 연마 입자는 피복된 연마 물품의 1개 층 또는 2개 층으로 존재할 수 있다.
피복된 연마 물품의 예는 도 1에 나타낸다. 이 도면을 참고하면, 본 발명에 따른 피복된 연마 물품 (1)은 배킹 (기질) (2) 및 연마층 (3)을 갖는다. 연마층 (3)은 형성 피복 (5) 및 크기 피복 (6)에 의해 배킹 (2)의 주 표면에 고정된 본 발명에 따르는 연마 입자 (4)를 포함한다. 어떤 경우에는, 슈퍼-사이즈 피복 (도시되지 않음)이 사용된다.
접착된 연마 물품은 전형적으로 유기, 금속성 또는 유리화된 결합제에 의해 함께 고정된 연마 입자의 성형된 덩어리를 포함한다. 이러한 성형된 덩어리는 예를 들어 연마 휠 또는 절단 휠과 같은 휠의 형태일 수 있다. 연마 휠의 직경은 전형적으로 약 1 내지 1 m 이상이고, 절단 휠의 직경은 약 1 cm 내지 80 cm 이상 (더욱 전형적으로는 3 cm 내지 약 50 cm)이다. 절단 휠의 두께는 전형적으로 약 0.5 mm 내지 약 5 cm, 더욱 전형적으로는 약 0.5 mm 내지 약 2 cm이다. 상기 성형된 덩어리는 예를 들어 숫돌, 단편, 실장된 점, 원판 (예를 들어, 이중 원판 연마기) 또는 다른 통상적으로 접착된 연마 형상의 형태일 수도 있다. 접착된 연마 물품은 접착된 연마 물품의 총 부피를 기준으로 3-50 부피％의 접착 재료, 약 30-90 부피％의 연마 입자 (또는 연마 입자 블렌드), 50 부피％ 이하의 첨가제 (연마 보조제 포함), 및 70 부피％ 이하의 세공을 전형적으로 포함한다.
바람직한 형태는 연마 휠이다. 도 2를 참고하면, 휠로 성형되어 축 (12) 상에 실장된 본 발명에 따른 연마 입자 (11)를 포함하는 연마 휠 (10)이 도시되어 있다.
부직 연마 물품은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자가 구조를 통하여 분포되고 유기 결합제에 의해 그 안에 부착적으로 접착되어 있는 개방된 다공성 높은 중합체 필라멘트 구조를 전형적으로 포함한다. 필라멘트의 예로서 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유 및 폴리아라미드 섬유를 들 수 있다. 도 3에서는 전형적인 부직 연마 물품의 약 100x 확대된 개략도가 제공된다. 이러한 부직 연마 물품은, 본 발명에 따르는 연마 입자 (52)가 그 위에 결합제 (54)에 의해 부착되어 있는 기판으로서의 섬유성 매트 (50)를 포함한다.
유용한 연마 브러쉬는 배킹과 일체인 복수개의 털을 갖는 것들을 포함한다 (예를 들어, 미국 특허 제 5,427,595 호 (Pihl 등), 5,443,906 (Pihl 등), 5,679,067 호 (Johnson 등) 및 5,903,951 호 (Ionta 등)를 참조). 바람직하게는 이러한 브러쉬는 중합체와 연마 입자의 혼합물을 사출 성형하여 만들어진다.
연마 물품을 제조하기 위한 적절한 유기 결합제는 열가소성 유리 중합체를 포함한다. 적절한 열경화성 유기 중합체의 예로서, 페놀계 수지, 우레아-포름알데 히드 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 우레탄 수지, 아크릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 부속된 α,β-불포화 카르보닐기를 갖는 아미노플라스트 수지, 에폭시 수지, 아크릴화 우레탄, 아크릴화 에폭시류 및 이들의 조합을 들 수 있다. 결합제 및(또는) 연마 물품은 또한 섬유, 윤활제, 습윤제, 틱소트로피 물질, 계면활성제, 안료, 염료, 정전 방지제 (예를 들어, 카본 블랙, 산화바나듐, 흑연 등), 커플링제 (예를 들어, 실란, 티탄산염, 지르코알루미늄산염 등), 가소제, 현탁제 등과 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 이들 임의적 첨가제의 양은 바람직한 성질을 제공하도록 선택된다. 커플링제는 연마 입자 및(또는) 충전제에 대한 접착을 개선할 수 있다. 결합제 화학은 열적으로 경화되거나 방사선 경화되거나 이들의 조합일 수 있다. 결합제 화학에 대한 추가의 세부 사항은 미국 특허 제 4,588,419호 (Caul 등), 4,751,138호 (Tumey 등) 및 5,436,063호 (Follett 등)에서 찾아볼 수 있다.
더욱 구체적으로 무정질 구조를 나타내고 전형적으로 경질인 유리화된 접착된 마모제, 유리질 접착 재료에 대한 것은 당업계에 공지되어 있다. 어떤 경우에, 유리질 접착 물질은 결정질 상을 포함한다. 접착된, 유리화된 연마 물품은 휠 (절단 휠 포함), 숫돌, 실장된 점 또는 다른 통상적인 접착된 연마재 형상의 형태일 수 있다. 바람직한 유리화된 접착된 연마 물품은 연마 휠이다.
