JPH02185587A - 研摩材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高融点、高硬度の無機質の材料（ｎｏｎ−ｏ
ｒｇａｎｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ）の製造に関し、更
に詳しくは、大体において電熱工程（ｅｌｅｃｔｒｏｔ
ｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓ　）の生産物であり、かつ
基材として、高硬度、高力（ｈ　ｉｇｈ−ｓｔｒｅＢｈ
　）コランダム結晶（α・八１２０３）を含有する研摩
材（ａｂｒａｓｉｖｅ　＋ｎａｔｅｒｉａｌ）に関する
。前記研摩材は、その砕解（ｄｅｓｉｎｔｅｇｒａｔｉ
ｏｎ）により、砥粒を製造することに向けられるもので
ある。前記砥粒は、セラミック及び有機の結合剤により
金属加工に用いられる研摩具を製造するために主として
使用される。

従来の技術 研摩材の砕解工程によって得られる砥粒は二つの群に分
けられる。第１の群はコランダムの単結晶よりなる単結
晶砥粒（ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌ　ｇｒａｉｎｓ）を含
む。第２の群は、その界面或いは内部に付属の（ａｎｃ
　ｉ　Ｉ　Ｉａｒｙ　）不純物の無機質の介在物（１ｎ
ｃｌｕｓｉｏｎ）が見い出されるいくっがのコランダム
結晶を含有する集合砥粒（ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｇｒａ
ｉｎｓ）を包含する。

前記研摩材を特徴づける主な特色は、そのコスト及び不
足（５ｃａｒｅ　ｉ　ｔｙ　）は言うまでもなく、それ
から製造される砥粒の強度及び摩損性（ａｂｒａｓｉｖ
ｅｎｅｓｓ）である。

単結晶の砥粒の強度は、コランダム結晶の強度によって
決定される。これらの砥粒は、一般に、集合砥粒に比へ
てより高い強度を特色とする。集合砥粒の強度は、これ
らの砥粒に含有されるコランダム結晶の大きさ、コラン
ダム結晶の界面に介在物として見い出される不純物及び
添加物等の付属の無機物の量及び種類、及びこれらの介
在物の大きさに依存する。一般に、コランダム結晶の大
きさ及び不純物の無機質の介在物の量及び大きさがより
小さい程、また、これらの無機物の強度がより高い程、
集合砥粒の強度はより高い。

前記砥粒の摩損性は、コランダム結晶、不純物及び添加
物の硬度によって決定され、また、前記砥粒の自己鋭利
化する（　ｓｅ　ｌ　ｆ−ｓｈａｒｐｅｎ　）能力、即
ち、金属加工工程における砥粒を破壊して新しい切断面
を形成する能力に依存する。

すべての研摩材は、出発の研摩材を融解し、次いで得ら
れた融解物を冷却することによって製造され、その冷却
の過程で前記融解物は結晶化される。研摩材の所望の構
造（主な結晶の粒径、介在物の大きさ等）は、前記熔融
物の冷却の仕方を選択することによって得られる。

コランダム結晶よりなる研摩材か知られている。

これらの研摩材の代表的な例は白色合成コランタム（ｗ
ｈｉｔｅ　５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｃｏｒｕｎｄｕｍ）で
ある。この合成コランダムは、５０ないし７００ミクロ
ンの大きさの不純物の無機物Ｎａ、０・１１＾１２０３
の介在物を包含する（ニー、ビー、カルジン（＾Ｐ、Ｇ
ａｒｓｈｉｎ）イ也、゛アブラジヴニエマテリアリ（八
ｂｒａｚｉｖｎｙｅｍａｔｅｒｉａｌｙ）　”　、１９
８３年、マシノストロエニエ（Ｍａｓｈｉｎｏｓｔｒｏ
ｅｎｉｅ）　　（レニングラード（Ｌｅｎ　ｉ　ｎｇｒ
ａｄ　））　、１１９〜１２３頁）。

