(57)【要約】  本体に含有されるドーパントを含む本体を有する研磨微粒子であって、ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を有する、研磨微粒子。
2021534280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、前記本体に含有されるドーパントと、を含む研磨微粒子であって、前記ドーパントが、前記本体全体にわたって不均質に分布され、前記本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、研磨微粒子。
【請求項２】
本体と、前記本体に含有されるドーパントと、を含む研磨微粒子であって、前記ドーパントが、前記本体全体にわたって不均質に分布され、前記本体の以下の領域：
前記本体の外表面に隣接し、第１のドーパント含有量を有する濃縮領域、
前記本体の中央領域にあり、前記濃縮領域とは異なる、ドーピング領域であって、第２のドーパント含有量を有するドーピング領域、および
前記濃縮領域とドーピング領域との間の枯渇領域であって、少なくとも０．０４％／ｎｍの前記ドーパントの前記正規化含有量の減少を定義する枯渇領域、を画定する、研磨微粒子。
【請求項３】
前記本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、請求項２に記載の研磨微粒子。
【請求項４】
前記枯渇領域におけるドーパント含有量の変化が、前記濃縮領域におけるドーパント含有量の変化または前記ドーピング領域におけるドーパント含有量の変化よりも大きい、請求項２または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項５】
前記枯渇領域における前記ドーパントの正規化含有量の前記減少が、前記ドーピング領域における前記正規化ドーパント含有量の減少の少なくとも３倍大きい、請求項２または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項６】
前記濃縮領域が、前記本体の前記外表面から前記本体の中央点に向かって、前記本体内部に向かって、５００ｎｍ以下延在する、請求項２または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項７】
前記ドーピング領域が、前記本体で前記濃縮領域よりも長く延在する、請求項２または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項８】
前記ドーピング領域が、前記本体で前記枯渇領域よりも長く延在し、前記ドーピング領域における前記ドーパントの前記正規化ドーパント含有量の減少が、０．０３％／ｎｍ以下である、請求項２または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項９】
前記ドーピング領域が、前記本体で少なくとも２０００ｎｍの長さで延在する、請求項２または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項１０】
前記本体が、本質的にアルファアルミナおよび前記ドーパントからなる、請求項１、２、または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項１１】
前記ドーパントが、本質的にマグネシウムまたは酸化マグネシウムからなる、請求項１０に記載の研磨微粒子。
【請求項１２】
前記本体が、前記本体の総重量に基づいて少なくとも１重量％のドーパントかつ１４重量％以下のドーパントを含む、請求項１、２、または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項１３】
前記本体が、前記本体の総重量に基づいて少なくとも４重量％のドーパントを含む、請求項１２に記載の研磨微粒子。
【請求項１４】
前記本体が、爆発研磨粒子であり、１１５マイクロメートル以下の曲率半径を有する、請求項１、２、または３のいずれか一項に記載の研磨微粒子。
【請求項１５】
本体を含む研磨微粒子を形成する方法であって、
微粒子前駆体を粉砕することと、
前記微粒子前駆体を含浸することと、
濃縮プロセスを行い、前記本体のドーピング領域と比較して、前記研磨微粒子の前記本体の濃縮領域においてより高い濃度でドーパントを選択的に堆積させることであって、前記ドーピング領域が、前記本体の中央領域と関連し、前記本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、選択的に堆積させることと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、本体全体にわたり不均質に分散されるドーパントを含む微粒子材料などの微粒子材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨粒子および研磨粒子から作製された研磨物品は、研削、仕上げ、およびポリッシングを含む様々な材料の除去作業に有用である。研磨材料の種類に応じて、かかる研磨粒子は、製品製造おける多様な材料および表面の成形または研削に有用であり得る。今日では、三角形状の研磨粒子およびかかる物質を組み込んだ研磨物品などの、特定の形状を有するある特定の種類の研磨粒子が配合されている。例えば、米国特許第５，２０１，９１６号、同第５，３６６，５２３号、および同第５，９８４，９８８号を参照されたい。
【０００３】
特定の形状を有する研磨粒子の製造に用いられている３つの基本的な技術は、（１）融合、（２）焼結、および（３）セラミック化学である。融合プロセスでは、チルロール、刻み目がある場合とない場合のある表面、融解された材料を注ぎ入れる鋳型、または融解された酸化アルミニウムに材料を浸漬するヒートシンクによって、研磨粒子は成形され得る。例えば、米国特許第３，３７７，６６０号を参照すると、回転している低温の鋳込みシリンダ上に、融解された研磨材料を炉から流すステップと、迅速に材料を固化させて薄い半固体の湾曲したシートを形成するステップと、加圧ロールを用いて半固体の材料の密度を上げるステップと、次いで高速稼働している低温のコンベヤを用いてシリンダから引き離すことによって、曲率を反転させることによって半固体の材料のストリップを部分的に破砕するステップと、を含むプロセスが開示されている。
【０００４】
焼結プロセスでは、直径最大１０マイクロメートルの粒径を有する強靭な粉末から研磨粒子は形成され得る。粉末には、潤滑剤および好適な溶剤、例えば水とともに結合剤が添加され得る。生じた混合物、混合物、またはスラリーは、様々な長さおよび直径の血小板またはロッドに成形され得る。例えば、米国特許第３，０７９，２４２号を参照すると、ボーキサイト材料から研磨粒子を作製する方法であって、（１）か焼された材料を微細粉末まで低減するステップと、（２）均等な圧力下で圧縮し、当該粉末の微細粒子を粒サイズの凝集体へと形成するステップと、（３）ボーキサイトの融合温度未満の温度で粒子の凝集体を焼結して、粒子の再結晶化の制限を生じ、それにより研磨粒子を直接所望のサイズで製造するステップと、を含む、方法について開示している。
【０００５】
セラミック科学技術は、任意選択的に、他の酸化金属前駆体の溶液との混合物中で、コロイド分散液またはヒドロゾル（時折ゾルと呼ばれる）を、ゲル、または構成成分の移動性を制限する任意の他の物理的な状態に変換することと、乾燥させることと、焼成してセラミック材料を得ることと、を含む。例えば、米国特許第４，７４４，８０２号および同第４，８４８，０４１を参照されたい。
【０００６】
一態様によれば、説明は、研磨微粒子を形成する方法であって、微粒子前駆体を粉砕することと、微粒子前駆体を含浸することと、濃縮プロセスを行うことと、本体の中央領域と関連するドーピング領域と比較してより高い濃度で選択的にドーパントを研磨微粒子の本体の濃縮領域に堆積させることと、を含む。
【０００７】
別の態様では、説明は、本体と、本体に含有されるドーパントと、を含む研磨微粒子であって、ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、研磨微粒子を含む。
【０００８】
また別の態様では、説明は、本体と、本体に含有されるドーパントと、を含む研磨微粒子であって、ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体の以下の領域：ａ）本体の外表面に隣接し、第１のドーパント含有量を有する濃縮領域、ｂ）本体の中央領域のドーピング領域であって、濃縮領域とは異なり、第２のドーパント含有量を有する、ドーピング領域、およびｃ）濃縮領域とドーピング領域との間の枯渇領域であって、０．０４％／ｎｍ超のドーパントの正規化含有量の減少を定義する、枯渇領域、を画定する、研磨微粒子を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面を参照することにより、本開示は、よりよく理解されることができ、その多くの特徴および利点は、当業者にとって明らかになるであろう。
【図１】一実施形態よる、微粒子材料形成のプロセスを図示するフローチャートを含む。
【図２】本明細書の実施形態による、研磨微粒子の斜視図を含む。
【図３】本明細書の実施形態による、研磨微粒子の斜視図を含む。
【図４】本明細書の実施形態による、研磨微粒子の斜視図を含む。
【図５】本明細書の実施形態による、研磨微粒子の斜視図を含む。
【図６Ａ】一実施形態による、研磨微粒子の断面図を含む。
【図６Ｂ】一部が本明細書の実施形態を表す、３つの研磨微粒子の、浸透深さに対する最大強度正規化の３つの一般的なプロットを含む。
【図７】一実施形態による、研磨微粒子を組み込む、コーティングされた研磨物品の断面図を含む。
【図８】一実施形態による、研磨微粒子を組み込む、結合された研磨物品の断面図を含む。
【図９】一実施形態による、コーティングされた研磨物品の一部分の上面図を含む。
【図１０】実施例の研磨微粒子の、浸透深さに対する最大強度正規化のプロットを含む。
【図１１】一実施形態による、研磨粒子のＳＥＭ画像、および平均曲率半径の測定を含む。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下は、研磨微粒子および研磨微粒子を形成する方法に関する。研磨微粒子は、限定されないが、非固定研磨用途（例えば、スラリーの粉砕またはポリッシング）、または例えばコーティングされた研磨材、結合研磨材、不織布研磨材などを含む固定研磨用途を含む、多様な用途に使用され得る。
【００１１】
図１は、一実施形態による、研磨微粒子を形成する方法についてのフローチャートを含む。図１に図示されるように、プロセスは、微粒子前駆体を形成することによるステップ１０１で開始される。微粒子前駆体を形成するための好適なプロセスとしては、限定されないが、水熱処理、シード添加ゾルゲル（ｓｅｅｄｅｄ  ｓｏｌ  ｇｅｌ）プロセス、化学反応などを含む多様なプロセスを挙げることができる。
【００１２】
微粒子前駆体の形成は、原材料粉末で開始され得る。少なくとも１つの実施形態では、原材料粉末は、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、酸炭化物、酸窒化物、酸ホウ化物、およびそれらの組み合わせの群から選択される材料であり得る。ある特定の場合では、原材料粉末としては、酸化物を挙げることができる。さらに、原材料粉末としては、アルミナを挙げることができる。一実施形態では、原材料粉末としては、水和アルミナを挙げることができる。別の実施形態では、原材料粉末としては、アルファアルミナを挙げることができる。
【００１３】
本明細書で示されるように、原材料粉末としては、シード添加処理過程を通じて処理された材料などのシード添加材料を挙げることができる。すなわち、例えば、原材料としては、原材料粉末内の特定の結晶質相の成長を制御するように構成された化合物、複合体、または元素であり得るシード材料を挙げることができる。シード添加原材料粉末は、原材料粉末のさらなる処理中に特定の結晶質相の形成を促進することができるシード材料を最低含有量で含み得る。１つの非限定的なシード添加処理過程が、本明細書に記載される。他の場合では、原材料粉末は、シード添加されていない材料を含み得、これはシード材料を本質的に含まなくてもよい。
【００１４】
原材料粉末を提供することは、アルミニウム含有原材料を得ることによって微粒子材料を合成することを含み得る。ある特定のアルミニウム含有原材料は市販されている場合があるが、他の場合では、アルミニウム含有原材料を製造してもよい。一実施形態によれば、形成のプロセスは、分散、混合、ゲル化、シード添加、か焼、成形、プリンティング、鋳造、押し出し、加圧、乾燥、粉砕、ふるい分け、分別、およびそれらの組み合わせなどのプロセスを含み得る。
【００１５】
