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(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】
(24)【登録日】2022-09-07
(45)【発行日】2022-09-15
(54)【発明の名称】細長い研磨粒子、その製造方法、及びそれを含む研磨物品
(51)【国際特許分類】
C09K 3/14 20060101AFI20220908BHJP
C01F 7/025 20220101ALN20220908BHJP
【ＦＩ】
C09K3/14 550D
C01F7/025
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020539148
(86)(22)【出願日】2018-09-14
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-12-10
(86)【国際出願番号】 IB2018057061
(87)【国際公開番号】W WO2019069157
(87)【国際公開日】2019-04-11
【審査請求日】2021-09-13
(31)【優先権主張番号】62/566,694
(32)【優先日】2017-10-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】505005049
【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100130339
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 憲
(74)【代理人】
【識別番号】100110803
【弁理士】
【氏名又は名称】赤澤 太朗
(74)【代理人】
【識別番号】100135909
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 和歌子
(74)【代理人】
【識別番号】100133042
【弁理士】
【氏名又は名称】佃 誠玄
(74)【代理人】
【識別番号】100171701
【弁理士】
【氏名又は名称】浅村 敬一
(72)【発明者】
【氏名】エリクソン，ドゥワイト ディー．
(72)【発明者】
【氏名】アデフリス，ニーガス ビー．
【審査官】中野 孝一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１０９７３５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１０９７２８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０４－２３６２９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－１９０７３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０５１２９９１９（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０６１０３３（ＷＯ，Ａ２）
【文献】米国特許第０６０５４０９３（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０９Ｋ３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
細長い研磨粒子の製造方法であって、前記方法が、平行な線状溝を有するモールドを準備することであって、前記平行な線状溝が、横断方向の障害物によって所定の間隔で部分的に中断されている、モールドを準備することと、
前記平行な線状溝の少なくとも一部分を流動性研磨粒子前駆体組成物で充填することであって、前記流動性研磨粒子前駆体組成物が前記平行な線状溝のうちの少なくとも１つの中にある、充填することと、
前記流動性研磨粒子前駆体組成物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を形成することと、
前記少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を前記モールドから分離することにより、前記横断方向の障害物の間に配接された前記平行な線状溝の部分に対応する形状を有する細長い前駆体研磨粒子を形成することであって、前記所定の間隔が前記細長い前駆体研磨粒子の長さに対応し、前記細長い前駆体研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い前駆体研磨粒子を形成することと、
前記細長い前駆体研磨粒子を前記細長い研磨粒子に変換することと、を含む、方法。
【請求項2】
前記平行な線状溝が、少なくとも２つの平坦面によって少なくとも部分的に画定され、前記平行な線状溝が、前記少なくとも２つの平坦面のうちの少なくとも一方から延びる横断方向の障害物によって、所定の間隔で部分的に中断されている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記平行な線状溝のそれぞれが、２つの平坦面によって少なくとも部分的に画定されている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記細長い研磨粒子の対向する前記第１及び第２の端部の両方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記細長い研磨粒子が、αアルミナを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は概して、チオール－エンシーラント組成物、並びにその製造のための方法、及び使用に関する。
【背景技術】
【0002】
押出成形された棒状研磨粒子（例えば、アルミナ粒子）は、長年の歴史がある。これらは、例えば、研磨剤前駆体材料の分散体又はスラリーを押出成形することによって形成することができる。押出成形された材料は、所望の長さに切断又は破断され、次いで焼成される。得られる研磨材料がαアルミナであるこれらの用途では、微細αアルミナ粒子、及び／又はαアルミナ前駆体（例えば、ベーマイトゾル－ゲル）の粒子が使用される。得られた細長い研磨粒子は、例えば、頑丈なスナッギング操作で使用するための研削ホイールで使用することができる。
【0003】
しかしながら、押出成形によって製造されるとき、研磨フィラメントは、屈曲し、それらの形状を失う傾向があり、微細直径の押出（例えば、約ＡＮＳＩサイズ１６グリット未満）フィラメントは、より小さい直径のオリフィスを通して押出成形するために技術的な困難を提示し得る。
【発明の概要】
【0004】
市販の押出研磨フィラメントの不均一性は、結合研磨物品における多孔性などの変数を制御することが困難になるバッチ不整合をもたらし得る。有利には、本開示による方法及び細長い研磨粒子は、その問題を克服することができる。
【0005】
第１の態様では、本開示は、細長い研磨粒子の製造方法を提供し、本方法は、
平行な線状溝を有するモールドを準備することであって、平行な線状溝が、横断方向の障害物によって所定の間隔で部分的に中断されている、モールドを準備することと、
平行な線状溝の少なくとも一部分を流動性研磨粒子前駆体組成物で充填することであって、流動性研磨粒子前駆体組成物が平行な線状溝のうちの少なくとも１つの中にある、充填することと、
流動性研磨粒子前駆体組成物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を形成することと、
少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物をモールドから分離することにより、横断方向の障害物の間に配接された平行な線状溝の部分に対応する形状を有する細長い前駆体研磨粒子を形成することであって、所定の間隔が細長い前駆体研磨粒子の長さに対応し、細長い前駆体研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い前駆体研磨粒子を形成することと、
細長い前駆体研磨粒子を細長い研磨粒子に変換することと、を含む。
平行な線状溝を有するモールドを準備することであって、平行な線状溝が、横断方向の障害物によって所定の間隔で部分的に中断されている、モールドを準備することと、
平行な線状溝の少なくとも一部分を流動性研磨粒子前駆体組成物で充填することであって、流動性研磨粒子前駆体組成物が平行な線状溝のうちの少なくとも１つの中にある、充填することと、
流動性研磨粒子前駆体組成物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を形成することと、
