(57)【要約】  従来の研磨用α−アルミナ粒子は鏡面加工や研磨速度などが十分ではなく、より研磨性に優れた研磨粒子が求められているという実情に鑑み、研磨特性に優れ、特に研磨速度が速い、被研磨面にスクラッチの発生が少ない、鏡面加工に使用しうる研磨用のα−アルミナを提供する。  ＢＥＴ比表面積が０．０１〜２０ｍ2／ｇのα−アルミナからなる研磨材であって、該α−アルミナがモリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成で得られるものであることを特徴とする、研磨材。
2016024624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＥＴ比表面積が０．０１〜２０ｍ2／ｇのα−アルミナからなる研磨材であって、該α−アルミナがモリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成で得られるものであることを特徴とする、研磨材。
【請求項２】
前記α−アルミナが粒子内にモリブデンを含むものである、請求項１に記載の研磨材。
【請求項３】
前記モリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成において、アルミニウム化合物とモリブデン化合物がモリブデン酸アルミニウムを形成する工程と、モリブデン酸アルミニウムが分解する工程とを有すること特徴とする請求項１または２に記載の研磨材。
【請求項４】
前記モリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成において、焼成後に粒子表面に存在するモリブデン酸金属塩を除去する工程を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の研磨材。
【請求項５】
前記α−アルミナの平均粒子径が１００μｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の研磨材。
【請求項６】
前記α−アルミナの累積体積分布が、小径側から累積５０％（Ｄ５０）と累積９０％（Ｄ９０）の比率Ｄ９０／Ｄ５０が１．２〜２．５の範囲である、請求項１〜５のいずれかに記載の研磨材。
【請求項７】
前記α−アルミナが、α結晶化率が９０％以上且つ主結晶面が［００１］面以外の結晶面であり、エッジを持つ多面体形状である、請求項１〜６のいずれかに記載の研磨材。
【請求項８】
モリブデン化合物の存在下でアルミニウム化合物を焼成する工程と、焼成後にα−アルミナを得る工程と、焼成後に残存するモリブデン金属塩を除去する工程とを有することを特徴とする、α―アルミナからなる研磨材の製造方法。
【請求項９】
モリブデン化合物の存在下でアルミニウム化合物を焼成する工程において、更に、アルミニウム化合物とモリブデン化合物がモリブデン酸アルミニウムを形成する工程と、モリブデン酸アルミニウムが分解する工程とを有することを特徴とする、請求項８に記載の研磨材の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９の製造方法で得られる研磨材。
【請求項１１】
請求項１〜７、または１０のいずれかに記載の研磨材を含有することを特徴とする研磨材組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化モリブデンを用いたフラックス法で得られる研磨特性に優れたα−アルミナからなる研磨材に関する。
また、本発明は研磨特性に優れたα−アルミナからなる研磨剤の製造法に関する。
さらに、本発明は研磨特性に優れた研磨材を含有する研磨材組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミナは化学的安定性、熱伝導性、耐熱性などに優れているため多くの用途があり、研磨剤、電子材料、放熱フィラー、光学材料、触媒担体、生体材料などの幅広い領域で利用されている。アルミナには、α、κ、γ、δ、θ等の各種の結晶形態があるが、特にα結晶形態のアルミナはモース硬度が９であり、研磨用途に幅広く使用されている。【０００３】
一般的に研磨材として使用されているα−アルミナは電融アルミナまたはバイヤー法で合成したアルミナを焼成炉で高温焼成する事で製造されている。製造されたα−アルミナは、ボールミル等の粉砕機で粉砕して、粉砕条件、分級等により粒子径を調整され、研磨材用途に使用されている。しかし、この様にして製造されたアルミナ粒子は粒子径分布が広く、破砕面を有し鋭い鋭角のエッジを持つ粗大粒子を含むため、被研磨面に平均表面粗さより大きな傷（スクラッチ）を生じさせてしまう。さらに、ボールミル等の粉砕に用いるボール、粉砕機器などからの不純物の混入、長時間の粉砕が必要で大量のエネルギーを消費するなど問題点がある。【０００４】
