(57)【要約】  本発明は、電気アーク炉において溶融されたジルコニアアルミナに基づく砥粒に関し、５２〜６２重量％のＡｌ２Ｏ３および３５〜４５重量％のＺｒＯ２の含有量を含み、ジルコニアの高温相は、還元されたＴｉ化合物および酸化イットリウムの組み合わせによって安定化される。
2013531085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気アーク炉において溶融されたＡｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２に基づく砥粒であって、
−５２〜６２重量％のＡｌ２Ｏ３、
−３５〜４５重量％のＺｒＯ２であって、ＺｒＯ２の総重量含有量に基づくＺｒＯ２の少なくとも７０重量％が、正方晶系および立方晶系高温変態として存在するＺｒＯ２、
−還元形状、特に酸化物および／または亜酸化物および／または炭化物および／または酸炭化物および／または酸窒化炭素および／またはケイ化物の形状で、ＴｉＯ２として表される場合に、１〜５重量％のチタン化合物、
−０．５〜３．０重量％のＹ２Ｏ３、
−ＳｉＯ２として表される場合に、０．２〜０．７重量％のＳｉ化合物、
−０．０３〜０．５重量％の総炭素、および
−３．０重量％未満の原料に基づく不純物
の重量含有量を有し、ＴｉＯ２とＹ２Ｏ３との重量比が１：２〜５：１の範囲であることを特徴とする、砥粒。
【請求項２】
それぞれの場合に最終的な砥粒の重量に基づいて、前記チタン化合物の重量含有量が、ＴｉＯ２で表される場合に、１．５重量％〜４．０重量％であり、前記Ｙ２Ｏ３の重量含有量が０．５重量％〜２．０重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の砥粒。
【請求項３】
最終的な砥粒の重量に基づいて、前記チタン化合物の重量含有量が、ＴｉＯ２で表される場合に、Ｙ２Ｏ３の重量含有量と共に、２．０〜６．０重量％であり、好ましくは３．０〜５．０重量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の砥粒。
【請求項４】
前記ＴｉＯ２とＹ２Ｏ３との重量比が２：１〜４：１の範囲であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の砥粒。
【請求項５】
前記砥粒において、それぞれの場合に酸化ジルコニウムの総重量含有量に基づいて、２０重量％超過の酸化ジルコニウムが立方晶系高温相として存在し、５０重量％超過の酸化ジルコニウムが正方晶系高温相として存在することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の砥粒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部分の特徴を有する、電気アーク炉中において溶融されたジルコニウムコランダムに基づく砥粒に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの溶融物の極めて迅速な冷却によって製造されるこのタイプのセラミック微粒子は、長年にわたって公知であり、砥粒および／または耐火性材料として首尾良く使用されている。特に砥粒としての使用に関しては、生成物における酸化ジルコニウムの正方晶系高温変態の重量含有量が高いと、砥粒の品質および切粉除去速度に有利な効果を与えることが示されている。溶融したジルコニウムコランダム中の酸化ジルコニウムの高温変態は、通常、高温変態のための安定剤として作用する一般に公知の金属酸化物、例えば酸化チタン、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどの存在下で、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの溶融物の迅速な急冷によって得られる。
【０００３】
故に、米国特許第５，５２５，１３５号（欧州特許第０５９５０８１Ｂ１号）において、９０重量％超過の酸化ジルコニウムが正方晶系の高温変態として存在するジルコニウムコランダムに基づく砥粒が記載されている。高温相の安定化は、この場合、還元剤としての炭素の存在下で酸化チタンを液体溶融物中に添加し、次いでこの溶融物を迅速に急冷することによって生じる。これにより、亜酸化物、炭化物および／または酸炭化物の形状の還元されたチタン化合物を生じ、酸化ジルコニウムの高温相の安定化が、おそらくチタンの亜酸化物を介して生じる。