少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物をモールドから分離することにより、横断方向の障害物の間に配接された平行な線状溝の部分に対応する形状を有する細長い前駆体研磨粒子を形成することであって、所定の間隔が細長い前駆体研磨粒子の長さに対応し、細長い前駆体研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い前駆体研磨粒子を形成することと、
細長い前駆体研磨粒子を細長い研磨粒子に変換することと、を含む。
【0006】
第２の態様では、本開示は、少なくとも２つの長手方向に配向された連続表面によって境界付けられたセラミック本体と、少なくとも２つの長手方向に配向された表面によって分離された第１及び第２の端部とを含み、第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方は、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い研磨粒子を提供する。
【0007】
本明細書で使用される場合、
用語「アスペクト比」は、平均長さ対平均厚さの比を指し；
形容詞「細長い」は、少なくとも２のアスペクト比を有することを意味し；
用語「破断表面」は、破断プロセスによって形成された表面を指し（例えば、切断面状の特徴部、筋状痕、及び／又は切断面によって特徴付けられてもよい）；
用語「成形表面」は、成形プロセスを通して形成され、それを製造するために使用される成形表面と相補的な形状を有する表面を指し；
平行な線状溝に関して使用される用語「隔離された」は、平行な線状溝が、交差する溝（例えば、格子パターン）又は過剰充填による成形バリによって相互接続されていないことを意味し；
「長さ」という用語は、物体の最長寸法を指し；
「幅」という用語は、その長さに対して垂直な物体の最長寸法を指し；
用語「厚さ」は、その長さ及び幅の両方に垂直な物体の最長寸法を指し、及び
用語「成形研磨前駆体粒子」及び「成形研磨粒子」は、それぞれ、その製造に使用されるモールド（例えば、開口面モールド）によって少なくとも部分的に決定された形状（例えば、その製造において使用される対応するモールドキャビティの形状によって決定される）を有する研磨前駆体粒子、又は研磨粒子を指す。
用語「アスペクト比」は、平均長さ対平均厚さの比を指し；
形容詞「細長い」は、少なくとも２のアスペクト比を有することを意味し；
用語「破断表面」は、破断プロセスによって形成された表面を指し（例えば、切断面状の特徴部、筋状痕、及び／又は切断面によって特徴付けられてもよい）；
用語「成形表面」は、成形プロセスを通して形成され、それを製造するために使用される成形表面と相補的な形状を有する表面を指し；
平行な線状溝に関して使用される用語「隔離された」は、平行な線状溝が、交差する溝（例えば、格子パターン）又は過剰充填による成形バリによって相互接続されていないことを意味し；
「長さ」という用語は、物体の最長寸法を指し；
「幅」という用語は、その長さに対して垂直な物体の最長寸法を指し；
用語「厚さ」は、その長さ及び幅の両方に垂直な物体の最長寸法を指し、及び
用語「成形研磨前駆体粒子」及び「成形研磨粒子」は、それぞれ、その製造に使用されるモールド（例えば、開口面モールド）によって少なくとも部分的に決定された形状（例えば、その製造において使用される対応するモールドキャビティの形状によって決定される）を有する研磨前駆体粒子、又は研磨粒子を指す。
【0008】
本開示の特徴及び利点は、詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を考慮することにより更に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本開示による細長い研磨粒子を作製するのに有用な、それぞれのモールド１００ａ～１００ｅの概略斜視図である。
【図1B】本開示による細長い研磨粒子を作製するのに有用な、それぞれのモールド１００ａ～１００ｅの概略斜視図である。
【図1C】本開示による細長い研磨粒子を作製するのに有用な、それぞれのモールド１００ａ～１００ｅの概略斜視図である。
【図1D】本開示による細長い研磨粒子を作製するのに有用な、それぞれのモールド１００ａ～１００ｅの概略斜視図である。
【図1E】本開示による細長い研磨粒子を作製するのに有用な、それぞれのモールド１００ａ～１００ｅの概略斜視図である。
【図3A】本開示に従って調製された例示的な細長い前駆体研磨粒子２００の走査電子顕微鏡写真である。
【図4A】本開示に従って調製された例示的な細長い研磨粒子４００の走査電子顕微鏡写真である。
【図4B】細長い研磨粒子４００の拡大端面図である。
【図5】本開示による、結合研磨ホイールの概略斜視図である。
【0010】
明細書及び図面中での参照文字の繰り返しの使用は、本開示の同じ又は類似の特徴部又は要素を表すことが意図されている。多くの他の変更形態及び実施形態を、当業者であれば考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨内に該当することが理解されるべきである。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。
【発明を実施するための形態】
【0011】
細長い研磨粒子を作製するための本開示による方法は、逐次的に実施される多数の工程を含み得る。工程のいずれも連続的に実施される必要はないが、いくつかの実施形態では、逐次的な工程の少なくとも一部（又は更には全て）を連続的に実施することが好ましい場合がある。
【0012】
第１の工程では、モールドが提供される。モールドは、その主表面上に配接された複数の隔離された平行な線状溝を有する。個々の線状溝は、幅、長さ、断面プロファイル、及び／又は深さに対して異なっていてもよい。好ましい実施形態では、溝の全ては同一である。一般に、線状溝は、モールドの表面で開放し、溝の端部は成形表面を横切って側部まで延び、これらは、それらの端部において開放又は閉鎖（好ましくは開放）され得る。好ましくは、線状溝は、その長さに沿って一定の断面形状及び面積を有するが、これは必須ではない。細長い研磨前駆体粒子を形成するために、各溝内の横断方向の障害物間の長手方向距離は、溝の幅及び／又は深さの少なくとも２倍であるべきである。例えば、横断方向の障害物間の溝セグメントは、少なくとも２、好ましくは少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、少なくとも５０、又は更にはそれ以上のアスペクト比を有し得る。図１Ａ～図１Ｅは、平行な線状溝を有する例示的な好適なモールド構成を示す。例えば、図１Ａでは、モールド１００ａは、平坦な底部１２０ａに接触する２つの傾斜する平坦面１２２ａ、１２４ａを有する平行な線状溝１１０ａを有する。平行な線状溝１１０ａは、２つの傾斜する平坦面１２２ａ、１２４ａから延びる横断方向の障害物１３０ａによって、所定の間隔１４０ａで部分的に中断されている。
【0013】
図１Ｂでは、モールド１００ｂは、長方形の横断面形状を有する底部１２０ｂを備えた平行な線状溝１１０ｂを有する。平行な線状溝１１０ｂは、横断方向の障害物１３０ｂによって所定の間隔１４０ｂで部分的に中断されている。
【0014】
図１Ｃでは、モールド１００ｃは、丸みを帯びた底部１２０ｃに接触する２つの平行な平坦面１２２ｃをそれぞれ有する平行な線状溝１１０ｃを有する。平行な線状溝１１０ｃは、横断方向の障害物１３０ｃによって所定の間隔１４０ｃで部分的に中断されている。
【0015】
図１Ｄでは、モールド１００ｄは、Ｖ字状の底部１２０ｄで出会う２つの傾斜する平坦面１２７ｄを備えた平行な線状溝１１０ｄを有する。平行な線状溝１１０ｄは、横断方向の障害物１３０ｄによって所定の間隔１４０ｄで部分的に中断されている。
【0016】
図１Ｅでは、モールド１００ｅは、概ね半円形の横断面形状を備えた丸みを帯びた底部１２０ｅを有する平行な線状溝１１０ｅを有する。平行な線状溝１１０ｅは、横断方向の障害物１３０ｅによって所定の間隔１４０ｅで部分的に中断されている。
【0017】
第２の工程では、複数の隔離された開口溝の少なくとも一部は、研磨粒子前駆体材料及び揮発性液体を含む流動性研磨粒子前駆体組成物で充填される。流動性研磨粒子前駆体材料は、αアルミナ微粒子又はαアルミナ前駆体材料のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【0018】
いくつかの実施形態では、有用な研磨粒子前駆体材料は、焼結時に単一の研磨粒子を形成する微細研磨粒子を含む。いくつかの実施形態では、研磨粒子前駆体材料は、単独で又はそれに加えて、例えば米国特許出願第２０１６／００６８７２９（Ａ１）号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に開示されているように、焼結された際に共に融合して、焼結されたαアルミナセラミック本体を形成する微細αアルミナ粒子を含んでもよい。
