特許 6703992 研磨物品及びそれを形成させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6703992

(24)【登録日】2020年5月13日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】研磨物品及びそれを形成させる方法

(51)【国際特許分類】

   B24D 3/00 20060101AFI20200525BHJP

   B24D 3/28 20060101ALI20200525BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20200525BHJP

   C30B 29/20 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   B24D3/00 320A

   B24D3/28

   B24D3/00 330E

   B24D3/00 340

   C09K3/14 550C

   C09K3/14 550J

   C30B29/20

【請求項の数】15

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2017-534304(P2017-534304)

(86)(22)【出願日】2015年12月30日

(65)【公表番号】特表2018-508368(P2018-508368A)

(43)【公表日】2018年3月29日

(86)【国際出願番号】US2015068154

(87)【国際公開番号】WO2016109728

(87)【国際公開日】20160707

【審査請求日】2017年7月26日

(31)【優先権主張番号】62/097,892

(32)【優先日】2014年12月30日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】391010770

【氏名又は名称】サンーゴバン アブレイシブズ，インコーポレイティド

(73)【特許権者】

【識別番号】507169495

【氏名又は名称】サン−ゴバン アブラジフ

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100188857

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 智文

(72)【発明者】

【氏名】ヤン・チョン

(72)【発明者】

【氏名】ニランジャン・サランギ

(72)【発明者】

【氏名】シュ・ヤン

(72)【発明者】

【氏名】ラルフ・バウアー

(72)【発明者】

【氏名】ステファン・ブイヂ

【審査官】 稲葉 大紀

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５１２１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５２０１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／００４９７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００３−５２７９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０９７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１０４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０１６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６５３９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５０７２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５２６３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２０６２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｄ ３／００− ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

本体部を含む研磨物品であって、
本体部が、
有機材料から本質的になる有機結合材であって、前記本体部の全体積の５体積％から３５体積％の含有量の前記結合材と、
前記結合材に含有され、ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子であって、前記研磨粒子が前記本体部の前記全体積の４５体積％から５６体積％の含有量であり、前記ナノ結晶性アルミナが少なくとも０．０８ミクロンで０．１３ミクロン以下の平均結晶子サイズを有する、前記研磨粒子と、
前記本体部の前記全体積の１６体積％から４５体積％の気孔率と、を含む、研磨物品。

【請求項2】

前記ナノ結晶性アルミナが少なくとも０．０９ミクロンで０．１２ミクロン以下の平均結晶子サイズを有する、請求項１記載の研磨物品。

【請求項3】

前記研磨粒子は、前記ナノ結晶性アルミナを含む第１の種類の研磨粒子と、酸化物、及び炭化物からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含む第２の種類の研磨粒子と、を含むブレンドを含む、請求項２記載の研磨物品。

【請求項4】

前記ナノ結晶性アルミナが、マグネシウム、ジルコニウム、カルシウム、ケイ素、鉄、イットリウム、ランタン、セリウム、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む添加物を含む請求項１記載の研磨物品。

【請求項5】

前記ナノ結晶性アルミナが、前記ナノ結晶性アルミナの粒子の総重量の約０．１重量％以上から約１２重量％以下までの合計含有量の添加物を含む請求項４記載の研磨物品。

【請求項6】

前記研磨物品の前記本体部は、固定研磨物品を含む、請求項１または２に記載の研磨物品。

【請求項7】

前記本体部は、研磨ホイール、円錐、ホーン、カップ、フランジ付きホイール、先細カップ、セグメント、軸付先端ツール、円盤、薄型ホイール、及び大径切断ホイールを含む形状を有する、請求項１または２に記載の研磨物品。

【請求項8】

前記本体部は、ホイールの形状を有する、請求項１または２に記載の研磨物品。

【請求項9】

前記添加物が酸化カルシウム（ＣａＯ）を含み、前記ナノ結晶性アルミナが、前記ナノ結晶性アルミナの総重量の約０．０１重量％以上から約５重量％以下までのＣａＯを含む請求項４記載の研磨物品。

【請求項10】

前記添加物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含み、前記ナノ結晶性アルミナが、約０．０１以上から１以下までの添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）を有する請求項４記載の研磨物品。

【請求項11】

有機材料から本質的になる有機結合材と
少なくとも０．０８ミクロンで０．１３ミクロン以下の平均結晶子サイズを有するナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子と、
を含む混合物を形成させること、及び
前記混合物を硬化させて、固定研磨物品を形成させること
を含む、研磨物品を形成させる方法であって、
前記固定研磨物品がホイールの形状を有する本体部を含み、前記本体部が、
前記本体部の全体積の４５体積％から５６体積％の前記研磨粒子と、
前記本体部の全体積の５体積％から３５体積％の前記結合材と、
前記本体部の全体積の１６体積％から４５体積％の気孔率と、を含む、方法。

【請求項12】

前記平均結晶子サイズが、少なくとも０．０９ミクロンで、０．１２ミクロン以下である請求項１１記載の方法。

【請求項13】

ナノ結晶性アルミナを含む前記研磨粒子が、前記粒子の総重量の少なくとも約５１重量％のアルミナを含む請求項１１記載の方法。

【請求項14】

前記研磨粒子は、前記ナノ結晶性アルミナを含む第１の種類の研磨粒子と、酸化物、及び炭化物からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含む第２の種類の研磨粒子と、を含むブレンドを含む、請求項１２記載の方法。

【請求項15】

前記第２の種類の研磨粒子は、アランダム研磨粒子、及び炭化ケイ素研磨粒子を含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概して研磨物品に関するものであり、特にナノ結晶性アルミナを含む砥石物品に関するものである。

【背景技術】

【0002】

研磨ホイールなどの砥石物品は、様々な材料、例えば数ある材料の中でも特に石及び金属などの切断、研削、または成形に使用することができる。有機結合材中で結合した微結晶性アルミナを有する研磨ホイールなどの砥石物品の性能は、研磨材の硬度、研削比、及び他の特性に依拠することがある。産業界では、研磨物品の改良が引き続き必要とされている。

【図面の簡単な説明】

【0003】

実施形態は例として示されるものであり、添付の図に限定されない。

【図1】研磨物品を形成させるフローチャートを含む図である。

【図2】一実施形態による成形研磨粒子の斜視図を含む図である。

【図3】一実施形態による成形研磨粒子の斜視図を含む図である。

【図4】一実施形態による成形研磨粒子の斜視図を含む図である。

【図5】一実施形態による成形研磨粒子の斜視図を含む図である。

【図6A】従来の微結晶性アルミナ結晶粒のＳＥＭ像を含む図である。

【図6B】一実施形態によるナノ結晶性アルミナ結晶粒のＳＥＭ像を含む図である。

【図7A】研磨材試料の研削比のヒストグラムを含む図である。

【図7B】研磨材試料の研削比のヒストグラムを含む図である。

【0004】

当業者であれば、図中の要素が簡略さ及び明確さを期して示されているものであって必ずしも原寸に比例して描かれていないことを認識する。例えば、図中の要素のうちのいくつかの寸法は、本発明の実施形態をより深く理解する上で一助となるよう、他の要素と比べて強調されていることがある。

【発明を実施するための形態】

【0005】

図と組み合わせた以下の説明は、本明細書において開示する教示の理解を助けるためになされるものである。以下の考察は、この教示の特定の実施及び実施形態に重点を置く。このように重点を置くことは教示の説明を助けるためになされるものであり、教示の範囲または適用範囲を限定するものとして解釈するべきではない。しかしながら、この適用においては他の教示を確かに使用することができる。

【0006】

本明細書において使用する場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」という用語またはそれらの他のいかなる変形も、非限定的包含を網羅することを意図するものである。例えば、列挙された特徴を含む方法、物品または装置は必ずしもそれらの特徴のみに限定されず、明示的に列挙されていない他の特徴、またはこれらの方法、物品もしくは装置に本来備わっている他の特徴を含んでもよい。さらに、明示的に反対のことが述べられていない限り、「または」は包含的な「または」を指し、排他的な「または」を指すものではない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つによって満たされる。Ａが真であり（または存在し）かつＢが偽である（または存在しない）、Ａが偽であり（または存在せず）かつＢが真である（または存在する）、及び、ＡとＢの両方が真である（または存在する）。

【0007】

また、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、本明細書において記載する要素及び成分の記載に使用する。これは単に利便性目的でなされ、本発明の範囲の一般的認識を示すためになされている。この記載は１つまたは少なくとも１つを含むと解釈されるべきであり、明らかに異なる意図でない限り、単数形は複数形も含み、または複数形は単数形も含む。例えば、本明細書において１個の実施形態が記載されている場合、１個の実施形態の代わりに、１個よりも多い実施形態を使用してもよい。同様に、本明細書において１個よりも多い実施形態が記載されている場合、その１個よりも多い実施形態を、１個の実施形態で置き換えてもよい。

【0008】

別段の定めがない限り、本明細書において使用する全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。材料、方法及び例は単に説明用のもので、限定することを意図するものではない。特定の材料及び処理行為に関する特定の詳細が記載されていない範囲では、そのような詳細は従来のアプローチを含んでもよく、従来のアプローチは製造技術分野の参照本及び他の情報源において見出されてもよい。

【0009】

本明細書において開示する実施形態は、結合材と、結合材に含有された研磨物品と、を含む本体部を含む研磨物品に関するものである。結合材は、有機材料を含むことができる。研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナを含むことができる。本明細書の実施形態のナノ結晶性アルミナを使用することにより、研磨物品の硬度及び微小破砕特性の改良を助けることができる。

【0010】

他の実施形態は、研磨物品を形成させる方法であって、結合材及び研磨物品を含む混合物を形成させること、ならびにその混合物を硬化させて研磨物品を形成させることを含む方法に関するものである。この方法により、Ｇ比及びビッカース硬度の増加など、性能が向上し、特性が改良した研磨物品の形成を可能にすることができる。

【0011】

図１は、一実施形態による研磨物品を形成させる方法のフローチャートを含んでいる。工程１０１では、結合材（または結合材の前駆体）と、ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子と、を含む混合物を作製することができる。特定の例においては、好適な混合操作を使用して、混合物内で成分を均一に分散させることができる。

【0012】

混合物は、例えば２番目の研磨粒子、充填材などを含めた、１種または複数の添加物も任意選択で含んでもよい。非限定的な実施形態によれば、２番目の研磨粒子は、酸化アルミナ、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、フリント、及びガーネット結晶粒、ならびにそれらの任意の組合せを含むことができる。充填材の例としては、粉末、顆粒、球体、繊維、造孔材、中空粒子、及びそれらの組合せが含まれ得る。充填材は、粉末、顆粒、球体、繊維、造孔材、ポリマー中空粒子、及びそれらの組合せからなる群から選択され得る。