【０００４】
米国特許第７，１２２，０６４Ｂ２号（欧州特許第１３４１８６６Ｂ１号）において、酸化ジルコニウムの高温相が、還元形状、特に酸化物、亜酸化物、炭化物および／または酸炭化物の形状のチタン化合物で同様に安定化された、ジルコニウムコランダムに基づく砥粒が記載されている。欧州特許第１３４１８６６Ｂ１号に記載される砥粒は、さらに、ＳｉＯ２として表される場合に、０．２〜０．７重量％の含有量にてケイ素化合物を含有する。還元されたチタン化合物の安定化効果がＳｉＯ２の添加によって大きく低下されるが、溶融物の粘度も同時に大きく低下するので、溶融物の急冷を促進する。このプロセスにおいては液体材料が金属プレートの間に注がれる。これは、最終的な砥粒の構造に正の効果を与えるので、このようにして特に微細な結晶性の均質な構造を達成でき、この構造は、酸化ジルコニウムの高温変態の可能性として最も高い重量含有量の他に、生成物の品質に関する別の重要な基準である。
【０００５】
米国特許第４，４５７，７６７号において、酸化ジルコニウムの高温変態の安定剤として公知である酸化イットリウムを０．１〜２重量％含有するジルコニウムコランダム砥粒が記載されている。酸化ジルコニウムの高温相のためのＹ２Ｏ３の安定化効果は、還元されたＴｉＯ２の場合よりも明確に現れ、そのため、高温相の同等の重量含有量を得るために使用される必要があるＹ２Ｏ３は比較的少量であることが知られている。
【０００６】
今日において、ジルコニウムコランダムに基づく砥粒は今なお、種々広範な異なる等級のスチールを機械加工するために最も重要な従来の砥粒の１つであり、そのため砥粒の性能を改善するために世界規模で甚大な努力がなされている。
【０００７】
故に、米国特許第７，０１１，６８９Ｂ２号において、好ましくは３５〜５０重量％の酸化ジルコニウム、４８〜６５重量％の酸化アルミニウム、０．４重量％未満のＳｉＯ２および１０重量％までの、酸化イットリウム、酸化チタンおよび酸化マグネシウムからなる群の少なくとも１つの酸化物を含有する、溶融されたジルコニウムコランダムのセラミック粒子が記載されている。こうしたセラミック粒子は、還元剤としての炭素およびアルミニウム金属の存在下で溶融される。特定のプロセスコントロールによって、還元剤として炭素と組み合わせてアルミニウム金属を用い、使用される材料の１キログラムあたり２．５〜４ｋＷｈの特定エネルギーを伴う電気アーク炉を１７５〜２０５Ｖの電圧にて操作することにより、その品質を改善する試みがなされており、それにより得られた生成物を酸化し難くする。米国特許第７，０１１，６８９Ｂ２号に記載される安定剤は、酸化イットリウム、酸化チタン、および酸化マグネシウムであり、イットリウムを用いて安定化された実施形態を優先すべきであるという結論に到達した（第１６欄１６〜１８行）。安定剤としての酸化チタンおよび酸化イットリウムの組み合わせは、２８．１重量％の酸化ジルコニウム含有量を有する材料に関する実施例２２に記載されている。酸化チタンと酸化イットリウムの比は、この場合約４；１である。０．２５重量％の酸化イットリウム含有量は、非常に低い濃度であり、極めて小さい安定化効果のみを示すことが知られている。この組み合わせの特定の利点は記載されていない。反対に、その多孔性のために本発明の範囲外である生成物が記載されている。
【０００８】
米国特許出願公開第２００８／００２８６８５Ａ１号には、４０〜４５．５重量％の酸化ジルコニウム、４６〜５８重量％の酸化アルミニウム、１０重量％までの添加剤、０．８重量％未満のＳｉＯ２および１．２重量％未満の不純物を含有する溶融されたジルコニウムコランダム粒子の混合物が記載されている。ジルコニウムコランダム粒子は、それらが２重量％未満のインクルージョンを含有すること、およびこの混合物のランダム粒子の切断面にて測定される球形のノジュールの濃度が、少なくとも５０％の場合においてｍｍあたりのノジュールが５００個を超えるという点において際立っている。特定される潜在的な添加剤は、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム、酸化ネオジム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジスプロシウム、および酸化エルビウム、または希土類からのいずれかの他の化合物、あるいはこれらの混合物であり、添加剤の量は請求項２０に定量されており、４２〜４４重量％での酸化ジルコニウムの存在下、０．１〜１．２重量％での酸化イットリウムおよび／または０．１〜３重量％での酸化チタンおよび／または０．４重量％未満での酸化ケイ素が、潜在的な添加剤として明確に記載されている。しかし、これらの添加剤の組み合わせは特定も強調もされていない。