本明細書で示されるように、原材料粉末は、例えば、シード添加過程に従ってアルミニウム含有原材料を製造することを含む、粉末を製造することによって入手することができる。一実施形態では、アルミニウム含有原材料は、ベーマイト前駆体と、（水熱処理などの）熱処理して、ベーマイト前駆体を粒子または結晶子で形成されたベーマイト微粒子材料に変換することができる懸濁液（代替的にゾルまたはスラリー）中のベーマイトシードと、を含み得る。「ベーマイト」という用語は、本明細書では概して、水和アルミナを表すために使用され、典型的にはＡｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏであり１５％ほどの含水量を有する鉱物ベーマイト、ならびに２０〜３８重量％などの１５重量％超の含水量を有する擬似ベーマイトを含む。ベーマイト（擬似ベーマイトを含む）は、特定かつ識別可能な結晶構造を有し、したがって、特有のＸ線回折パターンを有するので、本明細書でベーマイト微粒子材料の作製のために使用される一般的な前駆体材料であるＡＴＨ（三水酸化アルミニウム）などの他の水和アルミニウムを含む他のアルミニウム含有材料とは区別されることに留意されたい。
【００１６】
好適なベーマイト微粒子材料を形成した後に、熱処理プロセスを実行して、水を除去し、アルミナ材料を形成する多形転移をもたらすことができる。一態様によれば、ベーマイト微粒子材料は、本明細書では概して第１（ならびにまた第２および第３）アスペクト比の観点で説明される、比較的細長い形状を有し得る。
【００１７】
第１アスペクト比は、最長寸法対次に最長の最長寸法に垂直の寸法の比として定義され、概して２：１以上、好ましくは３：１、４：１、または６：１以上である。針形状粒子について特に言及する場合、粒子は、２番目に最長の寸法対３番目に最長の寸法の比として定義される、第２のアスペクト比についての言及によってさらに特徴付けることができる。第２のアスペクト比は、概して３：１以下、典型的には２：１以下、またはさらには１．５：１、および多くの場合約１：１である。第２のアスペクト比は、概して、最長寸法に対する垂直平面での粒子の断面形状を説明する。本明細書では、アスペクト比という用語は、最長寸法対次に最長の寸法の比を表すために使用されるので、第１アスペクト比と称され得ることに留意されたい。
【００１８】
あるいは、ベーマイト微粒子材料は、プレートまたは血小板の形状の輪郭を有し得、概して針形状粒子と関連して上述の第１のアスペクト比を有する細長い構造を有する。しかしながら、血小板形状の粒子は、概して、対向する主表面を有し、対向する主表面が、概して平面であり、概して互いに平行である。加えて、血小板形状粒子は、概して、約６：１以上、またはさらには１０：１以上などの約３：１以上の、針形状粒子のものよりも高い第２のアスペクト比を有することを特徴とし得る。
【００１９】
シード添加プロセスを通じて形成されたベーマイト微粒子材料の形状は、比較的微細な粒径を有し得る。概して、平均ベーマイト材料粒径は、約１００ナノメートル以下であり、約１０〜１００ナノメートルの範囲内に入る。他の実施形態は、約８０ナノメートル、７５ナノメートル、６０ナノメートル、５０ナノメートル、４０ナノメートル以下などのさらにより微細な平均粒径を有し、さらに粒子は、微細な微粒子材料を表す３０ナノメートルよりも小さい平均粒径を有する。本明細書で使用される場合、高アスペクト比のベーマイト微粒子材料と関連する、「平均粒径」は、粒子の平均最長寸法を表すために使用される。
【００２０】
ベーマイト微粒子材料のアスペクト比および平均粒径に加えて、ベーマイト微粒子材料の形状は、比表面積の観点でさらに特徴付けることができる。本明細書では、ＢＥＴ技法を利用して、ベーマイト微粒子材料の比表面積を測定した。本明細書の実施形態によれば、ベーマイト微粒子材料は、概して、約５０ｍ２／ｇ、７０ｍ２／ｇ以上、または約９０ｍ２／ｇ以上などの約１０ｍ２／ｇ以上の比較的高い比表面積を有し得る。比表面積は、粒子形状ならびに粒径に相関するので、概して、実施形態の比表面積は、約３５０または３００ｍ２／ｇ未満などの約４００ｍ２／ｇ未満であった。表面積の特定の範囲は、約７５ｍ２／ｇ〜２００ｍ２／ｇである。
【００２１】
シード添加ベーマイト微粒子材料を製造することができるプロセスの詳細に戻ると、概して、楕円形、針形状、または血小板形状ベーマイトは、特許権保有者が共通の上述の米国特許第４，７９７，１３９号に概して記載されるような水熱処理によって、典型的にはボーキサイト鉱物を含むアルミニウム含有材料であるベーマイト前駆体から形成される。より具体的には、ベーマイト微粒子材料は、懸濁液中でベーマイト前駆体とベーマイトシードとを組み合わせ、懸濁液（あるいはゾルまたはスラリー）に曝露させて熱処理して、原材料をベーマイト微粒子材料に変換することを生じ、さらに懸濁液中に提供されたベーマイトシードによって影響を受けることによって形成され得る。加熱は、一般的に、自原的環境において、すなわちプロセス中に高圧を生じるオートクレーブ内で実行される。懸濁液のｐＨは、概して、７未満、または８超の値から選択され、ベーマイトシード材料は、約０．５マイクロメートルよりも微細な粒径を有し得る。概して、シード粒子は、（Ａｌ２Ｏ３として計算して）約１重量％超のベーマイト前駆体の量で存在し、加熱は、約１２５℃超、またはさらには約１３０℃超などの約１２０℃超の温度で、自原的に生じる、典型的にはほぼ３０ｐｓｉである圧力で実行される。
【００２２】
水熱処理などによる加熱処理およびベーマイト変換の後、限外濾過処理を通じて、または残留する液体を蒸発させるための加熱処理などによって液体含有物は概して除去される。本明細書に記載の微粒子サイズは、概して、ある特定の実施形態では残留し得る（例えば、凝集材料を必要とする生成物についての）凝集体ではなく、処理を通じて形成される個々の粒子についての説明であることに留意されたい。
【００２３】
可変的なある特定の処理は、ベーマイト微粒子材料の形成中に所望の形状に影響を与えるように変更されてもよい。これらの可変的なものとしては、重量比、すなわち、ベーマイト前駆体対ベーマイトシードの比、処理中に使用される酸または塩基の特定の種類または種（ならびに相対的なｐＨレベル）、および（自原的な水熱環境において圧力に直接的に比例する）系の温度、が挙げられる。
【００２４】
好適な酸および塩基としては、硝酸などの鉱物酸、ギ酸などの有機酸、塩酸などのハロゲン酸、ならびに硝酸アルミニウムおよび硫酸マグネシウムなどの酸性塩が挙げられる。有効な塩基としては、例えば、アンモニアを含むアミン、水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ、水酸化カルシウムなどのアルカリ性水酸化物、および塩基性塩が挙げられる。
【００２５】
ベーマイト微粒子材料の形成後に、プロセスは、アルミニウム含有材料を微粒子前駆体として形成するための、ベーマイト微粒子材料の加熱処理をさらに含み得る。加熱処理は、アルミナの特定の相（例えば、ガンマ、デルタ、シータ、アルファ）、または好適なアルミニウム含有材料を提供するアルミナの相の組み合わせへの転移を生じるのに十分な温度での、ベーマイト微粒子材料のか焼を含み得る。明確性のために、アルミニウム含有材料は、好ましくは、少なくとも約８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％の主要な含有量（重量％）のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を含むか、またはさらには本質的にアルミナからなるものである。また、ベーマイト微粒子材料は、本明細書でより詳細に記載される、例えば添加剤の提供を含む、加熱処理の前の他のプロセスで使用され得る。
【００２６】
か焼のプロセスは、特定の揮発性構成成分を除去し、気孔性材料の形成を促進するのに好適な温度まで、前駆体微粒子を加熱することを含み得る。ある特定の場合では、か焼のプロセスは、少なくとも約３００℃の温度で行われ得る。他の場合では、か焼の温度は、少なくとも約６００℃、少なくとも約７００℃、またはさらには少なくとも約７５０℃などより高い場合がある。また、か焼のプロセスは、約１０００℃以下、またはさらには約９００℃以下などの約１２００℃以下の温度で行われ得る。か焼のプロセスは、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかとの間の範囲内の温度で行われ得ることが理解されるであろう。
【００２７】
ある特定の場合では、部分的なか焼の前、その間、またはさらにはその後に、前駆体微粒子は、爆発によって粉砕され得る。爆発粉砕は、乾燥させたか、または部分的にか焼したが焼成していない、少なくとも５重量％の含有量の揮発性物質を有する材料を、４００℃超の温度に保持された炉に直接供給し、温度および滞留時間を制御して、爆発によって粉砕された材料を生成することを含む。ある特定の条件下では、温度および持続時間が適切に制御されると、微粒子中の揮発性材料が、急激に気化して微粒子の破砕を生じる。かかるプロセスは、他の粉砕技法を通じて形成された他の研磨粒子と比較して、鋭さおよびアスペクト比などの１つ以上の固有の形状特色を有する、無作為に成形された研磨微粒子を作り出すことができる。
【００２８】
図１を再び参照すると、ステップ１０１の後に、プロセスは、ドーパント（例えば、添加剤）を微粒子前駆体に提供して含浸された微粒子前駆体を形成することによるステップ１０２に続き得る。一実施形態によれば、ドーパントを含めるプロセスは、ドーパントを特定の微粒子前駆体の気孔に提供することを含み得る、含浸プロセスを含み得る。微粒子前駆体の気孔性は、自然のまたは人工的なプロセスを通じて得ることができる。例えば、か焼は、気孔性原材料粉末の形成を促進することができ、その後、ドーパントをか焼された気孔性の微粒子前駆体に添加して、含浸を促進することができる。
【００２９】
ある特定の場合では、含浸のプロセスは、微粒子粉末の気孔性をドーパントで浸潤することを含み得る。浸潤は、微粒子前駆体の気孔体積の少なくとも一部分をドーパントで満たすことを含み得る。また、浸潤プロセスは、気孔性の大部分をドーパントで満たすことを含み得、より具体的には、微粒子前駆体の総気孔体積の実質的に全てをドーパントで満たすことを含み得る。
【００３０】
ある特定の場合では、ドーパントは、２つ以上の構成成分を含み得る。例えば、ドーパントは、後の処理を通じて、最終的に形成される研磨微粒子において望ましいドーパント材料を形成するであろう、１つ以上の前駆体または構成成分で作製され得る。一実施形態によれば、ドーパントまたは第１の構成成分は、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を含み得る。より具体的には、ドーパントは、ハフニウム、ジルコニウム、ニオビウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セシウム、プラセオジム、クロム、コバルト、鉄、ゲルマニウム、マンガン、ニッケル、チタン、亜鉛、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、ユウロピウム、ケイ素、リン、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される元素を含み得る。一実施形態によれば、ドーパントは、マグネシウムを含み、本質的にマグネシウムまたは酸化マグネシウムからなり得る。マグネシウムまたは酸化マグネシウムは、前駆体微粒子に直接含浸される必要はない場合があり、代わりに、ドーパントまたは第１の構成成分は、塩を含んでもよく、ドーパントを含む溶液として存在してもよい。例えば、第１の構成成分としては、塩溶液を挙げることができる。１つの特定の実施形態では、第１の構成成分としては、マグネシウム（Ｍｇ）を挙げることができ、より具体的には、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウムなどのマグネシウム塩を挙げることができる。
【００３１】
ドーパントは、第１の構成成分とは異なる第２の構成成分を含んでもよいが、含む必要はない。例えば、第２の構成成分としては、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。
【００３２】
前駆体微粒子をドーパント（または１つ以上のドーパント構成成分）で含浸することのプロセスは、前駆体微粒子をドーパントに曝露させることを含み得る。例えば、前駆体微粒子を、ドーパントを含有する溶液中に配置して、前駆体微粒子の気孔へのドーパントの含浸を促進してもよい。含浸プロセスの持続時間および温度は、前駆体微粒子へのドーパントの含浸を促進するように制御することができる。
【００３３】