このような背景から、粒子径分布の狭いα−アルミナ研磨粒子の合成が注目されている。例えば、特許文献１には、特定の物性を有する水酸化アルミニウムを原料として用い、1２００℃を超える高温焼成後、気流衝突式粉砕機で粉砕することで、研磨性に優れ、スクラッチの少ない、鏡面研磨にも適用しえるα−アルミナが開示されている。また、特許文献２には、ハロゲンガスを雰囲気ガスとして用い、水酸化アルミニウムまた遷移アルミナにアルカリ土類金属の化合物を添加し、高温焼成で多面体形状の破砕面のない、被研磨面にスクラッチの発生が少ない研磨用α−アルミナ粒子が開示されている。しかしながら、これら方法では、鏡面加工や研磨速度など十分ではなく、より研磨性に優れた研磨粒子が求められている。また、特許文献１および２に記載のいずれのα-アルミナもジェットミルを使用した物理的な粉砕により、研磨材として使用できるアルミナ粒子を得ている。【０００５】
近年、自然や生物に学ぶ無機材料合成研究が盛んに行われている。その中でフラックス法は自然界で結晶（鉱物）が創り出される知恵を活かして、高温で無機化合物や金属の溶液から結晶を析出させる方法である。このフラックス法の特長として、目的結晶の融点よりもはるかに低い温度で結晶を育成できる、欠陥の極めて少ない結晶が成長する、自形が発達するなどが挙げられる。【０００６】
非特許文献１に、大量の酸化モリブデン（ＭｏＯ3）をフラックス剤として用い、高温焼成する事により、六角両錐形のルビー結晶体形成が報告されている。前記非特許文献１は、酸化モリブデンがルビー結晶の［１１３］面に選択的に吸着し、結晶成分は［１１３］面に供給されにくくなり、［００１］面の出現を完全に抑制できるとするものである。また、特許文献３には、酸化モリブデンとアルミナとほかの助剤との混合物（９５％酸化モリブデン含有）を１１００℃で焼成する事で、粒径が１ｍｍ〜３ｍｍである六角両錐形人工コランダム結晶体を製造する方法が開示されている。【０００７】
しかしながら、これらの方法では、研磨剤として使用され得る粒子径が１００μｍ以下のα−アルミナを製造することが困難である。また、フラックス剤として酸化モリブデンを大量に使用する事から、環境面やコストの面でも問題がある。
特許文献４に、本発明者らが酸化モリブデンをフラックス剤として合成したα−アルミナについて開示しているが、研磨材としての特性については言及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２９１３号公報
【特許文献２】特開２００２−６８７３９公報
【特許文献３】ＷＯ２００５／０５４５５０号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１４／０５１０９１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｏｉｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００４，１２６，４７６８−４７６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記の実情を鑑み、本発明者らの課題は、研磨特性に優れ、特に研磨速度が速い、被研磨面にスクラッチの発生が少ない、鏡面加工に使用しうる研磨用のα−アルミナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、かかる問題を解決すべく、鋭意研究に取り組んだ結果、モリブデン化合物をフラックス剤として用い、前記の研磨特性をすべて満足した物性を有する新規なα−アルミナからなる研磨材及びこの研磨材の簡便かつ効率的な製造方法、この研磨剤を含む研磨剤組成物を見出した。すなわち、アルミニウム化合物を前駆体として用い、それをモリブデン化合物の存在下で焼成すると、モリブデン化合物がフラックス剤としてアルミニウム化合物に作用し、比較的低温で、多面体形状のα−アルミナ微粒子を形成する。該α−アルミナが研磨材として有用である事を見出し、本発明を完成するに至った。【００１２】
即ち、本発明は、ＢＥＴ比表面積が０．０１〜２０ｍ２／ｇのα−アルミナからなる研磨材であって、該α−アルミナがモリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成で得られるものであることを特徴とする、研磨材を提供することで、上記課題を解決するものである。【００１３】
また本発明は、前記α−アルミナが粒子内にモリブデンを含むものである研磨材を提供することで上記課題を解決するものである。【００１４】
また本発明は、前記モリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成において、アルミニウム化合物とモリブデン化合物がモリブデン酸アルミニウムを形成する工程と、モリブデン酸アルミニウムが分解する工程とを有することを特徴とする上記記載の研磨材を提供することで上記課題を解決するものである。【００１５】