【0013】

さらなる実施形態においては、充填材は、砂、発泡アルミナ、クロム鉄鉱、磁鉄鉱、ドロマイト、発泡ムライト、ホウ化物、二酸化チタン、炭素製品、炭化ケイ素、木粉、粘土、タルク、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、長石、カスミ石閃長岩、ガラス球体、ガラス繊維、ＣａＦ_２、ＫＢＦ_４、氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）、カリウム氷晶石（Ｋ_３ＡｌＦ_６）、黄鉄鉱、ＺｎＳ、硫化銅、鉱物油、フッ化物、炭酸塩、炭酸カルシウム、サラン、フェノキシ樹脂、ＣａＯ、Ｋ_２ＳＯ_４、鉱さい綿、ＭｎＣｌ_２、ＫＣｌ、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含むことができる。

【0014】

別の実施形態によれば、充填材は、帯電防止剤、潤滑剤、増孔材、着色剤、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含むことができる。充填材は、約４０ミクロン以下の平均粒径を有する鉄及び硫黄を含んでもよい。特定の実施形態においては、充填材は、本明細書に記載する材料のいずれか１種から本質的になることができる。別の特定の実施形態においては、充填材は、本明細書の実施形態に記載する材料の２種以上から本質的になることができる。

【0015】

少なくとも１つの実施形態によれば、結合材は、少なくとも１種の有機材料、例えば天然有機材料または合成有機材料を含むことができる。別の実施形態によれば、結合材は、熱硬化性物質または熱可塑性物質を含むことができる。さらに別の実施形態においては、有機材料は、樹脂、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ゴム、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、芳香族ポリアミド、変性フェノール樹脂（例えば、エポキシ変性樹脂及びゴム変性樹脂、または可塑剤とブレンドしたフェノール樹脂など）、ならびにそれらの任意の組合せを含むことができる。例示的なフェノール樹脂としては、レゾール及びノボラックが含まれ得る。さらなる実施形態によれば、結合材は、樹脂、熱硬化性物質、熱可塑性物質、フェノール樹脂、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含むことができる。例えば結合材は、フェノール類、エポキシ、ポリエステル、シアネートエステル、セラック、ポリウレタン、ゴム、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含むことができる。特定の実施形態においては、結合材は、本明細書に記載する有機材料のいずれか１種から本質的になることができる。別の実施形態においては、結合材は、本明細書に記載する有機材料の２種以上から本質的になることができる。

【0016】

別の実施形態においては、結合材は、硬化剤または架橋剤を含むことができる。硬化剤または架橋剤は、アミンを含むことができる。例示的なアミンとしては、エチレンジアミン、エチレントリアミン、またはメチルアミンなどが含まれ得る。特定の実施形態においては、硬化剤または架橋剤は、ヘキサメチレンテトラミンを含むことができる。別の実施形態によれば、結合材は、例えばヘキサメチレンテトラミンなどの硬化剤または架橋剤で変性させたフェノール樹脂を含むことができる。

【0017】

有機材料は、液体形態とすることができ、結合材の前駆物質として作用することができる。この前駆物質は、硬化させることによって、最終的に形成する結合材へと形成させてもよい。特定の実施形態においては、結合材は、ミクロン未満の平均サイズを有する架橋ドメインを有するフェノール樹脂を含むことができる。

【0018】

硬化は、工程１０１にて混合物を形成させた後に、工程１０２にて行うことができる。硬化は、熱存在下で生じさせることができる。例えば混合物は、例えば６時間〜４８時間、１０〜３６時間などの時間、または混合物が架橋温度に達するまで、もしくは所望の密度が得られるまで、最終硬化温度で維持することができる。硬化温度の選択は、例えば使用する結合材の種類、所望の強度、所望の硬度、及び所望の研削性能などの因子に依存する。特定の実施形態によれば、硬化温度は、１５０℃以上から２５０℃以下までを含む範囲内とすることができる。有機結合剤を使用するより詳細な実施形態においては、硬化温度は、１５０℃以上から２３０℃以下までを含む範囲内とすることができる。フェノール系樹脂の重合は、１１０℃以上かつ２２５℃以下を含む範囲内の温度で生じてもよい。レゾール樹脂は、１４０℃以上かつ２２５℃以下を含む範囲内の温度で重合することができる。本明細書の実施形態に好適な特定のノボラック樹脂は、１１０℃以上かつ１９５℃以下を含む範囲内の温度で重合することができる。

【0019】

少なくとも１つの実施形態によれば、研磨粒子は、特定の平均結晶子サイズを有するナノ結晶性アルミナを含むことができる。例えばナノ結晶性アルミナ粒子の平均結晶子サイズは、０．１５ミクロン以下、例えば０．１４ミクロン以下、０．１３ミクロン以下、または０．１２ミクロン以下、またはさらには０．１１ミクロン以下としてもよい。別の実施形態においては、平均結晶子サイズは、０．０１ミクロン以上、例えば０．０２ミクロン以上、０．０５ミクロン以上、０．０６ミクロン以上、０．０７ミクロン以上、０．０８ミクロン以上、または０．０９ミクロン以上とすることができる。平均結晶子サイズは、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば平均結晶子サイズは、０．０１ミクロン〜０．１５ミクロン、０．０５ミクロン〜０．１４ミクロン、または０．０７ミクロン〜０．１４ミクロンの範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、結晶子サイズは、０．０８ミクロン〜０．１４ミクロンの範囲内とすることができる。

【0020】

平均結晶子サイズは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡写真を使用して、無補正インターセプト法に基づいて測定することができる。研磨結晶粒の試料は、エポキシ樹脂中でベークライトマウントを作製後、Ｓｔｒｕｅｒｓ Ｔｅｇｒａｍｉｎ ３０ポリッシングユニットを使用してダイヤモンドポリッシングスラリーでポリッシングすることにより調製する。ポリッシング後、エポキシをホットプレート上で加熱し、次にポリッシングした面を焼結温度未満の１５０℃で５分間、熱エッチングする。別個の結晶粒（５〜１０個の粗粒）をＳＥＭマウント上にマウントし、次にＳＥＭプレパラート用に金コーティングする。３個の別個の研磨粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を約５０，０００倍の倍率で取得し、次に以下の工程を用いて無補正結晶子サイズを計算する。１）結晶構造図の１つの角から対角まで、写真下部の黒色データ帯状部分を除いて対角線を描く（例えば、図７Ａ及び７Ｂを参照のこと）；２）対角線の長さをＬ１及びＬ２として０．０１センチメートルの桁まで測定して四捨五入する；３）対角線の各々が交わる結晶粒界の数（すなわち、結晶粒界交差Ｉ１及びＩ２）を数え、対角線の各々について、この数を記録する；４）各顕微鏡写真または図画面の下部にあるミクロンバーの長さ（センチメートル単位）（すなわち「バーの長さ」）を測り、バーの長さ（ミクロン単位）をバーの長さ（センチメートル単位）で割ることによって、バーナンバーの計算値を決定する；５）顕微鏡写真に書いた対角線の合計センチメートルを足して（Ｌ１＋Ｌ２）、対角線の長さの合計を得る；６）両方の対角線の結晶粒界交差の数を足して（Ｉ１＋Ｉ２）、結晶粒界交差の合計を得る；７）センチメートル単位の対角線の長さの合計（Ｌ１＋Ｌ２）を結晶粒界交差の合計（Ｉ１＋Ｉ２）で割り、この数にバーナンバーの計算値をかける。このプロセスは、ランダムに選択した３つの異なる試料で３回以上別々に行って、平均結晶子サイズを得る。

【0021】

バーナンバーの計算の一例として、写真に示されているバーの長さが０．４ミクロンであることを仮定する。定規を使用して測定したセンチメートル単位のバーの長さは２ｃｍである。バーの長さ０．４ミクロンを２ｃｍで割ると、バーナンバーの計算値として０．２ｕｍ／ｃｍに等しい。平均結晶子サイズは、センチメートル単位の対角線の長さの合計（Ｌ１＋Ｌ２）を、結晶粒界交差の合計（Ｉ１＋Ｉ２）で割り、この数にバーナンバーの計算値をかける。

【0022】

一実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、研磨粒子の総重量に対して５１重量％以上のアルミナを含むことができる。例えばナノ結晶性アルミナ内のアルミナの含有量は、約６０重量％以上、７０重量％以上、８０重量％以上、約８５重量％以上、またはさらにはそれ以上、例えば９０重量％以上、９２重量％以上、９３重量％以上、もしくは９４重量％以上とすることができる。非限定的な一実施形態においては、アルミナの含有量は、９９．９重量％以下、例えば９９重量％以下、９８．５重量％以下、９８重量％以下、９７．５重量％以下、９７重量％以下、９６．５重量％以下、または９６重量％以下としてもよい。アルミナの含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えばその含有量は、６０重量％〜９９．９重量％の範囲内、７０重量％〜９９重量％の範囲内、８５重量％〜９８重量％の範囲内、または９０重量％〜９６．５重量％の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、単結晶アルミナは、アルファアルミナなどの、本質的にアルミナからなるものとすることができる。

【0023】

本明細書において記載するように、ナノ結晶性アルミナは、多くの特定の特徴を有することができる。これらの特徴は、研磨粒子に同様に当てはまり得る。例えば研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナの総重量に対するアルミナの含有量と同様の、研磨粒子の総重量に対する重量パーセントのアルミナを含むことができる。例えば、研磨粒子における、研磨粒子の総重量に対するアルミナの含有量は、６０重量％以上、例えば７０重量％以上、８０重量％以上、８５重量％以上、９０重量％以上、９２重量％以上、９３重量％以上、または９４重量％以上とすることができる。別の例では、研磨粒子におけるアルミナの含有量は、９９．９重量％以下、例えば９９重量％以下、９８．５重量％以下、９８重量％以下、９７．５重量％以下、９７重量％以下、９６．５重量％以下、または９６重量％以下としてもよい。研磨粒子は、上述の最小のパーセントと最大のパーセントの範囲内の含有量のアルミナを含むことができることが理解されよう。例えばその含有量は、６０重量％〜９９．９重量％の範囲内、７０重量％〜９９重量％の範囲内、８５重量％〜９８重量％の範囲内、または９０重量％〜９６．５重量％の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、研磨粒子は、アルファアルミナなどの、本質的にアルミナからなるものとすることができる。