白色合成コランダムを得るために、技術的に純粋な酸化
アルミニウム、即ちアルミナが原料として使用される。

砥粒を得るために白色合成コランダムを加工処理する間
に、特に３００ないし７００ミクロンの大きさを存する
粗大な介在物の形態で存在する不純物の無機物の一部は
、スライム（ｓｌｉｍｅ）粒子の大きさ迄粉砕され、除
去される。その結果、得られた砥粒は、出発の研摩材に
比へて、コランタム結晶が幾分豊富になり、即ち、より
高い強度を特色づりる。白色合成コランダムを加工処理
して得られる砥粒の一部は単結晶の粒であり、また、部
は５０ないし２５０ミクロンの大きさのＮａ２Ｏ・１１
八１２０．の介在物を含有する集合粒（ａｇｇｒｅｇａ
ｔｅｇｒａ　ｉｎｓ　）である。

このような、アルミナを融解することによって製造され
る研摩材は、これらの材料が、アルミナ中の酸化す１〜
リウムの存在により研摩材を製造する工程中で形成され
、また、コランダム結晶の界面に晶出される高アルミナ
アルミン酸す１ヘリウム（ｈｉｇｈ−ａｌｕｍｉｎａ　
ｓｏｄｉｕｍ　ａｌｕｎ＋ｉｍａｔｅ）を含む点で不利
である。コランダム結晶の界面における高アルミナアル
ミン酸ナトリウムの存在は、応力を集中させるものであ
り、この材料から製造される集合粒の低下した機械的強
度をもたらす。さらに、高アルミナアルミン酸ナトリウ
ムは、コランダムの硬度よりも低い硬度を特色とするの
で、該介在物の存在は、前記砥粒の減少せしめられた摩
損性をもならず。

また、アルミナを融解し、該融解物に、酸化チタン、酸
化クロム、酸化バナジウムまたそれらの混合物を添加し
、次いで、その得られた融解物を冷却して製造される研
摩材は知られている（ニーピー、ガルシン他、゛アブラ
ジヴニエマテリアリ”　、１９８３年、マシノストロエ
ニエ、（レニングラード）、１２３〜１２６頁）。

これらの材料の製造工程において、前記添加物のいずれ
か一つは、酸化アルミニウム中でこれらの化合物の固溶
体を形成し、それによって、コランダム結晶の強度は増
加し、即ち、この材料から得られる砥粒の強度はより高
くなる。

しかし、すでに述べた材料の場合と同様に、５０ないし
２５０ミクロンの大きさを有するＮａ２Ｏ・１１Ａ１２
０３の介在物の存在のため、この材料から作られた砥粒
の摩損性は充分に高くない。

さらに、前記添加物の各々は研摩材中に存在し、それ自
身の欠点をもたらす。酸化チタンを添加して製造された
研摩材は、研摩具を製造する場合に、砥粒の強度の低下
をもたらすような窒化チタン及び炭化チタンの介在物を
含んでいる。これは、研摩具の製造工程において、この
研摩材の砥粒を約１１００℃の温度で熱処理する間に、
前記研摩材に含まれる炭化チタン及び窒化チタンについ
て、砥粒の強度の低下をもたらずような、それらの体積
変化を伴って、酸化か生じることによるものと考えられ
る。酸化クロムを添加して製造された研摩材は、金属ク
ロムの介在物を含有し、該金属クロム介在物は、該研摩
材から製作される研摩具の研摩特性を低下させがちであ
り、即ち、金属加工（研摩）中の焼け（ｂｕｒｎｓ　）
の公算を高めがちである。バナジウム添加物に関しては
、研摩材中のこれらの添加物の使用は、バナジウムの不
足と高コストのため、実用的ではないことが分かった。

コランダム及びハラブリ石（酸化ジルコニウム）の結晶
を含有する研摩材が知られている。この研摩材において
、１０ないし７０ミクロンの大きさのコランダムの結晶
が、１ないし５ミクロンの結晶寸法を有する微細結晶の
コランダム−バラブリ石共晶によ−）で互いに結合され
ている（ニービー、カルジン他、″アブラジヴニエマテ
リアリ゛’　、１９８３年、マシノストロエニエ、（レ
ニングラード）　−１２６〜１３１頁）。

