(57)【要約】非晶質材料およびセラミック材料を製造するための溶融紡糸方法。
2005534603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック含有ガラスを製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してセラミック含有ガラスを得る工程を含み、前記溶融物が、前記溶融物の全金属酸化物含量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、ここで前記溶融物が、前記溶融物の全金属酸化物含量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、１０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全金属酸化物含量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含む、方法。
【請求項２】
前記ガラスが、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶融紡糸が、複数の形状を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記セラミックがガラスである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
セラミック含有ガラスを製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してセラミック含有ガラスを得る工程を含み、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記溶融物の少なくとも７０重量パーセントを占め、そしてここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、３０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記ガラスの少なくとも７０重量パーセントを占め、そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント以下の量で含む、方法。
【請求項６】
前記ガラスが、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記溶融紡糸が、複数の形状を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ガラスを含む複数の繊維を製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してガラスを含む複数の繊維を得る工程を含み、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、ここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、１０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含む、方法。
【請求項９】
前記繊維の少なくとも幾分かのガラスが、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ガラスを含む複数の繊維を製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してガラスを含む複数の繊維を得る工程を含み、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記溶融物の少なくとも７０重量パーセントを占め、そしてここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、３０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記ガラスの少なくとも７０重量パーセントを占め、そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント以下の量で含む、方法。
【請求項１１】
前記繊維の少なくとも幾分かのガラスが、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ガラス−セラミックを製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してセラミック含有ガラスを得る工程であって、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、ここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、１０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含む、工程；および
前記セラミック含有ガラスを加熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させる工程、
を含む方法。
【請求項１３】
前記ガラスの少なくとも一部が、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ガラス−セラミックを製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してセラミック含有ガラスを得る工程であって、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記溶融物の少なくとも７０重量パーセントを占め、そしてここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、３０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記ガラスの少なくとも７０重量パーセントを占め、そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント以下の量で含む、工程；および
前記セラミック含有ガラスを加熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させる工程、
を含む方法。
【請求項１５】
前記ガラスの少なくとも一部が、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ガラス−セラミックを含む複数の繊維を製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してガラスを含む複数の繊維を得る工程であって、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、ここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、１０重量パーセント以下の量で含み；前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント以下の量で含む、工程；および
前記ガラスを含む繊維を加熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させる工程、
を含む方法。
【請求項１７】
前記繊維の少なくとも幾分かのガラスが、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ガラス−セラミックを含む複数の繊維を製造するための方法であって、前記方法が、
回転している基材の表面に溶融物を接触させて、前記溶融物を冷却してガラスを含む複数の繊維を得る工程であって、前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記溶融物の少なくとも７０重量パーセントを占め、そしてここで前記溶融物が、前記溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して、３０重量パーセント以下の量で含み；そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、前記Ａｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して前記ガラスの少なくとも７０重量パーセントを占め、そして前記ガラスが、前記ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント以下の量で含む、工程；および
前記ガラスを加熱処理して、前記ガラスの少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させる工程、
を含む方法。
【請求項１９】
前記繊維の少なくとも幾分かのガラスが、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、前記ｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが少なくとも１０マイクロメートルである、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質材料およびセラミック材料を製造するための溶融紡糸方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非晶質材料およびセラミック材料を製造するために溶融紡糸を使用することは当業者には公知である。一般に溶融紡糸では、（たとえば、ガス圧または機械的な圧力を加えて）溶融物を強制的にオリフィスを通過させ、次いでその溶融物を移動している基材（たとえば、回転ホイール、一般的には冷却ホイール）に接触させて、溶融物を急冷させて固体の細長い形状（たとえば、リボン状または繊維状）を得る。その固体の細長い形状がどのような形になるかは、たとえば、溶融物の粘度、表面張力、濡れ特性、溶融物と基材との間の伝熱速度、毛細管および機械的な力などの因子によって決まってくる。さらに、その接触点における（冷却）基材の形状も、凝固させた材料の形状および厚みを決めるのに、影響する傾向がある。製造される凝固材料の形状としては、ワイヤー、フィラメント、薄膜、厚膜、幅広膜、多層膜、シートなどが挙げられる。
【０００３】
溶融と急冷をすることにより、多くの金属酸化物が非晶質状態（ガラス状態を含む）で得られるが、結晶質物質にせずに非晶質物質を得るためにはきわめて大きな急冷速度を必要とするために、ほとんどの場合、バルクや複雑な形状にするのは不可能である。一般に、そのような系ではその後の再加熱の際に結晶化に対して非常に不安定であるので、粘性流動のような挙動は示さないことが多い。もう一方で、網目構造を形成することで知られる酸化物（たとえば、シリカおよびボリア）からのガラスは一般に、再加熱の際にも結晶化に対しては比較的に安定で、粘性流動が起きる「作業（ｗｏｒｋｉｎｇ）」範囲を有する傾向がある。
【０００４】
公知のガラス（たとえば、シリカおよびボリア）から、ガラス転移温度より高い温度での粘稠焼結（ｖｉｓｃｏｕｓ  ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）により大きな物品を製造することは周知である。たとえば、研磨材業界では、研削ホイールの製造では、ビトリファイド結合を使用して研磨結晶粒を固着させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非晶質物質を製造するために有用な、数多くの組成物が知られてはいるが、溶融紡糸によって製造される新規な材料が、依然として望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様において、本発明はセラミック含有ガラスを製造するための方法を提供するが、その方法に含まれるのは、
溶融物を回転している基材に接触させ、その溶融物を冷却させてセラミック含有ガラスを得る工程であって、その溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物、および第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、およびそれらの複合金属酸化物）を含み、その溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含み、そして、そのセラミック含有ガラス、そのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、そのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含む。いくつかの実施態様においては、このセラミック含有ガラスは繊維である。いくつかの実施態様においては、その繊維は実質的に連続である（すなわち、長さ対直径の比が少なくとも１０００：１である）。いくつかの実施態様においては、複数の形状（たとえば、粒子、ホイスカー、不連続な繊維、およびリボン（すなわち、平面を有する長い形状））が得られる。
【０００７】
たとえば、いくつかの実施態様においては、この方法に含まれるのは、溶融物を回転している基材に接触させ、その溶融物を冷却させてガラスを含む複数の繊維を得る工程であって、その溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物、および第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、およびそれらの複合金属酸化物）を含み、その溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含み、そして、そのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、そのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して１０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含む。いくつかの実施態様においては、その繊維はガラス繊維である。いくつかの実施態様においては、その繊維は実質的に連続である（すなわち、長さ対直径の比が少なくとも１０００：１である）。
【０００８】
また別な態様において、本発明はセラミック含有ガラスを製造するための方法を提供するが、その方法に含まれるのは、溶融物を回転している基材に接触させ、その溶融物を冷却させてセラミック含有ガラスを得る工程であって、その溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物、および第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、およびそれらの複合金属酸化物）を含み、そのＡｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して溶融物の少なくとも７０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、または１００重量パーセント）を占め、そしてその溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含み、そして、そのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、そのＡｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計してガラスの少なくとも７０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、または１００重量パーセント）を占め、そしてそのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含む。そして、いくつかの実施態様においては、このセラミック含有ガラスは繊維である。いくつかの実施態様においては、その繊維は実質的に連続である（すなわち、長さ対直径の比が少なくとも１０００：１である）。いくつかの実施態様においては、複数の形状（たとえば、粒子、ホイスカー、繊維、およびリボン（すなわち、平面を有する長い形状））が得られる。