【0024】

一実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、少なくとも１種の添加物を含むことができる。添加物は、遷移金属元素、希土類元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、ケイ素、またはそれらの組合せを含むことができる。さらなる実施形態においては、添加物は、遷移金属元素、希土類元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、ケイ素、及びそれらの組合せからなる群から選択することができる。ナノ結晶性アルミナに関する実施形態において記載する添加物は、研磨粒子に適用することができることが理解されよう。一実施形態においては、研磨粒子は、本明細書において記載する添加物の１種または複数を含むことができる。

【0025】

別の実施形態においては、添加物は、例えばマグネシウム、ジルコニウム、カルシウム、ケイ素、鉄、イットリウム、ランタン、セリウム、またはそれらの組合せを含む材料を含むことができる。さらなる実施形態においては、添加物は、マグネシウム、ジルコニウム、カルシウム、ケイ素、鉄、イットリウム、ランタン、及びセリウムからなる群から選択される２種以上の材料を含むことができる。ナノ結晶性アルミナは、アルミナと、１種または複数の上記の添加物と、から本質的になってもよいことが理解されよう。研磨粒子は、アルミナと、１種または複数の上記の添加物と、から本質的になることができることも理解されよう。

【0026】

一実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナ粒子の総重量に対する添加物の合計含有量は、１２重量％以下、例えば１１重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．８重量％以下、５．５重量％以下、または５．３重量％以下、または５重量％以下としてもよい。別の実施形態においては、添加物の合計含有量は、０．１重量％以上、例えば０．３重量％以上、０．５重量％以上、０．７重量％以上、１重量％以上、１．３重量％以上、１．５重量％以上、または１．７重量％以上、２重量％以上、２．３重量％以上、２．５重量％以上、２．７重量％以上、またはさらには３重量％以上とすることができる。ナノ結晶性アルミナ中の添加物の合計含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えばその合計含有量は、０．１重量％〜１２重量％の範囲内、例えば０．７重量％〜９．５重量％の範囲内、または１．３重量％〜５．３重量％の範囲内とすることができる。研磨粒子の総重量に対する添加剤の合計含有量は、本明細書の実施形態の同様のパーセント、または同様の範囲内を含むことができることも理解されよう。

【0027】

一実施形態においては、添加物は、研磨物品の形成及び／または性能の改良を容易にすることができる含有量の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含むことができる。ナノ結晶性アルミナの総重量に対する酸化マグネシウムの含有量は、例えば０．１重量％以上、例えば０．３重量％以上、０．５重量％以上、０．７重量％以上、または０．８重量％以上とすることができる。別の例では、酸化マグネシウムの含有量は、５重量％以下、例えば４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、または２．８重量％以下としてもよい。酸化マグネシウムの含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えばその含有量は、０．１重量％〜５重量％の範囲内、０．３重量％〜４．５重量％の範囲内、または０．７重量％〜２．８重量％の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、アルミナと、本明細書において開示する最小値のいずれかと最大値のいずれかの間の範囲内の酸化マグネシウムと、から本質的になってもよい。研磨物品の総重量に対する酸化マグネシウムの含有量は、本明細書において記載するパーセントのいずれか、または範囲のいずれかを含むことができることも理解されよう。別の特定の実施形態においては、研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナと、本明細書において開示する最小値のいずれかと最大値のいずれかの間の範囲内の酸化マグネシウムと、から本質的になってもよい。

【0028】

別の例では、添加物は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含むことができ、酸化ジルコニウムは研磨物品の形成及び／または性能の改良を容易にすることができる。ナノ結晶性アルミナの総重量に対する酸化ジルコニウムの含有量は、例えば０．１重量％以上、例えば０．３重量％以上、０．５重量％以上、０．７重量％以上、０．８重量％以上、１重量％以上、１．３重量％以上、１．５重量％以上、１．７重量％以上、または２重量％以上とすることができる。別の例では、酸化ジルコニウムの含有量は、８重量％以下、７重量％以下、６重量％以下、５．８重量％以下、５．５重量％以下、または５．２重量％以下としてもよい。酸化ジルコニウムの含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えばその含有量は、０．１重量％〜８重量％の範囲内、０．３重量％〜７重量％の範囲内、または０．５重量％〜５．８重量％の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、アルミナと、本明細書の実施形態の範囲内の酸化ジルコニウムと、から本質的になってもよい。研磨粒子の総重量に対する酸化ジルコニウムの含有量は、本明細書において記述するパーセントのいずれか、または範囲のいずれかを含むことができることも理解されよう。別の特定の実施形態においては、研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナと、上述の最小のパーセントのいずれかと最大のパーセントのいずれかの間の範囲内のＺｒＯ２と、から本質的になってもよい。

【0029】

一実施形態においては、添加物は、研磨物品の形成及び／または性能の改良を容易にすることができる特定の添加物比の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含むことができる。添加物は、酸化マグネシウムと酸化ジルコニウムの間の重量パーセント比である、添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）を有することもでき、ＭｇＯはナノ結晶性アルミナにおけるＭｇＯの重量パーセントであり、ＺｒＯ_２はナノ結晶性アルミナにおけるＺｒＯ_２の重量パーセントである。例えばこの比は、１．５以下、例えば１．４以下、１．３以下、１．２以下、１．１以下、１以下、０．９５以下、０．９以下、０．８５以下、０．８以下、０．７５以下、０．７以下、０．６５以下、０．６以下、または０．５５以下とすることができる。別の例においては、添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）は、約０．０１以上、０．０５以上、０．１以上、０．２以上、０．３以上、０．４以上、または０．５以上とすることができる。添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）は、上述の最小の比のいずれかから最大の比のいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）は、０．０１〜１．５の範囲内、０．１〜１．１の範囲内、または０．３〜０．９５の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、アルミナと、本明細書において記載する最小の比のいずれかから最大の比のいずれかまでを含む範囲内の添加物比の酸化マグネシウム及び酸化ジルコニウムと、から本質的になることができる。研磨粒子は、本明細書において開示する重量パーセント比の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含むことができることも理解されよう。特定の実施形態においては、研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナと、本明細書において記載する最小の比のいずれかから最大の比のいずれかまでを含む範囲内の添加物比の酸化マグネシウム及び酸化ジルコニウムと、から本質的になってもよい。

【0030】

一実施形態によれば、添加物は、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むことができる。ナノ結晶性アルミナは、研磨物品の形成及び／または性能の改良を容易にすることができる、ナノ結晶性アルミナの総重量に対する特定の含有量の酸化カルシウムを含むことができる。例えば酸化カルシウムの含有量は、０．０１重量％以上、例えば０．０５重量％以上、約０．０７重量％以上、０．１重量％以上、０．１５重量％以上、０．２重量％以上、または０．２５重量％以上とすることができる。別の例においては、含有量は、５重量％以下、例えば４重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、１重量％以下、０．７重量％以下、または０．５重量％以下としてもよい。酸化カルシウムの含有量は、上述の最小の比のいずれかから最大の比のいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えばその含有量は、０．０１重量％〜５重量％の範囲内、０．０７重量％〜３重量％の範囲内、または０．１５重量％〜０．７重量％の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、アルミナと、本明細書において記載する最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内の含有量の酸化カルシウムと、から本質的になることができる。研磨粒子の総重量に対する酸化カルシウムの含有量は、本明細書において記述するパーセントのいずれか、または範囲のいずれかを含むことができることも理解されよう。別の特定の実施形態においては、研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナと、上述の最小のパーセントのいずれかと最大のパーセントのいずれかの間の範囲内のＺｒＯ_２と、から本質的になってもよい。

【0031】

別の実施形態によれば、添加物は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むことができる。ナノ結晶性アルミナは、添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）を有することができ、ＭｇＯはナノ結晶性アルミナにおけるＭｇＯの重量パーセントであり、ＣａＯはナノ結晶性アルミナにおけるＣａＯの重量パーセントである。その添加物比は、形成及び／または性能の改良を容易にすることができる。例えば添加物比は、１以下、例えば０．９５以下、０．９以下、０．８５以下、０．８以下、０．７５以下、０．７以下、０．６５以下、０．６以下、０．５５以下、０．５以下、０．４５以下、または０．４以下としてもよい。別の例では、その比は、０．０１以上、例えば０．０５以上、０．１以上、０．１５以上、０．２以上、または０．２５以上とすることができる。添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）は、上述の最小の比のいずれかから最大の比のいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば添加物比は、０．０１〜１の範囲内、０．０５〜０．９の範囲内、または０．１〜０．７５の範囲内とすることができる。特定の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、アルミナと、本明細書において記載する最小の比のいずれかと最大の比のいずれかを含む範囲内の添加物比の酸化マグネシウム及び酸化カルシウムと、から本質的になることができる。酸化マグネシウムに対する酸化カルシウムの添加物比は、本明細書において記載する比のいずれか、または範囲のいずれかを含むことができることも理解されよう。別の特定の実施形態においては、研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナと、上述の最小の比のいずれかと最大の比のいずれかの間の範囲内の添加物比の酸化カルシウム及び酸化マグネシウムと、から本質的になってもよい。

【0032】

一実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、希土類酸化物を含むことができる。希土類酸化物の例としては、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化ガドリニウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、またはそれらの前駆体などが含まれ得る。特定の実施形態においては、希土類酸化物は、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化ガドリニウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、それらの前駆体、及びそれらの組合せからなる群から選択することができる。別の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、希土類酸化物及び鉄を本質的に含まないものとすることができる。研磨粒子は、上述の希土類酸化物のいずれかを含むことができることが理解されよう。さらなる実施形態においては、研磨粒子は、希土類、２価陽イオン、及びアルミナを含有するする相であって、磁鉛鉱構造の形態としてもよい相を含むことができる。磁鉛鉱構造の例はＭｇＬａＡｌ_１１Ｏ_１９である。

【0033】

一実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、希土類アルミナ結晶子を含むことができる。別の実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、希土類アルミン酸塩相を含むことができる。さらに、別の実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、スピネル材料を含むことができる。研磨粒子は、希土類アルミナ結晶子、希土類アルミン酸塩相、またはスピネル材料を含むことができることが理解されよう。