유리질 접착 물질을 형성하는 데 사용되는 금속 산화물의 예로서, 실리카, 실리케이트, 알루미나, 소다, 칼시아, 포타시아, 티타니아, 산화철, 산화아연, 산화리튬, 마그네시아, 보리아, 알루미늄 실리케이트, 보로실리케이트 유리, 리튬 알루미늄 실리케이트, 이들의 조합물 등을 들 수 있다. 전형적으로, 유리질 접착 물 질은 10 내지 100 ％의 유리 원료를 포함하는 조성물로부터, 더욱 전형적으로는 20 내지 80 ％의 유리 원료, 또는 30 내지 70％의 유리 원료를 포함하는 조성물로부터 형성될 수 있다. 유리질 접착 물질의 나머지 분량은 비-유리 원료 물질일 수 있다. 별법으로, 상기 유리질 접착은 비-유리 원료 함유 조성물로부터 유래될 수 있다. 유리질 접착 물질은 전형적으로 약 700 내지 약 1500℃의 범위, 통상적으로 약 800℃ 내지 약 1300℃의 범위, 때로는 약 900℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도(들)에서 숙성된다. 접착이 숙성되는 실제 온도는 예를 들어 특정 접착 화학에 의존한다.
바람직한 유리화 접착 물질로서 실리카, 알루미나 (바람직하게는 10 중량％이상의 알루미나) 및 보리아 (바람직하게는 10 중량％ 이상의 보리아)를 포함하는 것들을 들 수 있다. 대부분의 경우에, 상기 유리화된 접착 물질은 알칼리 금속 산화물(들) (예를 들어, Na2O 및 K2O) (어떤 경우에는 10 중량％ 이상의 알칼리 금속 산화물)을 더 포함한다.
결합제 물질은 또한 전형적으로 입자상 물질 형태인 충전제 물질 또는 연마 보조제를 함유할 수 있다. 전형적으로, 입자상 물질은 무기 물질이다. 본 발명에 유용한 충전제의 예로서: 금속 탄산염 (예를 들어, 탄산칼슘 (예를 들어, 백악, 방해석, 이회토, 온천의 침전물, 대리석 및 석회석), 탄산칼슘마그네슘, 탄산나트륨, 탄산마그네슘), 실리카 (예를 들어, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유), 실리케이트 (예를 들어, 활석, 점토, (몬모릴로나이트) 장석, 운모, 칼슘 실리케이 트, 칼슘 메타실리케이트, 소듐 알루미노실리케이트, 소듐 실리케이트), 금속 황산염 (예를 들어, 황산칼슘, 황산바륨, 황산나트륨, 황산알루미늄나트륨, 황산알루미늄), 석고, 질석, 목재 가루, 알루미늄 삼수화물, 카본 블랙, 금속 산화물 (예를 들어, 산화칼슘 (생석회), 산화알루미늄, 이산화 티탄) 및 금속 아황산염 (예를 들어, 아황산칼슘)을 들 수 있다.
일반적으로, 연마 보조제의 첨가는 연마 물품의 사용 수명을 증가시킨다. 연마 보조제는 마모의 화학적 및 물리적 과정에 중대한 영향을 갖는 물질이며, 향상된 성능의 결과를 가져온다. 이론에 구애되기를 원치 않지만, 연마 보조제(들)는 (a) 연마 입자와 마모되는 작업편 사이의 마찰을 감소시키거나, (b) 연마 입자가 "덮이는" 것을 방지하거나 (즉, 금속 입자가 연마 입자의 상단에 결합되는 것을 방지), 적어도 연마 입자의 덮이는 경향을 감소시키거나, (c) 연마 입자와 작업 편 사이의 계면 온도를 감소시키거나, (d) 연마하는 힘을 감소시킬 것으로 믿어진다.
연마 보조제는 광범위하게 다양한 상이한 물질을 포함하며 무기 또는 유기 기재의 것일 수 있다. 연마 보조제의 화학적 군의 예로서 왁스, 유기 할로겐화물 화합물, 할로겐화물 염 및 금속 및 그들의 알로이를 들 수 있다. 유기 할로겐화물 화합물은 전형적으로 마모 도중 분해되어 할로겐 산 또는 기체상 할로겐화물 화합물을 방출할 것이다. 이러한 물질의 예로서 테트라클로로나프탈렌, 펜타클로로나프탈렌, 및 폴리비닐 클로라이드 같은 염소처리된 왁스를 들 수 있다. 할로겐화물 염의 예로서, 염화나트륨, 칼륨 빙정석 (cryolite), 나트륨 빙정석, 암모늄 빙정석, 칼륨 테트라플루오로보레이트, 소듐 테트라플루오로보레이트, 플루오르화 규 소, 염화칼륨 및 염화마그네슘을 들 수 있다. 금속의 예로서 주석, 납, 비스무트, 코발트, 안티몬, 카드뮴 및 철 티탄을 들 수 있다. 다른 기타 연마 보조제로서 황, 유기 황 화합물, 흑연 및 금속 황화물을 들 수 있다. 상이한 연마 보조제의 조합을 사용하는 것도 본 발명의 범위 내에 있는데, 어떤 경우에는 이것이 상승 효과를 창출할 수도 있다. 바람직한 연마 보조제는 빙정석이고, 가장 바람직한 연마 보조제는 칼륨 테트라플루오로보레이트이다.
연마 보조제는 피복된 연마성 및 접착된 연마 물품에서 특히 유용할 수 있다. 피복된 연마 물품에서, 연마 보조제는 연마 입자의 표면 상에 도포되는 슈퍼사이즈 피복에 전형적으로 사용된다. 그러나 때로는 상기 연마 보조제가 크기 피복에 첨가된다. 전형적으로, 피복된 연마 물품 내에 도입되는 연마 보조제의 양은 약 50-300 g/m2 (바람직하게는, 약 80-160 g/m2)이다. 유리화된 접착된 연마 물품에서 연마 보조제는 전형적으로 입자의 세공 내로 함침된다.