【０００９】
たとえば、いくつかの実施態様においては、この方法に含まれるのは、溶融物を回転している基材に接触させ、その溶融物を冷却させてガラスを含む複数の繊維を得る工程であって、その溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物、および第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、およびそれらの複合金属酸化物）を含み、そのＡｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計して溶融物の少なくとも７０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、または１００重量パーセント）を占め、そしてその溶融物は、溶融物の全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含み、そして、そのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３と、第１の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物と、第２の、また別の、Ａｌ２Ｏ３以外の金属酸化物とを含み、そのＡｌ２Ｏ３、第１の金属酸化物、および第２の金属酸化物が、合計してガラスの少なくとも７０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、または１００重量パーセント）を占め、そしてそのガラスは、ガラスの全重量を基準にして、Ａｓ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２およびＶ２Ｏ５を合計して３０重量パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは２５、２０、１５、１０、５、４、３、２、１、または０重量パーセント）以下の量で含む。そして、いくつかの実施態様においては、その繊維はガラス繊維である。いくつかの実施態様においては、その繊維は実質的に連続である（すなわち、長さ対直径の比が少なくとも１０００：１である）。
【００１０】
本発明に従った方法では、場合によっては、その非晶質物質を加熱して、非晶質物質の少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させることもまた含まれる。
【００１１】
本明細書における定義を以下に述べる：
「非晶質物質」という用語は、溶融物および／または気相から得られる物質でＸ線回折を測定したときに長距離（ｌｏｎｇ  ｒａｎｇｅ）の結晶構造を示さないものおよび／または、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定されるような、ＤＴＡ（示差熱分析）で測定したときに非晶質物質の結晶化に相当する発熱ピークを示すものを指す；
「セラミック」という用語には、非晶質物質、ガラス、結晶質セラミック、ガラス−セラミック、およびそれらの組み合わせを含む；
「複合金属酸化物」という用語は、２種またはそれ以上の異なる金属元素と酸素とを含む金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す；
「複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３と１種または複数のＡｌ以外の金属元素を含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す；
「複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３とＹ２Ｏ３とを含む複合金属酸化物（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す；
「複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ」という用語は、理論的酸化物基準で、Ａｌ２Ｏ３と希土類酸化物とを含む複合金属酸化物（たとえば、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８およびＤｙ３Ａｌ５Ｏ１２）を指す；
「ガラス」という用語は、ガラス転移温度を示す非晶質物質を指す；
「ガラス−セラミック」という用語は、非晶質物質を加熱処理することによって形成される結晶を含むセラミックスを指す；
「Ｔｇ］という用語は、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定されるガラス転移温度を指す；
「Ｔｘ］という用語は、本明細書の中で「示差熱分析」として記述している試験法により測定される結晶化温度を指す；
「希土類酸化物」という用語は、酸化セリウム（たとえば、ＣｅＯ２）、酸化ジスプロシウム（たとえば、Ｄｙ２Ｏ３）、酸化エルビウム（たとえば、Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（たとえば、Ｅｕ２Ｏ３）、ガドリニウム（たとえば、Ｇｄ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（たとえば、Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ランタン（たとえば、Ｌａ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（たとえば、Ｌｕ２Ｏ３）、酸化ネオジム（たとえば、Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（たとえば、Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化サマリウム（たとえば、Ｓｍ２Ｏ３）、テルビウム（たとえば、Ｔｂ２Ｏ３）、酸化トリウム（たとえば、Ｔｈ４Ｏ７）、ツリウム（たとえば、Ｔｍ２Ｏ３）、および酸化イッテリビウム（たとえば、Ｙｂ２Ｏ３）、ならびにそれらの組み合わせを指す；
「ＲＥＯ］という用語は、希土類酸化物（類）を指す。
【００１２】
さらに本明細書においては、たとえばガラス−セラミックの中で、金属酸化物（たとえば、Ａｌ２Ｏ３、複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物など）が結晶質であると特に記述している以外では、それは、非晶質であっても、結晶質であっても、あるいは部分的に非晶質で部分的に結晶質であってもよい、と理解すべきである。たとえば、ガラス−セラミックにＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２とが含まれている場合には、そのＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２のそれぞれが、非晶質状態でも、結晶質状態でも、または一部が非晶質状態で一部が結晶質状態でも、さらには他の金属酸化物（類）との反応生成物であってもよい（例を挙げれば、たとえばＡｌ２Ｏ３が結晶質のＡｌ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３の特定の結晶質相（たとえば、アルファＡｌ２Ｏ３）として存在していると特に記述していない場合には、それは、結晶質Ａｌ２Ｏ３および／または部分的に１種または複数の結晶質の複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物として存在していてもよい）。
【００１３】
さらに、Ｔｇを示さない非晶質物質を加熱することによって形成されるガラス−セラミックスは、実際にはガラスを含まず、むしろ結晶とＴｇを示さない非晶質物質とを含んでいてもよい、ということは理解されたい。
【００１４】
本発明による物品の例を挙げれば、台所用品（たとえば、大皿）、歯科用ブラケット、および補強繊維、切削工具インサート、研磨材料、およびガスエンジンの構造要素（たとえば、弁およびベアリング）などがある。その他の物品としては、ボディまたはその他の基材の外側表面の上のセラミックの保護コーティングを有しているものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、溶融物を溶融紡糸して非晶質物質を得るための方法を提供する。実施態様によっては、その非晶質物質を加熱処理して、ガラス−セラミックスを得る。
【００１６】
本発明による溶融紡糸の例を図４に示すが、ここで溶融紡糸装置４１には、４４Ａおよび４４Ｂならびに円周方向表面４３を有する回転ホイール４２が含まれる。図からわかるように、溶融物４５が円周方向表面４３と接触して、ガラス４６が得られる。いくつかの実施態様においては、見ての通り、溶融物４５は、補助具またはオリフィス４７を用いて円周方向表面４３に向けられている。すなわち、当業者公知の方法、たとえば機械的圧力またはガス圧力を用いて、溶融物４５をオリフィス４７を通して押し出している。別な方法として、あるいはこれに付け加えて、たとえば、溶融物４５を表面４４Ａと４４Ｂのいずれかまたは両方に向かわせて、ガラスを得ることもできる。
【００１７】
溶融物のいくつかの実施態様では、それにより製造される非晶質物質（ガラスを含む）およびガラス−セラミックスは、溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセントを含み；いくつかの実施態様においては、好ましくは６０〜７０重量％の範囲）のＡｌ２Ｏ３と、Ｙ２Ｏ３（溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも０．５重量パーセント；適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは０．５〜７０、０．５〜５０、または１〜２５重量パーセントの範囲のＹ２Ｏ３）とを含む。
【００１８】
溶融物のいくつかの実施態様では、それにより製造される非晶質物質（ガラスを含む）およびガラス−セラミックスは、溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセントを含み；いくつかの実施態様においては、好ましくは６０〜７０重量％の範囲）のＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯ（溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも０．５重量パーセント；適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは０．５〜７０、０．５〜５０、または１〜２５重量パーセントの範囲のＹ２Ｏ３）とを含む。
【００１９】
溶融物のいくつかの実施態様では、それにより製造される非晶質物質（ガラスを含む）およびガラス−セラミックスは、溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセントを含み；いくつかの実施態様においては、好ましくは６０〜７０重量％の範囲）のＡｌ２Ｏ３と、Ｙ２Ｏ３（溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも０．５重量パーセント；いくつかの実施態様においては、適用可能として、好ましくは０．５〜７０、０．５〜５０、または１〜２５重量パーセントのＹ２Ｏ３）と、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の内少なくとも１種（溶融物、非晶質物質およびガラス−セラミックの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、適用可能として、好ましくは少なくとも０．５重量パーセント；適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは０．５〜７０、０．５〜５０、または１〜２５重量パーセントの範囲）とを含む。
【００２０】
溶融物のいくつかの実施態様では、それにより製造される非晶質物質（ガラスを含む）およびガラス−セラミックスは、溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、少なくとも３５重量パーセント（適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも４０、４５、５０、５５、６０、６５、またはさらには、少なくとも７０重量パーセントを含み；いくつかの実施態様においては、好ましくは６０〜７０重量％の範囲）のＡｌ２Ｏ３と、ＲＥＯ（溶融物、非晶質物質またはガラス−セラミックの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、好ましくは少なくとも０．５重量パーセント；いくつかの実施態様においては、適用可能として、好ましくは０．５〜７０、０．５〜５０、または１〜２５重量パーセントのＲＥＯ）と、ＺｒＯ２またはＨｆＯ２の内少なくとも１種（溶融物、非晶質物質およびガラス−セラミックの全重量を基準にして、いくつかの実施態様においては、適用可能として、好ましくは少なくとも０．５重量パーセント；適用可能として、いくつかの実施態様においては、好ましくは０．５〜７０、０．５〜５０、または１〜２５重量パーセントの範囲）とを含む。
【００２１】
典型的には、それらから製造した非晶質物質およびガラス−セラミックスの実施態様では、それぞれ互いに直交するｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法を有していて、そしてそのｘ、ｙおよびｚ軸方向寸法のそれぞれが、少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２５マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、またはさらには、少なくとも１０ｍｍであり、ここで約５０より大きなものは典型的には、溶融紡糸により製造された非晶質物質の細片を２つ以上融合させて作ったものである。
【００２２】
材料のこのｘ、ｙおよびｚ軸の寸法は、寸法の大きさに応じて、肉眼か顕微鏡を使用するかのいずれかで測定する。ｚ軸方向の寸法として報告されるのは、たとえば、球の直径、コーティングの厚み、あるいはプリズム形状の最大長さなどである。
【００２３】
非晶質物質の配合として有用なものとしては、（単一または複数の）共晶組成物（たとえば、二元および三元共晶組成物）かそれに近いものが挙げられる。本明細書に開示された組成物に加えて、四元またはさらに高次の共晶組成物を含むその他の組成物も、本明細書を読めば当業者には自明であろう。
【００２４】
商業的な供給源も含めたＡｌ２Ｏ３（理論的酸化物基準）の供給源としては、ボーキサイト（天然産のボーキサイトおよび合成ボーキサイトの両方）、焼成ボーキサイト、水和アルミナ（たとえば、ベーマイト、やギブザイト）、アルミニウム、バイヤー法アルミナ、アルミニウム鉱石、ガンマアルミナ、アルファアルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウム、およびそれらの組み合わせが挙げられる。このＡｌ２Ｏ３源は、Ａｌ２Ｏ３を含むか、あるいはＡｌ２Ｏ３のみが得られるものであってもよい。それとは別に、Ａｌ２Ｏ３源が、Ａｌ２Ｏ３と、さらにはＡｌ２Ｏ３以外の１種または複数の金属酸化物（複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８など）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２５】