また本発明は、前記α−アルミナの平均粒子径が１００μｍ以下である、または、前記α−アルミナの累積体積分布が、小径側から累積５０％（Ｄ５０）と累積９０％（Ｄ９０）の比率Ｄ９０／Ｄ５０が１．２〜２．５の範囲である、上記記載の研磨材を提供することで上記課題を解決するものである。【００１６】
また本発明は、前記α−アルミナが、α結晶化率が９０％以上且つ主結晶面が［００１］面以外の結晶面であり、エッジを持つ多面体形状である、上記記載の研磨材を提供することで上記課題を解決するものである。【００１７】
また本発明は、モリブデン化合物の存在下でアルミニウム化合物を焼成する工程と、焼成後にα−アルミナを得る工程と、焼成後に残存するモリブデン金属塩を除去する工程とを有することを特徴とする、α―アルミナからなる研磨材の製造方法、更に、アルミニウム化合物とモリブデン化合物がモリブデン酸アルミニウムを形成する工程と、モリブデン酸アルミニウムが分解する工程とを有するα―アルミナからなる研磨材の製造方法を提供するものである。【００１８】
また、本発明は、上記研磨材を含有する研磨材組成物を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のα−アルミナからなる研磨材は、高いα結晶化度、狭い粒度分布、狭い比表面積、鋭いエッジの存在により、効率的な研磨性、クラッチ発生の抑制や鏡面加工性など優れた研磨特性を有しており、研磨材として、あるいは研磨材組成物として、電極材、金属、セラミックス、半導体など幅広い材質の粗研磨、中間研磨、仕上げ／鏡面加工等に有用に使用する事ができる。
さらに、本発明の研磨材の製造方法は、特定の条件の焼成だけの簡便な製造方法であり、溶剤や廃液の排出、複雑のプロセス、粉砕機等を用いた物理的な粉砕を伴わない低環境負荷、省エネルギーな製造方法であり、粉砕に伴う機器からの不純物の混入、鋭い鋭角のエッジを持つ粗大粒子の発生を抑制した製造方法であり、高性能な研磨材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１で得たモリブデンを含むα−アルミナからなる研磨材の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】実施例１で得たモリブデンを含むα−アルミナからなる研磨材のＸＲＤチャートである。
【図３】実施例２で得たモリブデンを含むα−アルミナからなる研磨材の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】実施例３で得たモリブデンを含むα−アルミナからなる研磨材の走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例１で得た被研磨面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】比較例１で得た被研磨面の走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の研磨材は、任意形状のアルミニウム化合物を前駆体として用い、モリブデン化合物の存在下に焼成することで得られるものであり、粒径分布が狭く、［００１］面以外の結晶面を主結晶面とする多面体のα−アルミナからなる研磨材である。前駆体として用いるアルミニウム化合物と、モリブデン化合物との配合比、モリブデン化合物の種類や焼成温度、焼成時間や前駆体であるアルミニウム化合物の種類や比表面積や粒子径や形状などを調節することで、得られるα−アルミナからなる研磨材の形状や粒子径などを制御することができる。さらに、モリブデン化合物をフラックス剤とした焼成を行うことにより、α結晶化率が１００％のものが得られ、［００１］面以外の結晶面が成長し、粒子径分布が極めて狭い、エッジを持つ多面体形状で研磨特性の優れたものが得られる。
本発明のα−アルミナからなる研磨材はモリブデン化合物の存在下のアルミニウム化合物の焼成で得られる。以下、詳述する。
【００２２】
＜アルミニウム化合物＞
本発明におけるアルミニウム化合物は、本発明のα−アルミナからなる研磨材の原料であり、熱処理によりアルミナになるものであれば特に限定されず、例えば、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩基性酢酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、ベーマイト、擬ベーマイト、遷移アルミナ（γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナなど）、α−アルミナ、二種以上の結晶相を有する混合アルミナなどが使用でき、これら前駆体となるアルミニウム化合物の形状、粒子径、比表面積等の物理形態については、特に限定されるものではない。
【００２３】