このような研摩材から製造された砥粒の強度は、上記材
料の強度より高く、これは、先ず第一に、コランダム−
バラブリ石共晶の存在によるものと考えられる。

しかし、バラブリ石は、コランダムに比べて低い強度を
特色とするので、砥粒の摩損性は十分ではない。

さらに、研摩材の中に存在するバラブリ石は、有機結合
剤のみで研摩具を製造するのに適するように研摩材を製
造する。１１００℃の温度（研摩具を製作するときの熱
処理温度）で酸化ジルコニウムはかなりの体積変化を伴
う変性を受け、それによって砥粒の破壊に至るまでの、
砥粒の強度の著しい低下がおきる。そのほかのこの材料
の欠点は、その中に酸化ジルコニウムが存在する故に不
足と高コストである。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、比較的低いコストと稀少性で、それから作ら
れる砥粒の高い強度と摩損性を与えるように、無機物を
添加物として包含し、かつこれらの無機物がコランダム
結晶に対して配列され、コランダム及び添加物の結晶が
大きさを有しているコランダムを基材とする研摩材を提
供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 これは、本発明に従って、添加物として、スピネル、灰
長石ガラス（ａｎｏｒｔｈｉ−ｔｉｅ　ｇｌａｓｓ）　
、菫青石ガラス（ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｉｃ　ｇｌａｓｓ
）、及びスピネルと前記ガラスのいずれかとの混合物よ
りなる群から選択される無機物の１．５ないし７．５質
量％を含有し、前記コランダム結晶は５ないし３５０ミ
クロンの大きさを有し、前記添加物はコランダム結晶間
に２０ミクロン以下の厚さの中間の層の形態で広がって
いることを特徴とするコランダム結晶と添加物を含有す
る研摩材を提供することによって実現される。

発明者は、添加物、スピネル（ＭｇＯ・＾１２０３）、
灰長石ガラス（２Ｍｇ０・５Ｓｉ０２・２Δβ２０３）
、菫青石ガラス（ＣａＯ・Δ１２０３・２ＳｉＯ，）又
は前記無機物の混合物を含有するコランダムを基材とす
る研摩材が、その微細構造（ｍ１ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕ
ｒｅ　）において、適当な相の析出物（ｄｅｐｏｓ　ｉ
　ｔ　１ｏｎｓ　）を有しており、マグネシアスピネル
及び／または菫青石ガラスまたは灰長石ガラスが、コラ
ンダム結晶の間に中間の層の形態で広がっていることを
実験的に見いだした。前記添加物材料のいずれか一つが
、１０００℃ないし１３００℃の温度（研摩具の焼成の
温度）において、熱安定であるので、その製造中に、研
摩具の強度の低下は生じない。それに、前記添加物とし
て使用される前記無機物が、そのほかの無機物と比べて
コランダムの微小硬度により精密に近似する高い微小硬
度を特色とするので、この添加物を含有する研摩材は高
い摩損性を有する。

研摩材を製造するとき、酸化カルシウム、酸化マグネシ
ウム、及び酸化ケイ素を含有するコランダム融解物の結
晶化中に、コランダム結晶の間に発達する前記無機物の
相は、−・次のコランタム結晶の継続した成長に対する
よりも、むしろ新しい結晶中心（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚ
ａｔｉｏｎ　ｃｅｎｔｒｅｓ）の生成に対して寄与する
。このために、それから製造される砥粒の強度の特色に
確実な影響を及ぼす研摩材の微細等軸結晶構造が得られ
る。