【０００９】
ジルコニウムコランダム粒子が特徴付けられるノジュールおよびインクルージョンの特定創出が、上記で引用される文献の主題ではなく、むしろ生成物は、溶融物中の通常原料から従来の様式で製造され、次いでこうして得られた粒子を分析し、そのプロセスにおいて、他の調査に加えて、ノジュールおよびインクルージョンの濃度を、研磨された部分において視覚的に分析している。
【００１０】
ジルコニウムコランダムの構造がその性能に影響を及ぼすことは公知であるので、ノジュールおよびインクルージョンの特定数、またはそれらの濃度によって特徴付けられた構造を有する粒子混合物、およびこの構造のために、特定の性能レベルを予測する理由を与える粒子混合物を分類できるようにするために、このようにして、存在するノジュールおよびインクルージョンによって構造物を特徴付ける試みがなされている。そのため、この文献には、原理上、よく知られた生成物について新しいタイプのアウトバウンドな品質コントロールが記載されている。
【００１１】
酸化イットリウムの酸化チタンとの組み合わせは、欧州特許第０４８０６７８Ａ２号から公知であり、ここで表１の第６頁において、５７重量％の酸化アルミニウム、３９．５重量％の酸化ジルコニウム、０．５重量％の酸化イットリウム、および２．１２重量％の酸化チタンを含有する化学組成を有する砥粒（実施例Ｅ）が記載されている。この出願の目的は、酸化ジルコニウムの総重量含有量に基づいて最大３０重量％の正方晶系相含有量を有するべき、ジルコニウムコランダムに基づくラッピング研磨剤を製造することである。この生成物は、酸化ジルコニウムの高温相を、室温で熱力学的に安定な単斜晶相へ転化することによって、酸化ジルコニウム重量含有量が３０重量％未満の正方晶系相を含有する生成物を得るために、酸化条件下で溶融され、溶融物からの急冷の後、空気中での温度処理に供される。
【００１２】
日本特許第１６１４９７４号において、正方晶系高温相の酸化ジルコニウムを高含有量で有する、酸化チタンおよび酸化イットリウムを含有するジルコニウムコランダムが記載されている。しかし、この文献に記載される生成物は、還元条件下では製造されない。故に、生成物に存在する酸化チタンが正方晶系高温相の安定化に対していかなる効果も示さないことが、表８および表９に示される実施例から明らかである。約６重量％の酸化チタンを含有する生成物（実施例１４）は、例えば酸化ジルコニウムの総重量含有量に基づいて、３４．２重量％だけの正方晶系酸化ジルコニウム含有量を有する。
【００１３】
故に、先行技術は次のように要約できる。欧州特許第１３４１８６６Ｂ１号から、電気アーク炉にて溶融されたＡｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２に基づく高性能砥粒は、酸化ジルコニウムの高温相が還元されたチタン化合物を用いて安定化されることが知られている。米国特許第４，４５７，７６７号から、同等の高性能ジルコニウムコランダムは、０．１〜２重量％の酸化イットリウムでドープされ、それによって酸化ジルコニウムの高温変態が安定化されることが知られている。さらに、酸化チタンは、酸化イットリウムに加えて使用されるが、製造が還元条件下では生じないので、安定化は酸化イットリム単独からのみ生じるか、または製造条件が、非常にわずかの低重量含有量の正方晶系相を生じるように選択されるかのいずれかである組成物が知られている。
【００１４】