【0034】

一実施形態によれば、ナノ結晶性アルミナは、ナノ結晶性粒子（例えば、結晶粒またはドメイン）を含むことができ、ナノ結晶性粒子は、研磨物品の形成及び／または性能の改良に好適であってもよい。特定の実施形態においては、各ナノ結晶性粒子は、各ナノ結晶性粒子の全体積の５０体積％以上の結晶性材料、例えば単結晶材料または多結晶材料を含むことができる。例えば各粒子は、７５体積％以上の結晶性材料、８５体積％以上の結晶性材料、９０体積％以上の結晶性材料、または９５体積％以上の結晶性材料を含むことができる。特定の実施形態においては、ナノ結晶性粒子は、本質的に結晶性材料からなることができる。上記のナノ結晶性アルミナの特徴は、研磨粒子に適用することができることが理解されよう。例えば各研磨粒子は、各研磨粒子の全体積の５０体積％以上の結晶性材料、例えば単結晶材料または多結晶材料を含むことができる。さらに、研磨粒子は、アルファアルミナと、本明細書の実施形態において記載する１種または複数の添加物と、を含む結晶性材料から本質的になるものとしてもよいことが理解されよう。より詳細には、少なくとも１つの実施形態においては、研磨粒子は、アルファアルミナと、本明細書の実施形態において記載する１種または複数の添加物と、からなる結晶性材料から本質的になるものとしてもよい。

【0035】

一実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは、ビッカース硬度及び密度を含めた特定の物理特性を有することができる。例えばナノ結晶性アルミナのビッカース硬度は、１８ＧＰａ以上、１８．５ＧＰａ以上、１９ＧＰａ以上、またはさらには１９．５ＧＰａ以上とすることができる。別の例においては、ナノ結晶性アルミナのビッカース硬度は、２６．５ＧＰａ以下、例えば２６ＧＰａ以下、２５．５ＧＰａ以下、２５ＧＰａ以下、またはさらには２４．５ＧＰａ以下としてもよい。ナノ結晶性アルミナは、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内のビッカース硬度を有することができることが理解されよう。例えばビッカース硬度は、１８ＧＰａ〜２４．５の範囲内、または１９ＧＰａ〜２４ＧＰａの範囲内とすることができる。別の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナの物理特性は、同様にして研磨粒子に適用することができる。例えば研磨粒子は、上述のビッカース硬度を有することができる。

【0036】

ビッカース硬度は、研磨結晶粒のポリッシングした面でのダイヤモンド押込み法（当技術分野で周知である）に基づいて測定することが理解されよう。研磨結晶粒の試料は、エポキシ樹脂中でベークライトマウントを作製後、Ｓｔｒｕｅｒｓ Ｔｅｇｒａｍｉｎ ３０ポリッシングユニットを使用してダイヤモンドポリッシングスラリーでポリッシングすることにより調製する。Ｉｎｓｔｒｏｎ−Ｔｕｋｏｎ ２１００ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓテスターを使用し、５００ｇｍの負荷と５０倍対物レンズを用いて、５つの異なる研磨粒子で、５回のダイヤモンド押込みを測定する。測定値はビッカース単位であり、ビッカース単位を１００で割ることによってＧＰａに変換する。好適な試料サイズで硬度の平均及び範囲を報告し、統計学的に関連する計算を行う。

【0037】

一実施形態においては、ナノ結晶性アルミナは比破砕性を有することができ、比破砕性は、同じ粗粒サイズを有する微結晶性アルミナの破壊と比較した、ナノ結晶性アルミナの破壊である。両方の破壊は、以下でより詳細に開示する方法と同じ方法で測定する。ナノ結晶性アルミナの比破砕性は、パーセントの形式で表すことができ、対応する微結晶性アルミナの破砕性を基準とみなして１００％に設定する。一実施形態においては、ナノ結晶性アルミナの比破砕性は、１００％超とすることができる。例えばナノ結晶性アルミナの比破砕性は、１０２％以上、例えば１０５％以上、１０８％以上、１１０％以上、１１２％以上、１１５％以上、１２０％以上、１２５％以上、または１３０％以上とすることができる。別の例においては、ナノ結晶性アルミナの比破砕性は、１６０％以下としてもよい。

【0038】

比破砕性は一般に、平均直径３／４インチの炭化タングステンボールを使用して、所定の時間、粒子試料を粉砕し、ボールミルから得られた材料をふるいにかけ、基準試料の破壊パーセントに対する試料の破壊パーセントを測定することによって測定する。本発明の実施形態においては、基準試料は、同じ粗粒サイズを有する微結晶性アルミナ試料であった。

【0039】

ボールミルの前に、基準試料（例えば、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＣｅｒｐａｓｓ（登録商標）ＨＴＢとして入手可能な微結晶性アルミナ）の結晶粒約３００グラム〜３５０グラムを、ＷＳ Ｔｙｌｅｒ Ｉｎｃ製のＲｏ−Ｔａｐ（登録商標）ふるい振とう機（型式ＲＸ−２９）に置いた１セットのスクリーンを使用してふるいにかける。スクリーンの粗粒サイズは、標的粒径の上下の既定数及び既定種類のふるいを使用するよう、ＡＮＳＩの表３に従って選択する。例えば粗粒の標的粒径が８０の場合には、プロセスでは以下の米国標準ふるいサイズ、１）６０、２）７０；３）８０；４）１００；及び５）１２０を使用する。スクリーンは、スクリーンの粗粒サイズが上から下に大きくなるよう重ねて、底部のスクリーンの下に受け皿を置いて、全てのスクリーンを通過して落ちる結晶粒を収集する。Ｒｏ−Ｔａｐ（登録商標）ふるい振とう機を、毎分２８７±１０振動の速度、タップ数カウント１５０±１０で１０分間作動させ、標的粗粒サイズを有するスクリーン（以後、標的スクリーンと呼ぶ）上の粒子のみを標的粒径試料として収集する。他の材料の試験試料に対して同じプロセスを繰り返し、標的粒径試料を収集する。

【0040】

ふるいにかけた後、標的粒径試料の各々の一部分を粉砕に付す。

【0041】

きれいな空のミル容器をロールミルに設置する。ローラーのスピードを３０５ｒｐｍに設定し、ミル容器のスピードを９５ｒｐｍに設定する。平均直径３／４インチの扁平球状の炭化タングステンボール約３５００グラムを容器に入れる。基準材料試料の標的粒径試料１００グラムを、ボールと共にミル容器に入れる。容器を閉じ、ボールミルに設置し、１分〜１０分の間作動させる。ボールミルを停止し、Ｒｏ−Ｔａｐ（登録商標）ふるい振とう機、及び標的粒径試料の作製において使用したものと同じスクリーンを使用して、ボールと結晶粒をふるいにかける。上述の条件と同じ条件を使用してロータリータッパーを５分間作動させ、標的粒径試料を得る。標的スクリーンを通過して落ちる粒子を全て収集して秤量する。基準試料の破壊パーセントは、標的スクリーンを通過した結晶粒の質量を、標的粒径試料の始めの質量（すなわち１００グラム）で割ったものである。破壊パーセントが４８％〜５２％の範囲内である場合、２回目の標的粒径試料１００グラムを、１回目の試料に使用した条件と全く同じ条件を使用して試験し、再現性を測定する。２回目の試料が４８％〜５２％の破壊パーセントを示す場合、値を記録する。２回目の試料が４８％〜５２％の破壊パーセントを示さない場合、粉砕時間を調節するか、または、別の試料を得て破壊パーセントが４８％〜５２％の範囲内になるまで粉砕時間を調節する。試験は、連続した２つの試料で４８％〜５２％の範囲内の破壊パーセントが示されるまで繰り返し、これらの結果を記録する。

【0042】

代表的な試料材料（例えば、ナノ結晶性アルミナ粒子）の破壊パーセントは、４８％〜５２％の破壊を有する基準試料を測定する方法と同じ方法で測定する。ナノ結晶性アルミナ試料の比破砕性は、基準微結晶性試料の破壊と比較したナノ結晶性試料の破壊である。

【0043】

別の例においては、ナノ結晶性アルミナは、３．８５ｇ／ｃｃ以上、例えば３．９ｇ／ｃｃ以上、または３．９４ｇ／ｃｃ以上の密度を有することができる。別の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナの密度は、４．１２ｇ／ｃｃ以下、例えば４．０８ｇ／ｃｃ以下、４．０２ｇ／ｃｃ以下、またはさらには４．０１ｇ／ｃｃ以下としてもよい。ナノ結晶性アルミナは、本明細書において記載する最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内の密度を有することができることが理解されよう。例えば密度は、３．８５ｇ／ｃｃ〜４．１２ｇ／ｃｃ、または３．９４ｇ／ｃｃ〜４．０１ｇ／ｃｃの範囲内とすることができる。研磨粒子の密度は、本明細書において記載する値のいずれか、または範囲のいずれかを含むことができることも理解されよう。

【0044】

一実施形態によれば、研磨粒子は、少なくとも１種類の研磨粒子を含むことができる。例えば研磨粒子は、第１の種類の研磨粒子と、第２の種類の研磨粒子と、を含むブレンドを含むことができる。第１の種類の研磨粒子は、本明細書の実施形態のいずれかによるナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子を含む。第２の種類の研磨粒子は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシ窒化物、超砥粒、炭素系材料、凝集体、集合体、成形研磨粒子、希釈剤粒子、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むことができる。特定の実施形態においては、研磨粒子は、本質的にナノ結晶性アルミナからなることができる。

【0045】

一実施形態においては、本明細書の実施形態の研磨物品の本体部は、固定研磨物品を含むことができる。別の実施形態においては、本体部は、砥石物品を含むことができる。砥石物品は、結合材の３次元マトリックスに含有された研磨結晶粒を含むことができる。砥石本体部は、当業者に公知の任意の好適な形状に形成させてもよい。好適な形状としては、研磨ホイール、円錐、ホーン、カップ、フランジ付きホイール、先細カップ、扇形、軸付先端ツール、円盤、薄型ホイール、及び大径切断ホイールなどが挙げられるが、これらに限定されない。

【0046】

一実施形態によれば、研磨物品の本体部は、研磨物品の形成及び／または性能の改良を容易にすることができる特定の含有量の研磨粒子を含むことができる。例えば研磨粒子の含有量は、本体部の全体積の２体積％以上、４体積％以上、６体積％以上、８体積％以上、１０体積％以上、１２体積％以上、１４体積％以上、１６体積％以上、１８体積％以上、２０体積％以上、２５体積％以上、３０体積％以上、またはさらには３５体積％以上とすることができる。別の例においては、砥石本体部中の研磨粒子の含有量は、６５体積％以下、例えば６４体積％以下、６２体積％以下、６０体積％以下、５８体積％以下、５６体積％以下、約５４体積％以下、５２体積％以下、５０体積％以下、４８体積％以下、４６体積％以下、４４体積％以下、４２体積％以下、４０体積％以下、３８体積％以下、３６体積％以下、３４体積％以下、３２体積％以下、３０体積％以下、または２８体積％超、２６体積％以下、２４体積％以下、２２体積％以下、または２０体積％以下としてもよい。研磨粒子の含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかと最大のパーセントのいずれかを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば本体部における研磨粒子の含有量は、２体積％〜６４体積％の範囲内、１２体積％〜６２体積％の範囲内、または２０体積％〜５８体積％の範囲内とすることができる。