任意選択的に、含浸プロセスとともに、または含浸プロセスに加えて１つ以上の濃縮プロセスを利用して、本明細書の実施形態に記載のある特定の特色を有する研磨微粒子の形成を促進してもよい。例えば、本明細書の実施形態の研磨微粒子は、粒子の外表面に隣接し、研磨微粒子の本体内の他の領域と比較して、顕著により高い含有量のドーパントを含有し得る、濃縮領域を有し得る。特定の理論に拘束されることを望むものではないが、本明細書のプロセスによって作り出される本体全体を通じて特定の不均質なトーパントの分布により、研磨微粒子および関連する研磨物品の性能の改善を促進することができると考えられる。ドーパントの特定の不均質な分布の形成を促進し得る濃縮プロセスとしては、限定されないが、選択的堆積、ディッピング、コーティング、浸漬、混合、加熱、乾燥、冷却、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。より具体的には、濃縮プロセスは、本体の中心領域と比較した外表面でのドーパント含有量、濃度、または曝露時間を制御することができる。ある特定の場合では、外表面および本体内部の直に隣接する領域は、本体体積内に含有され外表面から離間した本体の中央領域と比較して、経時的により高いドーパント含有量まで曝露され得る。濃縮プロセスは、含浸時間、温度、圧力、ドーパント濃度、ドーパント含有媒体（例えば、１つ以上のドーパント構成成分）の相および／または粘度のうちの少なくとも１つを制御して、ドーパントによる含浸の深さを制御することを含み得る。１つの特定の実施形態では、濃縮プロセスは、最初の含浸プロセスの後に行われ得る。濃縮プロセスは、含浸された前駆体微粒子の外表面上へのドーパントの堆積を含み得る。一実施形態では、ドーパントは、スラリー、ペースト、またはさらには粉末の形態であり得る。含浸された前駆体粒子は、ドーパントとともに圧延または密閉容器内で混合されて、濃縮プロセスが完了され得る。別の実施形態では、濃縮プロセスは、ソーパント（ｓｏｐａｎｔ）含有材料中で粒子を浸漬および乾燥させることを含み得る。時間、温度、圧力、ドーパント濃度、および他の条件を制御して、含浸速度を制御して、研磨微粒子の本体の濃縮領域を作り出すことができる。
【００３４】
ステップ１０２で含浸された微粒子前駆体を形成した後に、プロセスは、含浸された微粒子前駆体から研磨微粒子を形成することによるステップ１０３に続き得る。一実施形態によれば、形成のプロセスは、含浸された微粒子前駆体を最終的に形成された研磨微粒子へと変換することをさらに含み得る。研磨微粒子を形成することは、揮発、焼結、ある特定の結晶質相の変換、高密度化、所望のドーパント材料の形成、またはそれらの組み合わせなどの、１つ以上のプロセスを含み得る。少なくとも１つの場合では、形成のプロセスは、含浸された微粒子前駆体を焼結して、研磨微粒子の本体内に含有された所望のドーパント種を有する高密度化研磨微粒子を形成することを含み得る。焼結は、アルファアルミナなどの高温相の形成を促進することができる。焼結は、少なくとも約７００℃、またはさらには少なくとも約８００℃などの少なくとも約５００℃の温度で行われ得る。また、焼結は、１３００℃以下などの、１２００℃以下などの、１１００℃以下などの、またはさらには約１０００℃以下などの約１４００℃以下である温度で行われ得る。焼結は、上の最低温度および最高温度のうちのいずれかとの間の範囲内の温度で行われ得ることが理解されるであろう。
【００３５】
さらに、焼結は、特定の時間の間、および特定の雰囲気下で行われ得ることが理解されるであろう。例えば、焼結は、少なくとも約１分間周囲条件で、またはさらには少なくとも約４分間、少なくとも約２時間、またはさらには少なくとも約３時間などの少なくとも約１時間の間行われ得る。さらには、焼結中に利用される雰囲気としては、酸化雰囲気、還元雰囲気、または不活性雰囲気を挙げることができる。
【００３６】
一実施形態によれば、形成プロセスを行った後に、研磨微粒子は、少なくとも約９５％の理論密度の密度を有し得る。他の場合では、研磨微粒子は、少なくとも約９６％、またはさらには少なくとも約９７％の理論密度などの、より高い密度を有し得る。
【００３７】
形成プロセスを行った後に、研磨微粒子は、約１００ｍ２／ｇ以下の比表面積を有し得る。また他の実施形態では、比表面積は、８０ｍ２／ｇ以下、またはさらには約１０ｍ２／ｇ以下、またはさらには約１ｍ２／ｇ以下などの約９０ｍ２／ｇ以下であり得る。また、研磨微粒子の比表面積は、少なくとも約０．０１ｍ２／ｇ、またはさらには少なくとも約０．０５ｍ２／ｇであり得る。研磨微粒子の比表面積は、上の最小値および最大値のうちのいずれかとの間の範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００３８】
さらに別の実施形態では、研磨微粒子は、所定のふるいサイズの群から選択され得る、平均または中央粒径を有する本体を有し得る。例えば、本体は、５０００マイクロメートル以下かつ少なくとも０．１マイクロメートルの平均粒径を有し得る。ある特定の場合では、本体は、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、またはさらには約０．８ｍｍ以下などの約４ｍｍ以下の平均粒径を有し得る。また、別の実施形態では、本体は、少なくとも約０．１μｍの平均粒径を有し得る。本体は、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかとの間の範囲内の平均粒径を有し得ることが理解されるであろう。
【００３９】
研磨業界で使用するための粒子は、概して、使用前の所与の粒径分布に等級分けされる。かかる分布は、典型的には、粗い粒子から微細な粒子への粒径の範囲を有する。研磨分野では、この範囲は、時折「粗い（ｃｏａｒｓｅ）」、「コントロール（ｃｏｎｔｒｏｌ）」、および「微細」な粒群と称される。研磨業界で承認されている等級分け基準に従って等級分けされた研磨粒子は、数値限界内の各規格等級での粒径分布を規定する。かかる業界で承認されている等級分け基準（すなわち、研磨業界で規定されている規格等級）としては、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｉｎｃ．（ＡＮＳＩ）基準、Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ  ｏｆ  Ａｂｒａｓｉｖｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（ＦＥＰＡ）基準、およびＪａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ（ＪＩＳ）基準として知られているものが挙げられる。
【００４０】
ＡＮＳＩ等級の名称（すなわち、規定されている規格等級としては、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。ＦＥＰＡ等級の名称としては、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。ＪＩＳ等級の名称としては、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、およびＪＩＳ１０，０００が挙げられる。あるいは、研磨微粒子は、ＡＳＴＭ  Ｅ−ｌ  １「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅ  Ｃｌｏｔｈ  ａｎｄ  Ｓｉｅｖｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に準拠するＵ．Ｓ．Ａ．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｓｉｅｖｅｓを使用して、規格によって選別された等級に等級分けされ得る。ＡＳＴＭ  Ｅ−ｌ  １は、名称による粒径に従って材料を分類するために、枠に取り付けられた金網の編目を使用する、設計施工の試験ふるいの要件を規定する。典型的な名称は、−１８＋２０として表され得、これは、粒子が、１８番ふるいのＡＳＴＭ  Ｅ−ｌ  １規定に適合する試験ふるいを通過し、２０番ふるいのＡＳＴＭ  Ｅ−ｌ  １規定に適合する試験ふるい上には残ることを意味する。様々な実施形態では、研磨微粒子は、−１８＋２０、−２０／＋２５、−２５＋３０、−３０＋３５、−３５＋４０、−４０＋４５、−４５＋５０、−５０＋６０、−６０＋７０、−７０／＋８０、−８０＋１００、−１００＋１２０、−１２０＋１４０、−１４０＋１７０、−１７０＋２００、−２００＋２３０、−２３０＋２７０、−２７０＋３２５、−３２５＋４００、−４００＋４５０、−４５０＋５００、または−５００＋６３５を含む、規格によって選別された等級を有し得る。あるいは、−９０＋１００などの特定用途向けのメッシュサイズが使用され得る。
【００４１】
ステップ１０３で研磨微粒子を形成した後に、ステップ１０４で１つ以上のプロセスが利用され得る。図１に図示されるように、研磨微粒子は、１つ以上の研磨または非研磨用途で使用され得る。例えば、研磨微粒子は、異なる研磨粒子のブレンドなどの微粒子材料のブレンドで使用され得、固定研磨材に組み込まれるか、または非固定研磨材として使用され得る。あるいは、研磨微粒子は、ブレンドされる必要はなく、１つ以上の固定研磨用途または非固定研磨用途に直接使用され得る。
【００４２】
研磨微粒子は、第１の相および第２の相を含み得る本体を含み得、第２の相が、ドーパントまたはドーパントからの種を含む。一実施形態によれば、第１の相は、アルミナ、具体的にはアルファアルミナなどの酸化物を含み得る。ある場合では、第１の相は、本質的にアルファアルミナからなり得る。ある特定の場合では、本体は、約１重量％以下の低温アルミナ相であるように形成され得る。本明細書で使用される場合、低温アルミナ相は、転移相アルミナ、ボーキサイト、または例えば、ギブサイト、ベーマイト、ダイアスポアを含む水和アルミナ、およびかかる化合物および鉱物を含有する混合物を含み得る。ある特定の低温アルミナ材料はまた、酸化鉄をいくらかの含有量で含み得る。さらに、低温アルミナ相は、ゲーサイト、ヘマタイト、カオリナイト、およびアナターゼなどの他の鉱物を含み得る。特定の場合では、微粒子材料は、第１の相として本質的にアルファアルミナからなり得、本質的に低温アルミナ相を含まなくてもよい。
【００４３】
さらに、研磨微粒子は、約１重量％以下の不純物元素を本体が含むように形成され得、不純物元素が、意図されない種である。ドーパントは、不純物ではない。いくつかの例示的な不純物元素としては、遷移金属元素、アルカリ土類元素、アルカリ元素、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。１つの特定の場合では、本体は、本体の総重量に対して本体内に約１重量％以下の水含有量などの、限定的な量の水を含み得る。さらに、本体は、本質的に水を含まなくてもよい。
【００４４】
一態様では、研磨微粒子は、第１の相の総重量に対して少なくとも約７０重量％のアルミナを有する第１の相を含む本体を有し得る。他の実施形態では、本体は、第１の相の総重量に対して、少なくとも約７５重量％、少なくとも約７７重量％、少なくとも約８０重量％、少なくとも約８３重量％、少なくとも約８５重量％、少なくとも約８８重量％、少なくとも約９０重量％、少なくとも約９３重量％、少なくとも約９５重量％などの少なくとも約７１重量％のアルミナを含み得るか、またはさらには本質的にアルミナからなり得る。
【００４５】
さらに、研磨微粒子は、本体を有し得、本体の総重量に対して本体の少なくとも６０重量％は、アルミナである。他の場合では、本体内のアルミナの量は、少なくとも７０重量％、または少なくとも７５重量％、または少なくとも８０重量％、または少なくとも約８５重量％、または少なくとも約９０重量％など、より高くてもよい。また、本体は、本体の総重量に対して、９８重量％以下、または９７重量％以下、または９６重量％以下、または９５重量％以下、または９４重量％以下、または９３重量％以下、または９２重量％以下、または９１重量％以下、または９０重量％以下などの約９９重量％以下のアルミナを含み得る。本体内のアルミナの総含有量は、上に示された最小パーセントおよび最大パーセントのうちのいずれかとの間の範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００４６】
さらに別の実施形態では、研磨微粒子は、５００マイクロメートル以下の平均粒度（すなわち、結晶子径）を有する結晶子を定義する、別個の結晶粒を有する第１の相（例えば、酸化物材料）を含み得る。また、他の場合では、第１の相の平均粒度は、１００マイクロメートル以下、または８０マイクロメートル以下、または５０マイクロメートル以下、または３０マイクロメートル以下、または２０マイクロメートル以下、または１０マイクロメートル以下、または１マイクロメートル以下、または０．９マイクロメートル以下、または０．８マイクロメートル以下、または０．７マイクロメートル以下、または０．６マイクロメートル以下などの２５０マイクロメートル以下であり得る。また、少なくとも１つの実施形態では、第１の相は、少なくとも約０．０１マイクロメートル、または少なくとも０．０５マイクロメートルの平均粒度を有し得る。第１の相の平均粒度は、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかとの間の範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００４７】