さらに最近の特許文献においてでさえも、酸化チタンおよび酸化イットリウムが安定剤として並列に記述されるが、この事項は、こうした組み合わせについて生成物を改善し得るという示唆は存在しないので、当業者によって達成されることも、取り組まれることもない。故に、冒頭で引用されたさらに最近の特許文献においてでさえも、この方向性での試みは記載されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の出願人は、ジルコニウムコランダム砥粒の性能を改善しようとして、より詳細に、異なる安定剤の作用モードを調査した。この目的のために、融解鋳造ジルコニウムコランダムにおける酸化ジルコニウムの相分布を、いわゆるリートベルト法を用いてまず試験した。この方法は、Ｘ線粉末回折法に基づき、得られた反射強度によって化合物の異なる相の定量決定を可能にする。ジルコニウムコランダムの場合におけるリートベルト法の特定の利点は、この方法を用いて、相分布を比較的正確に定量分析でき、とりわけ、酸化ジルコニウムの立方晶系と正方晶系高温相とを区別できることである。
【００１６】
上記で引用された特許文献において、高温相の重量含有量はまた、実際のところ、Ｘ線回折によって決定されているが、２８°から３２°（２θ）の範囲の３つのピークの強度だけが、定量分析のための基礎として使用される。この分析は、正確性に劣り、高温相について調査された約３０°（２θ）のピークが２つの高温相のそれぞれ個々の反射のほぼ完全な重複から生じるので、立方晶系と正方晶系高温相とを区別できないという欠点を有する［Ｃ．Ｊ．Ｈｏｗａｒｄ、Ｒ．Ｊ．Ｈｉｌｌ；Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、２６（１９９１）も参照のこと］。そのため、上記で引用された特許文献では、高温相として記載されるのはほぼ正方晶系相だけである。立方晶系相が正方晶系相に加えて記述されているいくつかの文献において、それらの相を決定する方法についての情報は見出すことができない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
従来の方法とは対照的に、リートベルト分析を用いて、測定範囲全体［ここで使用される測定結果については２０°から８０°（２θ）］は、組成物の定量分析のために使用され、測定された反射強度および反射角度は、予測された結晶相の理論的計算と比較される。良好な一致がある場合、定量分析が十分に確認されることが想定できる。
【００１８】
驚くべきことに、これらの試験によって、電気アーク炉中にて溶融されたジルコニウムコランダムの場合に、２つの安定剤Ｙ２Ｏ３および還元されたＴｉＯ２は、その有効性が異なるだけでなく、作用モードも異なることを見出した。故に、還元された酸化チタン化合物を用いる安定化において、相対的に高い重量含有量の立方晶系相が得られると共に、ジルコニウムコランダムの溶融条件下で安定剤としてのイットリウムが正方晶系高温相を優位に生じる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】表２からの研削結果をグラフの形状で示す。Ｙ２Ｏ３で安定化された異なるジルコニウムコランダムについて、時間に対して（それぞれ３０秒間隔）プロットされた総切粉除去速度（ｇ）を示す。
【図２】表２からの研削結果をグラフの形状で示す。ＴｉＯ２で安定化された異なるジルコニウムコランダムについて、時間に対して（それぞれ３０秒間隔）プロットされた総切粉除去速度（ｇ）を示す。
【図３】表３に列挙された研削結果を、グラフの形状で示す。
【図４】表３に列挙された研削結果を、グラフの形状で示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この見解から進んで、次いで個々の安定剤の異なる濃度および組み合わせ、ならびにそれらの有効性を具体的に調査した。これらの調査の主要な結果を、以下の実施例および図１から図３に要約する。
【実施例１】
【００２１】
（サンプルの調製）
分析のためのサンプルを調製するために、アルミナ（ＡＣ３４、Ｒｉｏ  Ｔｉｎｔｏ  Ａｌｃａｎ、Ｇａｒｄａｎｎｅ）、バデレアイト精鉱（Ｋｏｖｄｏｒｓｋｙ  ＧＯＫ）、ジルコン砂（Ｃｏｆｅｒａｌ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  ＧｍｂＨ／組成：６６重量％のＺｒＯ２、３２重量％のＳｉＯ２、１．２重量％のＡｌ２Ｏ３）および石油コークスの混合物それぞれ約４００ｋｇを、異なる量のルチル砂（Ｃｏｆｅｒａｌ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  ＧｍｂＨ／組成：９６重量％ＴｉＯ２、１．