後に詳述するフラックス法では、本発明のα−アルミナからなる研磨材の形状には、原料のアルミニウム化合物の形状が殆ど反映されないため、例えば、球状、無定形、アスペクトのある構造体（ワイヤ、ファイバー、リボン、チューブなど）、シートなどのいずれであっても好適に用いることができる。
【００２４】
同様に、アルミニウム化合物の粒子径は、後で詳述するフラックス法では、本発明のα−アルミナからなる研磨材に、殆ど反映されないため、数ｎｍから数百μｍまでの固体状のアルミニウム化合物を好適に用いることができる。
【００２５】
アルミニウム化合物の比表面積も特に限定されるものではない。モリブデン化合物が効果的に作用するため、比表面積が大きい方が好ましいが、焼成条件やモリブデン化合物の使用量を調整する事で、いずれの比表面積のものでも原料として使用することができる。
【００２６】
また、アルミニウム化合物は、アルミニウム化合物のみからなるものであっても、アルミニウム化合物と有機化合物との複合体であってもよい。例えば、有機シランを用いて、アルミナを修飾して得られる有機／無機複合体、ポリマーを吸着したアルミニウム化合物複合体などであっても好適に用いることができる。これらの複合体を用いる場合、有機化合物の含有率としては、特に制限はないが、研磨特性に優れたアルミナ微粒子を効率的に製造できる観点より、当該含有率は６０質量％以下であることが好ましく、３０質量％以下であることがより好ましい。
【００２７】
＜モリブデン化合物＞
本発明で使用されるモリブデン化合物は、例えば、酸化モリブデンであっても、モリブデン金属が酸素と結合してなる酸根アニオンを含有する化合物であっても良い。前記のモリブデン金属が酸素と結合してなる酸根アニオンを含有する化合物としては、高温焼成によって三酸化モリブデンに転化することができれば、特に限定されない。この様なモリブデン化合物としては、例えば、モリブデン酸、七モリブデン酸六アンモニウム、モリブデン酸二アンモニウム、リンモリブデン酸、二硫化モリブデンなどを好適に用いることができる。特に好ましくは、三酸化モリブデンの使用である。
【００２８】
モリブデン化合物としては、酸化モリブデンであっても、モリブデン金属が酸素と結合してなる酸根アニオン（ＭｏＯxn-）を含有する化合物であっても良い。これらの中でも、コストの面を考えた場合は、酸化モリブデンを用いることが好ましい。
【００２９】
前記モリブデン金属が酸素と結合してなる酸根アニオン（ＭｏＯxn-）を含有する化合物としては、高温焼成によって酸化モリブデンに転化することができれば、特に限定しない。例えば、モリブデン酸、Ｈ3ＰＭｏ12Ｏ40、Ｈ3ＳｉＭｏ12Ｏ40、ＮＨ4Ｍｏ7Ｏ12などを好適に用いることができる。
【００３０】
＜焼成＞
本発明のα−アルミナからなる研磨材は、例えば、モリブデン化合物の存在下で、アルミニウム化合物を焼成することで得られる。この製造方法はフラックス法と呼ばれる。本発明のα−アルミナからなる研磨材の比表面積は、原料であるアルミニウム化合物の比表面積から焼成で大幅に低減し、その比表面積は０．００１〜５０ｍ2/ｇの範囲であり、０．０１〜２０ｍ2/ｇの範囲のものが好適に得られる。
【００３１】
モリブデン化合物をフラックス剤として用いるフラックス法では、高温での焼成処理により、用いたモリブデン化合物の殆どは昇華するものが、一部のモリブデン化合物がα−アルミナ粒子の内部に取り込まれ、モリブデンを含むα−アルミナが得られる。研磨材として用いられるα−アルミナは不純物の混入により、硬度が低下し、破砕しやすくなるなど、研磨特性が低下するなどの問題が発生するため、高純度なものが用いられるが、本発明の研磨材のα−アルミナには、モリブデンを内部に含有しているにもかかわらず、高硬度で研磨特性を落とさない。また、内部に含有するため、本発明の研磨材のα−アルミナは、通常の白色のアルミナ研磨材とは異なる着色粒子であり、薄い青色から黒色に近い濃青色の粒子である。また、本発明の製造方法では、他の微量金属、例えば、クロムで赤色、ニッケルで黄色になり、本発明のα−アルミナからなる研磨材は白色ではない着色粒子である事を特徴とする。着色粒子であることで、研磨の際に研磨材と、研磨対象物が研磨された際に出てくる微粉とを視別できるため、好ましい。
【００３２】
本発明のα−アルミナからなる研磨材中のモリブデンの含有量は、特に制限されるものではないが、研磨特性が優れたα−アルミナを効率的に製造する観点から、本発明の研磨材のα−アルミナのモリブデン含有量は１０質量％以下であることが好ましい、焼成温度、焼成時間、モリブデン化合物の昇華速度を調整する事で、１質量％以下にしたものが、より好ましい。
【００３３】