【0047】

一実施形態においては、本体部の全体積に対するナノ結晶性アルミナの含有量は、研磨物品の形成及び／または性能の改良を容易にするよう制御してもよい。例えばナノ結晶性アルミナの含有量は、１体積％以上、例えば２体積％以上、４体積％以上、６体積％以上、８体積％以上、１０体積％以上、１２体積％以上、１４体積％以上、１６体積％以上、１８体積％以上、２０体積％以上、２５体積％以上、３０体積％以上、または３５体積％以上とすることができる。別の実施形態においては、ナノ結晶性アルミナの含有量は、６５体積％以下、例えば６４体積％以下、６２体積％以下、６０体積％以下、５８体積％以下、５６体積％以下、約５４体積％以下、５２体積％以下、５０体積％以下、４８体積％以下、４６体積％以下、４４体積％以下、４２体積％以下、４０体積％以下、３８体積％以下、３６体積％以下、３４体積％以下、３２体積％以下、３０体積％以下、または２８体積％超、２６体積％以下、２４体積％以下、２２体積％以下、または２０体積％以下としてもよい。研磨粒子の含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば本体部におけるナノ結晶性アルミナの含有量は、２体積％〜６４体積％の範囲内、１２体積％〜６２体積％の範囲内、または２０体積％〜５８体積％の範囲内とすることができる。

【0048】

一実施形態によれば、本体部は、本明細書に実施形態において、特定の含有量の結合材を含むことができる。例えば本体部の全体積に対する結合材の含有量は、１体積％以上、例えば２体積％以上、５体積％以上、１０体積％以上、２０体積％以上、３０体積％以上、３５体積％以上、４０体積％以上、または４５体積％以上とすることができる。別の例では、結合材の含有量は、９８体積％以下、例えば９５体積％以下、９０体積％以下、８５体積％以下、８０体積％以下、７５体積％以下、７０体積％以下、６５体積％以下、または６０体積％以下、５５体積％以下、５０体積％以下、または４５体積％以下、４０体積％以下、または３５体積％以下、３０体積％以下、または２５体積％以下としてもよい。結合材の含有量は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば本体部における結合材の含有量は、１体積％〜９８体積％の範囲内、５体積％〜８５体積％の範囲内、または２０体積％〜７０体積％の範囲内とすることができる。

【0049】

研磨物品の本体部は、特定の気孔率を有するよう形成させることができる。一実施形態においては、気孔率は、本体部の全体積の１体積％以上とすることができる。例えば気孔率は、２体積％以上、４体積％以上、６体積％以上、８体積％以上、１０体積％以上、１２体積％以上、１４体積％以上、１６体積％以上、１８体積％以上、２０体積％以上、２５体積％以上、３０体積％以上、４０体積％以上、４５体積％以上、５０体積％以上、または５５体積％以上とすることができる。別の実施形態においては、本体部の気孔率は、８０体積％以下としてもよい。例えば気孔率は、７５体積％以下、７０体積％以下、６０体積％以下、５５体積％以下、５０体積％以下、４５体積％以下、４０体積％以下、３５体積％以下、３０体積％以下、２５体積％以下、２０体積％以下、１５体積％以下、１０体積％以下、５体積％以下、または２体積％以下としてもよい。本体部の気孔率は、上述の最小のパーセントのいずれかから最大のパーセントのいずれかまでを含む範囲内とすることができることが理解されよう。例えば本体部における結合材の含有量は、１体積％〜８０体積％の範囲内、８体積％〜５５体積％の範囲内、または１４体積％〜３０体積％の範囲内とすることができる。

【0050】

本体部の気孔は、様々な形態とすることができる。例えば気孔は、閉気孔もしくは開気孔とすることができ、または閉気孔及び開気孔を含むことができる。一実施形態においては、気孔は、閉気孔、開気孔、及びそれらの組合せからなる群から選択される種類の気孔を含むことができる。別の実施形態においては、気孔の大部分は、開気孔を含むことができる。特定の実施形態においては、全ての気孔は、本質的に開気孔とすることができる。さらに、別の実施形態においては、気孔の大部分は、閉気孔を含むことができる。例えば全ての気孔は、本質的に閉気孔とすることができる。

【0051】

本体部は、特定の平均細孔径を有する細孔を含むことができる。一実施形態においては、平均細孔径は、５００ミクロン以下、例えば４５０ミクロン以下、４００ミクロン以下、３５０ミクロン以下、３００ミクロン以下、２５０ミクロン以下、２００ミクロン以下、１５０ミクロン以下、または１００ミクロン以下としてもよい。別の実施形態においては、平均細孔径は、０．０１ミクロン以上、０．１ミクロン以上、または１ミクロン以上とすることができる。本体部は、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内の平均細孔径を有することができることが理解されよう。例えば本体部の平均細孔径は、０．０１ミクロン〜５００ミクロンの範囲内、０．１ミクロン〜３５０ミクロンの範囲内、または１ミクロン〜２５０ミクロンの範囲内とすることができる。

【0052】

一実施形態によれば、本明細書の実施形態の研磨粒子は非凝集化粒子を含むことができ、例えばナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子は、非凝集化粒子とすることができる。別の実施形態によれば、研磨粒子は凝集化粒子を含むことができ、例えばナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子は、凝集化粒子とすることができる。

【0053】

一実施形態においては、ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子は、成形研磨粒子である。粒子は、２次元形状、３次元形状、またはそれらの組合せを有することができる。例示的な２次元形状としては、正多角形、非正多角形、不規則形状、三角形、部分的に凹んだ三角形、四辺形、長方形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、楕円、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、及びそれらの組合せが挙げられる。一実施形態によれば、研磨粒子は、上述の２次元形状物のいずれかからなることができる。例示的な３次元形状には、多面体、ピラミッド形、楕円体、球、角柱、円柱、円錐、四面体、立方体、直方体、菱面体、角錐台、頂部が切断された楕円体、頂部が切断された球、円錐台、五面体、六面体、七面体、八面体、九面体、十面体、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、漢字、複合多角形形状、不規則形状の輪郭、火山形状、モノスタティック形状、及びそれらの組合せが含まれ得る。モノスタティック形状は、単一の安定静止位置を有する形状とすることができる。別の実施形態によれば、研磨粒子は、上述の３次元形状物のいずれかからなることができる。特定の実施形態においては、成形研磨粒子は、三角形の２次元形状を有することができる。別の特定の実施形態においては、成形研磨粒子は、部分的に凹んだ三角形の２次元形状を有することができる。成形研磨粒子及び形成方法は、Ｄｏｒｕｋ Ｏ． ＹｅｎｅｒらによるＵＳ２０１３／０２３６７２５Ａ１、及びＤｏｒｕｋ Ｏ． ＹｅｎｅｒらによるＵＳ２０１２／０１６７４８１において見出すことができ、これらは両方ともに、参照によってその全体を本明細書に組み入れる。

【0054】

図２は、例示的な成形研磨粒子２００の斜視図を含む。成形研磨粒子は、３次元形状を有する本体部２０１を含むことができる。本体部２０１は概して、第１の端面２０２と第２の端面２０４とを有する角柱とすることができる。さらに、成形研磨粒子２００は、第１の端面２０２と第２の端面２０４の間に延在する第１の側面２１０を含むことができる。第２の側面２１２は、第１の側面２１０に隣接して、第１の端面２０２と第２の端面２０４の間に延在してもよい。示すように、成形研磨粒子２００は、第２の側面２１２及び第１の側面２１０に隣接して、第１の端面２０２と第２の端面２０４の間に延在する第３の側面２１４も含んでもよい。示すように、成形研磨粒子本体部２０１の各端面２０２、２０４は、概して三角形の形状としてもよい。各側面２１０、２１２、２１４は、概して長方形の形状としてもよい。さらに、端面２０２、２０４に平行な平面での成形研磨粒子本体部２０１の断面は、概して三角形である。

【0055】

図３は、別の研磨粒子３００の斜視図を含む。示すように、研磨粒子３００は、上面３０５と、上面３０５の反対側の底面３０６と、を有する本体部３０１を含む３次元形状を有することができる。さらに示すように、本体部３０１は、上面３０５と底面３０６の間に延在する側面３０２、３０３、３０７、及び３０８を有するよう形成させることができる。

【0056】

示すように、本体部３０１は、本体部の長さ（Ｌｂ）、本体部の幅（Ｗｂ）、及び本体部の厚さ（Ｔｂ）を有することができ、Ｌｂ≧Ｗｂ、Ｌｂ≧Ｔｂ、及びＷｂ≧Ｔｂである。さらなる実施形態においては、本体部は、１：１以上の第１のアスペクト比（Ｌｂ：Ｗｂ）を有することができる。例えばアスペクト比（Ｌｂ：Ｗｂ）は、２：１以上、３：１以上、５：１以上、または１０：１以上とすることができる。別の例においては、アスペクト比（Ｌｂ：Ｗｂ）は、１０００：１以下、または５００：１以下としてもよい。アスペクト比（Ｌｂ：Ｗｂ）は、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内、例えば１：１〜１０００：１とすることができることが理解されよう。別の実施形態によれば、本体部は、１：１以上、２：１以上、３：１以上、５：１以上、または１０：１以上の第２のアスペクト比（Ｌｂ：Ｔｂ）を有することができる。第２のアスペクト比は、約１０００：１以下としてもよい。第２のアスペクト比（Ｌｂ：Ｔｂ）は、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内、例えば１：１〜１０００：１とすることができることが理解されよう。さらに、別の実施形態によれば、本体部は、１：１以上、２：１以上、３：１以上、５：１以上、または１０：１以上の第３のアスペクト比（Ｗｂ：Ｔｂ）を有することができる。第３のアスペクト比は、約１０００：１以下としてもよい。第３のアスペクト比（Ｗｂ：Ｔｂ）は、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内、例えば１：１〜１０００：１とすることができることが理解されよう。

【0057】

さらなる実施形態においては、本体部の長さ（Ｌｂ）、本体部の幅（Ｗｂ）、及び本体部の厚さ（Ｔｂ）のうちの少なくとも１つは、０．１ミクロン以上の平均寸法を有することができる。例えば平均寸法は、１ミクロン以上、１０ミクロン以上、５０ミクロン以上、１００ミクロン以上、または１５０ミクロン以上、２００ミクロン以上、４００ミクロン以上、６００ミクロン以上、８００ミクロン以上、または１ｍｍ以上とすることができる。別の例では、平均寸法は、２０ｍｍ以下、例えば１８ｍｍ以下、１６ｍｍ以下、１４ｍｍ以下、１２ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、６ｍｍ以下、または４ｍｍ以下としてもよい。平均寸法は、上述の最小値のいずれかから最大値のいずれかまでを含む範囲内、例えば１ミクロン〜２０ｍｍ、１０ミクロン〜１８ｍｍ、５０ミクロン〜１４ｍｍ、または２００ミクロン〜８ｍｍとすることができることが理解されよう。