【0019】
このような実施形態では、粉砕研磨粒子は、揮発性液体ビヒクル中にスラリーとして存在してもよく、このスラリーは、任意に、例えば、増粘剤、チキソトロープ剤、分散剤、又は分散剤などの１つ以上の添加剤を含有してもよい。
【0020】
例示的なαアルミナ前駆体材料としては、遷移アルミナ（例えば、ベーマイト、ジアスポア（diaspore）、ギブサイト、バイエライト、ノルドストランダイト）；アルミニウム塩及び錯体、例えば、塩基性カルボン酸アルミニウム［例えば、一般式Ａｌ（ＯＨ）ｙ（カルボキシレート）３－ｙ’の塩基性カルボン酸アルミニウム（式中、ｙは１～２、好ましくは１～１．５であり、カルボキシレート対イオンは、ホルメート、アセテート、プロピオネート、及びオキサレートからなる群、又はこれらのカルボキシレートの組み合わせから選択される）、アルミニウムホルモアセテート、及びアルミニウムニトロホルモアセテート］；塩基性硝酸アルミニウム、部分的に加水分解されたアルミニウムアルコキシド、及びこれらの組み合わせが挙げられる。塩基性カルボン酸アルミニウムは、米国特許第３，９５７，５９８号（Ｍｅｒｋｌ）に記載のカルボン酸溶液中のアルミニウム金属を消化することによって調製することができる。塩基性硝酸アルミニウムは、米国特許第３，３４０，２０５号（Ｈａｙｅｓら）又は英国特許第１，１９３，２５８号（Ｆｌｅｔｃｈｅｒら）に記載されている硝酸アルミニウム溶液中のアルミニウム金属を消化することによって、又は米国特許第２，１２７，５０４号（Ｄｅｒｒら）に記載されているような硝酸アルミニウムの熱分解によって調製することもできる。これらの材料はまた、アルミニウム塩を塩基で部分的に中和することによって調製することもできる。塩基性硝酸アルミニウムは、一般式Ａｌ（ＯＨ）ｚ（ＮＯ３）３－ｚ’（式中、ｚは、約０．５～２．５である）を有する。
【0021】
例示的な市販のベーマイトとしては、例えば、商品名「ＨＩＱ」（例えば、ＨＩＱ－９０１５）でＢＡＳＦ Ｃｏｒｐ．，Ｆｌｏｒｈａｍ Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙから市販されているもの、及び商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」、「ＤＩＳＰＡＬ」、並びに「ＣＡＴＡＰＡＬ Ｄ」でＳａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓから市販されているものが挙げられる。流動性研磨粒子前駆体材料は、典型的にはモールドキャビティへの充填を可能にするために組成物の粘度を十分に低くするために十分な量の液体ビヒクルを含むべきであるが、後に続く液体のモールドキャビティからの取り出しが非常に高価になるような大量の液体を含むべきではない。αアルミナ前駆体を作製し、それらをαアルミナ研磨粒子に変換するための方法を含む、例えば、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）；同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒら）；同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）；同第４，７７０，６７１号（Ｍｏｎｒｏｅら）；同第４，８８１，９５１号（Ｗｏｏｄら）；同第５，０１１，５０８号（Ｗａｌｄら）；同第５，０９０，９６８号（Ｐｅｌｌｏｗ）；同第５，２０１，９１６号（Ｂｅｒｇら）；同第５，２２７，１０４号（Ｂａｕｅｒ）；同第５，３６６，５２３号（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔら）；同第５，５４７，４７９号（Ｃｏｎｗｅｌｌら）；同第５，４９８，２６９号（Ｌａｒｍｉｅ）；同第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）；同第５，７２５，１６２号（Ｇａｒｇら）；同第５，７７６，２１４号（Ｗｏｏｄ）；同第８，１４２，５３１号（Ａｄｅｆｒｉｓら）；及び同第８，１４２，８９１号（Ｃｕｌｌｅｒら）で見出すことができる。
【0022】
１つの例示的な実施形態では、流動性研磨粒子前駆体材料は、２～９０重量％のαアルミナ前駆体材料（例えば、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイト））と、少なくとも１０重量％、５０～７０重量％、又は５０～６０重量％の水などの揮発性成分と、を含むゾル－ゲル組成物を含む。いくつかの実施形態では、ゾル－ゲル組成物は、３０～５０重量％、又は４０～５０重量％のαアルミナ前駆体材料を含有する。本明細書で使用される場合、「ゾル－ゲル組成物」という用語は、一定時間の加熱時に、固体粒子の三次元網状組織を形成する液体中の固体粒子のコロイド状分散液、又は液体の一部を除去したものを指す。場合によっては、ゲル形成は、多価金属イオンの添加によって誘導され得る。
【0023】
解膠剤（peptizing agent）をゾル－ゲル組成物に添加し、より安定なヒドロゾル又はコロイド状ゾル－ゲル組成物を製造することができる。好適な解膠剤は、酢酸、塩酸、ギ酸及び硝酸等の、一塩基酸又は酸化合物である。多塩基酸を使用してもよいが、多塩基酸はゾル－ゲル組成物を急速にゲル化することがあり、取り扱い又は追加成分をそこに導入することを困難にする。ベーマイトの一部の市販供給源は、安定なゾル－ゲル組成物の形成を助ける（吸収されたギ酸又は硝酸などの）酸タイターを含む。
【0024】
シード粒子及び／又は結晶粒径調整剤は、ゾル－ゲル組成物に任意に添加され得るが、有利には、小さなαアルミナ結晶粒径を達成するためには、これらは典型的には必要とされない。任意選択のアルミナ粒径調整剤の例としては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ２、ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＨｆＯ２、希土類酸化物（例えば、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、ＴｂＯ２、Ｙ２Ｏ３）、これらの組み合わせ、及びこれらの前駆体が挙げられる。いくつかの実施形態では、流動性研磨粒子前駆体材料、したがって対応するセラミック研磨粒子は、前述の及び／又は他のアルミナ粒径調整剤のいずれか又は全てを本質的に含まない。
【0025】
αアルミナ前駆体材料は、αアルミナのものと同じ結晶構造を有する粒子、及び可能な限り近い格子パラメータを有する粒子で、αアルミナ前駆体材料を「シード添加」してもよい。「シード」粒子は、可能な限り細かく分割された形態で添加され、ゾル又はゲル全体に均一に分散される。シード粒子は、最初から（ab initio）添加することができるか、又はこれはその場で（in situ）形成することができる。シード粒子の機能は、シードの非存在下で必要とされる温度よりもはるかに低い温度で、αアルミナ前駆体全体にわたってα型への変態を生じさせることである。好適なシードとしては、αアルミナ自体、及びアルファ酸化第二鉄、亜酸化クロム、チタン酸ニッケル、及び変換がこのようなシードの非存在下で通常生じる温度よりも低い温度で、前駆体からのαアルミナの生成を生じさせるのに有効である、αアルミナのものと十分に類似した格子パラメータを有する複数の他の化合物が挙げられる。好適なシード粒子の例としては、好ましくは、約１０ｎｍ～約１２０ナノメートルの平均粒径を有する、Ｔｉ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＴｉＯ２、ＦｅＯ・ＴｉＯ２、ＮｉＯ・ＴｉＯ２、ＣｏＯ・ＴｉＯ２、ＭｎＯ・ＴｉＯ２、ＺｎＯ・ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｒｈ２Ｏ３、α－Ａｌ２Ｏ３、α－Ｃｒ２Ｏ３、及びα－Ｆｅ２Ｏ３粒子が挙げられるが、他のサイズが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、前駆体粒子、及び同様に誘導されたセラミック研磨粒子は、例えば、α－Ａｌ２Ｏ３シード粒子、α－Ｃｒ２Ｏ３シード粒子、又はα－Ｆｅ２Ｏ３シード粒子を本質的に含まない。
【0026】
ゾル－ゲル組成物は、例えば単に、酸化アルミニウム一水和物を解膠剤含有水と混合することによって、又は酸化アルミニウム一水和物のスラリーを生成し、そこに解膠剤を加えることによってなど、任意の好適な手段によって形成することができる。消泡剤及び／又は他の好適な化学物質を添加し、気泡を形成する傾向又は混合中に空気が混入する傾向を低減することができる。湿潤剤、アルコール、及び／又はカップリング剤などの追加の化学物質を必要に応じて添加することができる。