平均粒度（すなわち、平均結晶径）は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡写真を使用する、未修正の切片法に基づいて測定することができる。エポキシ樹脂中でベークライトの台を作製し、次いでＳｔｒｕｅｒｓ  Ｔｅｇｒａｍｉｎの３０ポリッシングユニットを使用して、ダイアモンドポリッシングスラリーを用いてポリッシングすることによって、研磨粒子の試料を調製する。ポリッシングの後に、エポキシをホットプレート上で加熱し、次いでポリッシングした表面を１５０℃未満の焼結温度で５分間熱エッチングする。個々の粒子（５〜１０グリット）をＳＥＭ台上に取り付け、次いでＳＥＭ準備のために金でコーティングする。３つの個々の研磨粒子のＳＥＭ顕微鏡写真をおよそ５０，０００倍の倍率で撮影し、次いで未修正の結晶子径を以下のステップを使用して計算する：１）写真の底部の黒いデータ帯域を除いて、結晶構造図の１つの角から対向する角へ対角線を引き、２）Ｌ１およびＬ２として対角線の長さを０．１センチメートル単位で測定し、３）対角線の各々が交差する粒界の数（すなわち、粒界交差部Ｉ１およびＩ２）を数え、対角線の各々のこの数を記録し、４）各顕微鏡写真または図面の底部のマイクロメートルで長さを示す横棒（すなわち、「横棒長さ」）の（センチメートルでの）長さを測定することによって、計算された横棒の数値を決定し、（マイクロメートルでの）横棒長さを（センチメートルでの）横棒長さによって除算し、５）顕微鏡写真上に引いた対角線の総センチメートルを加算して（Ｌ１＋Ｌ２）、対角線の長さの合計を得、６）両方の対角線（Ｉ１＋Ｉ２）の粒界交差部の数を加算して、粒界交差部の合計を得、７）センチメートルでの対角線の長さの合計（Ｌ１＋Ｌ２）を粒界交差部の合計（Ｉ１＋Ｉ２）によって除算し、この数を計算された横棒の数値で乗算する。このプロセスを、３つの異なる無作為に選択された試料に対して少なくとも３回別々に完了し、平均結晶子径を得る。
【００４８】
本明細書で示されるように、本体は、ドーパントを含み得る本体内の第２の相をさらに含み得る。ある場合では、本体は、本体の総重量に対して５０％以下の第２の相を含み得る。他の実施形態では、本体内の第２の相の含有量は、本体の総重量に対して、４０重量％以下、または３０重量％以下、または２０重量％以下、または１０重量％以下、または８重量％以下、または６重量％以下、または５重量％以下、または４重量％以下、または３重量％以下のドーパントなど、より少ない場合がある。また、本体内の第２の相の含有量は、本体の総重量に対して、少なくとも１重量％、または少なくとも２重量％、または少なくとも３重量％など、少なくとも０．５重量％であり得る。本体内の第２の相の含有量は、上に示された最小パーセントおよび最大パーセントのうちのいずれかとの間の範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００４９】
一実施形態では、第２の相は、本質的にドーパントからなり得る。別の実施形態では、第２の相は、ドーパントおよび他の元素を含む化合物を含み得る。ある場合では、本体は、本体の総重量に対して１８重量％以下のドーパントを含み得る。他の実施形態では、本体は、本体の総重量に対して、１６重量％以下、または１４重量％以下、または１２重量％以下、または１０重量％以下、または８重量％以下、または６重量％以下、または５重量％以下、または４重量％以下、または３重量％以下のドーパントなど、より少ないドーパントを含み得る。また、本体内のドーパントの含有量は、本体の総重量に対して、少なくとも１重量％、または少なくとも２重量％、または少なくとも３重量％など、少なくとも０．５重量％であり得る。本体内のドーパントの含有量は、上に示された最小パーセントおよび最大パーセントのうちのいずれかとの間の範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００５０】
いくつかの場合では、研磨微粒子は、ハフニウム、ジルコニウム、ニオビウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セシウム、プラセオジム、クロム、コバルト、鉄、ゲルマニウム、マンガン、ニッケル、チタン、亜鉛、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、ユウロピウム、ケイ素、リン、またはそれらの任意の組み合わせからなるから選択される、特定の種類のドーパントを含み得る。一実施形態によれば、ドーパントは、マグネシウムを含み、本質的にマグネシウムまたは酸化マグネシウムからなり得る。本明細書で使用される場合、ドーパントはマグネシウムであり得る、という表現は、任意の化学的な化合物、塩、または限定されないが元素マグネシウムを含む、マグネシウムを含有する複合体を意味することを意図する。
【００５１】
ドーパントは、微細構造のある特定の場所に配置され得、これにより、研磨微粒子の性能の改善を促進することができる。例えば、ドーパントまたはドーパントを含有する化合物（すなわち、ドーパント化合物）は、最初は第１の相（例えば、酸化物）の結晶粒間の結晶粒界に位置し得る。
【００５２】
ある特定の場合では、研磨微粒子は、ある特定の気孔性の含有量を有する本体を有し得る。例えば、気孔性は、本体の総体積に対して、５体積％以下、または４体積％以下、または３体積％以下、または２体積％以下、または１体積％以下であり得る。また、ある特定の場合では、研磨微粒子は、凝集体の一部であることが好適であり得、かかる凝集体は、より高い含有量の気孔性を有し得ることが理解されるであろう。
【００５３】
研磨微粒子または研磨微粒子の本体は、様々な形状およびサイズを有し得る。例えば、研磨微粒子は、無作為に成形された研磨本体、または成形された研磨粒子、または半分成形された研磨粒子であり得るそれらを有し得る。
【００５４】
図２は、一実施形態による、成形された研磨粒子としての研磨微粒子の斜視図を含む。成形された研磨粒子２００は、主表面２０２、主表面２０３、および主表面２０２と２０３との間に延在する側面２０４を含む、本体２０１を含み得る。図２に図示されるように、成形された研磨粒子２００の本体２０１は、薄い形状の本体であり得、主表面２０２および２０３は、側面２０４よりも大きい。さらに、本体２０１は、頂点から底部に延在し、主表面２０２または２０３上の中点２５０を通る、長手方向軸２１０を含み得る。長手方向軸２１０は、主表面に沿って、主表面２０２の中点２５０を通る、本体の最長寸法を画定することができる。ある特定の粒子では、本体の主表面の中点が、容易に明らかでない場合、主表面を俯瞰し、主表面の二次元形状の周囲の最も近くに適合する円を描き、主表面の中点としてその円の中心を使用してもよい。
【００５５】
成形された研磨粒子は、鋳造、プリンティング、鋳込み、押し出しを含む特定のプロセスを通じて形成することができる。成形された研磨粒子は、各粒子が互いに対して実質的に同じ配置の表面および縁部を有するように形成することができる。例えば、成形された研磨粒子の群は、概して互いに対して同じ配置および方向、ならびにまたは二次元形状の表面および縁部を有する。したがって、成形された研磨粒子は、互いに対する表面および縁部の配置において、比較的高い形状の忠実度および一貫性を有する。さらに、一定の高さの研磨粒子（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｈｅｉｇｈｔ  ａｂｒａｓｉｖｅ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ、ＣＨＡＰ）はまた、主表面を俯瞰すると不規則な二次元形状を有し得る薄い形状の本体の形成を容易にする、特定のプロセスを通じて形成することができる。例えば、図４を参照されたい。ＣＨＡＰは、成形された研磨粒子よりも低い形状忠実度を有し得るが、実質的に平面の、側面によって離間されている平行な主表面を有し得る。
【００５６】
対照的に、成形されていない粒子（例えば、図５を参照されたい）は、異なるプロセスを通じて形成することができ、成形された研磨粒子およびＣＨＡＰと比較して、異なる形状属性を有する。例えば、成形されていない粒子は、典型的には、材料の塊を形成し、次いで破壊または爆発させ、次いでふるいにかけて、ある特定のサイズの研磨粒子を得る、粉砕プロセスによって形成される。しかしながら、成形されていない粒子は、概して無作為な配置の表面および縁部を有し、概して表面および縁部の配置において識別可能な二次元または三次元形状を欠くであろう。さらに、成形されていない粒子は、互いに対して一貫した形状を有する必要はなく、したがって、成形された研磨粒子またはＣＨＡＰと比較して、顕著により低い形状忠実度を有する。成形されていない粒子は、概して、各粒子に対して、および他の成形されていない粒子と比較して、無作為な配置の表面および縁部によって画定される。
【００５７】
図２を再び参照すると、本体２０１は、同じ主表面２０２上の長手方向軸２１０に概して垂直に延在する、本体２０１の幅を画定する、横軸２１１をさらに含み得る。最終的には、図示されるように、本体２０１は、縦軸２１２を含み得、これは、薄い形状の本体の文脈において、本体２０１の高さ（または厚さ）を画定することができる。薄い形状の本体では、長手方向軸２１０の長さは、縦軸２１２よりも長い。図示されるように、厚さ２１２は、主表面２０２と２０３との間の側面２０４に沿って、長手方向軸２１０および横軸２１１によって画定される平面に垂直に延在し得る。本明細書で言及される研磨粒子の長さ、幅、および高さは、例えば、固定研磨材に付着される研磨粒子の群を含む、より大きい群の研磨粒子の好適なサンプリングサイズからとった、平均値についての言及であり得ることが理解されるであろう。
【００５８】
薄い形状の研磨粒子を含む、本明細書の実施形態の成形された研磨粒子は、長さが幅以上であり得るような、第１のアスペクト比の長さ：幅を有し得る。さらに、本体２０１の長さは、高さ以上であり得る。最終的には、本体２０１の幅は、高さ以上であり得る。一実施形態によれば、第１のアスペクト比の長さ：幅は、少なくとも１．１：１、少なくとも１．２：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．８：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも６：１、またはさらには少なくとも１０：１などの、少なくとも１：１であり得る。別の非限定的な実施形態では、成形された研磨粒子の本体２０１は、１００：１以下、５０：１以下、１０：１以下、６：１以下、５：１以下、４：１以下、３：１以下、２：１以下、またはさらには１：１以下の第１のアスペクト比の長さ：幅を有し得る。本体２０１の第１のアスペクト比は、上に示された最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００５９】
しかしながら、ある特定の他の実施形態では、幅は、長さよりも長い場合がある。例えば、本体２０１が正三角形であるそのような実施形態では、幅は、長さよりも長い場合がある。かかる実施形態では、第１のアスペクト比の長さ：幅は、少なくとも１：１．１、または少なくとも１：１．２、または少なくとも１：１．３、または少なくとも１：１．５、または少なくとも１：１．８、または少なくとも１：２、または少なくとも１：２．５、または少なくとも１：３、または少なくとも１：４、または少なくとも１：５、または少なくとも１：１０であり得る。また、非限定的な実施形態では、第１のアスペクト比の長さ：幅は、１：１００以下、または１：５０以下、または１：２５以下、または１：１０以下、または５：１以下、または３：１以下であり得る。本体２０１の第１のアスペクト比は、上に示された最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００６０】
さらに、本体２０１は、少なくとも１．１：１、少なくとも１．２：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．８：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも８：１、またはさらには少なくとも１０：１などの、少なくとも１：１であり得る第２のアスペクト比の幅：高さを有し得る。また、別の非限定的な実施形態では、本体２０１の第２のアスペクト比の幅：高さは、５０：１以下、１０：１以下、８：１以下、６：１以下、５：１以下、４：１以下、３：１以下、またはさらには２：１以下などの、１００：１以下であり得る。第２のアスペクト比の幅：高さは、上の最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００６１】
別の実施形態では、本体２０１は、少なくとも１．２：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．８：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも８：１、またはさらには少なくとも１０：１などの、少なくとも１．１：１であり得る第３のアスペクト比の長さ：高さを有し得る。また、別の非限定的な実施形態では、本体２０１の第３のアスペクト比の長さ：高さは、５０：１以下、１０：１以下、８：１以下、６：１以下、５：１以下、４：１以下、３：１以下などの、１００：１以下であり得る。本体２０１第３のアスペクト比は、最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲内、ならびに上記であり得ることが理解されるであろう。
【００６２】