【0058】

一実施形態によれば、本体部は、本体部の長さと本体部の幅とによって画定される平面において、断面形状を有することができる。その断面形状には、三角形、四辺形、長方形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、楕円、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、及びそれらの組合せが含まれ得る。別の実施形態によれば、本体部は、本体部の長さと本体部の厚さとによって画定される平面において、断面形状を有することができる。その断面形状には、三角形、四辺形、長方形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、楕円、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、及びそれらの組合せが含まれ得る。本体部は、上述の形状のいずれかの断面形状を有することができる。例えば図４は、幅と厚さとによって画定される面で見た場合に、概して四辺形形状、より詳細には長方形の２次元形状を有する研磨粒子４００の断面図を含む。あるいは、図５は、長さと幅とによって画定される平面で見た場合に、概して八角形の２次元形状を有することができる研磨粒子５００の斜視図を含む。

【0059】

多くの異なる態様及び実施形態が可能である。これらの態様及び実施形態のいくつかは本明細書において記載されている。本明細書を読了後、当業者であれば、これらの態様及び実施形態が単に説明用であり、本発明の範囲を限定するものではないことを認識するであろう。さらに、当業者であれば、アナログ回路を含む一部の実施形態は、デジタル回路を使用して同様に実施することができ、逆の場合も同様であることを理解するであろう。実施形態は、以下に挙げる実施形態のいずれか１つまたは複数に従ってもよい。

【0060】

実施形態１。
有機材料を含む結合材；及び
結合材に含有された研磨粒子であって、ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子
を含む本体部
を含む研磨物品。

【0061】

実施形態２。
有機材料を含む結合材；
ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子；
を含む混合物を形成させること、及び
混合物を硬化させて、固定研磨物品を形成させること
を含む、研磨物品を形成させる方法。

【0062】

実施形態３。結合剤が、樹脂、熱硬化性物質、熱可塑性物質、フェノール樹脂、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0063】

実施形態４。結合材が本質的に有機材料からなる、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0064】

実施形態５。研磨粒子が、約０．１８ミクロン以下、または約０．１７ミクロン以下、または約０．１６ミクロン以下、または約０．１５ミクロン以下、または約０．１４ミクロン以下、または約０．１３ミクロン以下の平均結晶子サイズを有するナノ結晶性アルミナを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0065】

実施形態６。研磨粒子が、約０．０１ミクロン以上、または約０．０２ミクロン以上、または約０．０５ミクロン以上、または約０．０６ミクロン以上、または約０．０７ミクロン以上、または約０．０８ミクロン以上、または約０．０９ミクロン以上の平均結晶子サイズを有するナノ結晶性アルミナを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0066】

実施形態７。ナノ結晶性アルミナが、粒子の総重量の約５１重量％以上、または約６０重量％以上、または約７０重量％以上、または約８０重量％以上、または約８５重量％以上、または約９０重量％以上、または約９２重量％以上、または約９３重量％以上、または約９４重量％以上のアルミナを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0067】

実施形態８。ナノ結晶性アルミナが、粒子の総重量の約９９．９重量％以下、または約９９重量％以下、または約９８．５重量％以下、または約９８重量％以下、または約９７．５重量％以下、または約９７重量％以下、または約９６．５重量％以下、または約９６重量％以下のアルミナを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0068】

実施形態９。ナノ結晶性アルミナが、遷移金属元素、希土類元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、ケイ素、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも１種の添加物を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0069】

実施形態１０。添加物が、マグネシウム、ジルコニウム、カルシウム、ケイ素、鉄、イットリウム、ランタン、セリウム、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0070】

実施形態１１。添加物が、マグネシウム、ジルコニウム、カルシウム、ケイ素、鉄、イットリウム、ランタン、及びセリウムからなる群から選択される２種以上の材料を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0071】

実施形態１２。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナ粒子の総重量の約１２重量パーセント以下、または約１１重量％以下、または約１０重量％以下、または約９．５重量％以下、または約９重量％以下、または約８．５重量％以下、または約８重量％以下、または約７．５重量％以下、または約７重量％以下、または約６．５重量％以下、または約６重量％以下、または約５．８重量％以下、または約５．５重量％以下、または約５．３重量％以下、または約５重量％以下の合計含有量の添加物を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0072】

実施形態１３。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナ粒子の総重量の約０．１重量％以上、または約０．３重量％以上、または約０．５重量％以上、または約０．７重量％以上、または約１重量％以上、または約１．３重量％以上、または約１．５重量％以上、または約１．７重量％以上、または約２重量％以上、または約２．３重量％以上、または約２．５重量％以上、または約２．７重量％、または約３重量％以上の合計含有量の添加物を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0073】

実施形態１４。添加物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0074】

実施形態１５。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナの総重量の約０．１重量％以上、または約０．３重量％以上、または約０．５重量％以上、または約０．７重量％以上、または約０．８重量％以上のＭｇＯを含む、実施形態１４に記載の研磨物品または方法。

【0075】

実施形態１６。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナの総重量の約５重量％以下、または約４．５重量％以下、または約４重量％以下、または約３．５重量％以下、または約３重量％以下、または約２．８重量％以下のＭｇＯを含む、実施形態１４に記載の研磨物品または方法。

【0076】

実施形態１７。添加物が酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0077】

実施形態１８。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナの総重量の約０．１重量％以上、または約０．３重量％以上、または約０．５重量％以上、または約０．７重量％以上、または約０．８重量％以上、または約１重量％以上、または約１．３重量％以上、または約１．５重量％以上、または約１．７重量％以上、または約２重量％以上のＺｒＯ_２を含む、実施形態１７に記載の研磨物品または方法。

【0078】

実施形態１９。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナの総重量の約８重量％以下、または約７重量％以下、または約６重量％以下、または約５．８重量％以下、または約５．５重量％以下、または約５．２重量％以下のＺｒＯ_２を含む、実施形態１７に記載の研磨物品または方法。

【0079】

実施形態２０。添加物が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0080】

実施形態２１。ナノ結晶性アルミナが、１．５以下の添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）を有し、ＭｇＯはナノ結晶性アルミナにおけるＭｇＯの重量パーセントであり、ＺｒＯ_２はナノ結晶性アルミナにおけるＺｒＯ_２の重量パーセントであり、添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）が約１．４以下、または約１．３以下、または約１．２以下、または約１．１以下、または約１以下、または約０．９５以下、または約０．９以下、または約０．８５以下、または約０．８以下、または約０．７５以下、または約０．７以下、または約０．６５以下、または約０．６以下、または約０．５５以下である、実施形態２０に記載の研磨物品または方法。

【0081】

実施形態２２。ナノ結晶性アルミナが、約０．０１以上の添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）を有し、ＭｇＯはナノ結晶性アルミナにおけるＭｇＯの重量パーセントであり、ＺｒＯ_２はナノ結晶性アルミナにおけるＺｒＯ_２の重量パーセントであり、添加物比（ＭｇＯ／ＺｒＯ_２）が約０．０５以上、または約０．１以上、または約０．２以上、または約０．３以上、または約０．４以上、または約０．５以上である、実施形態２０に記載の研磨物品または方法。

【0082】

実施形態２３。添加物が酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0083】

実施形態２４。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナの総重量の約０．０１重量％以上、または約０．０５重量％以上、または約０．０７重量％以上、または約０．１重量％以上、または約０．１５重量％以上、または約０．２重量％以上、または約０．２５重量％以上のＣａＯを含む、実施形態２３に記載の研磨物品または方法。

【0084】

実施形態２５。ナノ結晶性アルミナが、ナノ結晶性アルミナの総重量の約５重量％以下、または約４重量％以下、または約３重量％以下、または約２重量％以下、または約１重量％以下、または約０．７重量％以下、または約０．５重量％以下のＣａＯを含む、実施形態２３に記載の研磨物品または方法。

【0085】

実施形態２６。添加物が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む、実施形態９に記載の研磨物品または方法。

【0086】

実施形態２７。ナノ結晶性アルミナが、１以下の添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）を有し、ＭｇＯはナノ結晶性アルミナにおけるＭｇＯの重量パーセントであり、ＣａＯはナノ結晶性アルミナにおけるＣａＯの重量パーセントであり、添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）が約０．９５以下、または約０．９以下、または約０．８５以下、または約０．８以下、または約０．７５以下、または約０．７以下、または約０．６５以下、または約０．６以下、または約０．５５以下、または約０．５以下、または約０．４５以下、または約０．４以下である、実施形態２６に記載の研磨物品または方法。

【0087】

実施形態２８。ナノ結晶性アルミナが、約０．０１以上の添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）を有し、ＭｇＯはナノ結晶性アルミナにおけるＭｇＯの重量パーセントであり、ＣａＯはナノ結晶性アルミナにおけるＣａＯの重量パーセントであり、添加物比（ＣａＯ／ＭｇＯ）が約０．０５以上、または約０．１以上、または約０．１５以上、または約０．２以上、または約０．２５以上である、実施形態２６に記載の研磨物品または方法。

【0088】

実施形態２９。ナノ結晶性アルミナが、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化ガドリニウム、酸化ジスプロシウム、酸化エルビウム、それらの前駆体、及びそれらの組合せからなる群から選択される希土類酸化物を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0089】

実施形態３０。ナノ結晶性アルミナが、希土類アルミナ結晶子を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0090】

実施形態３１。ナノ結晶性アルミナが、スピネル材料を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0091】

実施形態３２。ナノ結晶性材料がナノ結晶性粒子を含み、各粒子が、各粒子の全体積の約５０体積％以上の結晶性材料もしくは多結晶材料、もしくは約７５体積％以上の結晶性材料もしくは多結晶材料、もしくは約８５体積％以上の結晶性材料もしくは多結晶材料、もしくは約９０体積％以上の結晶性材料もしくは多結晶材料、もしくは約９５体積％以上の結晶性材料もしくは多結晶材料を含むか、または各粒子が、結晶性材料もしくは多結晶材料から本質的になる、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0092】

実施形態３３。ナノ結晶性アルミナが、希土類酸化物及び鉄を本質的に含まない、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0093】

実施形態３４。ナノ結晶性アルミナが希土類アルミン酸塩相を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0094】