연마 물품은 본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 연마 입자 100％를 함유하거나, 이러한 연마 입자와 다른 연마 입자 및(또는) 희석제 입자와의 배합물을 함유할 수 있다. 그러나, 연마 물품 중 약 2 중량％ 이상, 바람직하게는 약 5 중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 약 30-100 중량％의 연마 입자는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자여야 한다. 어떤 경우에, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자는 또다른 연마 입자 및(또는) 희석제 입자와 5 내지 75 중량％ 사이, 약 25 내지 75 중량％, 약 40 내지 60 중량％, 또는 약 50％ 대 50％ 중량％ (즉, 중량으로 동량)의 비율로 배합될 수 있다. 통상적인 연마 입자의 적합한 예로서, 융합된 산화알루미늄 (백색 융합된 알루미나, 열처리된 산화 알루미늄 및 갈색 산화알루미늄), 탄화규소, 탄화붕소, 탄화티탄, 다이아몬드, 입방체 질화붕소, 가넷, 융합된 알루미나-지르코니아, 및 졸-겔-유래된 연마 입자 등을 들 수 있다. 졸-겔-유래된 연마 입자는 씨드 첨가 또는 씨드-무첨가일 수 있다. 유사하게, 졸-겔-유래된 연마 입자는 랜덤 형상이거나 그들과 연관된 막대 또는 삼각형 등의 형상을 가질 수 있다. 졸 겔 연마 입자의 예로서 미국 특허 제 4,314,827 호 (Leitheiser 등), 4,518,397 호 (Leitheiser 등), 4,623,364 호 (Cottringer 등), 4,744,802 호 (Schwabel), 4,770,671 호 (Monroe 등), 4,881,951 호 (Wood 등), 5,011,508 호 (Wald 등), 5,090,968 호 (Pellow), 5,139,978 호 (Wood), 5,201,916 호 (Berg 등), 5,227,104 호 (Bauer), 5,366,523 호 (Rowenhorst 등), 5,429,647 호 (Larmie), 5,498,269 호 (Larmie) 및 5,551,963 호 (Larmie)에 기재된 것들을 들 수 있다. 알루미나 분말을 원료 공급원으로 사용하여 제조된 소결 알루미나 연마 입자에 관한 추가의 세부 사항은 또한 예를 들어 미국 특허 제 5,259,147 호 (Falz), 5,593,467 호 (Monroe) 및 5,665,127 호 (Moltgen)에서 찾아볼 수 있다. 융합된 연마 입자에 관한 추가의 세부 사항은 예를 들어 미국 특허 제 1,161,620 호 (Coulter), 1,192,709 호 (Tone), 1,247,337 호 (Saunders 등), 1,268,533 호 (Allen) 및 2,424,645 호 (Baumann 등), 3,891,408 호 (Rowse 등), 3,781,172 호 (Pett 등), 3,893,826 호 (Quinan 등), 4,126,429 호 (Watson 등), 4,457,767 호 (Poon 등), 5,023,212 호 (Dubots 등), 5,143,522 호 (Gibson 등) 및 5,336,280 호 (Dubots 등), 및 2000년 2월 2일자로 각각 출원된 미국 특허 출원 제 09/495,978 호, 09/496,422 호, 09/496,638 호 및 09/496,713 호, 및 2000년 7월 19일자로 각각 출원된 09/618,876 호, 09/618,879 호, 09/619,106 호, 09/619,191 호, 09/619,192 호, 09/619,215 호, 09/619,289 호, 09/619,563 호, 09/619,729 호, 09/619,744 호 및 09/620,262 호, 및 2001년 1월 30일자로 출원된 09/772,730 호에서 찾아볼 수 있다. 어떤 경우에는 연마 입자의 블렌드가 연마 입자의 종류 100％를 포함하는 연마 물품에 비하여 개선된 연마 성능을 나타내는 연마 물품의 결과를 가져올 수도 있다.
연마 입자의 블렌드가 존재하는 경우에, 그 블렌드를 형성하는 연마 입자 종류는 동일한 크기의 것일 수 있다. 별법으로, 연마 입자 종류는 상이한 입자 크기의 것일 수 있다. 예를 들어, 보다 큰 크기의 연마 입자는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자이고, 보다 작은 크기의 입자는 또다른 연마 입자 종류일 수 있다. 반대로, 예를 들어, 보다 작은 크기의 연마 입자는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자이고, 보다 큰 크기의 입자는 또다른 연마 입자 종류일 수 있다.
적절한 희석제 입자의 예로서, 대리석, 석고, 부싯돌, 실리카, 산화철, 알루미늄 실리케이트, 유리 (유리 버블 및 유리 비드 포함), 알루미나 버블, 알루미나 비드 및 희석제 응집체를 들 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자는 또한 연마 응집체 내에 또는 그것과 함께 조합될 수 있다. 연마 응집체 입자는 전형적으로 복수개의 연마 입자, 결합제 및 임의로 첨가제를 포함한다. 결합 제는 유기 및(또는) 무기물일 수 있다. 연마 응집체는 랜덤 형상이거나 그것과 관련된 소정의 형태를 가질 수 있다. 상기 형태는 블럭, 실린더형, 피라미드형, 동전, 정사각형 등일 수 있다. 연마 응집체 입자는 전형적으로 약 100 내지 약 5000 마이크로미터 범위의 입자 크기, 전형적으로 약 250 내지 약 2500 마이크로미터 범위의 입자 크기를 갖는다. 연마 응집체 입자에 관한 추가의 세부 사항은 예를 들어 미국 특허 제 4,311,489 호 (Kressner), 4,652,275 호 (Bloecher 등), 4,799,939 호 (Bloecher 등), 5,549,962 호 (Holmes 등) 및 5,975,988 호 (Christianson), 및 2001년 10월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제 09/688,444 호 및 09/688,484 호에서 찾아볼 수 있다.