成形された研磨粒子を含む本明細書の実施形態の研磨微粒子は、結晶質材料、より具体的には多結晶質材料を含み得る。とりわけ、多結晶質材料は、研磨粒を含み得る。一実施形態では、例えば、成形された研磨粒子の本体を含む研磨粒子の本体は、本質的に結合材などの有機材料を含まなくてもよい。少なくとも１つの実施形態では、研磨粒子は、本質的に多結晶質材料からなり得る。別の実施形態では、成形された研磨粒子などの研磨粒子は、シランを含まなくてもよく、具体的には、シランコーティングを有さなくてもよい。
【００６３】
図２は、概して三角形の二次元形状を有する、上主表面２０２または主表面２０３の平面によって画定される二次元形状を有する、成形された研磨粒子の図を含む。本明細書の実施形態の成形された研磨粒子は、このように限定されず、他の二次元形状を含み得ることが理解されるであろう。例えば、本明細書の実施形態の成形された研磨粒子としては、多角形、正多角形、不規則な多角形、弓状もしくは湾曲した側面、またはそのような側面の部分を含む不規則な多角形、楕円、数字、ギリシャ文字、ラテン文字、キリル文字、漢字、多角形形状の組み合わせを有する複雑な形状、中央領域および中央領域から延在する複数の腕部（例えば、少なくとも３本の腕部）を含む形状（例えば、星形）、ならびにそれらの組み合わせを含む形状の群からの、本体主表面によって画定されるような、二次元形状を有する本体を有する粒子を挙げることができる。特定の多角形形状としては、長方形、台形、四辺形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、十角形、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。別の場合では、最終的に形成される成形された研磨粒子は、不規則な四辺形、不規則な長方形、不規則な台形、不規則な五角形、不規則な六角形、不規則な七角形、不規則な八角形、不規則な九角形、不規則な十角形、およびそれらの組み合わせなどの二次元形状を有する本体を有し得る。不規則な多角形形状は、多角形形状を画定する辺のうちの少なくとも１つが、別の辺と比較して寸法（例えば、長さ）が異なるものである。本明細書の他の実施形態に図示されるように、ある特定の成形された研磨粒子の二次元形状は、特定の数の外点または外角を有し得る。例えば、成形された研磨粒子の本体は、長さおよび幅によって画定される平面の観点から二次元多角形形状を有し得、本体は、少なくとも４つの外点（例えば、四辺形）、少なくとも５つの外点（例えば、五角形）、少なくとも６つの外点（例えば、六角形）、少なくとも７つの外点（例えば、七角形）、少なくとも８つの外点（例えば、八角形）、少なくとも９つの外点（例えば、九角形）を有する二次元形状などを含む。
【００６４】
図３は、別の実施形態による、成形された研磨粒子の斜視図を含む。とりわけ、成形された研磨粒子３００は、端部表面３０２および３０３と称され得る、表面３０２および３０３を含む、本体３０１を含み得る。本体３０１は、端部表面３０２および３０３の間に延在し取り付けられている主表面３０４、３０５、３０６、３０７をさらに含み得る。図３の成形された研磨粒子は、主表面３０５に沿って延在し、端部表面３０２および３０３の間の中点３４０を通る長手方向軸３１０を有する、長細く成形された研磨粒子である。図２および３の成形された研磨粒子などの、識別可能な二次元形状を有する粒子では、長手方向軸は、主表面上の中点を通る本体の長さを画定するものであることが容易に理解されるであろう、寸法である。例えば、図３では、成形された研磨粒子３００の長手方向軸３１０は、示されるように、主表面を画定する縁部に平行な端部表面３０２および３０３の間に延在する。かかる長手方向軸は、棒の長さを画定するであろうものと一致する。とりわけ、長手方向軸３１０は、端部表面３０２および３０３を接合する角間、ならびに主表面３０５を画定する縁部を斜めに延在しないが、かかる線は、最も長い寸法を画定し得る。主表面が、完全に平面の表面と比較して、うねりまたは微小な不完全な部分を有する場合、長手方向軸は、うねりを無視して、俯瞰した二次元画像を使用して画定してもよい。
【００６５】
本体３０１が、概して端部表面３０２および３０３によって画定されるように正方形の断面輪郭を有するので、表面３０５は、長手方向軸３１０を図示するために選択されていることが理解されるであろう。したがって、表面３０４、３０５、３０６、および３０７は、互いに対してほぼ同じサイズであり得る。他の細長い研磨粒子の文脈では、表面３０２および３０３は、異なる形状、例えば長方形形状を有し得、したがって、表面３０４、３０５、３０６、および３０７のうちの少なくとも１つは、他と比較してより大きい場合がある。かかる場合では、最大表面は主表面を画定し得、長手方向軸は、表面のうちの最大のものに沿って中点３４０を通り延在し、主表面を画定する縁部に平行に延在し得る。さらに図示されるように、本体３０１は、表面３０５によって画定される同じ表面内で長手方向軸３１０に垂直に延在する横軸３１１を含み得る。さらに図示されるように、本体３０１は、研磨粒子の高さを画定する縦軸３１２をさらに含み得、縦軸３１２は、表面３０５の長手方向軸３１０および横軸３１１によって画定される平面に垂直方向に延在する。
【００６６】
図２の薄く成形された研磨粒子のように、図３の細長く成形された研磨粒子は、図１０の成形された研磨粒子に関して定義されるものなどの、様々な二次元形状を有し得ることが理解されるであろう。本体３０１の二次元形状は、端部表面３０２および３０３の周囲の形状によって画定され得る。細長く成形された研磨粒子１１００は、本明細書の実施形態の成形された研磨粒子の属性のうちのいずれかを有し得る。
【００６７】
図４は、一実施形態による、制御された高さの研磨粒子（ＣＨＡＰ）の斜視図を含む。図示されるように、ＣＨＡＰ４００は、第１の主表面４０２、第２の主表面４０３、ならびに第１および第２の主表面４０２および４０３の間に延在する側面４０４を含む、本体４０１を含み得る。図４に図示されるように、本体４０１は、薄く、比較的平面の形状を有し得、第１および第２の主表面４０２および４０３が、側面４０４よりも大きく、実質的に互いに平行である。さらに、本体４０１は、中点４２０を通って延在し、本体４０１の長さを画定する長手方向軸４１０を含み得る。本体４０１は、第１の主表面４０２上の横軸４１１をさらに含み得、これは、第１の主表面４０２の中点４２０を通って延在し、長手方向軸４１０に垂直であり、本体４０１の幅を画定する。
【００６８】
本体４０１は、縦軸４１２をさらに含み得、これは、本体４０１の高さ（または厚さ）を画定し得る。図示されるように、縦軸４１２は、第１および第２の主表面４０２および４０３の間の側面４０４に沿って、第１の主表面上の軸４１０および４１１によって画定される平面に概して垂直の方向に延在する。図４に図示されるＣＨＡＰなどの薄く成形された本体では、長さは、幅以上であり得、長さは高さ以上であり得る。本明細書で言及される研磨粒子の長さ、幅、および高さは、研磨粒子のバッチのうちの好適なサンプリングサイズの研磨粒子からとった、平均値についての言及であり得ることが理解されるであろう。
【００６９】
図２および３の成形された研磨粒子とは異なり、図４のＣＨＡＰは、第１または第２の主表面４０２および４０３の周囲に基づいて容易に識別可能な二次元形状を有さない。かかる研磨粒子は、限定されないが、制御された高さを有するが、不規則に形成された平面の主表面を有する研磨粒子を形成するために、材料の薄い層を破砕することを含む、多様な方式で形成され得る。かかる粒子では、長手方向軸は、表面上の中点を通って延在する、主表面上の最長寸法として定義される。主表面が、うねりを有する場合、長手方向軸は、うねりを無視して、俯瞰した二次元画像を使用して画定してもよい。さらに、上に示されたように、最も近くに適合する円を使用して、主表面の中点を同定し、ならびに長手方向軸および横軸を同定してもよい。
【００７０】
図５は、成形されていない粒子の図を含み、希釈剤粒、充填材、凝集体などの細長い、成形されていない研磨粒子、すなわち第２の粒子であり得る。成形されていない粒子５５０は、概して無作為に配置された、本体５５１の外表面に沿って延在する縁部５５５を含む、本体５５１を有し得る。本体は、粒子の最長寸法を画定する長手方向軸５５２をさらに含み得る。長手方向軸５５２は、二次元の観点から、本体の最長寸法を画定する。したがって、長手方向軸が主表面上で測定される成形された研磨粒子およびＣＨＡＰとは異なり、成形されていない粒子の長手方向軸は、粒子の最長寸法の観点を提供する画像または視点を使用して、粒子を二次元的に見ると、互いから最も遠い本体上の点によって画定される。すなわち、図５に図示されるものなどの、細長い粒子であるが成形されていない粒子は、最長寸法が長手方向軸の値を求めるのに明らかに適切である尺度で見るべきである。本体５５１は、長手方向軸５５２に垂直に延在し、粒子の幅を画定する横軸５５３をさらに含み得る。横軸５５３は、長手方向軸５５２を同定するのに使用した同じ平面の長手方向軸の中点５５６を通り、長手方向軸５５２に垂直に延在し得る。研磨粒子は、縦軸５５４によって画定されるように、高さ（または厚さ）を有し得る。縦軸５５４は、中点５５６を通るが、長手方向軸５５２および横軸５５３を画定するのに使用した表面に垂直の方向で、延在し得る。高さの値を求めるために、研磨粒子を見る尺度を変えて、長さおよび幅の値を求めるのに使用したものとは異なる視点から粒子を見る必要があり得る。
【００７１】
理解されるであろうように、研磨粒子は、長手方向軸５５２によって画定される長さ、横軸５５３によって画定される幅、および高さを画定する縦軸５５４を有し得る。理解されるであろうように、本体５５１は、長さが幅以上であるような、第１のアスペクト比の長さ：幅を有し得る。さらに、本体５５１の長さは、高さ以上、または高さに等しくてもよい。最終的には、本体５５１の幅は、高さ５５４以上であり得る。一実施形態によれば、第１のアスペクト比の長さ：幅は、少なくとも１．１：１、少なくとも１．２：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．８：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも６：１、またはさらには少なくとも１０：１であり得る。別の非限定的な実施形態では、細長く成形された研磨粒子の本体５５１は、１００：１以下、５０：１以下、１０：１以下、６：１以下、５：１以下、４：１以下、３：１以下、またはさらには２：１以下の第１のアスペクト比の長さ：幅を有し得る。本体５５１の第１のアスペクト比は、上に示された最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００７２】
さらに、本体５５１は、少なくとも１．２：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．８：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも８：１、またはさらには少なくとも１０：１などの、少なくとも１．１：１の第２のアスペクト比の幅：高さを有し得る。また、別の非限定的な実施形態では、本体５５１の第２のアスペクト比の幅：高さは、５０：１以下、１０：１以下、８：１以下、６：１以下、５：１以下、４：１以下、３：１以下、またはさらには２：１以下などの、１００：１以下であり得る。第２のアスペクト比の幅：高さは、上の最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲を有し得ることが理解されるであろう。
【００７３】
別の実施形態では、本体５５１は、少なくとも１．２：１、少なくとも１．５：１、少なくとも１．８：１、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも８：１、またはさらには少なくとも１０：１などの、少なくとも１．１：１であり得る第３のアスペクト比の長さ：高さを有し得る。また、別の非限定的な実施形態では、本体５５１の第３のアスペクト比の長さ：高さは、５０：１以下、１０：１以下、８：１以下、６：１以下、５：１以下、４：１以下、３：１以下などの、１００：１以下であり得る。本体５５１の第３のアスペクト比は、最小比および最大比のうちのいずれかを含む範囲、ならびに上記を有し得ることが理解されるであろう。
【００７４】
成形されていない粒子５５０は、例えば、限定されないが、組成、微細構造的な特色（例えば、平均粒度）、硬さ、気孔性などを含む、本明細書の実施形態に記載の研磨粒子の属性のうちのいずれかを有し得る。
【００７５】
ある特定の成形されていない研磨粒子の本体が互いに異なり得ることが、経験的な手段を通じて評価されている。例えば、成形されていない研磨粒子を作り出す２つの粉砕技法を通じて作り出された形状の相対的な鋭さを比較する際、爆発粉砕手段を通じた研磨粒子形状は、他の従来の粉砕手段を通じて形成されたものと比較して、より鋭い形状を有し得ることに留意した。例えば、本体は、１１０マイクロメートル以下、または１０５マイクロメートル以下、または１００マイクロメートル以下、または９５マイクロメートル以下などの、１１５マイクロメートル以下の平均曲率半径（鋭さに反比例する）を有し得る。本明細書の実施形態の研磨微粒子は、爆発させ成形されていない研磨粒子であり得る。