また、大量のモリブデン化合物をフラックス剤として用い、長時間をかける製造方法では、ｍｍオーダー以上の巨大な、モリブデンを含むアルミナが生成してしまうので好ましくなく、アルミニウム化合物とモリブデン化合物の使用量は特に限定はないが、研磨特性に好ましいα結晶化率が高く、狭い粒子径分布のエッジを持つ多面体粒子を効率よく得るという観点から、アルミニウム化合物中のアルミニウムに対するモリブデン化合物のモリブデンのモル比が０．０３〜３．０の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０８〜０．７の範囲であり、焼成の時間についても特に限定はないが、本発明の研磨材のα−アルミナを得るには、通常は、所定の焼成温度への昇温時間を１５分〜１０時間の範囲で行い、かつ焼成温度における保持時間を５分〜３０時間の範囲で行なう事で、１００μｍ以下の研磨材に最適なα−アルミナを形成できる。
【００３４】
また、焼成の温度については、最高温度がモリブデン酸アルミニウム（Ａｌ2（ＭｏＯ4）3）の分解温度である９００℃以上であればよい。
一般的に、焼成後に得られるα−アルミナの形状を制御しようとすると、α―アルミナの融点に近い２０００℃以上の高温焼成を行う必要があるが、焼成炉へ負担や燃料コストの点から、産業上利用する為には大きな課題がある。
本発明の製造方法は、２０００℃を超えるような高温であっても実施可能であるが、１６００℃以下というα−アルミナの融点よりかなり低い温度であっても、前駆体の形状にかかわりなくα結晶化率が高く多面体形状をなる、研磨剤に最適なα−アルミナを形成することができる。
本発明に依れば、最高焼成温度が９００℃〜１６００℃の条件であっても、球状に近く、α結晶化率が９０％以上である研磨材に最適なアルミナ微粒子の形成を低コストで効率的に行うことができ、最高温度が９５０〜１５００℃での焼成がより好ましく、最高温度が１０００〜１４００℃の範囲の焼成が最も好ましい。
【００３５】
焼成の時間については、所定最高温度への昇温時間を１５分〜１０時間の範囲で行い、且つ焼成最高温度における保持時間を５分〜３０時間の範囲で行うことが好ましい。研磨剤として最適なα−アルミナ微粒子の形成を効率的に行うには、１０分〜１５時間程度の時間の焼成保持時間であることがより好ましい。
【００３６】
焼成の雰囲気としては、本発明の効果が得られるのであれば特に限定されないが、例えば、空気や酸素のといった含酸素雰囲気や、窒素やアルゴンといった不活性雰囲気が好ましく、コストの面を考慮した場合は空気雰囲気がより好ましい。ハロゲンガスのような腐食性を有さない雰囲気のほうが、実施者の安全性や炉の耐久性の面から好ましい。
【００３７】
焼成するための装置としても必ずしも限定されず、いわゆる焼成炉を用いることができる。焼成炉は昇華した酸化モリブデンと反応しない材質で構成されていることが好ましく、さらに酸化モリブデンを効率的に利用するように、密閉性の高い焼成炉を用いる事が好ましい。
【００３８】
この様にして得られたα−アルミナの表面には、不純物として酸化モリブデンや原料に含まれるモリブデン酸金属塩が残留する場合がある。その表面に残留する不純物がα−アルミナの研磨剤としての特性の低下や被研磨物を汚染する場合があるため、それらを除去した方が好ましい。その除去方法としては、１３００℃以上の高温で長時間の焼成を行なう、あるいは、水またはアンモニア水などの塩基性水溶液で洗浄を行なえば良く、多面体表面の面部分に凹凸の無いα−アルミナが得られる。この表面の凹凸が無い事が、フラックス法による結晶成長での合成により表面に微細な孔が無い事とともに、比表面積が小さい事に繋がっている。
【００３９】
＜モリブデン含むα−アルミナからなる研磨材＞
本発明の研磨材は、ＢＥＴ比表面積が０．０１〜２０ｍ2／ｇで、１００μｍ以下の粒子径を持つモリブデンを含むα−アルミナである。研磨剤として、好ましい粒子径は、１００μｍ以下であり、さらに、粒度分布の狭いものが使用される。通常の研磨材に使用されるα−アルミナは、粉砕により製造されるため、広い粒子径の分布や鋭い鋭角のエッジを持つ粒子などの含有等が有り、より高性能な研磨剤を目指して、長時間の粉砕で分布を狭くする様に調整したり、分級を行なったりしている。しかし、本発明の研磨材のα−アルミナは、フラックス法により合成するため、粉砕や分級などを行うことなく、粒度分布がシャープであり、より研磨特性に優れたものである。
【００４０】
従って、本発明の研磨材のα−アルミナの平均粒子径は特に限定はないが、良好な研磨特性を得るためには、好ましくは、０．０５μｍ〜１００μｍである。本発明の研磨材のα−アルミナの平均粒子径が０．０５μｍ以上であれば、研磨速度が十分に得られ、１００μｍ以下であれば、被研磨面に対し深いスクラッチを生じることが少なくなるため、好ましい。また、本発明のα−アルミナからなる研磨材は、目的研磨に応じて、粒子径を選択して使用することができる。例えば、１０μｍ以上のものが粗削り用、５μｍ〜１０μｍのものが中間研磨用、５μｍ以下のものが仕上げまたは鏡面研磨用として使用することができる。
【００４１】