연마 입자는 연마 물품 내에 균일하게 분포하거나 연마 물품의 선택된 면적 또는 부분에 집중될 수 있다. 예를 들어, 피복된 연마재 내에, 연마 입자의 2개 층이 있을 수 있다. 첫번째 층은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자 이외의 연마 입자를 포함하고, 두번째 (가장 바깥쪽) 층은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자를 포함한다. 유사하게, 접착된 연마재의 경우에도, 연마 휠의 두 개의 구별되는 부분이 있을 수 있다. 가장 바깥쪽 부분은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자를 포함하는 반면, 가장 안쪽 부분은 그렇지 않다. 별법으로, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자는 접착된 연마 물품에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다.
피복된 연마 물품에 관한 더 이상의 세부 사항은 예를 들어 미국 특허 제 4,734,104 호 (Broberg), 4,737,163 호 (Larkey), 5,203,884 호 (Buchanan 등), 5,152,917 호 (Pieper 등), 5,378,251 호 (Culler 등), 5,417,726 호 (Stout 등), 5,436,063 호 (Follett 등), 5,496,386 호 (Broberg 등), 5,609,706 호 (Benedict 등), 5,520,711 호 (Helmin), 5,954,844 호 (Law 등), 5,961,674 호 (Gagliardi 등) 및 5,975,988 호 (Christianson)에서 찾아볼 수 있다. 접착된 연마 물품에 관한 더 이상의 세부 사항은 예를 들어 미국 특허 제 4,543,107 호 (Rue), 4,741,743 호 (Narayanan 등), 4,800,685 호 (Haynes 등), 4,898,597 호 (Hay 등), 4,997,461 호 (Markhoff-Matheny 등), 5,037,453 호 (Narayanan 등), 5,110,332 호 (Narayanan 등), 및 5,863,308 호 (Qi 등)에서 찾아볼 수 있다. 유리질 접착된 마모제에 관한 더 이상의 세부 사항은 예를 들어 미국 특허 제 4,543,107 호 (Rue), 4,898,597 호 (Hay 등), 4,997,461 호 (Markhoff-Matheny 등), 5,094,672 호 (Giles Jr. 등), 5,118,326 호 (Sheldon 등), 5,131,926 호 (Sheldon 등), 5,203,886 호 (Sheldon 등), 5,282,875 호 (Wood 등), 5,738,696 호 (Wu 등) 및 5,863,308 호 (Qi)에서 찾아볼 수 있다. 부직 연마 물품에 관한 더 이상의 세부 사항은 예를 들어 미국 특허 제 2,958,593 호 (Hoover 등)에서 찾아볼 수 있다.
본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 적어도 하나의 연마 입자를 작업편의 표면과 접촉시키고; 상기 연마 입자 또는 접촉된 표면 중 적어도 하나를 상기 표면의 적어도 일부가 연마 입자로 마모되도록 움직이는 것을 포함하는, 표면의 마모 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자를 이용하는 마모 방법은 스내깅 (snagging) (즉, 고압 고저장 제거 (high pressure high stock removal))에서 마멸 (예를 들어, 피복된 연마 벨트로 의학적 이식물을 마멸 함)에 이르는 범위이며, 여기에서 후자는 전형적으로 연마 입자의 보다 미세한 등급 (예를 들어, ANSI 220 미만 및 더 미세한)으로 수행된다. 연마 입자는 또한 유리화된 접착된 휠을 이용하여 캠축을 연마하는 것과 같은 정밀 마모 응용에 사용될 수 있다. 특정 마모 응용에 사용되는 연마 입자의 크기는 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 연마 입자로 마모하는 것은 건식 또는 습식으로 수행될 수 있다. 습식 마모의 경우, 액체는 가벼운 안개의 형태로 공급되어 완전한 충만에 이르도록 도입될 수 있다. 통상적으로 사용되는 액체의 예로서, 물, 수용성 오일, 유기 윤활제 및 에멀젼을 들 수 있다. 액체는 마모와 관련된 열을 감소시키고(거나) 윤활제로서 작용할 수 있다. 액체는 살균제, 기포억제제 등과 같은 소량의 첨가제를 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 연마 입자는 알루미늄 금속, 탄소 강, 마일드 강 (mild steel), 도구 강 (tool steel), 스텐레스 강, 경질화된 강, 티탄, 유리, 세라믹, 목재, 목재 유사 물질, 페인트, 페인트칠한 표면, 유기 피복된 표면 등과 같은 작업편을 마모하는 데 사용될 수 있다. 마모 도중 적용되는 힘은 전형적으로 약 1 내지 약 100 킬로그램의 범위이다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 입자상 무정질 및 유리-세라믹의 구현예는 예를 들어 플라즈마 분사를 위한 공급 입자, 또는 세라믹 물질의 형성을 위한 원료로서, 중합체성, 금속성, 또는 세라믹 매트릭스 복합체의 충전제로서 유용할 수 있다. 투명한 형태는 역반사 비드로서 사용될 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 제 조된 입자상 무정질 및 유리-세라믹의 구현예는 단순형 또는 복합형 벌크 물질로 점탄성적으로 변형될 수 있다.