商業的供給源を含めた希土類酸化物の供給源としては、希土類酸化物粉体、希土類金属、希土類含有鉱石（たとえば、バストネサイトおよびモナザイト）、希土類塩、希土類硝酸塩、および希土類炭酸塩などが挙げられる。この希土類酸化物（類）源は、希土類酸化物（類）を含むか、あるいは希土類酸化物（類）のみが得られるものであってもよい。それとは別に希土類酸化物（類）源が、希土類酸化物（類）と、さらには希土類酸化物（類）以外の１種または複数の金属酸化物（複合希土類酸化物・他の金属酸化物（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２、ＣｅＡｌ１１Ｏ１８、など）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２６】
商業的な供給源も含めたＹ２Ｏ３（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化イットリウム粉体、イットリウム、イットリウム含有鉱石、およびイットリウム塩（たとえば、イットリウムの炭酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、およびそれらの組み合わせ）などが挙げられる。このＹ２Ｏ３源は、Ｙ２Ｏ３を含むか、あるいはＹ２Ｏ３のみが得られるものであってもよい。それとは別にＹ２Ｏ３源は、Ｙ２Ｏ３と、さらにはＹ２Ｏ３以外の１種または複数の金属酸化物（たとえば複合Ｙ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）の材料またはそれらを含む）とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２７】
商業的な供給源も含めたＺｒＯ２（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化ジルコニウム粉体、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、およびジルコニウム塩（たとえば、ジルコニウムの炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、およびそれらの組み合わせ）などが挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、ＺｒＯ２源は、ＺｒＯ２と、さらにハフニアのような他の金属酸化物とを含むか、それらが得られるものであってもよい。商業的な供給源も含めたＨｆＯ２（理論的酸化物基準）の供給源としては、酸化ハフニウム粉体、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、およびハフニウム塩などが挙げられる。それに加えて、またはその代わりに、ＨｆＯ２源は、ＨｆＯ２と、さらにＺｒＯ２のような他の金属酸化物とを含むか、それらが得られるものであってもよい。
【００２８】
さらに、その他の有用な金属酸化物としては、理論的酸化物基準で、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、およびそれらの組み合わせなどを挙げることができる。商業的な供給源も含めた供給源としては、酸化物そのもの、複合酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、などがある。これらの金属酸化物を、得られる研磨材粒子の物理的性質を修正したり、および／または加工性を改良したりするために添加する。これらの金属酸化物は典型的には、たとえば、所望の目的に合わせて、ガラス−セラミックの０〜５０重量％、いくつかの実施態様においては好ましくは０〜２５重量％、より好ましくは０〜５０重量％の間の量で添加する。
【００２９】
いくつかの実施態様においては、少なくとも一部の金属酸化物源（いくつかの実施態様においては好ましくは、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５，またはさらには少なくとも５０重量パーセント）は、酸化物形成またはその合金形成で負のエンタルピーを有する少なくとも１種の金属（たとえば、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびそれらの組み合わせ）のＭを含む粒子状の金属質材料を、溶融物に添加するか、またはそれらに他の原料物質をめっきすることによって得るのが好都合となる。理論に拘束されることを欲する訳ではないが、金属の酸化に伴う発熱反応によって発生する熱が、均一な溶融物、そして結果として非晶質物質を形成させるのに有利に働くものと考えられる。たとえば、原料物質の内部で酸化反応によって発生した追加の熱によって、伝熱が不充分となることを回避または最小限にとどめ、その結果、特にｘ、ｙおよびｚ軸の寸法が１５０マイクロメートルを超える非晶質粒子を形成させる場合には、溶融物の生成と均一化が容易となるものと、考えられる。さらに、追加の熱が利用できることによって、各種の化学反応および物理的変化（たとえば、高密度化や球状化）を促進して完結させるのに役立つとも考えられる。さらに、いくつかの実施態様では、酸化反応によって発生した追加の熱が存在することによって、材料の融点が高いために、他の方法では困難あるいは非実用的であるような溶融物を形成させることも実際に可能となると考えられる。さらに、酸化反応によって発生した追加の熱が存在することによって、他の方法では作れない、または所望の粒径範囲では作れないような非晶質物質を実際に形成させることが可能となる。本発明のその他の利点を挙げれば、非晶質物質を形成させる場合に、溶融、高密度化および球状化のような化学的および物理的な工程の多くを短時間の間に達成することが可能なために、非常に高速な急冷を達成することができる。さらに詳しくは、同時係属出願中の米国特許出願番号第１０/２１１，６３９号明細書（出願日２００３年８月２日）を参照されたい。
【００３０】
本発明によるセラミックスを作るための金属酸化物源およびその他の添加物を具体的に選択する際に通常考慮すべきことは、たとえば、得られるセラミックスの希望する組成および微細構造、結晶性があるとすれば希望するその結晶性の程度、得られるセラミックスの希望する物理的性質（たとえば、硬度や靱性）、望ましくない不純物の排除または最小化、得られるセラミックスの希望する特性、および／または、セラミックスを調製するのに使用する、具体的なプロセス（装置や、融解および／または凝固の前および／またはその最中に行う原料物質の精製）などである。
【００３１】
場合によっては、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＴｅＯ２、Ｖ２Ｏ３、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される限定された量の金属酸化物を取り入れるのが好ましいこともある。商業的な供給源も含めた供給源としては、酸化物そのもの、複合酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩酸塩、水酸化物、などがある。これらの金属酸化物を、たとえば、得られる研磨材粒子の物理的性質を修正したり、および／または加工性を改良したりするために添加することができる。これらの金属酸化物を使用するならば典型的には、ガラスセラミックの０より多く２０重量％まで、好ましくは０より多く５重量％まで、より好ましくは０より多く２重量％までの量で添加するが、その量はたとえば希望する性質によって決まってくる。
【００３２】
ある種の金属酸化物を添加することによって、ガラス−セラミックの性質および／または結晶構造または微細構造、さらには、そのガラス−セラミックを製造する際の原料物質や中間体の加工を変化させることができる。たとえば、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ２ＯおよびＮａ２Ｏなどのような酸化物を添加すると、非晶質物質のＴｇ（ガラスの場合）およびＴｘの両方（ここでＴｘは結晶化温度である）が変化することが観察されている。理論に拘束されることを望む訳ではないが、それらの添加が、ガラスの形成に影響を与えていると考えられる。さらに、たとえば、そのような酸化物を添加すると、系全体の溶融温度を下げる（すなわち、系がより融点が低い共晶となる）ことが可能となり、非晶質物質の生成が容易となる。非晶質物質の形成性が向上するために、多成分系（四元など）における複合共晶が得やすくなる。液状溶融物の粘度およびその「作業（ｗｏｒｋｉｎｇ）」範囲におけるガラスの粘度も、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ２Ｏ、およびＮａ２Ｏなどのようなある種の金属酸化物を添加することによって、代えることができる。非晶質物質の中少なくとも１種のハロゲン（たとえば、フッ素および塩素）、またはカルコゲン化物（たとえば、硫化物、セレン化物、およびテルル化物）を取り入れること、およびそれらから製造したガラス−セラミックスもまた、本発明の範囲内である。
【００３３】
さらに、非晶質物質および非晶質物質を含むセラミックの結晶化は、ある種の原料を添加することによっても影響を受ける可能性がある。たとえば、ある種の金属、金属酸化物（たとえば、チタン酸塩およびジルコン酸塩）およびフッ化物などは、たとえば核形成剤として働いて、結晶が好適な不均質な核形成をするようになる。また、ある種の酸化物を添加することによって、再加熱した際に非晶質物質から失透（ｄｅｖｉｔｒｉｆｙｉｎｇ）する準安定相の性質を変えることができる。また別な態様において、結晶質のＺｒＯ２を含むセラミックスでは、ＺｒＯ２の正方晶／立方晶の形態を安定化させることで知られている、金属酸化物（たとえば、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、およびＭｇＯ）を添加するのが望ましいこともある。
【００３４】
セラミックスを作るための金属酸化物源およびその他の添加物を具体的に選択する際に通常考慮すべきことは、たとえば、得られるセラミックスの希望する組成および微細構造、結晶性があるとすれば希望するその結晶性の程度、得られるセラミックスの希望する物理的性質（たとえば、硬度や靱性）、望ましくない不純物の排除または最小化、得られるセラミックスの希望する特性、および／または、セラミックスを調製するのに使用する、具体的なプロセス（装置や、融解および／または凝固の前および／またはその最中に行う原料物質の精製）などである。
【００３５】
溶融物は、酸化物の原料を加熱して溶融物とすることにより得られる。たとえば、るつぼに酸化物の原料を仕込み、それを加熱することによって溶融物を得ることができる。いくつかの実施態様においては、そのるつぼには溶融物を排出するためのオリフィスを設けておく。汎用のるつぼ材料は当業者には公知で、たとえばグラファイト、金属（たとえば、白金および白金/ロジウム）およびセラミックス（たとえばアルミナ）などが挙げられる。るつぼを加熱するには、当業者公知の技術、たとえば抵抗炉または誘導炉を使用することができる。
【００３６】
回転基材の表面における溶融物の冷却を促進させるために、その基材を、当業者公知の技術を使用して冷却することができる（たとえば、冷却ホイールを使用してもよい）。場合によっては、本発明に従った方法を、多重の回転基材（たとえば、２個以上の冷却ホイールなど）を用いて実施することもできる。また別な方法では、たとえば、本発明に従った方法の実施態様を、固定式の基材を用いたり、基材なしで実施する。場合によっては、溶融物を冷却するために使用する回転基材の表面を、平坦状、圭角状、溝付きなどにして、リボンやワイヤーなど、特定の形状ができやすいようにすることもできる。回転基材は、当業者公知の溶融紡糸の材料を使うことができ、たとえば、銅や鉄などの金属でよい。伝熱性が高いその他の材料、たとえばグラファイトを、たとえば、溶融物の特性や反応性、あるいは特定の基材材料に対する濡れ性などに応じて使用することもできる。
【００３７】
また別な態様においては、その回転基材の速度を調節して、冷却速度を変化させ、それによって、得られる非晶質物質の軸方向寸法を変えることも可能である。溶融物を冷却させるのに、中空基材（たとえば、ホイール）の内側表面を使用することもできる。
【００３８】
非晶質物質の回収を容易にするために、回収チャンバーを備えるのが望ましい。いくつかの実施態様においては、中空ホイールの内側冷却表面をＵ字形にしておいて、別な冷却媒体たとえば水やオイルを入れておき、所望の冷却速度が得られるようにすることもできる。
【００３９】
本発明に従った方法の実施態様を、所望により、密閉した容器の中で実施することも可能である。本発明に従った方法の実施態様を、所望により、高圧または定圧、空気中、不活性または反応性雰囲気下、または真空中で実施することができる。
【００４０】
溶融物を形成させるための酸化物の原料は、微細な粉体のブレンド物の形態でもよいし、あるいは、それらを第１の乾式または湿式粉砕機でブレンドと微粒化を行い、それに続けて任意に、乾燥・粒状化するか、たとえば噴霧乾燥により粒状化してもよい。溶融物を形成させるための酸化物の原料はさらに、たとえば、予め融解させ、それに続けて、任意に破砕を行って、粉体供給物の粒子を得てもよい。溶融物を形成させるための酸化物の原料はさらに、たとえば、プラズマ溶射またはその他の火炎成形技術を使用して、予め球状化原料としておいてもよい。
【００４１】
得られる非晶質物質の直径または断面に影響を与えるのは、たとえば、溶融物の粘度、オリフィスの直径、冷却ホイールの速度、伝熱速度、冷却ホイール材料の上でのその溶融物の濡れ性、固化速度などの因子の組合せである。一般に、ホイールの回転を高速にすると、細い断面積の形状が得られやすい。同様にして、溶融物の粘度が低いほど、細い断面積の形状が得られる傾向がある。粘度が低すぎると、溶融物の流れがとぎれて微粒子となり、たとえばビーズの形状となる。
【００４２】
物質の微細構造または相の構成（ガラス質／非晶質／結晶質）は多くの方法を用いて調べることができる。たとえば、光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、示差熱分析法（ＤＴＡ）、およびＸ線回折法（ＸＲＤ）などを使用することによって、多くの情報を得ることができる。
【００４３】
光学顕微鏡法を使用すると、非晶質物質では、結晶粒界のような光散乱中心がないために、典型的にはほとんど透明であるが、それに対して結晶質物質は結晶構造を示し、光散乱効果のために不透明となる。
【００４４】
ビーズについての非晶質の生成パーセントは、−１００＋１２０メッシュの粒径画分（すなわち、１５０マイクロメートル開口寸法から１２５マイクロメートル開口寸法までの間の篩で集められた画分）を使用して計算することができる。測定は以下のような方法で行う。ガラススライドの上に、ビーズを１層の厚みで拡げる。それらのビーズを光学顕微鏡を用いて観察する。光学顕微鏡の接眼レンズにある十字線を利用して、直線上に並んでいるビーズが、その光学的な透明性から判断して非晶質、結晶質のいずれであるかを数えていく。全部で５００個のビーズを調べて、数えたビーズの全数で非晶質ビーズの数を割り算することによって、非晶質の生成パーセントを求める。
【００４５】