【0027】
流動性研磨粒子前駆体組成物は、任意の好適な形態及び／又は組成を有してもよいが、好ましくは、ゾル－ゲル組成物（すなわち、コロイド状セラミック前駆体粒子の分散体）、スラリー、又は他の粘性溶液を含む。例示的な揮発性液体としては、水、アルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール）、エーテル（例えば、グリム、ジグリム）、ケトン、エーテルアルコール（例えば、２－メトキシエタノール）、及びエステルアルコールが挙げられる。好ましくは、揮発性液体は、少なくとも５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも４０重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも８０重量％、又は更には１００重量％の水を含む。
【0028】
流動性研磨粒子前駆体組成物は、任意の所望の手段によって溝に導入されてもよい。例えば、フラッドコーティング、ロールコーティング、又はカーテンコーティングを使用して、流動性研磨粒子前駆体組成物を溝に導入することができる。一般に、流動性研磨粒子前駆体組成物の粘度は、溝からの材料の過剰な損失が揮発性液体の除去前に発生しないほど十分に高くなければならない。線状の溝は、任意の好適な技術を使用して、流動性研磨粒子前駆体組成物で少なくとも部分的に、好ましくは完全に充填されてもよい。いくつかの実施形態において、ナイフロールコーター又は真空スロットダイコーターを使用することができる。溝は、流動性研磨粒子前駆体材料が連続的であり、障害物を通過するのに十分に充填されるべきである。一方、過剰充填（例えば、モールドフラッシュをもたらす）によって引き起こされる過剰な材料は、最小化又は回避されることが好ましいが、隣接する線状溝を架橋しない少量の量が許容され得る。これが起こる場合、過剰な流動性研磨粒子前駆体組成物を除去するために、スクレーパ、スキージ、又はレベラーバーを使用することができる。
【0029】
必要に応じて、モールドからの粒子の取り出しを支援するために離型化合物を使用することができる。典型的な離型剤としては、例えば、ピーナッツオイル又は鉱油、魚油などの油、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、及び黒鉛が挙げられる。第３の工程では、揮発性液体の少なくとも一部が除去され、それによって、流動性研磨粒子前駆体組成物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を形成することを含む。揮発性液体は、例えば、熱、赤外線、及び／又は強制空気を用いた蒸発によって除去されてもよい。典型的には、溝内の流動性研磨粒子前駆体組成物が、モールドから取り外される場合に細長い前駆体研磨粒子を形成するように、十分な量の揮発性液体が除去されるべきである。このプロセスの間、いくつかの実施形態では、流動性研磨粒子前駆体組成物の露出表面は、その中心に向かって押し下げられて、それによって、その長さに沿って凹状である丸みを帯びたチャネルを形成することができる。他の実施形態では、それは本質的に平坦なままであってもよい。好ましくは、揮発性成分は、高速蒸発速度で除去されるが、これは必須ではない。いくつかの実施形態において、蒸発による揮発性成分の除去は、この揮発性成分の沸点を上回る温度で生じる。乾燥温度の上限は、モールドがそれから作製される材料に応じることが多い。除去される揮発性液体の量は、典型的には、成形液体の組成に応じて変化するであろう。例えば、揮発性液体組成物の少なくとも１０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも９０重量％、又は更には少なくとも９９重量％が除去される。
【0030】
第４の工程では、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物は、（例えば、振動、強制空気、真空、及び又は屈曲によって）モールドから分離され、それによって、横断方向の障害物の間に配接された平行な線状溝の部分に対応する形状を有する細長い前駆体研磨粒子を形成する。細長い前駆体研磨粒子は、それらを作製するために使用されるモールドの所定の間隔に対応する長さを有する。プロセスにおけるこの時点で、細長い前駆体研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方は、成形部分及び破断部分の両方を含む。
【0031】
第５の工程では、上で製造された細長い前駆体研磨粒子の少なくとも一部は、例えば、任意の焼成、続いて細長い研磨粒子への焼結によって変換される。典型的には、これは細長い研磨粒子をもたらし、細長い研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方は、成形部分及び破断部分の両方を含むが、これらの末端特徴部は、取り扱い、任意の焼成、及び／又は焼結のプロセス中に低減又は排除されてもよい。例えば、破断表面は、より滑らかになり得、突起部は取り除かれてもよい。
【0032】
変換プロセスに応じて、モールドは様々な材料を含んでもよい。燃焼が必要とされるならば、このときは、モールドは可燃性であるべきであり、そうでなければ、不燃性材料（例えば、金属、セラミック、ガラス）で作製されてもよい。代表的な可燃性材料としては、ポリマー有機材料が挙げられる。好適なポリマー有機材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ（塩化ビニル）、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、前述の組み合わせなどの熱可塑性材料、及び熱硬化性材料が挙げられる。モールドは、概ね、平坦な底面と複数のモールドキャビティとを有することができ、これは生産工具内にあり得る。生産工具は、ベルト、シート、連続ウェブ、コーティングロール（例えば、輪転グラビア）、コーティングロール上に取り付けられたスリーブ、又はダイ（例えば、ねじ転造ダイ）とすることができる。生産工具は、ポリマー材料を含んでもよい。一実施形態において、工具がポリマー材料又は熱可塑性材料から作製される。別の実施形態では、乾燥中にゾル－ゲルと接触する工具の表面、例えば複数のキャビティ表面は、ポリマー材料を含み、一方工具の他の部分は、他の材料から作製することができる。好適なコーティングを金属工具に適用して、実施例の方法によってその表面張力特性を変更してもよい。
【0033】
モールドは、例えば、既知の方法に従って、マスター工具からの複製によって作製することができる。好ましくは、モールドは、完全に無関係なアプリケーション（例えば、建築モデルのサイディング）のために販売され得る商業的供給源から得られる。
【0034】
ポリマー工具又は熱可塑性工具は、金属マスター工具から複製することができる。マスター工具は、生産工具に望ましい逆パターンを有することになる。マスター工具は、生産工具と同一の方法で作製することもできる。１つの実施形態において、マスター工具は、金属、例えばニッケルで作製し、ダイヤモンドターニング加工される。ポリマーシート材料は、マスター工具とともに、２つを一緒に加圧成形することによりポリマー材料がマスター工具パターンでエンボス加工されるように、加熱することができる。ポリマー又は熱可塑性材料をまた、マスター工具上へ押し出し又はキャスティングし（cast）、次いで加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却し、固化させ生産工具を生産する。生産工具又はマスター工具の設計及び作製に関する更なる詳細は、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）、同第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎら）、同第５，６７２，０９７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９４６，９９１号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、及び同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎら）に見出すことができる。
【0035】
本開示の実施において有用なモールドは、典型的には成形表面の縁部の間に延びる、単離された平行な線状溝を有する。溝は、任意の横断面プロファイルを有してもよい。例としては、矩形、三角形、台形、円形（例えば、略半円形）、及びこれらの組み合わせが挙げられる。重要なことに、平行な線状溝は、互いに独立している。例えば、溝は、他の溝に流体連通していない（例えば、格子溝構造のように）。