본 발명의 장점 및 구현예가 이하의 실시예에 의해 더 설명되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그의 양, 뿐만 아니라 다른 조건 및 세부 사항은 본 발명을 부당하게 한정하는 것으로 여겨져서는 안된다. 모든 부 및 퍼센트는 달리 명시되지 않는 한 중량 기준이다. 달리 언급이 없는 한, 모든 실시예는 실질적인 양의 SiO2, B2O3, P2O5, GeO2, TeO2 , As2O3 및 V2O5를 함유하지 않았다.
실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C
250-ml 폴리에틸렌 병 (7.3-cm 직경)에 다양한 분말 (하기 표 1에 나타난 바와 같이, 표 2에 열거된 원료의 공급원과 함께)의 혼합물 50 g, 이소프로필 알코올 75 g, 및 알루미나 제분 매질 (실린더형, 길이 및 직경 둘 다 0.635 cm; 99.9％ 알루미나, 쿠어스, 골덴 캄파니 (Coors, Golden CO)로부터 입수)를 넣었다. 폴리에틸렌 병의 성분을 16시간 동안 60 rpm으로 제분하였다. 제분 후, 제분 매질를 제거하고, 슬러리를 따뜻한 (약 75℃) 유리 ("피렉스 (PYREX)") 팬에 쏟아붓고, 건조하였다. 건조된 혼합물을 페인트 브러쉬의 도움으로 70-메쉬 체 (212-마이크로미터 구멍 크기)을 통해 체질하였다.
분마 및 체질 후, 제분된 공급 입자의 혼합물을 천천히 (0.5 g/분) 수소/산소 화염 불꽃 내에 공급하여 입자를 용융시켰다. 입자를 용융시켜 용융된 소적을 생성하는 데 사용된 화염은 미국 펜실베니아주 헬러타운 (Hellertown) 소재, 베들레헴 어패러터스 캄파니 (Bethlehem Apparatus Co.)로부터 입수된 베들레헴 벤치 버너 PM2D 모델 B였다. 화염에 대한 수소 및 산소 유량은 다음과 같다. 내부 고리의 경우, 수소 유량은 8 표준 리터/분 (SLPM)이었고, 산소 유량은 3.5 SLPM이었다. 외부 고리의 경우, 수소 유량은 23 SLPM이었고 산소 유량은 12 SLPM이었다. 건조 및 크기조절된 입자들을 천천히 (0.5 g/분) 화염 불꽃으로 공급하여, 입자를 용융시키고, 이들을 표면 위로 흐르는 (약 8 리터/분) 냉수와 함께 경사진 스텐레스 스틸 표면 (약 51 cm (20 인치) 폭, 45°의 경사각)으로 이송하여 용융된 소적을 급속하게 켄칭하였다. 수득된 용융물 및 켄칭된 비드를 팬에 수집하고, 110℃에서 건조하였다. 입자는 구형이었고, 수 마이크로미터 (즉, 마이크론) 내지 250 마이크로미터의 크기로 다양하였으며, 투명하고 (즉, 무정질)(하거나) 불투명하였다 (즉, 결정질).
퍼센트 무정질 수율을 -100+120 메쉬 크기 분획 (즉, 150-마이크로미터 구멍 크기 및 125-마이크로미터 구멍 크기 체 사이에서 수거된 분획)을 이용하여 수득된 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 측정은 다음 방법으로 수행하였다. 비드의 단일층을 유리 슬라이드 상에 펼쳤다. 비드를 광학 현미경을 이용해 관찰하였다. 지침으로서 광학 현미경 접안렌즈의 십자선을 이용하여, 직선을 따라 놓인 비드를 그들의 광학적 투명성에 따라 무정질 또는 결정질으로 계수하였다. 총 500 비드를 계수하였고, 무정질 비드의 양을 계수된 총 비드로 나눔으로써 퍼센트 무정질 수율을 결정하였다.
Figure 112004004327857-pct00001
Figure 112004004327857-pct00002
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 (Bauxite) 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스 (Alcoa Industrial Chemicals)로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 (Ward Hill) 소재, 알파 애사 (Alfa Aesar)로부터 입수
산화란탄 입자 (La2O3) 미국 캘리포니아주 마운틴 패스 (Mountaim Pass) 소재, 몰리코포 인크 (Molycorp Inc.)로부터 입수, 및 배치 혼합 이전에 700℃에서 6식나 동안 하소
지르코늄 입자 (ZrO2) "DK-2"라는 상품명 하에 미국 조지아주 마리에타 (Marietta) 소재, 지르코니아 세일즈, 인크 (Zirconia Sales, Inc.)로부터 입수
실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E
사용된 원료의 양이 표 3에 열거된 것이고, 원료 구입처가 표 4에 열거된 것임을 제외하고는 상기 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에 기재된 것과 같이 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E의 비드를 제조하고, 수소 화염을 연속식으로 순환하는 교란하는 물의 19-리터 (5-갤론) 실린더형 용기 (30 센티미터 (cm) 직경, 34 cm 높이)에 직접 붙여 용융된 소적을 급속하게 켄칭하였다. 불꽃이 물을 친 각은 약 45°였고, 불꽃 길이, 물 표면의 버너는 약 18 센티미터 (cm) 이었다. 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에서 사용된 것과 동일한 방법을 이용하여 퍼센트 무정질 수율을 얻어진 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E에 대한 퍼센트 무정질 수율 데이타는 조성 정보와 함께 표 3에 열거되어 있다.