５％ＳｉＯ２）および／または酸化イットリウム（Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＡＧ）と共に、９１Ｖの電圧にて１４００ｋＷの入力電力にて三相電気アーク炉中で溶融させた。原材料混合物全体が溶融した後（約１時間）、欧州特許第０５９３９７７号に従って、金属プレート間において約３〜５ｍｍのギャップに各溶融物を注いだ。こうして急冷されたジルコニウムコランダムプレートは、完全に冷却した後、ジョー粉砕機、ローラ粉砕機、ローラミルまたはコーン粉砕機による通常の様式で小片にし、所望の粒子サイズの画分にシーブした。石油コークに加えて、Ａｌ金属を、有利なことには還元剤として使用でき、この場合に石油コークの一部分がＡｌ金属で置き換えられる。
【００２２】
本願の内容にて製造される異なるサンプルについての個々の混合物のパーセンテージ組成を表１に要約する。
【表１】
2013531085.tif 000003
【実施例２】
【００２３】
（リートベルト分析）
リートベルト分析に関して、各サンプルのより小さい試料を振動ミルにて、４５μｍ未満の画分サイズまでの小片化に供した。次いで各粉末をＸ線回折機のための平坦なサンプルホルダに適用した。使用されたＸ線回折機は、Ｂｒｕｋｅｒ  Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ（Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ  ＧｍｂＨ）であった。測定は、サンプルを回転させながら、２０°〜８０°（２θ）の範囲において、８０秒あたり０．０２°のステップ幅にて行った。銅アノードを有する市販のＸ線管を放射線源として使用し、測定は、ＣｕＫα／β放射線を用いてモノクロメータを用いずに行った。文献からのデータをリートベルト計算のための出発モデルとして使用した。故に、単斜晶系酸化ジルコニウムのデータは、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ、２９、（１９９６）、７０７−７１３によるものであった。立方晶系酸化ジルコニウムについてはＡｃｔａ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ  Ｂ、３９、（１９８３）、８６から；正方晶系酸化ジルコニウムについてはＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、３０、（１９９５）、１６２１−１６２５からによるものであった。
【実施例３】
【００２４】
（研削試験）
相分布の定量計算と同時に、対応するサンプルを用いて研削試験を行ったが、このプロセスにおいて、材料はバルカンファイバホイールおよびカットオフホイールにて試験した。
【００２５】
研削試験Ｉ（バルカンファイバホイール）
ホイールの製造に関して、厚さ０．８ｍｍの市販のバルカンファイバホイールを、ドクターブレードを用いて、５６重量％のフェノール系樹脂（Ｈｅｘｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＧｍｂＨ）、４０重量％の炭酸カルシウムおよび６重量％の水を含む結合剤ベース層でコーティングした。砥粒（シーブされた粒子サイズＮＰ４０の純粋なジルコニウムコランダム）を、約６５０ｇ／ｍ３の延展密度にて静電気的にホイール上に散布した。ベース層の乾燥または硬化後、５４重量％のフェノール系樹脂（Ｈｅｘｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＧｍｂＨ）、２０重量％の炭酸カルシウム、２０重量％のＫＢＦ４、および６重量％の水からなる頂部層を適用した。製造者の指示に従い、ホイールを乾燥させ、硬化させた。気候室において１２時間貯蔵した後、ホイールはより可撓性になり、円形テンプレートを用いて適切な最終サイズにパンチアウトされる。
【００２６】
研削試験において、２０ｍｍ直径のステンレススチールＸ５ＣｒＮｉｌ８−１０（材料番号１．４３０１）製の丸型のスチールバーを使用し、このロッドは、１６Ｎ／ｃｍ２の一定接触圧力を用いて直角にホイールに対して移動させた。ツール上でホイールの半径方向速度は平均で３０ｍ／秒であったが、ワークピースは、２５ｍｍ／秒にて、中心に向かっておよび中心から離れての交互にてホイール上で移動させた。ワークピースの早期の過熱を防ぐために、ワークピースとホイールとの間の接触点は、圧縮空気を用いて冷却した。