ＤＴＡ法を使用した場合、物質のＤＴＡ曲線に発熱による結晶化事象（Ｔｘ）が含まれていれば、その物質は非晶質と分類される。その同一の曲線に、Ｔｘよりも低い温度で吸熱事象（Ｔｇ）がさらに存在すれば、それはガラス相からできていると考えられる。物質のＤＴＡ曲線にそれらの事象が含まれていなければ、それは結晶質相を含んでいると考えられる。
【００４６】
示差熱分析（ＤＴＡ）は以下の方法に従って実施することができる。ＤＴＡを測定するには、−１４０＋１７０メッシュの粒径画分（すなわち、１０５マイクロメートル開口寸法から９０マイクロメートル開口寸法までの間の篩で集められた画分）を使用し、機器としては、たとえば独国ゼルプ（Ｓｅｌｂ、Ｇｅｒｍａｎｙ）のネッツ・インストラメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から入手可能な商品記号「ネッツ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」を使用する。それぞれの篩い分けしたサンプル（典型的には約４００ミリグラム（ｍｇ））を、１００−マイクロリットルのＡｌ２Ｏ３製サンプルホルダー中に入れる。それぞれのサンプルを、静的空気（ｓｔａｔｉｃ  ａｉｒ）中で、室温（約２５℃）から１１００℃まで１０℃／分の速度で昇温させる。
【００４７】
粉体Ｘ線回折、ＸＲＤを使用することで、（たとえば、ニュージャージー州モーウォー（Ｍａｈｗａｈ、ＮＪ）のフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品記号「フィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）ＸＲＧ３１００」として入手できるようなＸ線回折計で、１．５４０５０オングストロームの銅Ｋα１照射を使用）、結晶化させた材料のＸＲＤ曲線中に存在するピークを、ＪＣＰＤＳ（ジョイント・コミッティー・オン・パウダー・ディフラクション・スタンダーズ（Ｊｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ｏｎ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）、インターナショナル・センター・フォア・ディフラクション・データ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ）出版のデータベースから得られる、結晶質相のＸＲＤパターンと比較することによって、物質中に存在する相を調べることができる。さらに、ＸＲＤを使用して、相のタイプを定性的に調べることも可能である。ブロードに拡がった強度ピークがあれば、物質は非晶質な性質を有しているとみなす。ブロードなピークと明瞭なピークの両方が存在するならば、非晶質マトリックスの中に結晶質物質が存在していることを示しているとみなす。
【００４８】
いくつかの用途、たとえば研磨材粒子や充填材の場合には、形成させたままの非晶質物質またはセラミック（結晶化前のガラスを含む）が、目的とする粒径よりも大きいこともあり得る。そのような非晶質物質またはセラミックは、当業者公知の破砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）および／または微粉砕（ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｎｇ）方法を用いて、より小さいも粒子とすることができるが、そのような方法としては、ロールクラッシャー粉砕、カナリアミル粉砕、ジョークラッシャー粉砕、ハンマーミル粉砕、ボールミル粉砕、ジェットミル粉砕、インパクトクラッシャー粉砕などがある。場合によっては、２種類または多段の破砕工程を実施するのが望ましい。たとえば、セラミックを形成（凝固）させたときに、それが所望していたよりは大きな形状であることもある。第１の破砕工程では、それらの比較的大きな塊状物すなわち「チャンク（ｃｈｕｎｋｓ）」を破砕して、より小さな粒子とする。これらのチャンクをこのように破砕するには、ハンマーミル、インパクトクラッシャーまたはジョークラッシャーを使用することができる。次いで、このようにしてより小さくした粒子をさらに破砕して、所望の粒径分布にする。所望の粒径分布（グリットサイズとか粒度とか呼ばれることもある）を製造するためには、多段の破砕工程を実施する必要があることがある。一般的には、破砕条件を最適化して、所望の（１種または複数の）粒子形状および粒径分布を得る。所望の粒径になるようにした最終的な粒子が、大きすぎれば再粉砕すればよいし、小さすぎれば再溶融のための原料物質として使用すればよい。
【００４９】
セラミック（結晶化前のガラスを含む）の形状は、たとえば、セラミックの組成および／または微細構造、冷却時の幾何学的配置、およびセラミックの破砕方法（すなわち、使用した破砕技術）などによって、決まってくる。一般的に言って、「塊状（ｂｌｏｃｋｙ）」の形状が好ましい場合には、その形状を得るためにはより大きなエネルギーが必要である。逆に、「圭角状（ｓｈａｒｐ）」の形状が好ましい場合には、その形状を得るために用いるエネルギーは小さくてもよい。破砕技術を変更することで、異なった所望の形状を得ることもできる。得られる粒子では、平均のアスペクト比を１：１から５：１まで、典型的には１．２５：１から３：１まで、好ましくは１．５：１から２．５：１とすることができる。
【００５０】
さらに、たとえば融合（ｃｏａｌｅｓｃｉｎｇ）させることによってセラミックス（結晶化前のガラスを含む）を作ることも、本発明の範囲に含まれる。この融合工程は本質的には、２個以上の小さな粒子から、より大きな粒子体を形成させるものである。たとえば、粒子（たとえば、破砕により得たもの）（ビーズおよびミクロスフェアを含む）、繊維などを含む非晶質物質を、より大きな粒子径とすることができる。たとえば非晶質物質を含む粒子および／または繊維などをＴｇよりも高い温度に加熱して、その粒子などを融合させた形状としてから、融合させた形状物を冷却することによって、セラミック（結晶化前のガラスを含む）を得ることができる。融合させる場合の温度と圧力は、非晶質物質の組成や、得られる物質で希望する密度によって決めることができる。その温度はガラス結晶化温度より低くなくてはならず、またガラスの場合には、そのガラス転移温度よりは高くなければならない。ある種の実施態様においては、この加熱は、約８５０℃から約１１００℃までの範囲の中の少なくとも１つの温度で実施する（実施態様によっては、９００℃〜１０００℃が好ましい）。典型的には、非晶質物質は融合の間は加圧下（たとえば、０よりは大きく１ＧＰａまで、またはそれ以上）に置いて、非晶質物質の融合を促進させる。１つの実施態様においては、粒子などをダイの中に装入して、熱間圧縮によってガラス転位点よりも高い温度に加熱すると、粘稠なガラスが流動して融合し、比較的大きなものとなる。典型的な融合方法の例を挙げると、熱間圧縮法、高温静水圧圧縮法、熱間押出し法などがある。典型的には、得られた融合体を冷却してから、さらなる加熱処理をするのが通常好ましい。所望するならば加熱処理した後で、その融合体を破砕して、より小さな粒子径としたり、所望の粒径分布とすることができる。
【００５１】
さらなる加熱処理を実施して、材料の所望の性質をさらに改良することもまた、本発明の範囲に含まれる。たとえば、（たとえば、約９００℃から約１４００℃までの温度で）高温静水圧圧縮を実施して、残存している気孔を除き、物質の密度を上げることもできる。場合によっては、得られた融合させた物品を加熱処理することで、ガラス−セラミック、結晶質セラミック、または結晶質セラミックを含む以外のセラミックを得ることもできる。
【００５２】
非晶質物質および／またはガラス−セラミック（たとえば、粒子）の融合はまた、非加圧または加圧の焼結法（たとえば、焼結法、プラズマ励起焼結法、熱間圧縮法、ＨＩＰ法、熱間鍛造法、熱間押出し法など）などを含めた各種の方法を用いて実施することもできる。
【００５３】
加熱処理は、ガラス−セラミックスを得るためにガラスを加熱処理する、当業者公知のものを含めて各種の方法のどれを用いて実施してもよい。たとえば加熱処理を、たとえば抵抗加熱炉、誘導加熱炉またはガス加熱炉を使用して、バッチで実施することもできる。別な方法で、たとえば加熱処理を、連続的に、たとえばロータリーキルンを使用して実施することもできる。ロータリーキルンの場合には、高温で運転しているキルンの中に原料を直接フィードする。高温で処理する時間は、数秒（実施態様によっては、５秒未満のこともある）から数分、さらには数時間の範囲である。その温度は、９００℃から１６００℃までのどの範囲でもよいが、典型的には１２００℃〜１５００℃の間である。さらに、一部の加熱処理（たとえば、核形成工程のための処理）をバッチで行い、他の処理（たとえば、結晶成長工程および所望の密度を得るための工程）を連続で行うのも、本発明の範囲に含まれる。核形成工程では、その温度は典型的には約９００℃から約１１００℃までの範囲であるが、実施態様によっては、約９２５℃から約１０５０℃までの範囲とするのが好ましい。高密度化工程も同様で、その温度は典型的には約１１００℃から約１６００℃までの範囲であるが、実施態様によっては、約１２００℃から約１５００℃までの範囲とするのが好ましい。この加熱処理は、たとえば、昇温させた炉の中に原料を直接フィードすることによって起こさせることができる。別な方法としては、たとえば原料をもっと低い温度（たとえば室温）で炉の中にフィードし、次いで予め定めた昇温速度で目的の温度まで加熱してもよい。加熱処理を空気以外の雰囲気で実施することも、本発明の範囲に含まれる。場合によっては、加熱処理を還元性の雰囲気で実施するのが望ましい場合もある。また、たとえば高温静水圧圧縮法やガス加圧炉中などで、たとえばガスの圧力下で加熱処理するのが望ましいこともある。得られた物品や加熱処理した物品を変換（たとえば破砕）させて、粒子（たとえば研磨材粒子）を得ることも、本発明の範囲に含まれる。
【００５４】
非晶質物質を加熱処理して、非晶質物質を少なくとも部分的に結晶化させ、ガラス−セラミックを得る。ある種のガラスを加熱処理してガラス−セラミックスを形成させることは、当業者には公知である。各種のガラスについての、ガラス−セラミックスを核形成させ成長させるための加熱条件は、知られている。それとは別に、当業者公知の技術を用いて、ガラスの時間−温度−変態（ＴＴＴ）を検討することで適切な条件を求めることは、当業者ならば、可能である。当業者ならば、本発明のこの明細書を読めば、本発明に従って製造した非晶質物質のためのＴＴＴ曲線を得て、研磨材粒子のガラス−セラミックスを得るための核形成および／または結晶成長のための適切な条件を求めることができる筈である。
【００５５】
典型的には、ガラス−セラミックスはそれの原料となった非晶質物質よりも強度が高い。したがって材料の強度を、たとえば、非晶質物質を（１種または複数の）結晶質セラミック相に変換させる程度によって、調節することが可能である。別な方法で、あるいはそれに付け加えて、材料の強度は、たとえば作り出す核形成サイトの数で調節することも可能で、その数によって（１種または複数の）結晶質相の結晶の数と大きさが決まってくるからである。ガラス−セラミックスの形成に関するさらに詳しいことは、たとえば、Ｐ．Ｗ．マクミラン（ＭｃＭｉｌｌａｎ）の『ガラス−セラミックス（Ｇｌａｓｓ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ）』第２版、アカデミック・プレス・インコーポレーテッド（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．）、１９７９年を参照されたい。
【００５６】
たとえば、ガラス−セラミックスを作るための本発明による方法で製造したいくつかの例示的な非晶質物質を加熱している間に、約９００℃より高い温度では、たとえばＬａ２Ｚｒ２Ｏ７のような相と、ＺｒＯ２が存在するならば、立方晶系／正方晶系のＺｒＯ２と場合によっては単斜晶系のＺｒＯ２が形成されるのが観察される。理論に拘束されることを欲する訳ではないが、ジルコニア関連の相が、非晶質物質から核化する第１の相であろうと考えられる。Ａｌ２Ｏ３、ＲｅＡｌＯ３（ここでＲｅは少なくとも１種の希土類カチオン）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８、Ｒｅ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２などの相が形成されるのは、一般に約９２５℃よりも高い温度においてであると考えられる。この核形成工程間のクリスタリットの径は典型的には、ナノメートルの桁である。たとえば、１０〜１５ナノメートルのような小さな結晶が観察された。少なくともいくつかの実施態様では、約１３００℃で約１時間加熱処理すると完全に結晶化する。一般的に言って、核形成および結晶成長工程それぞれでの加熱処理時間は、数秒（実施態様によっては、５秒未満のこともある）から数分、さらには１時間からそれ以上までの範囲でよい。
【００５７】
得られる結晶の大きさは典型的には、少なくとも部分的には、核形成および／または結晶化時間および／または温度によって調節することが可能である。一般的には微少な結晶（たとえば、マイクロメートル以下のオーダー、さらにはナノメートル以下のオーダー）であるのが好ましいが、ガラス−セラミックはそれらよりも大きな結晶サイズを持つように作ることもできる（たとえば、少なくとも１〜１０マイクロメートル、少なくとも１０〜２５マイクロメートル、少なくとも５０〜１００マイクロメートル、またはさらに、１００マイクロメートルより大）。理論に拘束されることを欲する訳ではないが、当業者が一般的に信じていることであるが、（密度が同じならば）結晶の大きさが細かいほど、そのセラミックの機械的性質（たとえば、硬度や強度）が高くなる。
【００５８】
ガラス−セラミックの実施態様の中に存在しているであろう結晶質相の例を挙げれば：Ａｌ２Ｏ３（たとえば、α−Ａｌ２Ｏ３）、Ｙ２Ｏ３、ＲＥＯ、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２（たとえば、立方晶系ＺｒＯ２および正方晶系ＺｒＯ２）、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、Ｓｃ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、「複合金属酸化物」（「複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物」（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ（たとえば、ＲｅＡｌＯ３（たとえば、ＧｄＡｌＯ３、ＬａＡｌＯ３）、ＲｅＡｌ１１Ｏ１８（たとえば、ＬａＡｌ１１Ｏ１８）、およびＲｅ３Ａｌ５Ｏ１２（たとえば、Ｄｙ３Ａｌ５Ｏ１２））、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３（たとえば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、および複合ＺｒＯ２・ＲＥＯ（たとえば、Ｒｅ２Ｚｒ２Ｏ７（たとえば、Ｌａ２Ｚｒ２Ｏ７））を含む）、およびそれらの組合せなどがある。
【００５９】
複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３（たとえば、ガーネット結晶構造を示すアルミン酸イットリウム））の中のイットリウムおよび／またはアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンと置換することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の中のＹカチオンの一部を、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、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。同様にして、アルミナ中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｉおよびＣｏを、アルミナ中のアルミニウムに置換させることができる。上記のようなカチオンの置換を行うと、融解材料の性質（たとえば、硬度、靱性、強度、熱伝導性など）が影響されることがある。