【0036】
溝の主表面（すなわち、長手方向壁）は、好ましくは、細長い研磨粒子前駆体を機械的に捕捉しないように、平滑であり成形される（例えば、正確に成形される）。横断方向の障害物は、任意の機能的形状を有し得る。例えば、それらは、線状溝の底部又は側部から内方に延び得る突出部、隆起部、又は壁部であってもよい（例えば、図１Ａ～１Ｅを参照されたい）。横断方向の障害物は、溝を部分的に塞ぐだけであり、そのため、溝の全高及び全幅を延ばすべきではない。場合によっては、横断方向の障害物は、複雑な形状を有してもよい。ここで図２を参照すると、例示的な工具２００は、工具の調製に使用される押出プロセスの欠陥に起因して、分岐形状を有する障害物２３０を有する。好ましくは、横断方向の障害物は、溝の横断面積の少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、又は更には少なくとも６０％を妨害するが、他の量も使用されてもよい。同様に、横断方向の障害物は、好ましくは、溝の横断面積の９０％未満、８０％未満、７０％未満、６０％未満、又は更には５０％未満を妨害するが、他の量も使用されてもよい。第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方は、成形部分及び破断部分を有する。一般に、横断方向の障害物開口に対応する端部は、細長い前駆体研磨粒子を形成する際、又は細長い研磨粒子からの焼結後のいずれかで破断されるであろう。溝の長さ及び得られる細長い形状のセラミック本体に応じて、２つの破断した端部を有する製造された細長い研磨粒子の画分は変化し得る。好ましい実施形態では、２つの破断した端部を有する細長い形状のセラミック本体の画分は、少なくとも５０重量％、６０重量％、７０重量％、８０重量％、９０重量％、９５重量％、又は更には９９重量％であってもよい。溝の端部に形成されたものに対応する細長い形状のセラミック本体が除去される場合、細長い形状のセラミック本体の全ては、例えば、２つの破断した端部を有し得る。いくつかの場合には、溝の端部を越えて延在する少なくとも部分的に乾燥させた成形材料（例えば、モールドが溝の端部を越えて延びるプラテン上に載置される場合）を破断させることが可能であり得、この場合、細長い形状のセラミック本体の全てはまた、２つの破断した端部を有し得る。
【0037】
本開示に従って作製された細長い研磨粒子は、研磨物品に組み込むことができるか、又は緩んだ形態で使用することができる。細長い研磨粒子は、概ね、定められた粒径分布に等級分けしてから使用する。このような分布は、典型的には、粗粒子から微粒子までのある範囲の粒径を有する。研磨剤の技術分野において、この範囲は、「粗い」、「統制された」、及び「細かい」画分とときに呼ばれる。研磨剤業界公認の等級基準に従って等級分けされた細長い研磨粒子は、数値限界内での各公称等級に対する粒径分布を定めている。このような産業界公認の等級基準（すなわち、研磨剤産業界指定の公称等級）としては、アメリカ規格協会（ＡＮＳＩ）規格、研磨製品の欧州生産者連盟（ＦＥＰＡ）規格、及び日本工業規格（ＪＩＳ）として既知のものが挙げられる。
【0038】
いくつかの細長い研磨粒子の長さ対幅の比により、平均粒子幅（「Ｗａｖｇ」）、平均粒子長（「Ｌａｖｇ」）、及び／又は比Ｌａｖｇ／Ｗａｖｇに基づいて粒子をサイズ決定することが好ましい場合がある。例えば、これらは、Ｗａｖｇ＝１１１０±５５ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝１．５～３．５；Ｗａｖｇ＝８９０±４５ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝１．５～３．５；Ｗａｖｇ＝５１０±２６ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝２．９～４．５；Ｗａｖｇ＝３４０±１７ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝３．１～４．９；Ｗａｖｇ＝２４０±１２ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝３．３～５．１；Ｗａｖｇ＝２４０±１２ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝３．３～５．１；Ｗａｖｇ＝１９４±７ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝３．３～５．１；Ｗａｖｇ＝１４６±６ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝３．３～５．１；Ｗａｖｇ＝１３２±５ミクロンかつＬａｖｇ／Ｗａｖｇ＝３．３～５．１の値を有してもよい。
【0039】
細長い研磨粒子の幅は、任意の所望の寸法であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、幅は、少なくとも１００ミクロン、少なくとも１５０ミクロン、少なくとも２００ミクロン、少なくとも２５０ミクロン、少なくとも５００ミクロン、少なくとも１０００ミクロンであってもよい。同様に、いくつかの実施形態では、幅は、例えば、２５００ミクロン未満、１５００ミクロン未満、１０００ミクロン未満、５００ミクロン未満、４００ミクロン未満、３００ミクロン未満、又は２００ミクロン未満であってもよい。
【0040】
本開示による細長い研磨粒子は、所望であれば、他の研磨粒子（例えば、破砕研磨粒子）と組み合わせて使用することができる。本開示による細長い研磨粒子は、緩んだ形態又はスラリーで使用されてもよく、及び／又は研磨製品（例えば、結合研磨剤、コーティング研磨剤、及び不織布研磨剤）に組み込まれてもよい。特定の研磨用途に使用される細長い研磨粒子を選択する際に使用される基準としては、典型的には、研磨寿命、切断速度、基材表面仕上げ、研削効率、及び製品コストが挙げられる。
【0041】
好ましい一実施形態では、細長い前駆体研磨粒子は、モールドから分離され、任意に破断され、所望の粒径分布に等級付けされ、焼成（任意の工程）によって細長い研磨粒子に変換され、高温で焼結される。先に破断されていない場合（例えば、細長い前駆体研磨粒子段階で）、細長い研磨粒子は、破断され、所望の粒径分布に等級付けされ得る。細長い前駆体研磨粒子は、例えば重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気によって溝から取り外すことができる。所望であれば、研磨粒子前駆体は、モールドの外側で更に乾燥させることができる。任意であるが、好ましくは、細長い前駆体研磨粒子は、５００℃～８００℃の温度で、十分な時間（例えば、数時間）焼成されて、結合した水を除去し、取り扱いにおける耐久性を高める。これにより、焼成された細長い前駆体が得られる。焼結は、米国特許第８，１４２，５３１号（Ａｄｅｆｒｉｓら）に記載されているオーブン又はキルン内で、又はＰＣＴ国際出願公開第２０１４／１６５３９０（Ａ１）号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に記載されているように火炎を通過することによって達成され得る。
【0042】
別の好ましい実施形態では、細長い前駆体研磨粒子は、モールド（可燃性材料で作製される）内に残され、加熱されてモールドを消失させ、それらを焼成（任意の工程）によって細長い研磨粒子に変換して、高温で焼結する。本開示による細長い研磨粒子は、少なくとも２つの長手方向表面によって互いに接合された対向する第１及び第２の端部を有する細長い形状のセラミック本体を含む。第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方、好ましくは両方の端部は、成形部分及び破断部分を有する。
【0043】
ここで図３Ａを参照すると、例示的な細長い前駆体研磨粒子３００は、３つの長手方向に配向された連続外側表面３３０、３３２、３３４によって分離され、かつ互いに接合される、対向する第１及び第２の端部３２０、３２２を有する細長い形状のセラミック本体３１０を有する（図３Ｂを参照）。端部３２０は、成形部分３５０と、突出部３６０を含む破断部分３５２（図３Ｂを参照）との両方を有する。細長い前駆体研磨粒子３００は、台形の横断面形状を有する。
【0044】
ここで図４Ａを参照すると、例示的な細長い研磨粒子４００は、４つの長手方向に配向された連続外側表面４３０、４３２、４３４、４３６によって分離され、かつ互いに接合される、対向する第１及び第２の端部４２０、４２２を有する細長い形状のセラミック本体４１０を有する（図４Ｂを参照し、また細長い研磨粒子４００を作製するために使用されたモールドについては、図１Ａを参照されたい）。ここで図４Ｂを参照すると、端部４２０は、成形部分４５０と、突出部４６０を含む破断部分４５２の両方を有する。細長い研磨粒子２００は、台形の横断面形状を有する。