Figure 112004004327857-pct00003
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 소재, 알파 애사로부터 입수
지르코늄 입자 (ZrO2) "DK-2"라는 상품명 하에 미국 조지아주 마리에타 소재, 지르코니아 세일즈, 인크로부터 입수
실시예 9 및 비교 실시예 F
사용된 원료의 양이 표 5에 열거된 것이고, 원료 구입처가 표 6에 열거된 것임을 제외하고는 상기 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E에 기재된 것과 같이 실시예 9 및 비교 실시예 F의 비드를 제조하였다. 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에서 사용된 것과 동일한 방법을 이용하여 퍼센트 무정질 수율을 얻어진 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 실시예 9 및 비교 실시예 F에 대한 퍼센트 무정 질 수율 데이타는 조성 정보와 함께 표 5에 열거되어 있다.
Figure 112004004327857-pct00004
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 소재, 알파 애사로부터 입수
산화이트륨 입자 (Y2O3) 미국 메사추세스주 H. C. 스타크 뉴톤 (H. C. Stark Newton)으로부터 입수
상 조성 (유리질/무정질/결정질)을 시차적 열분석 (DTA)을 통해 측정하였다. 물질의 상응하는 DTA 기록이 발열성 결정화 현상 (Tx)을 가지면 물질을 무정질으로 분류하였다. 동일한 기록이 또한 Tx보다 낮은 온도에서 흡열성 현상 (Tg)을 가지면 이를 유리 상으로 구성된 것으로 간주하였다. 물질의 DTA 기록이 이러한 현상을 갖지 않으면 이를 결정질 상으로 간주하였다.
시차적 열분석 (DTA)을 하기 방법을 이용하여 실시예 9의 비드에 대해 수행하였다. -140+170 메쉬 크기 분획 (즉, 105-마이크로미터 구멍 크기 및 90-마이크 로미터 구멍 크기 체 사이에서 수거된 분획)을 이용하여, DTA 작동을 수행하였다 ("네츠쉬 STA 409 DTA/TGA"이라는 상품명 하에, 독일 셀프 소재, 네츠쉬 인스트루멘츠로부터 입수한 기기를 이용). 각각 체질된 시료의 양을 100 마이크로리터 Al2O3 시료 홀더에 넣었다. 각 시료를 정지된 공기에서 10℃/분의 속도로 실온 (약 25℃) 내지 1100℃로 가열하였다.
실시예 9에서 제조된 비드의 DTA 기록은 기록의 곡선에서 하향 변화에 의해 증명된 바와 같이 894℃ 근처의 온도에서 흡열 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 유리 물질의 유리 전이 (Tg) 때문인 것으로 믿어진다. 동일한 물질은 기록의 급격한 피크에 의해 증명되는 바와 같이, 943℃ 근처의 온도에서 발열 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 물질의 결정화 (Tx) 때문인 것으로 믿어진다. 따라서, 물질은 유리질인 것으로 결정되었다.
상기 실시예 9의 유리질 비드를 전기 가열 로에서 1300℃에서 1시간 동안 열처리함으로써 결정화하였다. 열처리로부터 수득된 비드는 광학 현미경을 이용하여 관찰된 바와 같이 불투명하였다 (열처리 이전에, 비드는 투명하였다). 열처리된 비드의 불투명성은 비드의 결정화의 결과로 믿어진다. 무정질 물질 (유리 물질 포함)은 전형적으로 결정 경계와 같은 광 확산 중심의 결핍 때문에 현저하게 투명한 반면, 결정질 입자는 결정 경계의 광 확산 효과 때문에 불투명하다.
결정질 입자의 분획을 직경 약 2.5 cm 및 높이 약 1.9 cm의 수지의 실린더 내에 실장 수지 (미국 일리노이주 레이크 블러프 소재, 부에흘러로부터의 "트린솝 틱 파우더"라는 상품명 하에 입수된 것과 같은 것)에 실장하였다. 실장된 부분을 마멸기 ("에코메트 3")이라는 상품명 하에 미국 일리노이주 레이크 블러프 소재, 브흘러로부터 입수한 것과 같은 것)를 이용하여 통상의 마멸 기술을 이용하여 마멸내었다. 시료를 다이아몬드 휠로 약 3분 동안 마모한 후, 각각 45, 30, 15, 9, 3, 및 1 마이크로미터 슬러리와 함께 5분 동안 마모하였다. 실장 및 마멸한 시료를 금-팔라듐의 얇은 층으로 끄고, 주사 전자 현미경 (JEOL SEM 모델 JSM 840A와 같은 것)을 이용하여 관찰하였다. 시료에서 발견된 미세구조는 SEM의 배면-산란된 전자 (BSE) 영상 모드에서 관찰된 바와 같이 200 나노미터를 초과하는 결정을 함유하지 않았다.
실시예 10 및 11 및 비교 실시예 G 및 H
사용된 원료의 양이 표 7에 열거된 것이고, 원료 구입처가 표 8에 열거된 것임을 제외하고는 상기 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E에 기재된 것과 같이 실시예 10 및 11 및 비교 실시예 G 및 H의 비드를 제조하였다. 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에서 사용된 것과 동일한 방법을 이용하여 퍼센트 무정질 수율을 얻어진 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 실시예 10 및 11 및 비교 실시예 G 및 H에 대한 퍼센트 무정질 수율 데이타는 조성 정보와 함께 표 7에 열거되어 있다.