実施形態３５。ナノ結晶性アルミナが、約１８ＧＰａ以上、または約１８．５ＧＰａ以上、または１９ＧＰａ以上、または約１９．５ＧＰａ以上のビッカース硬度を有する、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0095】

実施形態３６。ナノ結晶性アルミナが、約３．８５ｇ／ｃｃ以上、または約３．９ｇ／ｃｃ以上、または約３．９４ｇ／ｃｃ以上の密度を有する、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0096】

実施形態３７。本体部が固定研磨物品を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0097】

実施形態３８。本体部が、結合材の３次元マトリックスに含有された研磨結晶粒を含む砥石物品を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0098】

実施形態３９。本体部が、本体部の全体積の約１体積％以上、または約２体積％以上、または約４体積％以上、または約６体積％以上、または約８体積％以上、または約１０体積％以上、または約１２体積％以上、または約１４体積％以上、または約１６体積％以上、または約１８体積％以上、または約２０体積％以上、または約２５体積％以上、または約３０体積％以上、または約３５体積％以上の研磨粒子を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0099】

実施形態４０。本体部が、本体部の全体積の約６５体積％以下、または約６４体積％以下、または約６２体積％以下、または約６０体積％以下、または約５８体積％以下、または約５６体積％以下、または約５４体積％以下、または約５２体積％以下、または約５０体積％以下、または約４８体積％以下、または約４６体積％以下、または約４４体積％以下、または約４２体積％以下、または約４０体積％以下、または約３８体積％以下、または約３６体積％以下、または約３４体積％以下、または約３２体積％以下、または約３０体積％以下、または約２８体積％以下、または約２６体積％以下、または約２４体積％以下、または約２２体積％以下、または約２０体積％以下の研磨粒子を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0100】

実施形態４１。本体部が、本体部の全体積の約１体積％以上、または約２体積％以上、または約４体積％以上、または約６体積％以上、または約８体積％以上、または約１０体積％以上、または約１２体積％以上、または約１４体積％以上、または約１６体積％以上、または約１８体積％以上、または約２０体積％以上、または約２５体積％以上、または約３０体積％以上、または約３５体積％以上のナノ結晶性アルミナを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0101】

実施形態４２。本体部が、本体部の全体積の約６５体積％以下、または約６４体積％以下、または約６２体積％以下、または約６０体積％以下、または約５８体積％以下、または約５６体積％以下、または約５４体積％以下、または約５２体積％以下、または約５０体積％以下、または約４８体積％以下、または約４６体積％以下、または約４４体積％以下、または約４２体積％以下、または約４０体積％以下、または約３８体積％以下、または約３６体積％以下、または約３４体積％以下、または約３２体積％以下、または約３０体積％以下、または約２８体積％以下、または約２６体積％以下、または約２４体積％以下、または約２２体積％以下、または約２０体積％以下のナノ結晶性アルミナを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0102】

実施形態４３。研磨粒子が、ナノ結晶性アルミナを含む第１の種類の研磨粒子と、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシ窒化物、超砥粒、炭素系材料、凝集体、集合体、成形研磨粒子、及びそれらの組合せからなる群から選択される第２の種類の研磨粒子と、を含むブレンドを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0103】

実施形態４４。研磨粒子が、本質的にナノ結晶性アルミナからなる、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0104】

実施形態４５。本体部が、本体部の全体積の約１体積％以上、または約２体積％以上、または約５体積％以上、または約１０体積％以上、または約２０体積％以上、または約３０体積％以上、または約３５体積％以上、または約４０体積％以上、または約４５体積％以上の結合材を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0105】

実施形態４６。本体部が、本体部の全体積の約９８体積％以下、または約９５体積％以下、または約９０体積％以下、または約８５体積％以下、または約８０体積％以下、または約７５体積％以下、または約７０体積％以下、または約６５体積％以下、または約６０体積％以下、または約５５体積％以下、または約５０体積％以下、または約４５体積％以下、または約４０体積％以下、または約３５体積％以下、または約３０体積％以下、または約２５体積％以下の結合材を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0106】

実施形態４７。本体部が、本体部の全体積の約１体積％以上、または約２体積％以上、または約４体積％以上、または約６体積％以上、または約８体積％以上、または約１０体積％以上、または約１２体積％以上、または約１４体積％以上、または約１６体積％以上、または約１８体積％以上、または約２０体積％以上、または約２５体積％以上、または約３０体積％以上、または約４０体積％以上、または約４５体積％以上、または約５０体積％以上、または約５５体積％以上の気孔率を有する、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0107】

実施形態４８。本体部が、本体部の全体積の約８０体積％以下、または約７５体積％以下、または約７０体積％以下、または約６５体積％以下、または約６０体積％以下、または約５５体積％以下、または約５０体積％以下、または約４５体積％以下、または約４０体積％以下、または約３５体積％以下、または約３０体積％以下、または約２５体積％以下、または約２０体積％以下、または約１５体積％以下、または約１０体積％以下、または約５体積％以下、または約２体積％以下の気孔率を有する、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0108】

実施形態４９。本体部が、閉気孔、開気孔、及びそれらの組合せからなる群から選択される種類の気孔を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0109】

実施形態５０。本体部が気孔を含み、気孔の大部分が開気孔であり、本質的に全ての気孔が開気孔である、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0110】

実施形態５１。本体部が気孔を含み、気孔の大部分が閉気孔であり、本質的に全ての気孔が閉気孔である、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0111】

実施形態５２。本体部が、約０．０１ミクロン以上、または約０．１ミクロン以上、または約１ミクロン以上の平均細孔径を有する気孔を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0112】

実施形態５３。ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子が非凝集化粒子である、実施形態１に記載の研磨物品または方法。

【0113】

実施形態５４。ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子が凝集化粒子である、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0114】

実施形態５５。ナノ結晶性アルミナを含む研磨粒子が成形研磨粒子である、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0115】

実施形態５６。成形研磨粒子が、正多角形、非正多角形、不規則形状、三角形、部分的に凹んだ三角形、四辺形、長方形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、楕円、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、及びそれらの組合せからなる群から選択される２次元形状を有する、実施形態５５に記載の研磨物品または方法。

【0116】

実施形態５７。成形研磨粒子が、多面体、ピラミッド形、楕円体、球、角柱、円柱、円錐、四面体、立方体、直方体、菱面体、角錐台、頂部が切断された楕円体、頂部が切断された球、円錐台、五面体、六面体、七面体、八面体、九面体、十面体、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、漢字、複合多角形形状、不規則形状の輪郭、火山形状、モノスタティック形状、及びそれらの組合せからなる群から選択される３次元形状を有し、モノスタティック形状は、単一の安定静止位置を有する形状である、実施形態５５に記載の研磨物品または方法。

【0117】

実施形態５８。成形研磨粒子が、三角形の２次元形状を有する、実施形態５５に記載の研磨物品または方法。

【0118】

実施形態５９。成形研磨粒子が、部分的に凹んだ三角形の２次元形状を有する、実施形態５５に記載の研磨物品または方法。

【0119】

実施形態６０。成形研磨粒子が、本体部の長さ（Ｌｂ）、本体部の幅（Ｗｂ）、及び本体部の厚さ（Ｔｂ）を有する本体部を含み、Ｌｂ＞Ｗｂ、Ｌｂ＞Ｔｂ、及びＷｂ＞Ｔｂである、実施形態５５に記載の研磨物品または方法。

【0120】

実施形態６１。本体部が、約１：１以上、または約２：１以上、または約３：１以上、または約５：１以上、または約１０：１以上、かつ約１０００：１以下の第１のアスペクト比（Ｌｂ：Ｗｂ）を有する、実施形態６０に記載の研磨物品または方法。

【0121】

実施形態６２。本体部が、約１：１以上、または約２：１以上、または約３：１以上、または約５：１以上、または約１０：１以上、かつ約１０００：１以下の第２のアスペクト比（Ｌｂ：Ｔｂ）を有する、実施形態６０に記載の研磨物品または方法。

【0122】

実施形態６３。本体部が、約１：１以上、または約２：１以上、または約３：１以上、または約５：１以上、または約１０：１以上、かつ約１０００：１以下の第３のアスペクト比（Ｗｂ：Ｔｂ）を有する、実施形態６０に記載の研磨物品または方法。

【0123】

実施形態６４。本体部の長さ（Ｌｂ）、本体部の幅（Ｗｂ）、及び本体部の厚さ（Ｔｂ）のうちの少なくとも１つが、約０．１ミクロン以上、または約１ミクロン以上、または約１０ミクロン以上、または約５０ミクロン以上、または約１００ミクロン以上、または約または１５０ミクロン以上、または約２００ミクロン以上、または約４００ミクロン以上、または約６００ミクロン以上、または約８００ミクロン以上、または約１ｍｍ以上、かつ、約２０ｍｍ以下、または約１８ｍｍ以下、または約１６ｍｍ以下、または約１４ｍｍ以下、または約１２ｍｍ以下、または約１０ｍｍ以下、または約８ｍｍ以下、または約６ｍｍ以下、または約４ｍｍ以下の平均寸法を有する、実施形態６０に記載の研磨物品または方法。

【0124】

実施形態６５。本体部が、本体部の長さと本体部の幅とによって画定される平面において、三角形、四辺形、長方形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、楕円、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、及びそれらの組合せからなる群から選択される断面形状を有する、実施形態６０に記載の研磨物品または方法。

【0125】

実施形態６６。本体部が、本体部の長さと本体部の厚さとによって画定される平面において、三角形、四辺形、長方形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形、楕円、ギリシャ語アルファベット文字、ラテン語アルファベット文字、ロシア語アルファベット文字、及びそれらの組合せからなる群から選択される断面形状を有する、実施形態６０に記載の研磨物品または方法。

【0126】

実施形態６７。本体部が、粉末、顆粒、球体、繊維、チョップドストランド繊維（ＣＳＦ）、中空粒子、ポリマー中空球体、及びそれらの組合せからなる群から選択される充填材を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0127】

実施形態６８。充填材が、砂、発泡アルミナ、クロム鉄鉱、磁鉄鉱、ドロマイト、発泡ムライト、ホウ化物、二酸化チタン、炭素製品、炭化ケイ素、木粉、粘土、タルク、六方晶窒化ホウ素、二硫化モリブデン、長石、カスミ石閃長岩、ガラス球体、ガラス繊維、ＣａＦ_２、ＫＢＦ４、氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）、カリウム氷晶石（Ｋ_３ＡｌＦ_６）、黄鉄鉱、ＺｎＳ、硫化銅、鉱物油、フッ化物、炭酸塩、炭酸カルシウム、サラン、フェノキシ樹脂、ＣａＯ、Ｋ_２ＳＯ_４、鉱さい綿、ＭｎＣｌ_２、ＫＣｌ、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、実施形態６７に記載の研磨物品または方法。