【００６０】
さらに、複合Ａｌ２Ｏ３・金属酸化物（たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ）の中の希土類および／またはアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンと置換することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯの中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される元素の少なくとも１種のカチオンと置換することができる。たとえば、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯの中のＹカチオンの一部を、Ｙ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびそれらの組み合わせ、からなる群より選択される少なくとも１種のカチオンと置換することができる。同様にして、アルミナ中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも、本発明の範囲に含まれる。たとえば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｉおよびＣｏを、アルミナ中のアルミニウムに置換させることができる。上記のようなカチオンの置換を行うと、融解材料の性質（たとえば、硬度、靱性、強度、熱伝導性など）が影響されることがある。
【００６１】
平均結晶粒径は、ＡＳＴＭ標準Ｅ１１２−９６の「スタンダード・テスト・メソッズ・フォア・デターミニング・アベレージ・グレイン・サイズ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ａｖｅｒａｇｅ  Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｚｅ）」に従った、直線切断法（ｌｉｎｅ  ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ  ｍｅｔｈｏｄ）によって求めることができる。サンプルを、固定用樹脂（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品記号「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ  ＰＯＷＤＥＲ）」として得られるようなもの）で固定して、典型的には、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂の円柱の形とする。固定した切片を、ポリッシャー（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品記号「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」として入手できるもの）を使用した通常のポリッシング法で調製する。このサンプルは、ダイヤモンドホイールを用いて約３分間ポリッシングした後で、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーを用いて５分間ポリッシングする。固定してポリッシングしたサンプルを、金・パラジウムの薄膜でスパッタリングしてから、走査電子顕微鏡（たとえば、ＪＥＯＬ・ＳＥＭモデルＪＳＭ８４０Ａ）を用いて観察する。サンプル中に見出される微細構造の典型的な後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡法を使用して、以下のようにして平均結晶粒径を求める。顕微鏡写真の上にランダムに引いた直線の単位長さ（ＮＬ）あたりの、それを切断している結晶の数を計数する。この数字から、以下の式を使用して平均の結晶粒径を求める。
平均結晶粒径＝１．５／ＮＬＭ
【００６２】
ここでＮＬは、単位長さを切断している結晶の数であり、Ｍは顕微鏡の倍率である。
【００６３】
ガラス−セラミックのいくつかの実施態様では、１５０ナノメートル以下の少なくとも１つの平均結晶粒径を有するアルファアルミナを含むガラス−セラミックスを含む。
【００６４】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、アルファアルミナを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、そのような部分に存在するアルファアルミナの数の少なくとも７５パーセント（いくつかの実施態様においては、好ましくは、８０、８５、９０、９５、またはさらには、１００パーセント）が２００ナノメートル以下の結晶粒径を有する。
【００６５】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、アルファＡｌ２Ｏ３、結晶質ＺｒＯ２、および第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３を含むガラス−セラミックスを含み、ここで、アルファＡｌ２Ｏ３、結晶質ＺｒＯ２、または第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３の少なくとも１つが、１５０ナノメートル以下の結晶粒径を有する。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯをさらに含む。
【００６６】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３と、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３と、結晶質ＺｒＯ２とを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３、第２の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３、または結晶質ＺｒＯ２の内の少なくとも１つは、それらの結晶粒径の数の少なくとも７５パーセント（いくつかの実施態様においては好ましくは、８０、８５、９０、９５、またはさらには、１００パーセント）は、２００ナノメートル以下である。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯをさらに含む。
【００６７】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、アルファＡｌ２Ｏ３、結晶質ＺｒＯ２、および第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、アルファＡｌ２Ｏ３、結晶質ＺｒＯ２、または第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯの内の少なくとも１つが、１５０ナノメートル以下の結晶粒径を有する。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯをさらに含む。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。
【００６８】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯと、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯと、結晶質ＺｒＯ２とを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ、第２の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ、または結晶質ＺｒＯ２の内の少なくとも１つは、それらの結晶粒径の数の少なくとも７５パーセント（いくつかの実施態様においては好ましくは、８０、８５、９０、９５、またはさらには、１００パーセント）は、２００ナノメートル以下である。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。
【００６９】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３と、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３と、結晶質ＺｒＯ２とを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３、または結晶質ＺｒＯ２の内の少なくとも１つは、１５０ナノメートル以下の平均結晶粒径を有している。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯをさらに含む。
【００７０】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３と、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３と、結晶質ＺｒＯ２とを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３、または結晶質ＺｒＯ２の内の少なくとも１つは、それらの結晶粒径の数の少なくとも７５パーセント（いくつかの実施態様においては好ましくは、８０、８５、９０、９５、またはさらには、１００パーセント）は、２００ナノメートル以下である。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯをさらに含む。
【００７１】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯと、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯと、結晶質ＺｒＯ２とを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ、または結晶質ＺｒＯ２の内の少なくとも１つは、１５０ナノメートル以下の平均結晶粒径を有している。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯをさらに含む。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。
【００７２】
ガラス−セラミックスのいくつかの実施態様では、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯと、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯと、結晶質ＺｒＯ２とを含むガラス−セラミックスを含み、ここで、第１の複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ、第２の、また別の、複合Ａｌ２Ｏ３・ＲＥＯ、または結晶質ＺｒＯ２の内の少なくとも１つは、それらの結晶粒径の数の少なくとも７５パーセント（いくつかの実施態様においては好ましくは、８０、８５、９０、９５、またはさらには、１００パーセント）は、２００ナノメートル以下である。いくつかの実施態様においては好ましくは、ガラス−セラミックスに複合Ａｌ２Ｏ３・Ｙ２Ｏ３をさらに含む。
【００７３】
いくつかの実施態様においては、研磨材粒子のガラス−セラミックスには、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには、１００体積パーセントのクリスタリットを含み、ここで、そのクリスタリットは、１マイクロメートル未満の平均粒径を有する。いくつかの実施態様においては、研磨材粒子のガラス−セラミックスには、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには、１００体積パーセント以下のクリスタリットを含み、ここで、そのクリスタリットは、０．５マイクロメートル以下の平均粒径を有する。いくつかの実施態様においては、研磨材粒子のガラス−セラミックスには、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには、１００体積パーセント未満のクリスタリットを含み、ここで、そのクリスタリットは、０．３マイクロメートル以下の平均粒径を有する。いくつかの実施態様においては、ガラス−セラミックスには、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、またはさらには、１００体積パーセント未満のクリスタリットを含み、ここで、そのクリスタリットは、０．１５マイクロメートル以下の平均粒径を有する。
【００７４】
ガラス−セラミックスの実施態様を得るために、本発明の方法に従って製造した非晶質物質を加熱することにより形成される結晶は、たとえば、等軸晶、柱状晶、または平板状（ｆｌａｔｔｅｎｅｄ  ｓｐｌａｔ−ｌｉｋｅ）形状を有していてもよい。
【００７５】
本発明の方法に従って製造したセラミックスの（真の）密度（場合によっては比重と呼ばれる）は、典型的には、理論密度の少なくとも７０％である。本発明の方法に従って製造したセラミックスの（真の）密度が、理論密度の少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、またはさらには、１００％であるのがより望ましい。研磨材粒子は、理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、またはさらには、１００％の（真の）密度を有する。
【００７６】
本発明の物質の平均硬度は以下のようにして測定することができる。物質の切片を、固定用樹脂（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品記号「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ  ＰＯＷＤＥＲ）」として得られるもの）で固定して、典型的には、直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂の円柱の形とする。固定した切片を、ポリッシャー（たとえば、イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ  Ｂｌｕｆｆ、ＩＬ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品記号「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ）３」として入手できるもの）を使用した通常のポリッシング法で調製する。このサンプルは、ダイヤモンドホイールを用いて約３分間ポリッシングした後で、それぞれ４５、３０、１５、９、３および１マイクロメートルのスラリーを用いて５分間ポリッシングする。微小硬度の測定には従来タイプのビッカース圧子を取り付けた微小硬度試験器（たとえば、日本国東京の（株）ミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能な商品記号「ミツトヨ（ＭＩＴＵＴＯＹＯ）ＭＶＫ−ＶＬ」）を使用し、押し込み荷重として１００ｇを用いる。微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４「テスト・メソッズ・フォア・マイクロハードネス・オブ・マテリアルズ（Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（１９９１）」に記載されたガイドラインに従って行う。