【００７６】
研磨粒子の平均鋭さは、曲率半径の手法によって評価される。粒の突出部の曲率半径が測定され、これは鋭さに反比例する。所与の粒の曲率半径は、粒のスケルトン化画像から推測され、粒の全体的な形状の１ピクセル幅を表す。多くの異なるスケルトン化アルゴリズムが存在し、微妙な差を有し、本研究における曲率半径の計算に使用されるスケルトンは、ｐｙｔｈｏｎ（バージョン３．６．３）プログラミング言語のｓｋｉｍａｇｅライブラリ（バージョン０．１３．１）の「Ｓｋｅｌｅｔｏｎｉｚｅ」機能を使用して算出した。スケルトンの端点は、全体的な形状における突出部に対応し、研磨粒における切断点として同定され得る。スケルトンのこれらの端点は、ピクセル周辺を中心として３×３の枠内の１つの隣り合うピクセルの連続性値を用いて、ピクセルによって定義される。端点ではないスケルトンにおける他のピクセルは、２つ以上の隣り合うピクセルを有する必要があることを担保する。スケルトン化画像の終点から、円の接線は、元の物体の境界に引かれ得、それらの半径を計算することができる。例えば、図１１を参照されたい。物体に鋭い部分がある場合、円は形状の境界に非常に近く、計算される半径は小さいであろう。対照的に、鈍い特色がある場合、境界の接線である円は、かなり大きくなるであろう。所与の分岐点では、曲率半径は、以下の式を使用して、元の形状の境界における連続性１ピクセルから（ｘ，ｙ）値の対のうちのいずれかまでの、最も小さい幾何学的距離を算出する関数を使用して計算される：
【数１】
2021534280.tif 000003
式中、「ｉ」が、境界ピクセル（ｘ、ｙ）の対のインデックスであり、（Ｘ、Ｙ）が、分岐端点である。所与の粒の曲率半径の全てを平均して、粒平均曲率半径を得てもよく、粒平均曲率半径を平均して、バッチでの平均曲率半径を得てもよい。
【００７７】
複数の研磨粒子は、具体的な特定の長さを有し得、特定の長さを、粒子の面積で除算した最大フェレ長の二乗（Ｆｅｒｅｔ  Ｍａｘ２）として測定する。最大フェレ長は、距離の測定値に基づいて決定され、測定される粒子の対向する側面間の２つの直線が、（スライディングキャリパのように）３２の角度位置に位置する。これらの測定によって決定される最大値が、最大フェレである。測定は、Ｚｅｉｓｓ画像分析ソフトウェア（Ｚｅｎ  Ｐｒｏ）などの、カメラ上の好適な撮像ソフトウェアを使用して、少なくとも４００個の粒子に行った。特定の長さの計算は、分布を有し得る。ここでは、特定の長さは、５０番目（５０パーセンタイル）の特定の長さまたは特定の長さの中央値に相関する。一実施形態によれば、本明細書の実施形態の研磨粒子は、少なくとも１．９、または少なくとも２．０、または少なくとも２．１、または少なくとも２．２、または少なくとも２．３、または少なくとも２．４、または少なくとも２．５、または少なくとも２．６、または少なくとも２．７、または少なくとも２．８、または少なくとも２．９、または少なくとも３．０などの、少なくとも１．８の特定の長さを有し得る。また、１つの非限定的な実施形態では、特定の長さは、４．０以下、または３．９以下、または３．８以下、または３．７以下、または３．６以下、または３．５以下、または３．４以下、または３．３以下、または３．２以下、または３．１以下、または３．０以下、または２．９以下、または２．８以下、または２．７以下、または２．６以下、または２．５以下、または２．４以下、または２．３以下、または２．２以下、または２．１以下、または２．０以下であり得る。特定の長さは、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００７８】
図６Ａは、外表面６５０および本体の体積全体を通じて不均質に分布するドーパント６１０を含む本体６０１を有する研磨微粒子の断面図を含む。研磨微粒子は、本明細書の実施形態のプロセスを通じて形成することができ、外表面６５０に隣接し、本体６０１内の他の領域と比較して顕著に高い含有量のドーパント６１０の領域を画定する濃縮領域６０３を含み得る。本体６０１は、外表面６５０から離間した、本体の中央領域のドーピング領域６０４をさらに含み得る。中央領域は、本体６０１の体積の中央点６０６を取り囲む。図６Ａの実施形態に図示されるように、濃縮領域６０３は、外表面を含む本体の一部分を画定し得、本体６０１の内部に向かって浅い深さで延在する。濃縮領域６０３を越えてさらに本体６０１の内部に向かって、ドーパントの含有量は顕著に減少し、濃縮領域６０３とドーピング領域６０４との間の枯渇領域６０５を画定し得る。ドーパントの含有量の変化は、濃縮領域６０３および／またはドーピング領域６０４におけるドーパント含有量の変化と比較して、枯渇領域６０５では最も著しい。
【００７９】
図６Ｂは、浸透深さに対する最大強度正規化に基づくドーパント濃度の一般化プロットを含む。とりわけ、図６Ｂのプロットは、本体内部に向かう所与の浸透深さに対するドーパントの含有量を図示する。かかるプロットを作り出し、本明細書に記載の特色を評価するための方法は、以下より詳細に提供される。上のプロットで図示されるように、研磨微粒子の外表面６５０は、ｙ−軸によって定義され、外表面６５０から離れた深さは、ナノメートルでの浸透深さとして定義される。曲線６０１は、従来の含浸された粒子に対する、研磨微粒子の本体内部に向かう浸透深さを用いてドーパント含有量の変化を概ね実証する、一般的な曲線である。曲線６０２および６０３は、様々な可能性のある実施形態、および本開示の濃縮のプロセスを使用することによって形成された研磨微粒子のドーパント含有量の変化を図示する。
【００８０】
より具体的には、曲線６０２は、濃縮領域６１０、ドーピング領域６１２、および濃縮領域６１０とドーピング領域６１２との間の枯渇領域６１１を含む。濃縮領域６１０は、本体の外表面６５０とドーパントの最高含有量（すなわち、Ｃｍａｘ）を定義する曲線上の点との間に延在し得る。枯渇領域６１１は、ドーパントの最高含有量（Ｃｍａｘ）を定義する曲線上の点と、ドーパントの最低含有量を定義する曲線上の点、または曲線の前半では、さらに深い浸透深さでドーパント含有量の低下が非常に低い減少（％／ｎｍ）に変化する点（すなわち、Ｃｍｉｎ）との間に延在する。ドーピング領域６１２は、Ｃｍｉｎを越えて本体内部に向かって延在する曲線の一部分である。ドーピング領域６１２は、枯渇領域６１１によって濃縮領域６１０から離間される。ドーピング領域６１２は、浸透深さが変動するとドーパント含有量の変化が概して小さいことを特徴とし得るので、ドーピング領域６１２領域は、実質的に一定のドーパントの含有量を特徴とする。特定の場合では、ドーパントの実質的に一定の含有量は、測定された領域の大部分にわたり、およそ２０％以下、または１５％以下、または１０％以下のドーパント含有量の変動を特徴とする。
【００８１】
曲線６０３はまた、濃縮領域６２１、枯渇領域６２２、およびドーピング領域６２３を画定する。とりわけ、濃縮領域６２１は、濃縮領域６１０と比較して、本体内部に向かって短い距離で延在する。枯渇領域６２２はまた、枯渇領域６１１と比較して短い深さの距離にわたり、ドーパント含有量の減少が大きいことを特徴とする。
【００８２】
曲線６０１は、実験的研究に基づいて、従来の含浸された本体を表す一般的な曲線を表すことを意図する。ドーパントの最高含有量は、表面である（Ｙ＝０）。領域６３１は、Ｃｍｉｎまで、ドーパント含有量の緩やかな減少を実証している。曲線６０１の領域６３２は、浸透深さの変化に伴い比較的一定のドーパントの含有量を実証している。
【００８３】
かかるプロットを作り出すためのプロセスは、最終的に形成された研磨粒子の試料を入手し、飛行時間型二次イオン質量分析法（すなわち、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を介する分析に好適な様式で試料を調製することによって開始される。好適な数の無作為に選択された研磨粒子を使用して、１つ以上の試料を作り出す。２５ｋｅＶおよびおよそ２．５ｐＡの電流でＢｉ１＋の一次イオン、および５０×５０μｍ２（すなわち、１２８×１２８ピクセル）の分析面積を使用する条件に従って、１つ以上の試料をＴＯＦ−ＳＩＭＳを介して分析する。分析はまた、正の二次イオン、および２０ｅＶ未満の電荷補償を使用する。スパッタリング条件は、２ｋｅＶおよび６１０ｎＡでのＯ２＋の一次イオン、および２００×２００μｍ２のスパッタリング面積を含む。分析サイクルは、５０フレームのエロージョンおよび０．５秒のパルスを用い、１スキャン０〜２１０ｕｍａ（最長飛行時間＝５０μｓ）を取得する。この分析から、浸透深さ（ｎｍ）に対する一定の参照強度正規化データ。同じプロット上で曲線を正規化し、曲線上の各点を最大参照強度正規化値によって除算することにより、複数の曲線を一緒に分析するので、プロットの各々が、１００％で最大値を有する。これは、浸透深さに対する最大強度正規化のプロットを作り出し、これを使用して本明細書の実施形態に記載の特色を評価することができる。また、最良に適合させた線を曲線に適用してもよく、これにより、本明細書に詳述される研磨粒子の異なる領域の同定を補助することができる。
【００８４】
一実施形態では、本明細書の実施形態の研磨微粒子は、少なくとも３５％の特定の最大正規化ドーパント含有量の差（ΔＣ＝Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）を有し得る。最大正規化ドーパント含有量の差は、最高正規化ドーパント含有量値（すなわち、１００％でのＣｍａｘ）から、浸透深さに対する最大強度正規化の曲線の前半での最低ドーパント含有量値（すなわち、Ｃｍｉｎ）を減算した差である。図６Ｂに図示されるように、Ｃｍｉｎは、枯渇領域が終わり、ドーピング領域が始まる点に対応する。ある特定の実施形態では、ドーパント濃度は、ドーピング領域における浸透深さが増加するとさらに減少し得るが、しかしながら、ΔＣの計算に、枯渇領域からドーピング領域までの変化を使用し、ドーピング領域における最低値を使用しない。一実施形態では、最大正規化ドーパント含有量の差は、少なくとも３６％、または少なくとも３７％、または少なくとも３８％、または少なくとも４０％、または少なくとも４２％、または少なくとも４４％、または少なくとも４６％、または少なくとも４８％、または少なくとも５０％、または少なくとも５２％、または少なくとも５４％、または少なくとも５６％、または少なくとも５８％、または少なくとも６０％、または少なくとも６２％、または少なくとも６４％、または少なくとも６６％、または少なくとも６８％、または少なくとも７０％であり得る。また、別の非限定的な実施形態では、最大正規化ドーパント含有量の差は、９５％以下、または９０％以下、または８５％以下、または８０％以下、または７５％以下、または７０％以下、または６５％以下、または６０％以下などの、９９％以下であり得る。最大正規化ドーパント含有量の差は、上に示された最小パーセンテージおよび最大パーセンテージのうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。研磨微粒子は、従来の含浸された微粒子と比較して、より大きい最大正規化ドーパント含有量の差を有し得る。
【００８５】
別の実施形態では、枯渇領域６１１または６２２は、０．０４％／ｎｍ超などの、ドーパントの正規化含有量の顕著な減少を有する領域を画定し得る。正規化ドーパント含有量の変化は、ΔＤｒ＝（ΔＣ／ｄ）として計算され、式中、「ΔＣ」＝（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）であり、「ｄ」が、深さ（ｎｍ）によって測定したＣｍａｘとＣｍｉｎとの間の距離である。他の場合では、ドーパントの正規化含有量の減少は、少なくとも０．０５％／ｎｍ、または少なくとも０．０６％／ｎｍ、または少なくとも０．０８％／ｎｍ、または少なくとも０．１０％／ｎｍ、または少なくとも０．２０％／ｎｍ、または少なくとも０．２２％／ｎｍ、または少なくとも０．２３％／ｎｍ、または少なくとも０．２５％／ｎｍ、または少なくとも０．２６％／ｎｍ、または少なくとも０．２７％／ｎｍ、または少なくとも０．２８％／ｎｍ、または少なくとも０．２９％／ｎｍ、または少なくとも０．３０％／ｎｍなどの、少なくとも０．０４％／ｎｍであり得る。減少は、減少として言及されているので、正の数として表される。変化について言及する場合、減少を示すためには上の値を負で表すことが好適であろう。また、別の非限定的な実施形態では、ドーパントの正規化含有量の減少は、０．４８％／ｎｍ以下、または０．４５％／ｎｍ以下、または０．４３％／ｎｍ以下、または０．４０％／ｎｍ以下、または０．３５％／ｎｍ以下などの、０．５％／ｎｍ未満であり得る。枯渇領域におけるドーパントの正規化含有量の減少は、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。正規化ドーパント含有量および／または正規化ドーパント含有量の変化に関して、本明細書で提供される任意の値は、好適な数の研磨微粒子のバッチの試料に基づく平均値であり得る。
【００８６】