Figure 112004004327857-pct00005
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 소재, 알파 애사로부터 입수
마그네슘 입자 (Mg) 알파 애사로부터 입수
산화마그네슘 입자 (MgO) 영국, 풀 (Poole) 소재, BDH 케미칼스 Ltd (BDH Chemicals Ltd)로부터 입수
산화이트륨 입자 (Y2O3) 미국 메사추세스주 H. C. 스타크 뉴톤으로부터 입수
실시예 12
사용된 원료의 양이 표 9에 열거된 것이고, 원료 구입처가 표 10에 열거된 것임을 제외하고는 상기 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E에 기재된 것과 같이 실시예 12의 비드를 제조하였다. 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에서 사용된 것과 동일한 방법을 이용하여 퍼센트 무정질 수율을 얻어진 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 실시예 12에 대한 퍼센트 무정질 수율 데이타는 조성 정보와 함께 표 9에 열거되어 있다.
Figure 112004004327857-pct00006
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 소재, 알파 애사로부터 입수
산화이트륨 입자 (Y2O3) 미국 메사추세스주 H. C. 스타크 뉴톤으로부터 입수
산화지르코늄 입자 (ZrO2) "DK-2"라는 상품명 하에 미국 조지아주 마리에타 소재, 지르코니아 세일즈, 인크로부터 입수
실시예 12에서 제조된 비드의 DTA 기록을 실시예 9에서 기재된 것과 같이 수행하였다. DTA 기록은 기록의 곡선에서 하향 변화에 의해 증명된 바와 같이 900℃ 근처의 온도에서 흡열 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 유리 물질의 유리 전이 (Tg) 때문인 것으로 믿어진다. 동일한 물질은 기록의 급격한 피크에 의해 증명되는 바와 같이, 935℃ 근처의 온도에서 발열 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 물질의 결정화 (Tx) 때문인 것으로 믿어진다. 따라서, 물질은 유리질인 것으로 결정되었다.
실시예 12의 유리 비드를 전기 가열 로에서 1300℃에서 1시간 동안 열처리함으로써 결정화하였다. 열처리로부터 수득된 비드는 광학 현미경을 이용하여 관찰된 바와 같이 불투명하였다 (열처리 이전에, 비드는 투명하였다). 열처리된 비드의 불투명성은 비드의 결정화의 결과로 믿어진다. 무정질 물질 (유리 물질 포함)은 전형적으로 결정 경계와 같은 광 확산 중심의 결핍 때문에 현저하게 투명한 반면, 결정질 입자는 결정 경계의 광 확산 효과 때문에 불투명하다.
실시예 13
사용된 원료의 양이 표 11에 열거된 것이고, 원료 구입처가 표 12에 열거된 것임을 제외하고는 상기 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E에 기재된 것과 같이 실시예 13의 비드를 제조하였다. 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에서 사용된 것과 동일한 방법을 이용하여 퍼센트 무정질 수율을 얻어진 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 실시예 13에 대한 퍼센트 무정질 수율 데이타는 조성 정보와 함께 표 11에 열거되어 있다.
Figure 112004004327857-pct00007
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 소재, 알파 애사로부터 입수
산화란탄 입자 (La2O3) 미국 캘리포니아주 마운틴 패스 소재, 몰리코포 인크로부터 입수, 및 배치 혼합 이전에 700℃에서 6식나 동안 하소
산화지르코늄 입자 (ZrO2) "DK-2"라는 상품명 하에 미국 조지아주 마리에타 소재, 지르코니아 세일즈, 인크로부터 입수
실시예 13에서 제조된 비드의 DTA 기록을 실시예 9에서 기재된 것과 같이 수행하였다. DTA 기록은 기록의 곡선에서 하향 변화에 의해 증명된 바와 같이 880℃ 근처의 온도에서 흡열 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 유리 물질의 유리 전이 (Tg) 때문인 것으로 믿어진다. 동일한 물질은 기록의 급격한 피크에 의해 증명되는 바와 같이, 933℃ 근처의 온도에서 발열 현상을 나타내었다. 이러한 현상은 물질의 결정화 (Tx) 때문인 것으로 믿어진다. 따라서, 물질은 유리질인 것으로 결정되었다.
상기 실시예 13의 비드를 전기 가열 로에서 1300℃에서 45분 동안 열처리함 으로써 결정화하였다. 분말 x-선 회절, XRD (1.54050 옹스트롬의 구리 K α1 방사를 이용하는 x 선 회절측정기 (미국 뉴조지주 마와 소재, 필립스로부터 상품명 "필립스 XRG3100" 하에 입수)를 이용)를 사용하여 결정화된 비드에 존재하는 상을 측정하였다. 결정화된 물질의 XRD 기록에 존재하는 피크를 회절 데이타를 위한 국제 센터 (International Center for Diffraction Data)에 의해 발행된 JCPDS (분말 회절 표준에 관한 연합 위원회) 데이타베이스에서 제공되는 결정질 상의 XRD 패턴과 비교함으로써, 상을 측정하였다. 수득된 결정질 물질은 LaAlO3, Zr02 (입방체, 정방정계), LaAl11O18, 및 Al203 상을 포함하였다.
실시예 13의 비드 약 25 g을 흑연 다이에 넣고, 단일축 압축 장치 (미국 캘리포니아주 브레아 (Brea) 소재, 터멀 테크놀로지 인크 (Thermal Technology Inc.)로부터 상품명 "HP-50" 하에 입수)를 이용하여 고온-압축하였다. 고온 압축은 아르곤 대기 중 및 13.8 메가파스칼 (MPa) (2000 파운드/제곱인치 (2 ksi))의 압력 하에서 수행되었다. 고온 압축 로는 970℃ 이하로 25℃/분으로 돌았다. 직경 약 34 밀리미터 (mm), 두께 약 6 mm의 수득된 고온-압축된 원판을 "칩먼크 (Chipmunk)" 턱 분쇄기 (VD 형, 미국 캘리포니아주 버뱅크 (Burbank) 소재, 비코 인크 (BICO Inc.)에서 제조)를 이용하여 연마 입자로 분쇄하고, -30+35 분획 (즉, 600-마이크로미터 구멍 크기 및 500-마이크로미터 구멍 크기 체 사이에서 수거된 분획) 및 -35+40 메쉬 분획 (즉, 500-마이크로미터 구멍 크기 및 425-마이크로미터 구멍 크기 체에서 수거된 분획)을 보유하도록 분류하였다. .