【0045】
細長い研磨粒子及びその細長い前駆体研磨粒子は、少なくとも２のアスペクト比を有してもよい。いくつかの実施形態では、細長い研磨粒子及びその細長い前駆体研磨粒子は、少なくとも４、少なくとも６、又は更には少なくとも１０のアスペクト比を有してもよい。
【0046】
本開示は、表面を研磨する方法を更に提供する。本方法は、本開示による細長い研磨粒子及び／又は研磨物品（例えば、結合研磨ホイール）を、ワークピースの表面と接触させることと、細長い研磨粒子又は接触表面のうちの少なくとも一方を移動させて、細長い研磨粒子及び／又は研磨物品と表面の少なくとも一部を研磨することと、を含む。本開示に従って作製された細長い研磨粒子を用いて研磨する方法は、スナッギング（すなわち、高圧高ストック除去）から艶出し仕上げ（例えば、被覆研磨剤ベルトで医療用インプラントを艶出し仕上げする）まで及び、後者は、典型的には、より微細な等級の細長い研磨粒子で実行される。細長い研磨粒子はまた、ビトリファイド結合ホイールを有する研削カムシャフトなどの精密研磨用途に使用されてもよい。特定の研磨用途において使用される細長い研磨粒子の大きさは、当業者には明らかであるだろう。
【0047】
本開示による細長い研磨粒子を用いた研磨は、乾式又は湿式で行うことができる。湿式研磨に関しては、液体が導入され、ライトミストの形態で供給され、完全に浸水させてもよい。一般的に使用される液体の例としては、水、水溶性油、有機潤滑剤、及びエマルションが挙げられる。液体は、研磨に伴う熱を減少させるように作用し、かつ／又は潤滑剤として作用し得る。液体は、殺菌剤、消泡剤等の少量の添加物を含有してもよい。
【0048】
本開示に従って作製された細長い研磨粒子は、例えば、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、硬化鋼、チタン、ガラス、セラミック、木材、木材様材料（例えば、合板及びパーティクルボード）、塗料、塗装表面、有機コーティング表面などのワークピースを研磨するのに有用であり得る。研磨中に適用される力は、典型的には約１～約１００キログラムの範囲である。
【0049】
結合研磨物品は、典型的には、有機、金属、又はビトリファイドバインダーによって一緒に保持された研磨粒子（例えば、本開示による細長い研磨粒子）の成形塊状物を含む。かかる成形塊状物は、例えば、研削ホイール又はカットオフホイールなど、ホイールの形態であり得る。研削ホイールの直径は、典型的には約１ｃｍ～１メートル超であり、カットオフホイールの直径は、約１ｃｍ～８０ｃｍ（より典型的には、３ｃｍ～約５０ｃｍ）の直径である。カットオフホイールの厚さは、典型的には約０．５ｍｍ～約５ｃｍであり、より典型的には約０．５ｍｍ～約２ｃｍである。成形塊状物は、例えば、ホーニング砥石、セグメント、マウンテッドポイント、ディスク（例えば、ダブルディスクグラインダー）、又はその他の従来の結合研磨形状などの形態であり得る。結合研磨物品は、典型的には、結合研磨物品の全体積に基づいて、約３～５０体積％の結合材料、約３０～９０体積％の細長い研磨粒子（又は粉砕研磨粒子とのそのブレンド）、最大５０体積％の添加剤（研削助剤を含める）、及び最大７０体積％の細孔を含む。
【0050】
例示的な研削ホイールを、図５に示す。ここで図５を参照すると、バインダー材料５２０（例えば、有機バインダー又はガラス質バインダー）内に本開示に従って作製された細長い研磨粒子５１０を含み、ホイールに成形され、ハブ５３０上に取り付けられた研削ホイール５００が描写されている。
【0051】
結合研磨物品を作製するための好適な有機バインダーとしては、熱硬化性有機ポリマーが挙げられる。好適な熱硬化性有機ポリマーの例としては、フェノール樹脂、尿素－ホルムアルデヒド樹脂、メラミン－ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ペンダントα，β－不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリルウレタン、アクリルエポキシ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。バインダー及び／又は研磨物品はまた、繊維、潤滑剤、湿潤剤、チキソトロープ材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、及び／又は黒鉛）、カップリング剤（例えば、シラン、チタネート、及び／又はジルコアルミネート）、可塑剤、懸濁剤などの添加剤も含み得る。これら任意選択の添加剤の量は、所望の性質が得られるように選択される。カップリング剤は、細長い研磨粒子及び／又は充填剤との接着を改善することができる。バインダーの化学物質は、熱硬化、放射線硬化、又はこれらの組み合わせで硬化されてもよい。バインダーの化学的性質に関する追加の詳細は、米国特許第４，５８８，４１９号（Ｃａｕｌら）；同第４，７５１，１３８号（Ｔｕｍｅｙら）、及び同第５，４３６，０６３号（Ｆｏｌｌｅｔｔら）において確認することができる。
【0052】
非晶質構造を示し、典型的には硬質であるガラス質バインダーは、当該技術分野において周知である。場合によっては、ガラス質バインダーは結晶相を含む。本開示に従って作製されたビトリファイド結合研磨物品は、ホイール（カットオフホイールを含む）、ホーニング砥石、マウンテッドポイントの形状、又はその他の従来の結合研磨剤の形状であってよい。いくつかの実施形態では、本開示に従って作製されたビトリファイド結合研磨物品は、研削ホイールの形態である。
【0053】
ガラス質バインダーは、例えば、シリカ、ケイ酸塩、アルミナ、ソーダ、カルシア、ポタシア、チタニア、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化リチウム、マグネシア、ボリア、ケイ酸アルミニウム、ホウケイ酸ガラス、ケイ酸アルミニウムリチウム、及びこれらの組み合わせなどの様々な金属酸化物を加熱することによって作製することができる。典型的には、ガラス質バインダーは、１０～１００％のガラスフリットを含む組成物から形成することができるが、より典型的には、この組成物は２０％～８０％のガラスフリット、又は３０％～７０％のガラスフリットを含む。ガラス質結合材料の残りの部分は、非フリット材料であり得る。あるいは、ガラス質結合は、非フリット含有組成物から誘導されてもよい。ガラス質結合材料は、典型的には、約７００℃～約１５００℃の範囲の温度で養生が行われ、通常は約８００℃～約１３００℃の範囲内の温度、場合によっては約９００℃～約１２００℃の温度、又は更には約９５０℃～約１１００℃の範囲内の温度で養生が行われる。バインダー（結合剤としても知られる）が養生される実際の温度は、例えば、個々の結合の化学的性質によって変動する。
【0054】
いくつかの実施形態では、ビトリファイドバインダーとしては、シリカ、アルミナ（望ましくは、少なくとも１０重量％のアルミナ）、及びボリア（望ましくは、少なくとも１０重量％のボリア）を含むものが挙げられる。ほとんどの場合、ビトリファイド結合材料は、アルカリ金属酸化物（例えば、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ）（場合によっては、少なくとも１０重量％のアルカリ金属酸化物）を更に含む。
【0055】
バインダー材料は、典型的には粒子状材料の形態の充填材料又は研削助剤も含有し得る。典型的には、粒子状材料は、無機材料である。本開示に関して有用な充填剤の例には、金属炭酸塩（例えば、炭酸カルシウム（例えば、白亜、方解石、泥灰土、石灰華、大理石、及び石灰岩）、カルシウム炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム）、シリカ（例えば、石英、ガラスビーズ、グラスバブルズ、及びガラス繊維）ケイ酸塩（例えば、タルク、粘土、（モンモリロナイト）長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム）硫酸金属（例えば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、アルミニウム硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウム）、石膏、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、金属酸化物（例えば、酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）、及び亜硫酸金属塩（例えば、亜硫酸カルシウム）が挙げられる。
【0056】