ドーピング領域６１２または６２３は、実質的に一定のドーパント含有量を特徴とし得、したがって、ΔＤｄ＝（（Ｃｍａｘ（ｌ）−Ｃｍｉｎ）／ｄ）（式中、「Ｃｍａｘ（ｌ）」が、ドーピング領域６１２または６２３の局所的最大値であり、「Ｃｍｉｎ」が、ドーピング領域６１２または６２３の始まりを画定する曲線上のドーパントの最低含有量であり、「ｄ」が、深さ（ｎｍ）によって測定したＣｍａｘ（ｌ）とＣｍｉｎとの間の距離である）によって計算された正規化ドーパント含有量の特に低い変化を有する。一実施形態では、ドーパントの正規化含有量の変化（増加または減少のいずれか）は、０．０４％／ｎｍ以下、または０．０３％／ｎｍ以下、または０．０２％／ｎｍ以下、または０．０１％／ｎｍ以下であり得る。また、別の非限定的な実施形態では、ドーパントの正規化含有量の変化は、少なくとも０．００１％／ｎｍ、または少なくとも０．００５％／ｎｍ、または少なくとも０．００８％／ｎｍ、または少なくとも０．０１％／ｎｍであり得る。ドーピング領域６１２または６２３におけるドーパントの正規化含有量の変化は、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。上の値は、正または負を表さない絶対値である。ドーピング領域６１２または６２３における正規化ドーパント含有量の変化が増加または減少する可能性はあるが、パーセント変化は絶対値として記録される。
【００８７】
濃縮領域６１０または６２１は、実質的に一定のドーパント含有量を特徴とし得、したがって、ΔＤｅ＝（（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ（ｌ））／ｄ）（式中、「Ｃｍａｘ」が、濃縮領域６１０または６２１の終わりを画定する曲線上のドーパントの最高含有量であり、「Ｃｍｉｎ（ｌ）が、外表面６５０とＣｍａｘとの間の局所的最小値であり、「ｄ」が、深さ（ｎｍ）によって測定したＣｍａｘとＣｍｉｎ（ｌ）との間の距離である）によって計算された正規化ドーパント含有量の特に低い変化を有する。一実施形態では、ドーパントの正規化含有量の変化（増加または減少のいずれか）は、０．０４％／ｎｍ以下、または０．０３％／ｎｍ以下、または０．０２％／ｎｍ以下、または０．０１％／ｎｍ以下であり得る。また、別の非限定的な実施形態では、ドーパントの正規化含有量の変化は、少なくとも０．００１％／ｎｍ、または少なくとも０．００５％／ｎｍ、または少なくとも０．００７％／ｎｍであり得る。濃縮領域６１０または６２１におけるドーパントの正規化含有量の変化は、上に示された最小値および最大値のうちのいずれかを含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。上の値は、正または負を表さない絶対値である。濃縮領域６１０または６２１における正規化ドーパント含有量の変化が増加または減少する可能性はあるが、パーセント変化は絶対値として記録される。
【００８８】
別の実施形態によれば、枯渇領域６１１または６２２は、濃縮領域６１０または６２１におけるドーパント含有量の最大正規化変化よりも大きい、ドーパント含有量の最大正規化変化を特徴とし得る。例えば、（ΔＣ＝Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）によって表される枯渇領域６１１または６２２におけるドーパント含有量の最大正規化変化は、濃縮領域６１０または６２１におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも３倍大きい、または少なくとも４倍大きい、または少なくとも５倍大きいなどの、濃縮領域６１０または６２１におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも２倍大きい場合がある。濃縮領域６１０または６２１におけるドーパント含有量の最大正規化変化は、Ｃｍａｘと、外表面６５０およびＣｍａｘの間の最低局所的最低値との間の差として測定される。
【００８９】
別の実施形態によれば、枯渇領域６１１または６２２は、ドーピング領域６１２または６２３におけるドーパント含有量の最大正規化変化よりも大きい、ドーパント含有量の最大正規化変化を特徴とし得る。例えば、（ΔＣ＝Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）によって表される枯渇領域６１１または６２２におけるドーパント含有量の最大正規化変化は、ドーピング領域６１２または６２３におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも３倍大きい、少なくとも４倍大きい、少なくとも５倍大きいなどの、ドーピング領域６１２または６２３におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも２倍大きい場合がある。ドーピング領域６１２または６２３におけるドーパント含有量の最大正規化変化は、ドーピング領域６１２または６２３における最大局所的最大値とＣｍｉｎとの間の差として測定され得る。
【００９０】
別の実施形態では、曲線６０２上の枯渇領域６１４は、本体の中央領域の中央点６５１よりも、本体の外表面６０１により近い場合がある。特定の場合では、Ｃｍａｘを特徴とし得る枯渇領域の始まりは、本体の中央点６５１よりも、本体の外表面６５０により近い場合がある。また別の実施形態では、Ｃｍｉｎを特徴とする枯渇領域６１０または６２１の終わりは、本体の中央点６５１よりも、本体の外表面６５０に近い場合がある。
【００９１】
濃縮領域６１０または６２１は、本体内部に向かって２８００ｎｍ以下、または２５００ｎｍ以下、または２３００ｎｍ以下、または２０００ｎｍ以下、または１８００ｎｍ以下、または１６００ｎｍ以下、または１４００ｎｍ以下、または１２００ｎｍ以下、または１０００ｎｍ以下、または９００ｎｍ以下、または８００ｎｍ以下、または７００ｎｍ以下、または６００ｎｍ以下、または５００ｎｍ以下、または４００ｎｍ以下、または３５０ｎｍ以下、または３００ｎｍ以下、または２５０ｎｍ以下、または２００ｎｍ以下、または１５０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下などの、３０００ｎｍ以下の平均深さで延在し得る。また、少なくとも１つの非限定的な実施形態では、濃縮領域６１０または６２１は、本体の外表面６５０から本体内部に向かって、少なくとも５ｎｍ、またはさらには少なくとも１０ｎｍなどの、本体の内部に向かって少なくとも１ｎｍ延在し得る。
【００９２】
最大ドーパント含有量領域の点（Ｃｍａｘ）は、濃縮領域６１０または６２１と枯渇領域６１１および６２２との境界で、枯渇領域６１１または６２２の始まりを画定する。本体のドーパントの最低含有量を定義する点（Ｃｍｉｎ）は、ドーピング領域６１２または６２３内にあり得、枯渇領域６１１および６２２とドーピング領域６１２または６２３との間の境界を画定する。一実施形態によれば、ドーピング領域６１２または６２３は、濃縮領域６１０または６２１の距離よりも、（浸透深さによって測定して）本体でより長い距離に延在し得る。別の実施形態では、ドーピング領域６１２または６２３は、枯渇領域６１１または６２１よりも、本体内部に向かって長い距離で延在し得る。また別の実施形態では、枯渇領域６１１または６２１は、ドーピング領域６１２または６２３と比較して、本体でより長い距離に延在し得る。さらに別の代替的な実施形態では、濃縮領域６１０または６２１は、枯渇領域６１１または６２２よりも、本体でより長い距離に延在し得る。
【００９３】
より具体的な条件では、ドーピング領域６１２または６２３は、浸透深さ（ｎｍ）によって測定して、少なくとも１０００ｎｍの長さで延在し得る。例えば、ドーピング領域６１２または６２３の長さは、少なくとも１２００ｎｍ、または少なくとも１５００ｎｍ、または少なくとも２０００ｎｍであり得る。また、別の実施形態では、ドーピング領域は、本体の全長に延在しなくてもよい。
【００９４】
研磨微粒子は、コーティング研磨材、結合研磨材、不織布研磨材などの固定研磨物品を含む、様々な種類の研磨物品に組み込まれ得る。固定研磨物品は、複数の研磨粒子を含み得る。ある特定の場合では、複数の研磨粒子のうちの全ての研磨粒子は、本明細書の実施形態の研磨微粒子であり得る。他の実施形態では、固定研磨材は、研磨粒子のブレンドを含み得るので、ブレンドは、複数の研磨微粒子を含む第１の種類と、平均粒径、二次元形状、三次元形状、組成、硬さ、強さ、脆弱性、密度、粒度、凝集状態、またはそれらの任意の組み合わせの群からの少なくとも１つの研磨特徴によって第１の種類とは異なる、第２の種類の研磨材と、を含む。
【００９５】
研磨粒子のブレンドは、研磨物品の性能の改善を促進することができる、特定の含有量の複数の研磨微粒子を含み得る。例えば、研磨粒子のブレンドは、少なくとも１５％、または少なくとも２０％、または少なくとも３０％、または少なくとも４０％、または少なくとも５０％、または少なくとも６０％、または少なくとも７０％、少なくとも８０％、またはさらには少なくとも９０％の研磨微粒子などの、少なくとも１０％の研磨微粒子を含み得る。また、別の非限定的な実施形態では、ブレンド中の研磨微粒子のパーセンテージは、９５％以下、または９０％以下、または８０％以下、または７０％以下、または６０％以下、または５０％以下、または４０％以下、または３０％以下、または２０％以下、または１５％以下などの、９９％以下であり得る。ブレンド中の研磨微粒子の含有量は、上に示された最小パーセントと最大パーセントのうちのいずれかとの間を含む範囲内であり得ることが理解されるであろう。
【００９６】
図７は、一実施形態による、研磨微粒子を組み込む、コーティングされた研磨物品の断面図を含む。図示されるように、コーティングされた研磨材７００は、基材７０１と、基材７０１の表面を覆うメイクコート７０３と、を含み得る。コーティングされた研磨材７００は、第１の種類の研磨微粒子７０５および第２の種類の研磨微粒子７０６を含む、研磨粒子のブレンドを含み得る。第１の種類の研磨微粒子７０５は、本明細書の実施形態の研磨微粒子であってもよく、成形された研磨粒子であってもよい。第２の種類の研磨微粒子７０６は、本明細書の実施形態の研磨微粒子であってもよく、成形されていない研磨粒子であってもよい。コーティングされた研磨材７００はまた、希釈剤粒子、充填材などの第２の粒子であり得る第３の種類の微粒子材料７０７を含んでもよい。コーティングされた研磨材７００は、微粒子材料７０５、７０６、７０７、およびメイクコート７０３を覆い、結合させるサイズコート７０４をさらに含み得る。
【００９７】
一実施形態によれば、基材７０１は、有機材料、無機材料、およびそれらの組み合わせを含み得る。ある特定の場合では、基材７０１としては、織布材料を挙げることができる。しかしながら、基材７０１は、不織布材料から作製され得る。特に好適な基材材料としては、ポリマー、具体的にはポリエステル、ポリウレタン、ポリプロピレン、ＤｕＰｏｎｔからのＫＡＰＴＯＮなどのポリイミド、紙、またはそれらの任意の組み合わせを含む、有機材料を挙げることができる。いくつかの好適な無機材料としては、金属、金属合金、具体的には銅、アルミニウム、鋼、およびそれらの組み合わせの箔を挙げることができる。
【００９８】
メイクコート７０３は、単一プロセスで基材７０１の表面に適用され得るか、あるいは、微粒子７０５、７０６、７０７は、メイクコート７０３材料と組み合わされてもよく、混合物としてメイクコート７０３および微粒子７０５〜７０７の組み合わせを基材７０１の表面に適用してもよい。ある特定の場合では、メイクコート中の微粒子７０５〜７０７の制御された堆積または配置には、メイクコート７０３を適用するプロセスを、メイクコート７０３に微粒子７０５〜７０７を堆積させるプロセスと分けることがより好適であり得る。また、かかるプロセスを組み合わせてもよいことが考慮される。メイクコート７０３の好適な材料としては、有機材料、具体的には、例えば、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリシロキサン、シリコーン、酢酸セルロース、ニトロセルロース、天然ゴム、デンプン、セラック、およびそれらの混合物を含む、ポリマー材料を挙げることができる。一実施形態では、メイクコート７０３としては、ポリエステル樹脂を挙げることができる。次いで、コーティングされた基材を加熱して、樹脂および研磨微粒子材料を基材に硬化させることができる。概して、コーティングされた基材７０１は、この硬化プロセス中約１００℃〜約２５０℃未満の温度で加熱され得る。
【００９９】
本明細書の実施形態によれば、微粒子７０５〜７０７は、異なる種類の研磨粒子を含み得る。異なる種類の研磨粒子としては、異なる種類の成形された研磨粒子、ＣＨＡＰ、成形されていない研磨粒子、第２の粒子、充填材、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。異なる種類の粒子は、組成、二次元形状、三次元形状、粒度、平均粒径、硬さ、脆弱性、凝集、またはそれらの任意の組み合わせにおいて、互いに異なり得る。図示されるように、コーティングされた研磨材７００は、概して角錐形状を有する第１の種類の研磨微粒子７０５、および概して三角形の二次元形状を有する第２の種類の研磨微粒子７０６を含み得る。コーティングされた研磨材７００は、異なる量の第１の種類および第２の種類の研磨微粒子７０５および７０６を含み得る。コーティングされた研磨材は、異なる種類の成形された研磨粒子を含む必要がない場合があり、本質的に単一の種類の成形された研磨粒子からなってもよいことが理解されるであろう。理解されるであろうように、本明細書の実施形態の成形された研磨粒子は、異なる種類の成形された研磨粒子、第２の粒子などを含み得る、ブレンドの形態を含む様々な固定研磨材（例えば、結合研磨材、コーティングされた研磨材、不織布研磨材、薄型のホイール、切り欠きのあるホイール、強化研磨物品など）に組み込まれ得る。