【００７７】
いくつかの実施態様においては、本発明の方法に従って製造したガラス−セラミックスの平均硬度は、少なくとも１２、１３、１４、１５、１６、１７、またはさらには、少なくとも１８ＧＰａである。本発明に従って製造した研磨材粒子は、少なくとも１５ＧＰａ、いくつかの実施態様においては、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａ、またはさらには、少なくとも１８ＧＰａの平均硬度を有する。
【００７８】
非晶質物質およびガラス−セラミックスに関する、製造、使用および性質などを含めた、さらに詳しいことは、米国特許出願番号第０９/９２２，５２６号明細書、同０９/９２２，５２７号明細書および同第０９/９２２，５３０号明細書（出願日：２００１年８月２日）および、米国特許出願番号第１０/２１１，５９８号明細書；同第１０/２１１，６３０号明細書；同第１０/２１１，６３９号明細書；同第１０/２１１，０３４号明細書；同第１０/２１１，０４４号明細書；同第１０/２１１，６２０号明細書；および同第１０/２１１，６４０号明細書（出願日：２００２年８月２日）に見出すことができる。
【００７９】
本発明に従って製造した研磨材粒子には通常、結晶質セラミックを含む（いくつかの実施態様においては、好ましくは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、またはさらには１００体積パーセントの結晶質セラミック）。
【００８０】
研磨材粒子は、研磨材物品に組み込むこともできるし、あるいは分散した形態で使用することもできる。研磨材物品には、バインダーと複数の研磨材粒子とを含むが、その研磨材粒子の少なくとも一部は、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子である。研磨材製品を例示すれば、被覆研磨材物品、結合研磨材物品（たとえば、ホイール）、不織布研磨材物品、それに研磨ブラシなどが挙げられる。被覆研磨材物品には典型的には、第１および第２の背中合わせの主表面を有するバッキングが含まれ、その第１の主表面の少なくとも一部の上に、バインダーと複数の研磨材粒子が研磨材層を形成している。
【００８１】
いくつかの実施態様においては、研磨材物品中の研磨材粒子の全重量を基準にして、研磨材物品の中の研磨材粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが本発明に従った方法により製造された研磨材粒子であるのが好ましい。
【００８２】
研磨材粒子は通常、所定の粒径分布に分級してから使用する。そのような分布では通常、粗粒子から微粒子まで、ある範囲の粒径を有している。研磨材業界においては、この範囲を「粗粒（ｃｏａｒｓｅ）」、「中粒（ｃｏｎｔｒｏｌ）」および「微粉（ｆｉｎｅ）」画分と呼ぶこともある。業界に受容された分級標準に従って分級された研磨材粒子はそれぞれ、その粒径分布を、ある数値限度内の公称粒度として規定される。そのような業界に受容された分級標準（すなわち、規定の公称粒度）としては、アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティチュート・インコーポレーテッド（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ、Ｉｎｃ．）（ＡＮＳＩ）標準、フェデレーション・オブ・ユーロピアン・プロデューサーズ・オブ・アブレーシブ・プロダクツ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ  ｏｆ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（ＦＥＰＡ）標準、および日本工業規格（ＪＩＳ）標準として知られているものが挙げられる。１つの態様において、本発明は特定の公称粒度を有する複数の研磨材粒子を提供するが、
その複数の研磨材粒子の少なくとも一部は、本発明に従った方法に従って製造された研磨材粒子である。いくつかの実施態様においては、複数の研磨材粒子の全重量を基準にして、複数の研磨材粒子の少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、またはさらには１００重量パーセントが本発明に従って製造された研磨材粒子であるのが好ましい。
【００８３】
ＡＮＳＩ粒度等級としては：ＡＮＳＩ４、ＡＮＳＩ６、ＡＮＳＩ８、ＡＮＳＩ１６、ＡＮＳＩ２４、ＡＮＳＩ３６、ＡＮＳＩ４０、ＡＮＳＩ５０、ＡＮＳＩ６０、ＡＮＳＩ８０、ＡＮＳＩ１００、ＡＮＳＩ１２０、ＡＮＳＩ１５０、ＡＮＳＩ１８０、ＡＮＳＩ２２０、ＡＮＳＩ２４０、ＡＮＳＩ２８０、ＡＮＳＩ３２０、ＡＮＳＩ３６０、ＡＮＳＩ４００、およびＡＮＳＩ６００が挙げられる。本発明による研磨材粒子を含む好ましいＡＮＳＩ粒度等級はＡＮＳＩ８〜２２０である。ＦＥＰＡ粒度等級としては、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、およびＰ１２００が挙げられる。本発明による研磨材粒子を含む好ましいＦＥＰＡ粒度等級はＰ１２〜Ｐ２２０である。ＪＩＳ粒度等級としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、およびＪＩＳ１０，０００が挙げられる。本発明による研磨材粒子を含む好ましいＪＩＳ粒度等級はＪＩＳ８〜２２０である。
【００８４】
破砕して篩い分けた後では、典型的には、多くの異なった研磨材粒子の粒径分布粒子すなわち粒度等級が存在する。このように粒度等級が多いと、時期によっては、生産業者や供給業者の要求に適合しないこともあり得る。在庫を最小限に抑えるために、必要としない粒度等級品をリサイクルして、溶融物に戻し非晶質物質にすることができる。このリサイクルは破砕工程の後に実施でき、そのような粒子は、篩い分けで特定の粒度分布に入らない、大きすぎるチャンクまたは小さすぎる粒子（微粉と呼ばれることもある）などである。
【００８５】
また別な態様においては、本発明は、研磨材粒子を製造するための方法を提供するが、その方法には、非晶質（たとえば、ガラス）含有粒子を加熱処理して、その非晶質物質の少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させて、ガラス−セラミックを含む研磨材粒子を得るようにすることが含まれる。本発明はさらに、ガラス−セラミックを含む研磨材粒子を製造するための方法も提供し、その方法には、非晶質物質を加熱処理して、非晶質物質の少なくとも一部をガラス−セラミックに変換させる工程と、得られた加熱処理した物質を破砕して研磨材粒子を得る工程とが含まれる。ガラスを破砕すると、かなり結晶化させたガラス−セラミックスや結晶質材料を破砕したものよりは、より圭角状の粒子を与える傾向がある。
【００８６】
また別な態様において本発明は、バインダーによって結合された、複数の本発明に従った方法により製造された研磨材粒子からなる凝集研磨材結晶粒を提供する。また別な態様においては、本発明は、バインダーと複数の研磨材粒子とを含む、研磨材物品（たとえば、被覆研磨材物品、結合研磨材物品（たとえばビトリファイド、レジノイド、および金属結合研削ホイール、カットオフホイール、マウンテッドポイント、ホーニングストーンなど）、不織布研磨材物品、および研磨ブラシ）を提供するが、ここで、その研磨材粒子の少なくとも一部は、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子（研磨材粒子が凝集体である場合も含む）である。そのような研磨材物品の製造方法および研磨材粒子を用いた研磨材物品の使用方法は当業者には周知である。さらに、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子は、研磨材粒子を用いる研磨材用途、たとえば研磨コンパウンドのスラリー（たとえば、ポリッシングコンパウンド）、ミリング媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体などにおいて、使用することができる。
【００８７】
被覆研磨材物品には一般に、バッキング、研磨材粒子、およびその研磨材粒子をバッキングの上に保持するための少なくとも１種のバインダーが含まれる。バッキングとしては適当な材料ならば何を使用してもよいが、たとえば、布、ポリマーフィルム、繊維、不織布ウェブ、紙、それらの組み合わせ、およびそれらを処理したものなどが挙げられる。バインダーとしては適当なバインダーならば何を使用してもよいが、たとえば、無機または有機のバインダー（加熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂を含む）を挙げることができる。研磨材粒子は、被覆研磨材物品の１層内に存在していても、２層内に存在していてもよい。
【００８８】
被覆研磨材物品の例を図１に示している。この図では、本発明に従う被覆研磨材物品１には、バッキング（基材）２と研磨材層３とが含まれる。研磨材層３には、メイクコート５およびサイズコート６によってバッキング２の主表面に保持されている、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子４が含まれる。場合によっては、スーパーサイズコートも使用される（図示せず）。
【００８９】
結合研磨材物品には典型的には、有機、金属系またはビトリファイドバインダーによって結合された研磨材粒子の成形塊状物が含まれる。そのような成形塊状物は、たとえば、ホイール、たとえば研削ホイールまたはカットオフホイールのような形状であってもよい。研削ホイールの直径は典型的には、約１ｃｍから１メートルを超えるものまで、カットオフホイールの直径は約１ｃｍから８０ｃｍを超えるものまで（より典型的には３ｃｍ〜約５０ｃｍ）ある。カットオフホイールの厚みは典型的には、約０．５ｍｍ〜約５ｃｍ、より典型的には約０．５ｍｍ〜約２ｃｍである。成形塊状物は、たとえば、ホーニングストーン、セグメント、マウンテッドポイント、ディスク（たとえば、ダブルディスクグラインダー）の形状、またはその他の従来からの結合研磨材形状であってもよい。結合研磨材物品には典型的には、結合研磨材物品の全体積を基準にして、約３〜５０体積％の結合材料、約３０〜９０体積％の研磨材粒子（または研磨材粒子ブレンド物）、５０体積％までの添加物（研削助剤を含む）、および７０体積％までの気孔が含まれる。
【００９０】
好ましい形態は研削ホイールである。図２に研削ホイール１０を示しているが、これには、ホイールの形に成形されハブ１２に取り付けられた、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子１１が含まれている。
【００９１】
不織布研磨材物品は典型的には、通気性の多孔質で嵩だかなポリマーフィラメント構造を含んでいて、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子が構造全体に分散され、有機バインダーによってその中に接着結合させられている。フィラメントの例を挙げれば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維およびポリアラミド繊維などがある。図３では、典型的な不織布研磨材物品を約１００倍に拡大した模式図を示している。そのような本発明に従った不織布研磨材物品には、基材としての繊維マット５０を含み、基材の上に本発明に従った方法により製造された研磨材粒子５２がバインダー５４により接着されている。
【００９２】
有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体になった複数の剛毛を有するものが挙げられる（たとえば、米国特許第５，４２７，５９５号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，４４３，９０６号明細書（ピール（Ｐｉｈｌ）ら）、米国特許第５，６７９，０６７号明細書（ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，９０３，９５１号明細書（イオンタ（Ｉｏｎｔａ）ら）を参照されたい）。そのようなブラシは、ポリマーおよび研磨材粒子の混合物を射出成形することによって製造するのが望ましい。
【００９３】
研磨材物品を作るのに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、α，β−不飽和カルボニル基をペンダントさせたアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート化ウレタン、アクリレート化エポキシ、およびそれらの組み合わせ、を挙げることができる。バインダーおよび／または研磨材物品にはさらに添加物を加えることができ、そのようなものとしては、繊維、潤滑剤、濡れ剤、チキソトロープ原料、界面活性剤、顔料、染料、静電防止剤（たとえば、カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（たとえば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミン酸塩など）、可塑剤、沈殿防止剤、などを挙げることができる。これら任意成分の添加物の量は、所望の性質が得られるように選択する。カップリング剤は、研磨材粒子および／または充填材に対する接着性を改良する。バインダー化学品は、加熱硬化、放射線硬化あるいはそれらの組み合わせで硬化させることができる。バインダー用化学品に関するさらに詳しいことは、米国特許第４，５８８，４１９号明細書（カウル（Ｃａｕｌ）ら）、米国特許第４，７５１，１３８号明細書（チュミイ（Ｔｕｍｅｙ）ら）および米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）に見出すことができる。
【００９４】
ビトリファイド結合研磨材に関してさらに具体的に言えば、非晶質構造を示し典型的には硬度の高いガラス質結合材料が、当業者には周知である。場合によっては、そのガラス質結合材料には結晶質相が含まれる。結合させたビトリファイド研磨材物品は、ホイール（カットオフホイールを含む）、ホーニングストーン、マウンテッドポイントの形態またはその他の従来からの結合研磨材の形態であってもよい。ビトリファイド結合研磨材物品として好ましいのは、研削ホイールである。
【００９５】
ガラス質結合材料を形成させるために使用される金属酸化物の例を挙げれば：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、それらの組み合わせ、などがある。典型的には、ガラス質結合材料は、１０から１００％まで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、２０％〜８０％のガラスフリット、または３０％〜７０％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。ガラス質結合材料の残りの部分は、非フリット材料でよい。別な方法としては、ガラス質の結合を、フリット非含有組成物から誘導することもできる。ガラス質結合材料は、典型的には約７００℃〜約１５００℃の範囲の温度、通常は約８００℃〜約１３００℃の範囲、時には約９００℃〜約１２００℃の範囲、さらには約９５０℃〜約１１００℃の範囲で養生させる。結合を養生させる実際の温度は、たとえば、個々の結合の化学によって決まってくる。
【００９６】