【００２７】
単一ドープされたサンプルについてのリートベルト分析結果および研削の結果を、以下の表２に要約する。
【００２８】
さらに、表２からの研削結果を図１および図２のグラフの形状で示すが、図１は、Ｙ２Ｏ３で安定化された異なるジルコニウムコランダムについて、時間に対して（それぞれ３０秒間隔）プロットされた総切粉除去速度（ｇ）を示し、図２は、ＴｉＯ２で安定化された異なるジルコニウムコランダムについての同様の結果を示す。
【表２】
2013531085.tif 000004
表２の符号
Ｋ＊＝立方晶系酸化ジルコニウム
Ｔ＊＊＝正方晶系酸化ジルコニウム
Ｍ＊＊＊＝単斜晶系酸化ジルコニウム
Ｂ＝Ｙ２Ｏ３重量含有量の観点での、市販のＮＺ  Ｐｌｕｓ（登録商標）（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｇｒａｉｎｓ  ａｎｄ  Ｐｏｗｄｅｒｓ）に対応する
Ｆ＝市販のＡｌｏｄｕｒ（登録商標）ＺＫ４０（Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ｓｃｈｌｅｉｆｍｉｔｔｅｌ）に対応する
【００２９】
まず、一般にリートベルト方法を用いて決定される高温相に関する値は、従来の方法を用いて決定された値未満であることに留意すべきであるが、これはおそらく、リートベルト方法において、測定範囲全体が数学的にカバーされる一方で、従来の方法では、３つの選択された特定の強度ピークだけが定量決定に使用されるという事実に起因し得る。そのため、電気アーク炉にて溶融されたジルコニウムコランダムに関する文献に記載の高温相の重量含有量は、リートベルト方法によってここで決定されたものと直接比較できない。
【００３０】
先行技術から、酸化イットリウムの安定化効果が、還元されたチタン化合物の場合よりも明確に現れることが公知であり、これは、表２の結果からも非常に明らかである。驚くべきことに、ここでさらに、２つの安定剤は、それらの有効性が異なるだけでなく、それらの作用モードも異なることを見出した。故に、立方晶系相の比較的高い重量含有量が、還元された酸化チタン化合物を用いた安定化において得られる一方で、ジルコニウムコランダムの溶融条件下で安定剤としての酸化イットリウムは、正方晶系の高温相を優位に生じる。
【００３１】
単一ドープされたサンプルに関して、研削試験は、特定量の安定剤を添加することによって、最適化が達成され、さらなる添加は逆効果であり、高温相の重量含有量がプロセス中に増大し続けたとしても、研削性能におけるさらなる増大は達成され得ないという明白な結果を与えた。これは、酸化イットリウムと酸化チタンとの両方において、異なる最適重量部にて見られる。故に、酸化イットリウムについての最適化は、１．０〜２．０重量％であるが、還元された酸化チタンの最適化は３．０〜３．５重量％である。同じ安定剤のさらなる添加により、両方の場合で生成物の劣化が生じ、これは可能性として、ジルコニウムコランダムにおける異質イオンの濃度増大が、粉砕耐性を劣化させることにより、研削試験における砥粒の切断能力のより迅速な損失をもたらすことで説明できる。
【００３２】
それぞれの安定剤が、異なる効果を示すことが見出された後、２つの異なる安定剤の組み合わせも、これらの調査の内容において最初に具体的に試験されたが、プロセスにおいて、驚くべきことに、砥粒としての性能に関して得られた効果の観点で、個々の安定剤のための最適化が達成される範囲において、安定剤の総量のさらなる増大が無害であるだけでなく、追加量の安定剤が第２の異なる安定剤タイプから生じる場合に、砥粒の性能に正の効果を与えることを見出した。対応する結果を表３に要約する。
【表３】
2013531085.tif 000005
表３の符号
Ｋ＊＝立方晶系酸化ジルコニウム
Ｔ＊＊＝正方晶系酸化ジルコニウム
Ｍ＊＊＊＝単斜晶系酸化ジルコニウム
【００３３】
表３に列挙された研削結果を、図３および図４においてグラフの形状で示す。
表およびグラフからわかるように、約３重量％の還元された酸化チタン化合物で安定化された砥粒の性能は、１重量％の酸化イットリウムを添加することによって、３０％超過で増大し得る。還元された酸化チタン化合物が優位である場合に特に現れる、２つの異なる安定剤のこうした予測できない相乗効果についての一定の説明は、これまで見出されていなかった。