さらに、本発明の研磨材のα−アルミナの粒子径分布は特に限定されないが、被研磨面にスクラッチの発生を低減するために、好ましくは、累積体積分布の小径側から累積５０％（Ｄ５０）と累積９０％（Ｄ９０）の比率Ｄ９０／Ｄ５０が１．５〜５．０の範囲であり、さらに好ましくは、１．３〜３．０の範囲であり、最も好ましくは１．１〜２．５の範囲である。粒子径分布の狭いものが、被研磨面にスクラッチの発生が少なく、綺麗な研磨面を得ることに有利である。特に、前記したフラックス法で合成する事により、自形を持ち、低凝集で粒子径分布が狭いエッジを持つ多面体形状の粒子が好適に得られる。
【００４２】
本発明のα−アルミナからなる研磨材の形状、粒子径分布、サイズ、比表面積等は、アルミニウム化合物とモリブデン化合物の使用割合、焼成温度、焼成時間を選択することにより、制御することができる。
【００４３】
本発明の研磨剤のα−アルミナは、例えば、κ、χ、η、γ、δ、θ等の各種の結晶形態であっても良いが、高硬度で研磨特性に優れる点で、基本的にα結晶形であることが好ましい。一般的なα型のアルミナの結晶構造は稠密六方格子であり、熱力学的に最も安定的な結晶構造は［００１］面の発達した板状であるが、前記したフラックス法では、モリブデン化合物の存在下に、アルミニウム化合物を焼成する事で、モリブデン化合物がフラックス剤として働き、［００１］面以外の結晶面を主結晶面としたα結晶化率が高い、中でもα結晶化率が９０％以上のα−アルミナをより容易に形成できる。［００１］面以外の結晶面を主結晶面とするということは、当該［００１］面の面積が微粒子の全体の面積に対して、２０％以下であるということである。
【００４４】
本発明のアルミナ研磨材の形状は特に限定されないが、平坦面の面積の小さいエッジを持つ多面体形状が研磨速度の向上に有利である。前記したフラックス法で、エッジを持つ多面体形状の粒子を得ることができ、中でも、最も大きな平坦面の面積は構造体の面積の８分の１以下にあり、特に最も大きな平坦面の面積は構造体の面積の１６分の１以下のものが好適に得られる。
【００４５】
また、一般的に行なわれる大量のフラックス剤を使用したフラックス法で得られるα−アルミナは六角両錘型のミリオーダーの大きな粒子であり、研磨材としては被研磨面に大きな傷を生じさせるため、適切ではない。
【００４６】
本発明の研磨材のα−アルミナの内部に含まれるモリブデンの形態は特に限定されるものではないが、例えば、三酸化モリブデンや一部が還元された二酸化モリブデン等のモリブデン化合物あるいはアルミナの構造のアルミニウムの一部がモリブデンに置換された形態で含まれていても良い。
【００４７】
＜研磨材組成物＞
本発明のα−アルミナからなる研磨材は、媒体に分散したり、研磨促進剤や添加剤等と混合する事で研磨材組成物とすることができる。分散液の媒体は通常、水であるが、水性溶剤や有機溶剤の使用も可能である。また、研磨促進剤や添加剤としては、種々の金属塩、樹脂、表面活性剤等が挙げられる。また、本発明のα−アルミナからなる研磨材の特性を失わない範囲内で、シリカや酸化マグネシウムなど他の研磨剤を併用することもできる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断りがない限り、「％」は「質量％」を表わす。【００４９】
［走査型電子顕微鏡による、α−アルミナからなる研磨材の形状分析及び研磨面のスクラッチの観察］
試料を両面テープにてサンプル支持台に固定し、それを株式会社キーエンス製表面観察装置ＶＥ−９８００にて観察した。走査型電子顕微鏡で確認されたモリブデンを含むアルミナ粒子からランダムに１００個を選択、それらのモリブデンを含むアルミナ粒子の最大径を計測し、それらの粒子径の範囲を示した。また、測定した値の平均値を平均粒子径とした。
研磨したグラッシーカーボン断面を両面テープにてサンプル支持台に固定し、研磨面を株式会社キーエンス製表面観察装置ＶＥ−９８００にて観察した。【００５０】
［島津レーザ回折式粒度分布測定装置による、α−アルミナからなる研磨材の粒度分布の分析］
作製したα−アルミナからなる研磨材の試料を水に分散し、それを株式会社島津製作所製のレーザ回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−７０００にて粒度分布を測定した。【００５１】
［ＸＲＤによる、α−アルミナからなる研磨材の分析］
作製した試料を測定試料用ホルダーにのせ、それを株式会社リガク製広角Ｘ線回折装置［Ｒｉｎｔ−Ｕｌｔｍａ］にセットし、Ｃｕ／Ｋα線、４０ｋＶ／３０ｍＡ、スキャンスピード１．０°／分、走査範囲５〜８０°の条件で測定を行った。【００５２】
［ＢＥＴ法によるα−アルミナからなる研磨材の比表面積測定］
比表面積は、マイクロメリティクス社製Ｔｒｉｓ  ｓｔａｒ  ３０００型装置にて、窒素ガス吸着／脱着法で測定した。【００５３】
［27Ａｌ−ＮＭＲ測定による、α−アルミナからなる研磨材の化学結合評価］