一般に、研削助剤の添加は、研磨物品の耐用年数を増加させる。研削助剤は、研磨の化学的及び物理的プロセスに著しい影響を与え、改善された性能をもたらす材料である。理論によって束縛されることを望むものではないが、研削助剤は、（ａ）研磨粒子と研磨されるワークピースとの間の摩擦を減少させる、（ｂ）研磨粒子の「キャッピング」を防止する（すなわち、研磨粒子の上部に金属粒子が溶着するのを防止する）か、あるいは研磨粒子のキャッピングの傾向を少なくとも軽減する、（ｃ）研磨粒子とワークピースの間の界面温度を低下させる、又は（ｄ）研削力を軽減すると考えられている。
【0057】
研削助剤は、多様な異なる材料を包含し、無機系であっても有機系であってもよい。研削助剤の化学物質群の例としては、ワックス、有機ハライド化合物、ハライド塩、金属及びその合金が挙げられる。有機ハライド化合物は、典型的には、研磨中に分解し、ハロゲン酸又はガス状のハライド化合物を放出する。かかる材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレンのような塩素化ワックス、及びポリ塩化ビニルが挙げられる。ハライド塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウムクリオライト、ナトリウムクリオライト、アンモニウムクリオライト、テトラフルオロホウ酸カリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、及び塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、及び鉄チタンが挙げられる。他の各種研削助剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、黒鉛、及び金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組み合わせを使用することもまた、本開示の範囲内にあり、いくつかの事例において、これは、相乗的効果をもたらすことができる。
【0058】
結合研磨物品は、本開示による１００％の細長い研磨粒子、又はこのような研磨粒子と他の研磨粒子及び／又は希釈剤粒子とのブレンドを含有することができる。しかしながら、研磨物品中の研磨粒子の少なくとも約２重量％、望ましくは少なくとも約５重量％、より望ましくは約３０～１００重量％は、本開示に従って作製された細長い研磨粒子であるべきである。いくつかの例では、本開示に従って作製された細長い研磨粒子は、５～７５重量％、約２５～７５重量％、約４０～６０重量％、又は約５０～５０重量％（すなわち、重量で同量）で、他の研磨粒子及び／又は希釈剤粒子とブレンドされてもよい。好適な従来の研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム（白色溶融アルミナ、熱処理酸化アルミニウム及び褐色酸化アルミニウムを含む）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナ－ジルコニア、及びゾル－ゲル由来研磨粒子、研磨材凝集体、及びこれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの例では、研磨粒子のブレンドは、１００％のいずれかの種類の研磨粒子を含む結合研磨物品と比較して、改善された研削性能を示す結合研磨物品をもたらし得る。研磨粒子のブレンドが存在する場合、ブレンドを形成する研磨粒子の種類は同じサイズであってもよい。あるいは、研磨粒子の種類は、異なる粒径であってもよい。
【0059】
好適な希釈剤粒子の例としては、大理石、石膏、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラスバブル及びガラスビーズを含む）、アルミナバブル、アルミナビーズ及び希釈剤凝集体が挙げられる。
【0060】
研磨粒子は、研磨物品内に均一に分布させることができるか、又は研磨物品の選択された領域又は部分に集中させることができる。例えば、結合研磨剤では、研削ホイールの２つの別個の部分が存在してもよい。最も外側の部分は、本開示に従って作製された研磨粒子を含んでもよく、その一方で、最も内側の部分は含むことはない。あるいは、本開示に従って作製された細長い研磨粒子は、結合研磨物品全体にわたって均一に分布されてもよい。樹脂結合研磨物品に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号（Ｒｕｅ）、同第４，７４１，７４３号（Ｎａｒａｙａｎａｎら）、同第４，８００，６８５号（Ｈａｙｎｅｓら）、同第４，８９８，５９７号（Ｈａｙら）、同第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ－Ｍａｔｈｅｎｙら）、同第５，０３７，４５３号（Ｎａｒａｙａｎａｎら）、同第５，１１０，３３２号（Ｎａｒａｙａｎａｎら）、及び同第５，８６３，３０８号（Ｑｉら）に見出すことができる。ガラス質結合研磨剤に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号（Ｒｕｅ）、同第４，８９８，５９７号（Ｈａｙら）、同第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ－Ｍａｔｈｅｎｙら）、同第５，０９４，６７２号（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．ら）、同第５，１１８，３２６号（Ｓｈｅｌｄｏｎら）、同第５，１３１，９２６号（Ｓｈｅｌｄｏｎら）、同第５，２０３，８８６号（Ｓｈｅｌｄｏｎら）、同第５，２８２，８７５号（Ｗｏｏｄら）、同第５，７３８，６９６号（Ｗｕら）、及び同第５，８６３，３０８号（Ｑｉ）に見出すことができる。
【0061】
本開示の選択された実施形態
第１の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子の製造方法を提供し、本方法は、
平行な線状溝を有するモールドを準備することであって、平行な線状溝が、横断方向の障害物によって所定の間隔で部分的に中断されている、モールドを準備することと、
平行な線状溝の少なくとも一部分を流動性研磨粒子前駆体組成物で充填することであって、流動性研磨粒子前駆体組成物が平行な線状溝のうちの少なくとも１つの中にある、充填することと、
流動性研磨粒子前駆体組成物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を形成することと、
少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物をモールドから分離することにより、横断方向の障害物の間に配接された平行な線状溝の部分に対応する形状を有する細長い前駆体研磨粒子を形成することであって、所定の間隔が細長い前駆体研磨粒子の長さに対応し、細長い前駆体研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い前駆体研磨粒子を形成することと、
細長い前駆体研磨粒子を細長い研磨粒子に変換することと、を含む。
第１の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子の製造方法を提供し、本方法は、
平行な線状溝を有するモールドを準備することであって、平行な線状溝が、横断方向の障害物によって所定の間隔で部分的に中断されている、モールドを準備することと、
平行な線状溝の少なくとも一部分を流動性研磨粒子前駆体組成物で充填することであって、流動性研磨粒子前駆体組成物が平行な線状溝のうちの少なくとも１つの中にある、充填することと、
流動性研磨粒子前駆体組成物を少なくとも部分的に乾燥させて、少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物を形成することと、
少なくとも部分的に乾燥させた研磨粒子前駆体組成物をモールドから分離することにより、横断方向の障害物の間に配接された平行な線状溝の部分に対応する形状を有する細長い前駆体研磨粒子を形成することであって、所定の間隔が細長い前駆体研磨粒子の長さに対応し、細長い前駆体研磨粒子の対向する第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い前駆体研磨粒子を形成することと、
細長い前駆体研磨粒子を細長い研磨粒子に変換することと、を含む。
【0062】
第２の実施形態では、本開示は、平行な線状溝が、少なくとも２つの平坦面によって少なくとも部分的に画定され、平行な線状溝が、少なくとも２つの平坦面のうちの少なくとも一方から延びる横断方向の障害物によって、所定の間隔で部分的に中断されている、第１の実施形態に記載の方法を提供する。
【0063】
第３の実施形態では、本開示は、変換することが、任意に焼成することと焼結することとを含む、第１又は第２の実施形態に記載の方法を提供する。
【0064】