【００３４】
カットオフホイール試験
見出された結果の正確性を確実にするために、追加のカットオフホイール試験を行った。
この一連の試験に関して、仕様書Ｒ−Ｔｌ  １８０×３×２２．５のカットオフホイールを選択した。まず、７５重量％の粒子サイズＦ３６のジルコニウムコランダム、５重量％の液体樹脂、１２重量％のＨＥＸＩＯＮ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＧｍｂＨからの粉末樹脂、４重量％の黄鉄鉱および４重量％の氷晶石からなる加圧混合物を調製した。ホイールの製造に関して、１６０ｇの加圧混合物を市販の布材料にモールドし、２００ｂａｒにて加圧して、樹脂製造者の指示に従って硬化させた。
【００３５】
研削試験に関して、２０ｍｍ直径のステンレススチールＸ５ＣｒＮｉｌ８−１０（材料番号１．４３０１）製の丸型のスチールバーを使用した。切断操作を、毎分８，０００回転のホイール速度および３秒の切断時間にて行った。１２切断後、ホイール耐久力を、ホイールの直径の減少に基づいて決定した。Ｇ比値を、材料除去とホイール耐久力との比から計算した。
【表４】
2013531085.tif 000006
【００３６】
故に、５２〜６２重量％のＡｌ２Ｏ３含有量および３５〜４５重量％のＺｒＯ２含有量を有する電気アーク炉にて溶融されたＡｌ２Ｏ３およびＺｒＯ２に基づく砥粒の研削性能は、炭素の存在下で酸化ジルコニウムの高温相のための安定剤として還元形状、特に酸化物および／または亜酸化物および／または炭化物および／または酸炭化物および／または酸窒化炭素および／またはケイ化物の形状でのチタン化合物、（ＴｉＯ２として表される場合に）１〜５重量％を、０．５〜３．０重量％のＹ２Ｏ３と共に使用する場合に、顕著に改善され得ることを記述でき、ＴｉＯ２とＹ２Ｏ３との重量比は１：２〜５：１の範囲である。
【００３７】
対応する生成物において、ＺｒＯ２の総重量含有量に基づいて、全体で少なくとも７０重量％のＺｒＯ２が立方晶系および正方晶系の高温変態として存在し、この内容において、対応する値は、リートベルト方法を用いて決定されなければならないことに留意すべきである。加えて、使用される原料が、ＳｉＯ２として表される場合に、Ｓｉ化合物が０．２〜０．７重量％の含有量で生成物中に存在する程度に十分高いＳｉＯ２の重量含有量を含有する場合に有利である。この内容において、高いパーセンテージのＳｉＯ２はＳｉＯに還元され、電気アーク炉にて蒸発されること、そのため顕著に高い量が出発材料に存在しなければならないことに留意すべきである。
【００３８】
生成物中の総炭素含有量は、０．０３〜０．５重量％であるが、０．５〜５重量％の炭素は有利なことには、還元剤として出発混合物中に使用され、これは特に酸化チタンの還元に消費され、その多くはプロセス中にＣＯの形状で溶融物から蒸発する。本発明の有利な実施形態では、炭素に加えてアルミニウム金属が還元剤として使用され、炭素の一部分はアルミニウム金属で置き換えられ、比１：１の混合物を優先させる。
【００３９】
上記で列挙された構成要素に加えて、生成物はさらに、生成物の品質に負の影響を与えずに、原料に基づく不純物を３．０重量％まで含有できる。
【００４０】
本発明の有利な実施形態では、ＴｉＯ２として表される場合、それぞれの場合に最終的な砥粒の重量に基づいて、チタン化合物の重量含有量が１．５重量％〜４．０重量％であり、Ｙ２Ｏ３の重量含有量が、０．５重量％〜２．０重量％であるが、ＴｉＯ２で表されるチタン化合物の重量含有量は、Ｙ２Ｏ３の重量含有量と共に、最終的な砥粒の重量に基づいて、２．０〜６．０重量％、好ましくは３．０〜５．０重量％である。
【００４１】
研削性能に関して２つの安定剤の組み合わせにおける相乗効果は、特に、ＴｉＯ２：Ｙ２Ｏ３の重量比が２：１〜４：１である場合に特に顕著である。
【００４２】
特に良好な結果は、電気アーク炉にて溶融するジルコニウム化合物に基づく砥粒を用いて達成でき、ここで総酸化ジルコニウムの２０重量％超過が立方晶系相として存在し、総酸化ジルコニウムの５０重量％超過が正方晶系相として存在し、相分布の決定はリートベルド方法に基づく。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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