분류된 연마 입자를 전기 가열 로에서 1300℃에서 45분 동안 열처리함으로써 결정화하였다. 수득된 입자는 눈으로 관찰 및 광학 현미경 관찰에 의해 측정된 바와 같이 불투명/결정질이었다.
결정화된 입자의 분획을 실시예 9 및 비고 실시예 F에 기재된 것과 같은 실장 수지에 실장하였다. 샘플에서 발견된 미세구조는 SEM의 BSE 영상 모드에서 관찰된 바와 같이 200 나노미터를 초과하는 결정을 함유하지 않았다.
실시예 14-17
사용된 원료의 양이 표 13에 열거된 것이고, 원료 구입처가 표 14에 열거된 것임을 제외하고는 상기 실시예 7 및 8 및 비교 실시예 D 및 E에 기재된 것과 같이 실시예 14-17의 비드를 제조하였다. 실시예 1-6 및 비교 실시예 A, B, 및 C에서 사용된 것과 동일한 방법을 이용하여 퍼센트 무정질 수율을 얻어진 불꽃 형성 비드로부터 계산하였다. 실시예 14-17에 대한 퍼센트 무정질 수율 데이타는 조성 정보와 함께 표 13에 열거되어 있다.
Figure 112004004327857-pct00008
원료 구입처
알루미나 입자 (Al2O3) "Al6SG"라는 상품명 하에 미국 알칸사스주 보크사이트 소재, 알코아 인더스티리얼 케미칼스로부터 입수
알루미늄 입자 (Al) 미국 메사추세스주 와드 힐 소재, 알파 애사로부터 입수
산화란탄 입자 (La2O3) 미국 캘리포니아주 마운틴 패스 소재, 몰리코포 인크로부터 입수, 및 배치 혼합 이전에 700℃에서 6식나 동안 하소
산화티탄 분말 (TiO2) "UNITANE 0-110"이라는 상품명 하에 미국 조지아주 사바나 (savannah) 소재, 케미라 (Kemira)로부터 입수
산화지르코늄 입자 (ZrO2) "DK-2"라는 상품명 하에 미국 조지아주 마리에타 소재, 지르코니아 세일즈, 인크로부터 입수
본 발명의 범위 및 정신을 벗어남이 없이 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기재된 예시적 구현예 에 부당하게 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (36)

  1. (a) 음의 산화물 형성 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 M 또는 그의 합금을 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
    (b) (i) M 산화물 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원; 또는
    (ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상을 용융시켜 용융물 중 금속 M의 적어도 일부는 산화되고, M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계; 및
    상기 용융물을 냉각시켜 무정질 물질을 제공하는 단계를 포함하는, 무정질 물질의 총 중량을 기준으로 Al203 35 중량％ 이상을 포함하는 무정질 물질의 제조 방법.
  2. (a) 음의 산화물 형성 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 M 또는 그의 합금을 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
    (b) (i) M 산화물 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원; 또는
    (ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상을 용융시켜 용융물 중 금속 M의 적어도 일부는 산화되고, M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계; 및
    상기 용융물을 무정질 물질을 포함하는 입자로 전환하되, 상기 전환은 상기 용융물을 냉각하여 무정질 물질을 제공하는 것을 포함하는 것인 단계; 및
    상기 무정질 물질을 열처리하여 상기 무정질 물질의 적어도 일부를 결정질 세라믹으로 전환시켜 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 제공하는 단계를 포함하는, 연마 입자의 총 중량을 기준으로 Al203 35 중량％ 이상을 포함하는 연마 입자의 제조 방법.
  3. (a) 음의 산화물 형성 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 M 또는 그의 합금을 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
    (b) (i) M 산화물 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원; 또는
    (ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상을 화염 용융시켜 용융물 중 금속 M의 적어도 일부는 산화되고, M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계; 및
    상기 용융물을 냉각시켜 무정질 물질을 제공하는 단계를 포함하는, Al203를 포함하는 무정질 물질의 제조 방법.
  4. (a) 음의 산화물 형성 엔탈피를 갖는 1종 이상의 금속 M 또는 그의 합금을 포함하는 입자상 금속성 물질; 및
    (b) (i) M 산화물 및 M 산화물 이외의 금속 산화물의 공급원; 또는
    (ii) M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상을 화염 용융시켜 용융물 중 금속 M의 적어도 일부는 산화되고, M 산화물, M 산화물 이외의 금속 산화물, 또는 M 산화물을 포함하는 복합 금속 산화물 중 1종 이상은 Al2O3를 포함하는 용융물을 제공하는 단계; 및
    상기 용융물을 무정질 물질을 포함하는 입자로 전환하되, 상기 전환은 상기 용융물을 냉각하여 무정질 물질을 제공하는 것을 포함하는 것인 단계; 및
    상기 무정질 물질을 열처리하여 상기 무정질 물질의 적어도 일부를 결정질 세라믹으로 전환시켜 유리-세라믹을 포함하는 연마 입자를 제공하는 단계를 포함하는, Al203를 포함하는 연마 입자의 제조 방법.
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