コランダム結晶の大きさ及び中間の層の厚さは、研摩材
を製造するときの融解物の冷却の仕方による。

発明者が見いたしたように、５ミクロン未満の大きさの
コランダム結晶について、砥粒の摩損性は著しく低く、
これはその摩耗のような変化によるものと考えられる。

コランダム結晶部分の漸次のスポーリングの代わりに、
比較的滑らかなレリーフを伴って摩耗部（ｕ＋ｅａｒ　
５ｉｔｅｓ）の形成が起きる。

コランダム結晶がその横断面で３５０ミクロンを越える
とき、砥粒の強度は徹底的に下がる。

中間の層の厚さが２０ミクロンを越えるとき、砥粒の強
度は、これら中間の層が応力を集中させるものとなるの
で、急に下がり始める。

添加物の含有量が１．５質量％未満であるとき、砥粒の
強度の急な減少が観察される。

添加物の含有量が７．５質量％を越えるとき、砥粒の摩
損性は、砥粒中のほとんどの硬質の相（コランダム）の
量の減少のために、砥粒の摩損性はかなり減少する。

実施例 研摩材は、次のように製造される。通常の方法で、酸化
アルミニウムが、ＭｇＯ１ＳｉＯ１ＣａＯの群からの一
つまたはそれ以上の酸化物、例えはケイ酸マグネシウム
、ケイ酸カルシウムまたは純酸化物を含有する添加物と
共に、電弧炉中で融解される（ニー、ビー、ガルシン他
、“アブラジヴニエマテリアリ“、　１９８３年、マシ
ノス１〜ロエニエ、（レニングラード）　、１１９〜１
２１頁、１２６〜１３１頁）。

投入される添加物の百分率は、所望の研摩材の組成及び
その全質量中の添加物の無機物の質量分率に従って計算
される。例えば、化学量論的な割合に基づいて、５質量
％のスピネルの中間の層を含む材料を得るように１．４
％の酸化マグネシウムが混合物中に添加されなければな
らない。該無機物の中間の層の厚さは、融解物の冷却の
工程を制御することによって調整される。かくして、例
えばボール等の複数の金属体で満たされた小さな容器内
あるいはローラー晶出器（ｒｏｌ　Ｉｅｒ−ｃｒｙｓｔ
ａｉｚｅｒｓ）内で、融解物を比較的急速に冷却すると
、その結果として生じる研摩材は、０．３ないし５．０
ミクロンの厚さの無機物の中間の層を有する５ないし９
０ミクロンのコランダム結晶を有する。

融解物を比較的ゆっくり冷却すると、例えば、５ないし
５００ＫＩ？の質量を有する鋳塊（１Ｂｏｔｓ　）で、
２８０ないし３５０ミクロンのコランダム結晶と、１０
ないし２０　ミクロンの厚さの中間の層を有する研摩材
が得られる。冷却に続いて晶出された材料は、破砕、砕
解及びふるい分けを受ける。

得られた材料の品質は、それから製造される砥粒の強度
及び摩損性によって判定される。特に、この材料は、硬
質の合金プレートの間で１２５０ないし１６００ミクロ
ンの大きさの１００の砥粒を破損させる程度の強度につ
いて試験された。

摩損性は、カラスディスクを用いる通常の摩耗試験によ
って評価された。１２０ないし１６０ミクロンの大きさ
の砥粒が使用された。

種々の組成及び構造の研摩材についての試験データを表
１及び２にあげる。

（以下、余白） 表１かられかるように、提案した１、５質量％未溝の添
加物の含有量（４，９，１，４行）については、砥粒の
強度は急に下がり、７５質量％を越える添加物含有量（
５，１０，１５行）については、砥粒の摩損性は相当に
減少する。

表２かられかるように、５ミクロン未満の提案した研摩
材の大きさのコランダム結晶（５，１１１６、２１行）
について、砥粒の摩損性は相当に減少し、また３５０ミ
クロンを越えるコランダム結晶の大きさ（４，１０，１
５，２０行）について及び／または２０ミクロンを越え
る添加物（ａｄｄｉｔｉｏｎ　）の無機物の中間の層の
厚さ（６，１０，１５，２０行）については、砥粒の強
度は明らかに下がる。

研究は、発明者によって、提案した研摩材製の砥粒の１
１００ないし１３００℃の温度（研摩具を製作するとき
の焼成の温度）における熱処理に関して行われ、砥粒の
強度が熱処理によって減少しないことが分かった。

発明の効果 前記研摩材は、それを砕解することにより、砥粒を作る
ことに向けられる。前記砥粒は、金属加工セラミック及
び有機の結合剤により金属加工に用いられる研摩具を製
造するために主として使用される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　コランダム結晶と添加物を含有する研摩材において、
   該研摩材が、添加物として、スピネル、灰長石ガラス、
   菫青石ガラス及びスピネルと前記ガラスのいずれかとの
   混合物よりなる群から選択される無機物の１．５ないし
   ７．５質量％を含有し、前記コランダム結晶は５ないし
   ３５０ミクロンの大きさを有し、前記添加物はコランダ
   ム結晶間に２０ミクロン以下の厚さの中間の層の形態で
   広がっていることを特徴とする研摩材。