日本電子株式会社製ＪＮＭ-ＥＣＡ６００を用いて、固体27Ａｌ  ｓｉｎｇｌｅ  ｐｕｌｓｅ  ｎｏｎ−ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ  ＣＮＭＲ測定を行った。ケミカルシフトは装置の自動リファレンス設定で決定した。【００５４】
［蛍光Ｘ線によるα−アルミナからなる研磨材の組成分析］
試料約１００ｍｇをろ紙にとり、ＰＰフィルムをかぶせて蛍光Ｘ線測定（ＺＳＸ１００ｅ／理学電機工業株式会社）を行った。【００５５】
［焼成］
焼成は、株式会社アサヒ理化製作所製のＡＭＦ−２Ｐ型温度コントローラ付きセラミック電気炉ＡＲＦ−１００Ｋ型の焼成炉装置にて行った。【００５６】
実施例１＜α−アルミナからなる研磨材の製造＞
遷移アルミナ（和光純薬工業株式会社製、活性アルミナ、平均粒径４５μｍ）の４８ｇと三酸化モリブデン（和光純薬工業株式会社製）の１２ｇとを乳鉢で混合し、遷移アルミナと酸化モリブデンとの混合物６０ｇを得た。得られた混合物を坩堝に入れ、セラミック電気炉にて１０００℃で３時間焼成を行なった。降温後、坩堝を取り出し、内容物を１０％アンモニア水およびイオン交換水で洗浄後、１５０℃で２時間乾燥を行い、４７ｇの青色の粉末を得た。【００５７】
得られた粉末は、ＳＥＭ観察により、粒子径が４〜６μｍ（平均粒子径５μｍ）で、［００１］面以外の結晶面を主結晶面とし、狭い粒子径分布のエッジを持つ多面体粒子である事を確認した（図１）。六角両錘形以外であって、８面体以上の多面体粒子であった。また、ＳＡＬＤ−７０００にて粒度分布測定を行い、得られた研磨材粒子のＤ５０は６．０μｍ、Ｄ９０／Ｄ５０は１．８であった。さらにＸＲＤ測定を行ったところ、α−アルミナに由来する鋭い散乱ピークが表れ、α結晶構造の以外の結晶系ピークは観察されなかった（図２）。固体27Ａｌ−ＮＭＲ測定により、１５ｐｐｍから１９ｐｐｍまでの範囲内にα結晶の６配位アルミニウム由来のピークしか観察されなかった。これらは、α結晶化率１００％のα−アルミナが形成している事を示唆している。さらに、ＢＥＴ比表面積は０．４５ｍ2／ｇであり、高硬度で緻密な粒子構造であることを示した。また、蛍光Ｘ線定量分析の結果から、得られた粒子は、アルミナを９８．４％、モリブデンを０．６７％含むものである事を確認した。以上の分析により、本方法で得られたα−アルミナは、研磨材として、良好な形態を有している事が確認できた。【００５８】
＜α−アルミナである研磨材を含む研磨材組成物による研磨性評価＞
丸棒グラッシーカーボン（直径３ｍｍ、長さ１００ｍｍ、ＢＡＳ社製）に、研磨紙ＤＣＣＳ６００とＤＣＣＳ２０００（三共理化学社製）を用いて、グラッシーカーボンの断面の粗削りと中間研磨を順次に行い、得られたグラッシーカーボン断面に、上記で製造したα−アルミナからなる研磨材で仕上げ研磨を行った。
α−アルミナからなる研磨材の０．５ｇを研磨パット（アルミナ研磨用パット、ＢＡＳ社製）の上に乗せ、その上に１０滴程度の水を落としてスラリーを形成させる。粗削りと中間研磨後の丸棒グラッシーカーボンをパット上のスラリーに垂直に押し当て、8の字を描くように１５０回の研磨を行った。目視で丸棒グラッシーカーボンの被研磨面が綺麗な鏡面加工できることを確認した。また、ＳＥＭ観察により、被研磨面にスクラッチが極めて少ないことが確認された（図５）。本発明のα−アルミナである研磨材を含む研磨材組成物の優れた研磨特性を確認できた。【００５９】
実施例２＜α−アルミナからなる研磨材の製造＞
水酸化アルミニウム（和光純薬工業株式会社製、粒子径０．２〜１．０μｍ）の３０ｇと酸化モリブデン（和光純薬工業株式会社製）の３０ｇとを乳鉢で混合した。得られた混合物をセラミック電気炉で、１１００℃で１０時間焼成を行なった。降温後、坩堝を取り出し、内容物を１０％アンモニア水およびイオン交換水で洗浄後、１５０℃で２時間乾燥を行い、１９ｇの青色の粉末を得た。ＳＥＭ観察により、粒子径が２〜３μｍ（平均粒子径２．５μｍ）で、形状は球状に近く、［００１］面以外の結晶面を主結晶面とし、狭い粒子径分布のエッジを持つ多面体粒子である事を確認した（図３）。六角両錘形以外であって、８面体以上の多面体粒子であった。また、ＳＡＬＤ−７０００にて粒度分布測定を行い、得られた研磨材粒子のＤ５０は４．４μｍ、Ｄ９０／Ｄ５０は１．６であった。さらに、ＸＲＤ測定を行ったところ、α−アルミナに由来する鋭い散乱ピークが表れ、α結晶構造の以外の結晶系ピークは観察されなかった（α結晶化率１００％）。さらに、ＢＥＴ比表面積は１．０ｍ2／ｇであり、高硬度で緻密な粒子構造であることを示した。また、蛍光Ｘ線定量分析の結果から、得られた粒子は、アルミナを９８．６％、モリブデンを０．３０％含むものである事を確認した。以上の分析により、本方法で得られたα−アルミナは、研磨材として、良好な形態を有している事が確認できた。【００６０】
実施例３＜α−アルミナからなる研磨材の製造＞