【0128】

実施形態６９。充填材が、帯電防止剤、潤滑剤、増孔材、着色剤、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、実施形態６７に記載の研磨物品または方法。充填材は、約４０ミクロン以下の平均粒径を有する鉄及び硫黄を含んでもよい。

【0129】

実施形態７０。結合剤が、１種または複数の天然有機材料、合成有機材料、及びそれらの組合せを含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0130】

実施形態７１。結合剤が、フェノール類、エポキシ、ポリエステル、シアネートエステル、セラック、ポリウレタン、ゴム、及びそれらの組合せからなる群から選択される材料を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0131】

実施形態７２。結合剤が、ヘキサメチレンテトラミンを含む硬化剤または架橋剤で変性させたフェノール樹脂を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0132】

実施形態７３。結合剤が、ミクロン未満の平均サイズを有する架橋ドメインを有するフェノール樹脂を含む、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【0133】

実施形態７４。本体部が、ホイール、ホーン、円錐、カップ、フランジ付きホイール、先細カップ、円盤、扇形、軸付先端部、及びそれらの組合せからなる群から選択される形状を有する、実施形態１または２に記載の研磨物品または方法。

【実施例】

【0134】

実施例１
図６Ａ及び６Ｂは、従来の微結晶性アルミナ結晶粒（図６Ａ）と、本明細書の実施形態を代表するナノ結晶性アルミナ結晶粒（図６Ｂ）のポリッシングした部分の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を含む。示されているように、微結晶性アルミナ（ＭＣＡ）の平均結晶子サイズは約０．２ミクロンであり、ナノ結晶性アルミナ（ＮＣＡ）の平均結晶子サイズは約０．１ミクロンである。

【0135】

実施例２
代表的なＭＣＡ結晶粒試料及びＮＣＡ結晶粒試料のビッカース硬度を、本明細書において開示する実施形態に従って測定した。ＭＣＡ結晶粒及びＮＣＡ結晶粒は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手した。ＭＣＡ結晶粒はＣｅｒｐａｓｓ（登録商標）ＨＴＢとして入手可能である。ナノ結晶性アルミナ及び微結晶性アルミナの結晶子サイズは、それぞれ約０．１ミクロン及び０．２ミクロンである。ＭＣＡ結晶粒及びＮＣＡ結晶粒の試料は同じ方法で調製した。ＭＣＡ結晶粒及びＮＣＡ結晶粒の５つの試料のビッカース硬度を試験した。ＭＣＡ結晶粒及びＮＣＡ結晶粒の平均ビッカース硬度を表１に開示する。

【0136】

ＮＣＡ結晶粒の比破砕性は、本明細書において開示した手順に従って測定した。ＭＣＡ及びＮＣＡ試料は粗粒子サイズ８０を有し、ＭＣＡ結晶粒を基準試料として使用した。ボールミリング時間は６分であった。表１に開示するように、ＭＣＡ結晶粒の比破砕性を１００％として設定する。ＮＣＡ結晶粒は、ＭＣＡ結晶粒のビッカース硬度と非常に類似したビッカース硬度を示したが、１２３％の比破砕性を有した。

【0137】

【表1】

【0138】

実施例３
２つの異なる種類の試料を、ＭＣＡ結晶粒及びＮＣＡ結晶粒から作製した。ＭＣＡ結晶粒及びＮＣＡ結晶粒の両方は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手した。ＭＣＡ結晶粒はＣｅｒｐａｓｓ（登録商標）ＨＴＢとして入手可能である。研磨結晶粒４７体積％を含む、第１の従来の研削ホイール試料（ＣＳ１）を作製した。研磨結晶粒は、微結晶性アルミナ粒子約２５体積％と、溶融アランダム３８体積％と、ＳｉＣ３８体積％の混合物を含んだ。試料ＣＳ１は、樹脂結合剤約２０体積％、及び気孔約３２体積％も含んだ。研磨粒子約４７体積％を含む、第２の研削ホイール試料（Ｓ２）を作製した。研磨粒子は、ナノ結晶性アルミナ（ＮＣＡ）約２５体積％と、溶融アランダム３８体積％と、ＳｉＣ３８体積％の混合物を含む。試料Ｓ２は、試料ＣＳ１と同じ種類及び含有量の結合剤及び気孔を含み、有する。粗粒サイズ３６の研磨粒子と、粗粒サイズ５４の研磨粒子とを用いて、試料ＣＳ１及びＳ２の各々で２バージョンを作製した。ＮＣＡ及びＭＣＡの結晶サイズは、それぞれ約０．１ミクロン及び０．２ミクロンであった。

【0139】

ホイール試料の作製に使用したＮＣＡ及びＭＣＡ結晶粒の比破砕性は、本明細書において開示した手順に従って測定した。ＭＣＡ結晶粒は、基準試料として使用した。粗粒サイズ３６を有する結晶粒では、ボールミリング時間は３分であった。粗粒サイズ５４では、ボールミリング時間は３分１５秒であった。ＮＣＡ結晶粒の非破砕性を表３に開示する。ＣＳ１及びＣＳ２のＭＣＡの非破砕性を１００％として設定する。

【0140】

【表3】

【0141】

試料の研削比（Ｇ比）は、低い材料除去速度（ＭＲＲ）の操作と、高い材料除去速度（ＭＲＲ）の操作の両方を使用して試験し、様々な研削条件をシミュレーションした。図７Ａに示すように、試料の粗粒サイズ３６のバージョンでは、試料Ｓ２は、試料ＣＳ１と比較して、低ＭＲＲ条件と高ＭＲＲ条件の両方において有意に高いＧ比を示した。図７Ｂに示すように、試料の粗粒サイズ５４のバージョンでは、Ｓ２は、ＣＳ１と比較して、低ＭＲＲ操作で顕著に高いＧ比を有した。さらに、高ＭＲＲ条件ではＳ２はＣＳ２からの改良も示した。

【0142】

本発明の実施形態は、現況技術からの発展を表している。いくつかの特許公報では、微結晶性アルミナは、ミクロン未満の平均結晶子サイズを有するよう作製することができることが述べられているが、当業者であれば、市販形態の微結晶性アルミナは、約０．１８〜０．２５ミクロンの平均結晶子サイズを有することを認識する。出願人らの知る限りでは、より細かい平均結晶子サイズを有するアルミナ系研磨材は市販されていない。さらに、ＮＣＡを含む研磨物品の結果は、特に、ＭＣＡ及びＮＣＡ結晶粒のビッカース硬度で本質的に違いがないという発見を考慮すると、非凡かつ意外な結果を示し、当業者は、ＮＣＡ結晶粒を使用した砥石の性能に有意な差異を予想しない可能性がある。しかしながら、意外かつ非凡なことに、ＮＣＡ結晶粒を含む研磨物品では、従来のＭＣＡ結晶粒を含む研磨物品と比較して、高材料除去速度及び低材料除去速度の両方で、Ｇ比（研削ホイールから除かれた材料と比較した、試料から除かれた材料の度合い、ゆえに、研磨物品の有効性の度合い）が有意に改良された。いかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、ＭＣＡ結晶粒と比較したＮＣＡ結晶粒の非破砕性（例えば１００％超）が、ＮＣＡ結晶粒を用いて形成させた研削ホイールのＧ比の改良に貢献している可能性がある。

【0143】

全般的な説明または実施例における前述の作業の全てが必要とされるわけではなく、特定の作業の一部は必要とされなくてもよく、また１つ以上のさらなる作業が記載の作業に加えて行われてもよいことに留意されたい。さらにまた、行動の列挙順序は、必ずしも行われる順序であるわけではない。

【0144】

特定の実施形態に関して、利益、他の利点及び問題の解決法を上に記載している。しかしながら、利益、利点、問題の解決法、及び、任意の利益、利点もしくは解決法を生じさせるかまたはそれらをより顕著にし得るいずれの特徴も、特許請求の範囲の請求項のいずれかまたは全ての不可欠な特徴、必須な特徴または本質的な特徴として解釈すべきではない。多くの異なる態様及び実施形態が可能である。これらの態様及び実施形態のいくつかは本明細書において記載されている。本明細書を読了後、当業者であれば、これらの態様及び実施形態が単に説明用であり、本発明の範囲を限定するものではないことを認識するであろう。さらに、当業者であれば、アナログ回路を含む一部の実施形態は、デジタル回路を使用して同様に実施することができ、逆の場合も同様であることを理解するであろう。

【0145】

本明細書において記載される実施形態の詳細及び説明は、様々な実施形態の構成の一般的な理解を提供することを意図するものである。詳細及び説明は、本明細書において記載される構造物または方法を使用する装置及びシステムの全要素及び全特徴を完全且つ包括的に記載するものとしての役割を果たすことを意図していない。別個の実施形態は、１つの実施形態において組合せで提供されてもよく、反対に、簡潔のため１つの実施形態の文脈に記載された様々な特徴は、別個で提供されるかまたは任意の部分組合せで提供されてもよい。さらに、範囲で述べた値について言うことは、その範囲内の全ての値を含む。単に本明細書を読了すれば、他の多くの実施形態が当業者に明らかとなってもよい。本開示の範囲から逸脱することなく構造的置換、論理的置換または別の変化がなされてもよいように、他の実施形態が使用されてもよく、他の実施形態が本開示から派生してもよい。したがって本開示は、限定するものというよりもむしろ説明するものであるとみなされるべきである。特定の実施形態に関して、利益、他の利点及び問題の解決法を上に記載している。しかしながら、利益、利点、問題の解決法、及び、任意の利益、利点もしくは解決法を生じさせるかまたはそれらをより顕著にし得るいずれの特徴も、特許請求の範囲の請求項のいずれかまたは全ての不可欠な特徴、必須な特徴または本質的な特徴として解釈すべきではない。

【0146】

本開示の要約書は、特許法を遵守するために提供するものであり、特許請求の範囲または意味を、解釈または限定するために使用するものではないという理解の下で提出する。加えて、前述の図面の詳細な説明においては、本開示の簡素化の目的で、様々な特徴を一緒にグループ化するか、または単一の実施形態において記載することがある。本開示は、特許請求する実施形態が各請求項において明示的に記載されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映しているとして解釈するべきではない。そうではなく、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、開示する実施形態のいずれかの全ての特徴よりも少ないものを対象としてもよい。よって、以下の特許請求の範囲は、各請求項が特許請求する主題を別々に規定するものとして独立している状態で、図面の詳細な説明に組み入れられる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】