第４の実施形態では、本開示は、平行な線状溝が、２つの平坦面によって少なくとも部分的に画定されている、第１～第３の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0065】
第５の実施形態では、本開示は、平行な線状溝のそれぞれが、２つの平坦面によって画定されている、第１～第３の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0066】
第６の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子の対向する第１及び第２の端部の両方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、第１～第５の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0067】
第７の実施形態では、本開示は、破断部分が、突出部を含む、第１～第６の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0068】
第８の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子が、αアルミナを含む、第１～第７の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0069】
第９の実施形態では、本開示は、流動性研磨粒子前駆体組成物が、ベーマイト分散体を含む、第１～第８の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0070】
第１０の実施形態では、本開示は、横断方向の障害物が、分岐している、第１～第９の実施形態のいずれか１つに記載の方法を提供する。
【0071】
第１１の実施形態では、本開示は、少なくとも２つの長手方向に配向された連続表面によって境界付けられたセラミック本体と、少なくとも２つの長手方向に配向された表面によって分離された第１及び第２の端部とを含み、第１及び第２の端部のうちの少なくとも一方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、細長い研磨粒子を提供する。
【0072】
第１２の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子が、αアルミナを含む、第１１の実施形態に記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0073】
第１３の実施形態では、少なくとも２つの長手方向に配向された連続表面が、３つ又は４つの長手方向に配向された表面を含む、第１１又は第１２の実施形態に記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0074】
第１４の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子が、実質的に三角形又は台形の横断面を有する、第１１～第１３の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0075】
第１５の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子の対向する第１及び第２の端部の両方が、成形部分及び破断部分の両方を含む、第１１～第１４の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0076】
第１６の実施形態では、本開示は、破断部分が、突出部を含む、第１１～第１５の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0077】
第１７の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子が、少なくとも２の長さ対幅比を有する、第１１～第１６の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0078】
第１８の実施形態では、本開示は、細長い研磨粒子が、研磨工業規格の公称等級に適合する、第１１～第１７の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0079】
第１９の実施形態において、本開示は、少なくとも１つのバインダー中に保持された、第１１～第１８の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0080】
第２０の実施形態では、本開示は、研磨物品が、結合研磨物品を含む、第１１～第１９の実施形態のいずれか１つに記載の細長い研磨粒子を提供する。
【0081】
本開示の目的及び利点は以下の非限定的な実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される具体的な材料及びそれらの量、並びにその他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないものと解釈されるべきである。
【実施例】
【0082】
特に記載のない限り、実施例及び本明細書のその他の箇所における全ての部、百分率、比などは、重量によるものである。
【0083】
実施例１
以下のレシピを使用してベーマイトゾル－ゲルのサンプルを作製した：１６００部のＤＩＳＰＥＲＡＬ酸化アルミニウム一水和物粉末（Ｓａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）を、２４００部の脱イオン水及び７２部の７０％硝酸水溶液を含有する溶液を高剪断混合することによって分散させた。得られたゾル－ゲルを、１時間エージングした。図２に示すように、ゾル－ゲルを、障害物（すなわち、２．７５ｍｍの規則的な間隔で離間された０．９１７ｍｍの高さの壁）によって中断された平行な線状溝（頂部１．１５ｍｍ、深さ１．００ｍｍ、底部出の幅０．１５ｍｍ）を含有するポリプロピレン工具に押し込んだ。障害物は、溝の壁と同じ垂直高さまで延びなかった。
以下のレシピを使用してベーマイトゾル－ゲルのサンプルを作製した：１６００部のＤＩＳＰＥＲＡＬ酸化アルミニウム一水和物粉末（Ｓａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）を、２４００部の脱イオン水及び７２部の７０％硝酸水溶液を含有する溶液を高剪断混合することによって分散させた。得られたゾル－ゲルを、１時間エージングした。図２に示すように、ゾル－ゲルを、障害物（すなわち、２．７５ｍｍの規則的な間隔で離間された０．９１７ｍｍの高さの壁）によって中断された平行な線状溝（頂部１．１５ｍｍ、深さ１．００ｍｍ、底部出の幅０．１５ｍｍ）を含有するポリプロピレン工具に押し込んだ。障害物は、溝の壁と同じ垂直高さまで延びなかった。
【0084】
ゲルをプロピレン工具に押し込む前に、ピーナッツ油の局所コーティングを、約１０インチ×３６インチ（２５ｃｍ×９１ｃｍ）の寸法を有するシート上で、約２グラムの１重量％のピーナッツ油溶液をメタノール中でブラッシングすることによって得た。ゾル－ゲルを、溝が完全に充填されるように、パテナイフを使用してシートに広げた。次いで、ゾル－ゲルを含有するシートを、２時間風乾させた。乾燥後、シートを振盪して、得られた前駆体成形粒子を除去した。このようにして得られた代表的な細長い前駆体研磨粒子を、図３Ａ～３Ｃに示す。
【0085】
細長い前駆体研磨粒子を、空気中で約摂氏６５０度（℃）にて１５分間焼成し、次いで、以下の濃度の混合硝酸塩溶液（酸化物として報告）で飽和させた：ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３のそれぞれ１．８％。過剰な硝酸塩溶液を除去し、飽和した前駆体成形粒子を乾燥させて、その後、この粒子を再び６５０℃で焼成し、約１４００℃で焼結した。焼成及び焼結はどちらも回転管状窯を用いて実行した。上記の方法によって製造された代表的な細長い研磨粒子を、図４Ａ及び４Ｂに示す。脆弱片は、焼結研磨粒子には存在せず、前駆体粒子の加工及び焼成中に本質的に破断しないことに留意されたい。残りの粒子は、一貫した長さのものであった。
【0086】
上記特許出願において引用された全ての文献、特許文献及び特許出願は、一貫した形でそれらの全容が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。前述の記載は、当業者が、特許請求の範囲に記載の開示を実践することを可能にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本開示の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】