γ−アルミナ（ＳＴＲＥＭ  ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ社製、粒子径４０〜７０μｍ）の５０ｇと三酸化モリブデン（和光純薬工業株式会社製）の５０ｇとを乳鉢で混合した。得られた混合物をセラミック電気炉で、１１００℃で１０時間焼成を行なった。降温後、坩堝を取り出し、内容物を１０％アンモニア水およびイオン交換水で洗浄後、１５０℃で２時間乾燥を行い、４９ｇの青色の粉末を得た。ＳＥＭ観察により、粒子径が２０〜２５μｍ（平均粒子径２３μｍ）で、［００１］面以外の結晶面を主結晶面とし、狭い粒子径分布のエッジを持つ多面体粒子である事を確認した（図４）。六角両錘形以外であって、８面体以上の多面体粒子であった。また、ＳＡＬＤ−７０００にて粒度分布測定を行い、得られた研磨材粒子のＤ５０は２５μｍ、Ｄ９０／Ｄ５０は１．３であった。さらに、ＸＲＤ測定を行ったところ、α−アルミナに由来する鋭い散乱ピークが表れ、α結晶構造の以外の結晶系ピークは観察されなかった（α結晶化率１００％）。さらに、ＢＥＴ比表面積は０．０４ｍ2／ｇであり、高硬度で緻密な粒子構造であることを示した。また、蛍光Ｘ線定量分析の結果から、得られた粒子は、アルミナを９７．３％、モリブデンを０．４５％含むものである事を確認した。以上の分析により、本方法で得られたα−アルミナは、研磨材として、良好な形態を有している事が確認できた。【００６１】
比較例１
実施例１  と同様な方法で、平均粒子径が５μｍの市販のα−アルミナ研磨材（ＡＰ−Ａ  Ｐｏｗｄｅｒ、Ｓｔｒｕｅｒｓ社製）を用いて、研磨特性を評価した。目視で研磨面が鏡面になることを確認したが、ＳＥＭ観察により、被研磨面に深いスクラッチが比較的に多く発生することが確認された（図６）。これは、市販のα−酸化アルミナ材が粉砕により製造され、鋭い鋭角のエッジを有する無定形な粗大粒子を含むことから、被研磨面に深い傷を生じ、研磨特性が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明のα−アルミナからなる研磨材は、高いα結晶化度、狭い粒度分布、狭い比表面積、鋭いエッジの存在により、効率的な研磨性、クラッチ発生の抑制や鏡面加工性など優れた研磨特性を有しており、研磨材として、あるいは研磨材組成物として、電極材、金属、セラミックス、半導体など幅広い材質の粗研磨、中間研磨、仕上げ／鏡面加工等に有用に使用する事ができる。
さらに、本発明の研磨材の製造方法は、特定の条件の焼成だけの簡便な製造方法であり、溶剤や廃液の排出、複雑のプロセス、粉砕機等を用いた物理的な粉砕を伴わない低環境負荷、省エネルギーな製造方法であり、粉砕に伴う機器からの不純物の混入、鋭い鋭角のエッジを持つ粗大粒子の発生を抑制した製造方法であり、高性能な研磨材を製造することができる。
【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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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月15日(2017.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モリブデンを含むアルミナであって、前記モリブデンが前記アルミナ粒子内に存在するものであり、六角両錐形以外、かつ、多面体粒子であり、［００１］面以外の結晶面を主結晶面としたものであり、最も大きな平坦面の面積が、アルミナの面積の８分の１以下であり、かつ、平均粒子径が１００μｍ以下である、α−アルミナが、媒体に分散してなる研磨材組成物。
【請求項２】
前記α−アルミナの累積体積分布が、小径側から累積５０％（Ｄ５０）と累積９０％（Ｄ９０）の比率Ｄ９０／Ｄ５０が１．１〜２．５の範囲である、請求項１記載の研磨材組成物。
【請求項３】
前記α−アルミナが、α結晶化率が９０％以上且つ主結晶面が［００１］面以外の結晶面であり、エッジを持つ多面体形状である、請求項１又は２記載の研磨材組成物。
【請求項４】
モリブデンを含むアルミナであって、前記モリブデンが前記アルミナ粒子内に存在するものであり、六角両錐形以外、かつ、多面体粒子であり、［００１］面以外の結晶面を主結晶面としたものであり、最も大きな平坦面の面積が、アルミナの面積の８分の１以下であり、かつ、平均粒子径が１００μｍ以下である、α−アルミナと、媒体とを併用する研磨対象物の研磨方法。
【請求項５】
前記α−アルミナの累積体積分布が、小径側から累積５０％（Ｄ５０）と累積９０％（Ｄ９０）の比率Ｄ９０／Ｄ５０が１．１〜２．５の範囲である、請求項４記載の研磨方法。
【請求項６】
前記α−アルミナが、α結晶化率が９０％以上且つ主結晶面が［００１］面以外の結晶面であり、エッジを持つ多面体形状である、請求項４又は５記載の研磨方法。
【国際調査報告】
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