好適なビトリファイド結合材料としては、シリカ、アルミナ（望ましくは少なくとも１０重量パーセントのアルミナ）およびボリア（望ましくは少なくとも１０重量パーセントのボリア）を含むものを挙げることができる。ほとんどの場合、このビトリファイド結合材料にはさらに、アルカリ金属酸化物（類）（たとえば、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏ）を含む（場合によっては、少なくとも１０重量パーセントのアルカリ金属酸化物（類）を含む）。
【００９７】
バインダー材料には、さらに、充填材物質または研削助剤を、典型的には粒子状物質として含むことができる。典型的にはこの粒子状物質は、無機物質である。本発明のための充填材として有用なものの例を挙げると：金属炭酸塩（たとえば、炭酸カルシウムたとえば、チョーク、方解石、マール、トラバーチン、大理石および石灰石）、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム）、シリカ（たとえば、石英、ガラスビーズ、ガラスバブルおよびガラス繊維）、ケイ酸塩（たとえば、タルク、クレイ、（モンモリロナイト）、長石、マイカ、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）、金属硫酸塩（たとえば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウム）、セッコウ、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（たとえば、酸化カルシウム（ライム）、酸化アルミニウム、二酸化チタン）、および金属亜硫酸塩（たとえば、亜硫酸カルシウム）などがある。
【００９８】
一般的には、研削助剤を添加すると、研磨材物品の使用寿命が延びる。研削助剤は、研磨の化学的、物理的過程に大きな影響を与えてそれにより性能を向上させる物質である。理論に拘束されることを欲する訳ではないが、研削助剤（類）は、（ａ）研磨材粒子と、研磨されるワークピースとの間の摩擦を減少させ、（ｂ）研磨材粒子の「キャッピング（ｃａｐｐｉｎｇ）」を防止する（すなわち、研磨材粒子の上に金属粒子が融着するのを防止する）か、または少なくとも研磨材粒子がキャッピングする傾向を抑える、（ｃ）研磨材粒子とワークピースの界面の温度を下げ、または（ｄ）研削力を軽減する、と考えられる。
【００９９】
研削助剤には、幅広い範囲の各種物質が含まれ、それらは無機系であっても有機系であってもよい。研削助剤について化合物の群で例を挙げれば、ワックス、有機ハロゲン化化合物、ハロゲン化物塩ならびに金属およびそれらの合金がある。有機ハロゲン化化合物は典型的には、研磨の際に分解して、ハロゲン酸または気体のハロゲン化化合物を放出する。そのような物質の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレン、およびポリ塩化ビニルのような塩素化ワックスが挙げられる。ハロゲン化物塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、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、およ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、および鉄チタンが挙げられる。その他の研削助剤には、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、および金属硫化物を挙げることができる。各種の研削助剤を組み合わせて使用することも本発明の範囲に含まれ、場合によってはそれによって相乗効果が得られることもある。好適な研削助剤は氷晶石であり、最も好適な研削助剤は、テトラフルオロホウ酸カリウムである。
【０１００】
研削助剤は、被覆研磨材物品および結合研磨材物品において特に有用である。被覆研磨材物品の場合、研削助剤は典型的には、研磨材粒子の表面に塗布されるスーパーサイズコートの中で使用される。しかしながら、場合によっては、研削助剤をサイズコートに添加することもある。被覆研磨材物品の中に加える研削助剤の量は典型的には、約５０〜３００ｇ／ｍ２（望ましくは約８０〜１６０ｇ／ｍ２）である。ビトリファイド結合研磨材物品の場合には、典型的には研削助剤を物品の気孔の中に含浸させる。
【０１０１】
研磨材物品には、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を１００％含ませてもよいし、あるいは、そのような研磨材粒子と他の研磨材粒子および／または希釈粒子とのブレンド物を含ませてもよい。しかしながら、研磨材物品中の研磨材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％が、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子となるようにするべきである。場合によっては、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を他の研磨材粒子および／または希釈粒子と、その比を５対７５重量％、約２５対７５重量％、約４０対６０重量％、または約５０％対５０重量％（すなわち、重量で等量）の間として、ブレンドしてもよい。好適な従来からの研磨材粒子の例を挙げれば、融解酸化アルミニウム（白色融解アルミナ、加熱処理酸化アルミニウムおよ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、立方晶窒化ケイ素、ガーネット、融解アルミナ−ジルコニア、およびゾルゲル法による研磨材粒子、などがある。ゾルゲル法による研磨材粒子は、種結晶有りのものでも、無しのものでもよい。同様にして、ゾルゲル法による研磨材粒子は、ランダムな形状をしていてもよいし、あるいは、種結晶に関連した、棒状または三角形などのような形状をとっていてもよい。ゾルゲル研磨材粒子の例としては、以下の特許に記載されているものを挙げることができる：米国特許第４，３１４，８２７号明細書（ライトハイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，５１８，３９７号明細書（ライトハイザー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、米国特許第４，６２３，３６４号明細書（コットリンガー（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ）ら）、米国特許第４，７４４，８０２号明細書（シュワーベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、米国特許第４，７７０，６７１号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、米国特許第４，８８１，９５１号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，０１１，５０８号明細書（ワルド（Ｗａｌｄ）ら）、米国特許第５，０９０，９６８号明細書（ペロウ（Ｐｅｌｌｏｗ））、米国特許第５，１３９，９７８号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ））、米国特許第５，２０１，９１６号明細書（ベルグ（Ｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５，２２７，１０４号明細書（バウアー（Ｂａｕｅｒ））、米国特許第５，３６６，５２３号明細書（ローベンホルスト（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）ら）、米国特許第５，４２９，６４７号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、米国特許第５，４９８，２６９号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、および米国特許第５，５５１，９６３号明細書（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））。原料物質源としてアルミナ粉体を使用して製造した、焼結アルミナ研磨材粒子に関するさらに詳しいこともまた、たとえば、米国特許第５，２５９，１４７号明細書（ファルツ（Ｆａｌｚ））、米国特許５，５９３，４６７号明細書（モンロー（Ｍｏｎｒｏｅ））、および米国特許５，６６５，１２７号明細書（モルツゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））に見出すことができる。融解研磨材粒子についてのさらに詳しいことは、たとえば、以下の特許に見出すことができる：米国特許第１，１６１，６２０号明細書（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、米国特許第１，１９２，７０９号明細書（トーン（Ｔｏｎｅ））、米国特許第１，２４７，３３７号明細書（サウンダース（Ｓａｕｎｄｅｒｓ）ら）、米国特許第１，２６８，５３３号明細書（アレン（Ａｌｌｅｎ））、および米国特許第２，４２４，６４５号明細書（バウマン（Ｂａｕｍａｎｎ）ら）、米国特許第３，８９１，４０８号明細書（ラウズ（Ｒｏｗｓｅ）ら）、米国特許第３，７８１，１７２号明細書（ペット（Ｐｅｔｔ）ら）、米国特許第３，８９３，８２６号明細書（キナン（Ｑｕｉｎａｎ）ら）、米国特許第４，１２６，４２９号明細書（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、米国特許第４，４５７，７６７号明細書（プーン（Ｐｏｏｎ）ら）、米国特許第５，０２３，２１２号明細書（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、米国特許第５，１４３，５２２号明細書（ギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ）ら）、および米国特許第５，３３６，２８０号明細書（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、および米国特許出願第０９／４９５，９７８号、第０９／４９６，４２２号、第０９／４９６，６３８号および第０９／４９６，７１３号（上記はいずれも、２０００年２月２日出願）、および、米国特許出願第０９／６１８，８７６号、第０９／６１８，８７９号、第０９／６１９，１０６号、第０９／６１９，１９１号、第０９／６１９，１９２号、第０９／６１９，２１５号、第０９／６１９，２８９号、第０９／６１９，５６３号、第０９／６１９，７２９号、第０９／６１９，７４４号および第０９／６２０，２６２号（以上いずれも、２０００年７月１９日出願）、および米国特許出願第０９／７７２，７３０号（２００１年１月３０日出願）。場合によっては、研磨材粒子をブレンドすることによって得られる研磨材物品が、それぞれの研磨材粒子１００％からなる研磨材物品に比較して、改良された研削性能を示すこともあり得る。
【０１０２】
研磨材粒子のブレンド物を用いる場合には、そのブレンド物を形成する研磨材粒子のタイプは、同じ粒径のものであってもよい。それとは逆に、その研磨材粒子のタイプが異なった粒径を持っていてもよい。たとえば、大きい方の粒径の研磨材粒子が本発明に従った方法により製造された研磨材粒子であり、小さい方の粒径の粒子が他のタイプの研磨材粒子であってもよい。逆に、たとえば、小さい方の粒径の研磨材粒子が本発明に従った方法により製造された研磨材粒子であり、大きい方の粒径の粒子が他のタイプの研磨材粒子であってもよい。
【０１０３】
好適な希釈粒子の例としては、大理石、セッコウ、フリント、シリカ、酸化鉄、ケイ酸アルミニウム、ガラス（ガラスバブルおよびガラスビーズを含む）、アルミナバブル、アルミナビーズおよび希釈凝集体を挙げることができる。本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を研磨材凝集体の中に組み込んだり、研磨材凝集体と共に使用することも可能である。典型的には研磨材凝集体粒子には、複数の研磨材粒子、バインダーおよび任意の添加物が含まれる。そのバインダーは有機系および／または無機系であってよい。研磨材凝集体はランダムな形状をしていても、あるいはそれらに関連する予め定められた形状をしていてもよい。その形状は、ブロック状、円筒状、角錐状、コイン状、四角形などであってよい。研磨材凝集体粒子の典型的な粒径は、約１００から約５０００マイクロメートルの範囲、典型的には約２５０〜約２５００マイクロメートルである。研磨材凝集体粒子に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，３１１，４８９号明細書（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、米国特許第４，６５２，２７５号明細書（ブレッハー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第４，７９９，９３９号明細書（ブレッハー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、米国特許第５，５４９，９６２号明細書（ホルムズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））、および米国特許出願第０９／６８８，４４４号および第０９／６８８，４８４号（２０００年１０月１６日出願）。
【０１０４】
研磨材粒子は、研磨材物品の中に均一に分散させてもよいし、あるいは研磨材物品の選択した領域または部分に集中させてもよい。たとえば、被覆研磨材の場合には、研磨材粒子の層が２層であってもよい。第１層には本発明に従った方法により製造された研磨材粒子以外の研磨材粒子を含み、第２（最外）層には本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を含むようにする。結合研磨材の場合にも同様で、研削ホイールに２つの別々の区域が存在してもよい。最外区域には本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を含み、それに対して最内区域にはそれらを含まないようにしてもよい。別な方法として、本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を結合研磨材物品の全体にわたって均一に分散させることもできる。
【０１０５】
被覆研磨材物品に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，７３４，１０４号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、米国特許第４，７３７，１６３号明細書（ラーキー（Ｌａｒｋｅｙ））、米国特許第５，２０３，８８４号明細書（ブキャナン（Ｂｕｃｈａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１５２，９１７号明細書（ピーパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）、米国特許第５，３７８，２５１号明細書（カラー（Ｃｕｌｌｅｒ）ら）、米国特許第５，４１７，７２６号明細書（スタウト（Ｓｔｏｕｔ）ら）、米国特許第５，４３６，０６３号明細書（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）、米国特許第５，４９６，３８６号明細書（ブロベルグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ）ら）、米国特許第５、６０９，７０６号明細書（ベネディクト（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ）ら）、米国特許第５，５２０，７１１号明細書（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、米国特許第５，９５４，８４４号明細書（ロウ（Ｌａｗ）ら）、米国特許第５，９６１，６７４号明細書（ガグリアルディ（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ）ら）、および米国特許第５，９７５，９８８号明細書（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））。結合研磨材物品に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，７４１，７４３号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第４，８００，６８５号明細書（ヘインズ（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−マテニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０３７，４５３号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、米国特許第５，１１０，３３２号明細書（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（チー（Ｑｉ）ら）。ガラス質結合研磨材に関するさらに詳しいことは以下の特許に見出すことができる：たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号明細書（ルー（Ｒｕｅ））、米国特許第４，８９８，５９７号明細書（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、米国特許第４，９９７，４６１号明細書（マルコフ−マテニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、米国特許第５，０９４，６７２号明細書（ジャイルズ、ジュニア（Ｇｉｌｅｓ  Ｊｒ．）ら）、米国特許第５，１１８，３２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，１３１，９２６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２０３，８８６号明細書（シェルドン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、米国特許第５，２８２，８７５号明細書（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、米国特許第５，７３８，６９６号明細書（ウー（Ｗｕ）ら）、および米国特許第５，８６３，３０８号明細書（チー（Ｑｉ））。不織布研磨材物品に関するさらに詳しいことは、たとえば、米国特許第２，９５８，５９３号明細書（フーバー（Ｈｏｏｖｅｒ）ら）に見出すことができる。
【０１０６】
本発明は、表面を研磨するための方法を提供するが、その方法に含まれるのは、本発明に従った方法により製造された少なくとも１種の研磨材粒子を、ワークピースの表面に接触させる工程；および研磨材粒子または接触させた表面の少なくとも一方を移動させて、前記表面の少なくとも一部を研磨材粒子を用いて研磨する工程である。本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を用いて研磨する方法には、スナッギング（すなわち、高圧、高切削（ｈｉｇｈ  ｓｔｏｃｋ）除去）からポリッシング（たとえば、被覆研磨材ベルトを用いた医療用インプラントのポリッシング）まであるが、後者の場合は典型的には、粒度の細かい研磨材粒子（たとえば、ＡＮＳＩ２２０より細かいもの）を用いて実施する。この研磨材粒子は、精密研磨用途、たとえばビトリファイド結合ホイールを有する粉砕カムシャフトなどにも使用することができる。特定の研磨用途に使用する研磨剤粒子の粒度は、当業者には明らかであろう。
【０１０７】
本発明に従った方法により製造された研磨材粒子を使用する研磨は、乾式でも湿式でもよい。湿式研磨の場合には液体を、軽質のミスト状から完全な中液までの形態で導入することができる。一般的に使用される液体の例を挙げれば、水、水溶性オイル、有機潤滑剤、およびエマルションなどがある。この液体の役目は、研磨に伴う発熱を抑制し、および／または潤滑剤として機能することである。この液体には、微量の添加物、たとえば殺菌剤や消泡剤などが含まれていてもよい。
【０１０８】
本発明に従った方法により製造された研磨材粒子は、たとえば、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具鋼、ステンレス鋼、焼入鋼、チタン、ガラス、セラミックス、木材、木材状材料、ペイント、ペイント表面、有機塗装表面など、のワークピースを研磨するのに使用できる。研磨の際に加える力は典型的には、約１〜約１００キログラムの範囲である。
【０１０９】
本発明に従った方法により製造された微粒子非晶質およびガラス−セラミックスの実施態様は、たとえば、ポリマー材料、金属材料またはセラミックマトリックス複合材料中の充填材として、プラズマ溶射のための供給粒子として、あるいは、セラミック材料を形成させるための原料として、有用である。透明なものは、再帰反射ビーズとしても使用できる。本発明に従った方法により製造された微粒子非晶質およびガラス−セラミックスの実施態様は、粘弾性的に変形させて、単純または複雑な形状のバルク材料を作ることもできる。
【０１１０】
本発明の利点と実施態様について、以下の実施例でさらに説明するが、それらの実施例で引用する特定の物質およびその量、さらにはその他の条件および詳細が本発明を不当に限定するものと受け取ってはならない。すべての部とパーセントは、特に断らない限り、重量基準である。特に断らない限り、いずれの実施例でも、顕著な量のＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２、Ａｓ２Ｏ３、およびＶ２Ｏ５は含まない。
【実施例】
【０１１１】
実施例１〜２
２５０ｍＬのポリエチレンビン（直径７．３ｃｍ）に、５０ｇの各種粉体混合物（下の表１に示す、原料の供給源は表２）、７５ｇのイソプロピルアルコール、および２００ｇのアルミナミリング媒体（円筒状、高さ直径共に０．６３５ｃｍ；９９．９％アルミナ；コロラド州ゴールデン（Ｇｏｌｄｅｎ，ＣＯ）のクアーズ（Ｃｏｏｒｓ）から入手）を仕込んだ。ポリエチレンビンの内容物を、１６時間、６０回転／分（ｒｐｍ）で微粉砕させてから、ミリング媒体を除き、スラリーを温めておいた（約７５℃）のガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）のパンの上に流し出して３分以内で乾燥させた。次いで乾燥させた粉体を、塗料ばけを用いながら、７０メッシュの篩（開口寸法２１２マイクロメートルの篩）を通してふるい分けた。
【０１１２】
表１
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【０１１３】
表２
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【０１１４】
実施例３
実施例１のフィード粒子約７ｇを、ラバーバッグ中で２０７メガパスカル（ＭＰａ）（３０ｋｓｉ）の圧力を用いて冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）して、直径１センチメートル（ｃｍ）長さ５ｃｍのペレットに成形した。冷間静水圧プレスは（圧力がすべての方向から均等にかかるように）油の中で実施し、サンプルが油に漬かるのを防ぐ目的でＣＩＰの間は、サンプルをラバーバッグ（直径１ｃｍ）の中に収納しておいた。
【０１１５】
そのペレットを、直径１．２５ｃｍのグラファイト製円筒状るつぼの中に入れた。るつぼの底部にテーパーをつけ、オリフィスの開口部分では約２ミリメートル（ｍｍ）の厚みであった。オリフィス開口部の直径は０．８２ｍｍであった。サンプルを、標準的な１５キロワット（ＫＷ）（４５０ｋＨｚで駆動）の誘導加熱装置を用いて、Ｈｅガスの分圧下で加熱した。炉の温度の監視、調節はしなかった。加熱、溶融は極めて速やかに、数秒以内に起きた。溶融が始まったこと（溶融物がオリフィスから滴り始めるので判る）が観察されたら、過圧（マノメーターで測定した差圧、ΔＰ（すなわち、るつぼ中の溶融サンプルの上の圧力と、装置内（すなわち、るつぼの外側）圧力との間の差））＝２０ＭＰａ（１５０トル）をかけて、その溶融物を、１０メートル／秒（ｍ／ｓ）で回転させている無酸素高伝導銅（ＯＦＨＣ）ホイールのエッジの上に強制的に押出した。観察された最高温度は１６３９℃であった。その装置の概略図を図４に示す。るつぼからは非連続的に溶融物が流れだし、球となって回転ホイールに当たった。回転している銅ホイールがその溶融物の流れをさらに破壊したので、急冷により得られた材料は多数の球状粒子となった。
【０１１６】
実施例４
実施例１のフィード粒子７ｇを用いて第２の仕込みとし、実施例３の記載に従って溶融紡糸したが、ただし、オリフィスの開口を直径１．１ｍｍとした。この場合もまた、非連続な溶融物流れとなった。細切れの溶融物が回転銅ホイールに当たり、球状粒子としてはじかれた。しかしながら、大部分の溶融物は銅ホイールによって変形されてから急冷されたので、得られたものはホイスカー状およびフレーク状となった。光学顕微鏡法を用いた観察では、それらのホイスカーやフレークは透明であったので、非晶質物質であると考えられる。
【０１１７】
実施例５
実施例２のフィード粒子７ｇを用いて仕込み、実施例３の記載に従って溶融紡糸したが、ただし、オリフィスの開口を直径１．１ｍｍとした。この場合には、連続の溶融物の流れが得られた。その装置の概略図を図４に示す。連続の溶融物のパッドル（ｐｕｄｄｌｅ）が銅ホイールの表面に形成され、それから連続的にリボンを紡糸した。そのリボンが装置の角にあたって折れることにより、長さ約３０〜５０ｍｍ、厚み約５０マイクロメートルのリボンとなった。装置との接触が無ければ、もっと長いリボンが製造できたと考えられる。
【０１１８】
示差熱分析（ＤＴＡ）は以下の方法に従って実施した。リボンを[乳鉢と乳棒を用いて粉砕した。ＤＴＡを測定するには、−１４０＋１７０メッシュの粒径画分（すなわち、１０５マイクロメートル開口寸法から９０マイクロメートル開口寸法までの間の篩で集められた画分）を使用し、機器としては、たとえば独国ゼルプ（Ｓｅｌｂ、Ｇｅｒｍａｎｙ）のネッツ・インストラメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から入手可能な商品記号「ネッツ（ＮＥＴＺＳＣＨ）ＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ」を使用した。１００マイクロリットルのＡｌ２Ｏ３製サンプルホルダーに入れるそれぞれの篩い分けしたサンプルの量は、約４００ミリグラムであった。それぞれのサンプルを、静的空気（ｓｔａｔｉｃ  ａｉｒ）中で、室温（約２５℃）から１１００℃まで１０℃／分の速度で昇温させた。
【０１１９】
図５を参照すると、カーブ１２３は、この物質のＤＴＡデータをプロットしたものである。図５のカーブ１２３から、この物質は、温度が約８７２℃のところでカーブ１２３が下向きになっていることからわかるように、この温度で吸熱事象を示した。この事象は、ガラス質の物質のガラス転位（Ｔｇ）によるものと考えられる。約９５８℃におけるカーブ１２３の鋭いピークから判るように、発熱事象も観察された。この事象は、物質の結晶化（Ｔｘ）によるものと考えられる。
【０１２０】
実施例６
実施例５において作った何本かのリボン（約２５ｇ）をグラファイト型の中に入れ、一軸プレス装置（カリフォルニア州ブレア（Ｂｒｅａ，ＣＡ）サーマル・テクノロジー・インコーポレーテッド（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．）から商品記号「ＨＰ−５０」として入手したもの）を用いて熱間圧縮を行った。この熱間圧縮はアルゴン雰囲気下で、１３．８ＭＰａ（２０００ポンド／平方インチ（２ｋｓｉ））の圧力をかけて実施した。この熱間圧縮炉は、２５℃/分の速度で、９７０℃まで昇温させた。その結果、数本のリボンを圧縮させたものからなるシートが得られた。こうして得られたシートのＤＴＡ曲線が、圧縮前のリボンの場合と同様のガラス転移温度と結晶化温度とを示したことから、そのシートはガラス質であることが判った。
【０１２１】
実施例７
実施例１のフィード粒子を直接水素/酸素トーチフレームにフィードし、粒子を溶融させた。粒子を溶融させ、それによって溶融微少液滴を発生させるために用いたトーチは、ペンシルバニア州ヘラータウン（Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ，ＰＡ）のベスレヘム・アパラタス・カンパニー（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｃｏ．）から入手した、ベスレヘム・ベンチ・バーナー（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ  ｂｅｎｃｈ  ｂｕｒｎｅｒ）・ＰＭ２Ｄ・Ｂ型であった。トーチへの水素と酸素の流量は次のとおりであった。内環での水素の流量は８リットル（標準状態）／分（ＳＬＰＭ）、酸素の流量は３．５ＳＬＰＭであった。外環での水素の流量は２３ＳＬＰＭ、酸素の流量は１２ＳＬＰＭであった。粒子を火炎の中で溶融させてから、その鋼板の表面に冷水（約８リットル／分）を流している傾斜を付けたステンレス鋼表面（幅約５１センチメートル（２０インチ）、傾斜角４５度）に送り、ビーズを形成させた。得られた溶融・急冷ビーズをパンに集めて、１１０℃で乾燥させた。これらのビーズは、光学顕微鏡で見ると透明であることから、非晶質であった。それらの形状は球状であり、その大きさは数マイクロメートルから２５０マイクロメートルまでと幅があった。
【０１２２】
それらのビーズと実施例５で作成したリボンの層を交互に重ねたものからなる複合材料を以下のようにして熱間圧縮した。５ｇのビーズからなる第１の層をグラファイト型の中に設け、その上に１ｇのリボンを乗せた。その第１の層と第２の層を繰り返して、最後の層として５ｇのビーズを一番上にした。次いでこの組合せ物を、実施例６に記載したのと同様にして、熱間圧縮した。この熱間圧縮の温度と圧力によって、ビーズがリボンの周りに流れることが可能となり、融合して単一のバルク材料となった。得られたものは、融合ビーズのマトリックス中に実施例５で調製したリボンがある複合材料であった。
【０１２３】
本発明の範囲および本発明の精神から外れることなく、本発明の各種の修正と変更が可能であることは当業者には明らかであるが、本発明は、本明細書に記載した説明のための実施態様により不当に限定されるものではないことは、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の方法により製造された研磨材粒子を含む被覆研磨材物品の部分破断概略図である。
【図２】本発明の方法により製造された研磨材粒子を含む結合研磨材物品の斜視図である。
【図３】本発明の方法により製造された研磨材粒子を含む不織布研磨材物品の拡大概略図である。
【図４】本発明の方法の斜視図である。
【図５】実施例５に従って調製したサンプルのＤＴＡ曲線である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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