【０１００】
微粒子７０５〜７０７を含有するメイクコート７０３を十分に形成した後に、サイズコート７０４を形成して研磨微粒子材料７０５を覆い、適切な配置で結合させてもよい。サイズコート７０４は、有機材料を含み得、本質的にポリマー材料から作製され得、とりわけ、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリシロキサン、シリコーン、酢酸セルロース、ニトロセルロース、天然ゴム、デンプン、セラック、およびそれらの混合物を使用し得る。
【０１０１】
図８は、一実施形態による、固定研磨物品の斜視図を含む。図示されるように、固定研磨物品８００は、上面８０２、底面８０４、および上面８０２と底面８０４との間に延在する側面８０３を含む、概して円筒形状の本体８０１を有し得る。図８の固定研磨物品は、非限定的な例であり、限定されないが、円錐形、カップ形状、中央がへこんだホイール（例えば、Ｔ４２）などを含む他の形状の本体を利用してもよいことが理解されるであろう。最終的に、さらに図示されるように、本体８０１は、本体１０１を回転させ、材料除去作業を容易にするように構成された機械上に本体１０１を取り付けるための心軸またはシャフトを受容するように構成され得る、中央開口部８８５を含み得る。
【０１０２】
固定研磨物品８００は、例えば、本体８０１の体積内に収容された研磨粒子８０５および８０６の群を含む、研磨粒子を含む本体８０１を含み得る。研磨粒子８０５および８０６の群は、本体８０１の三次元体積全体を通じて延在し得る結合材料８０７によって、本体８０１の三次元体積内に収容され得る。一実施形態によれば、結合材料８０７は、ガラス質、多結晶質、単結晶質、有機質（例えば、樹脂）、金属、金属合金、およびそれらの組み合わせなどの材料を含み得る。
【０１０３】
特定の実施形態では、研磨粒子８０５および８０６の群は、結合材料８０７内に封入され得る。本明細書で使用される場合、「封入された」とは、研磨粒子のうちの少なくとも１つが、結合材量の均質な、または概して均質な組成物によって完全に取り囲まれている状態を指す。一実施形態では、結合材料内に封入された研磨粒子は、均質な組成物によって完全に取り囲まれ得る。より具体的には、封入された研磨粒子は、例えば、層状の構造と関連する識別可能な層を本質的に含まない組成物によって完全に取り囲まれ得る。特定の実施形態では、研磨粒子の大部分は、結合材料８０７内に封入され得る。より特定の実施形態では、研磨粒子の全ては、結合材料８０７内に封入され得る。
【０１０４】
研磨粒子８０５および８０６の群のうちの少なくとも１つは、本明細書の実施形態の研磨微粒子を含み得る。固定研磨物品８００は、第１および第２の種類の研磨粒子などの１つ以上の種類の研磨粒子を含む、様々な種類の微粒子の組み合わせまたはブレンドを含み得る。第１および第２の種類とは、固定研磨物品内の研磨粒子の含有量を指し得、第１の種類の研磨粒子は、第２の種類の研磨粒子よりも高い含有量で存在する。他の場合では、第１と第２の種類の研磨粒子の間の区別は、本体内での研磨粒子の位置に基づき得、第１の研磨粒子が、材料除去の最初の段階を行うか、または第２の研磨粒子と比較して大部分の材料除去を行うように位置し得る。また他の場合では、第１と第２の研磨粒子との間の区別は、研磨粒子の研磨の性質（例えば、硬さ、脆弱性、破砕機構など）に属し得、第１の粒子の研磨の性質が、典型的には、第２の種類の研磨粒子と比較してより頑強である。第２の種類の研磨粒子として考慮され得る研磨粒子のいくつかの好適な例としては、希釈剤粒子、凝集粒子、非凝集粒子、天然材料（例えば、鉱物）、合成材料、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
【０１０５】
ある特定の場合では、固定研磨物品８００は、好適な材料除去作業を容易にし得る、特定の含有量の研磨粒子を本体８０１内に含み得る。例えば、本体８０１は、本体８０１の総体積に対して、少なくとも１体積％かつ４５体積％以下、またはさらには少なくとも５体積％かつ４０体積％以下の範囲内などの、少なくとも０．５体積％かつ６０体積％以下の研磨粒子の含有量を含み得る。
【０１０６】
さらに、固定研磨物品８００の本体８０１は、固定研磨物品８００の好適な作業を容易にし得る、結合材料８０７の特定の含有量を含み得る。例えば、本体８０１は、少なくとも０．５体積％かつ５０体積％以下の範囲内、またはさらには少なくとも１体積％〜４０体積％以下の範囲でなどの、少なくとも０．５体積％かつ８０体積％以下を含む範囲内の、結合材料８０７の含有量を含み得る。
【０１０７】
ある特定の場合では、固定研磨物品は、気孔性の含有量を含む本体８０１を有し得る。気孔性は、本体１０１の全体積のうちの少なくとも一部分全体を通じて延在し得、ある特定の場合では、本体８０１の全体積全体を通じて実質的に均一に延在し得る。例えば、気孔性は、密閉気孔性または開放気孔性を挙げることができる。密閉気孔性は、結合材料および／または研磨粒子によって互いから単離されている別個の気孔の形態であり得る。かかる密閉気孔性は、気孔形成剤によって形成することができる。他の場合では、気孔性は、本体８０１の三次元体積のうちの少なくとも一部分全体を通じて延在する、チャネルの相互接続されたネットワークを画定する、開放気孔性であり得る。本体８０１は、密閉気孔性と開放気孔性との組み合わせを含んでもよいことが理解されるであろう。
【０１０８】
一実施形態によれば、固定研磨物品は、好適な材料除去作業を容易にし得る、特定の含有量の気孔性を含む、本体８０１を有し得る。例えば、本体８０１は、少なくとも１体積％かつ７０体積％以下、またはさらには少なくとも５体積％かつ５０体積％以下などの、少なくとも０．５体積％かつ８０体積％以下を含む範囲内の気孔性を有し得る。
【０１０９】
別の実施形態によれば、固定研磨物品８００は、ある特定の研削作業を容易にし得る、ある特定の添加剤を含む本体８０１を含み得ることが理解されるであろう。例えば、本体８０１は、充填材、研削補助剤、気孔生成剤、中空材料、触媒、カップリング剤、硬化剤、帯電防止剤、懸濁剤、抗増量剤、潤滑剤、湿潤剤、染料、充填剤、粘度調整剤、分散剤、消泡剤、およびそれらの組み合わせなどの添加剤を含み得る。
【０１１０】
本体８０１は、所望の材料除去作業に応じて変動させることができる直径８８３を有し得る。直径とは、特に本体８０１が、円錐形またはカップ形状の輪郭を有する場合の本体の最大直径を指し得る。さらに、本体８０１は、上面８０２と底面８０４との間で軸状の軸８８０に沿う側面８０３に沿って延在する特定の厚さ８８１を有し得る。本体８０１は、意図した用途に好適な厚さを有し得る。一実施形態によれば、本体１０１は、ある特定の除去作業に好適であり得る直径：厚さの比を定義する、直径８８３と厚さ８８１との間の特定の関係性を有し得る。例えば、本体１０１は、少なくとも１５：１、少なくとも２０：１、少なくとも５０：１、またはさらには少なくとも１００：１などの少なくとも１０：１の直径：厚さの比を有し得る。本体は、１０，０００：１以下、または１０００：１以下の直径：厚さの比を有し得ることが理解されるであろう。
【０１１１】
固定研磨物品８００は、１つ以上の任意選択的な強化部材８４１を有し得る。特定の場合では、強化材料８４１は、本体８０１の全幅（例えば、直径８８３）の大部分に延在し得る。しかしながら、他の場合では、強化部材８４１は、本体１０１の全幅（例えば、直径１８３）の一部分にのみ延在し得る。一実施形態によれば、強化部材８４１としては、織布材料、不織布材料、複合材料、積層材料、モノリシック材料、天然材料、合成材料、およびそれらの組み合わせなどの材料を挙げることができる。より具体的には、ある特定の場合では、強化材料８４１としては、単結晶質材料、多結晶質材料、ガラス質材料、非晶質材料、ガラス（例えば、ガラス繊維）、セラミック、金属、有機材料、無機材料、およびそれらの組み合わせなどの材料を挙げることができる。特定の場合では、強化材料８４１は、ガラス繊維を含み得、本質的にガラス繊維から形成され得る。
【０１１２】
さらに図示されるように、本体８０１は、本体８０１の三次元体積を定義する、ある特定の軸と平面とを含み得る。例えば、本体８０１は、軸状の軸８８０を含み得る。さらに図示されるように、軸状の軸８８０に沿って、本体８０１は、本明細書では０°として示される特定の角度方向で本体８０１の特定の直径を通る、軸状の軸８８０に沿って延在する第１の軸平面８３１を含み得る。本体８０１は、第１の軸平面８３１とは異なる第２の軸平面８３２をさらに含み得る。第２の軸平面８３２は、本明細書の例によって３０°として示される角度位置で本体８０１の直径を通る、軸状の軸８８０に沿って延在し得る。本体８０１の第１および第２の軸平面８３１および８３２は、例えば、軸平面８３１内の研磨粒子８９１の軸状集積部、および軸平面８３２内の研磨粒子８９２の軸状集積部を含む、本体８０１内の研磨粒子の特定の軸状集積部を画定し得る。さらに、本体１０１の軸平面は、例えば、本体８０１内の軸平面８３１と８３２との間の領域として画定される区画８８４を含む、軸平面間の区画を画定し得る。区画は、材料除去作業の改善を促進することができる、研磨粒子の特定の群を含み得る。例えば、軸平面内の研磨粒子を含む、本体内の研磨粒子の部分の特色についての本明細書での言及はまた、本体の１つ以上の区画内に収容される研磨粒子の群に関係するであろう。
【０１１３】
さらに図示されるように、本体１０１は、軸状の軸８８０に沿って特定の軸位置で、上面８０２および／または底面８０４に実質的に平行である平面に沿って延在する、第１の径方向平面８２１を含み得る。本体は、軸状の軸８８０に沿って特定の軸位置で、上面８０２および／または底面８０４に実質的に平行な様式で延在し得る、第２の径方向平面８２２をさらに含み得る。第１の径方向平面８２１および第２の径方向平面８２２は、本体８０１内で互いから離間し得、より具体的には、第１の径方向平面８２１および第２の径方向平面８２２は、互いから軸方向に離間し得る。第１および第２の径方向平面８２１および８２２は、研削性能の改善を促進することができる、互いと比較してある特定の特色を有し得る、例えば、第１の径方向平面８２１の研磨粒子８０６の群、および第２の径方向平面８２２の研磨粒子８０５の群を含む、１つ以上の特定の研磨粒子の群を含み得る。本体８０１に収容されている研磨粒子は、研磨物品の体積内で制御された配置および／または方向を有し得る。
【０１１４】
図９は、一実施形態による、コーティングされた研磨材の一部分の上面図を含む。コーティングされた研磨材９００は、第１の領域９１０、第２の領域９２０、第３の領域、９３０および第４の領域９４０などの複数の領域を含み得る。領域９１０、９２０、９３０および９４０の各々は、チャネル領域９５０によって離間され得、チャネル領域９５０が、粒子を含まない裏材の領域を画定する。チャネル領域９５０は、任意のサイズおよび形状を有し得、削り屑の除去および研削作業の改善に特に有用であり得る。チャネル領域９５０は、長さ（すなわち、最長寸法）、および領域９１０、９２０、９３０、および９４０のうちのいずれか内のすぐ隣の研磨粒子間の平均空間よりも大きい幅（すなわち、長さに垂直の最短寸法）を有し得る。チャネル領域９５０は、本明細書の実施形態のうちのいずれかの任意選択的な特色である。
【０１１５】
さらに図示されるように、第１の領域９１０は、互いに対して概して無作為な回転方向を有し得る成形された研磨粒子であり得る、研磨微粒子９１１の群を含み得る。研磨微粒子９１１の群は、互いに対して無作為な分布で配置され得るので、研磨微粒子９１１の位置に関して識別可能な短距離秩序または長距離秩序がない。とりわけ、研磨微粒子９１１の群は、第１の領域９１０内で実質的に均質に分布され得るので、塊（互いに接触している２つ以上の粒子）の形成が限定的である。第１の領域９１０の研磨微粒子９１１の群の粒の重量は、コーティングされた研磨材の意図される用途に基づいて制御してもよいことが理解されるであろう。
【０１１６】
第２の領域９２０は、互いに対して制御された分布で配置されている成形された研磨粒子を含み得る、研磨微粒子９２１の群を含み得る。さらに、研磨微粒子９２１の群は、互いに対して規則的かつ制御された回転方向を有し得る。図示されるように、研磨微粒子９２１の群は、コーティングされた研磨材９０１の裏材に対して同じ回転角度によって画定される概して同じ回転方向を有し得る。研磨微粒子９２１の群は、第２の領域９２０内で実質的に均質に分布され得るので、塊（互いに接触している２つ以上の粒子）の形成が限定的である。第２の領域９２０の研磨微粒子９２１の群の粒の重量は、コーティングされた研磨材の意図される用途に基づいて制御してもよいことが理解されるであろう。
【０１１７】
第３の領域９３０は、成形された研磨粒子９２１および第２の粒子９３２を含み得る、複数の研磨微粒子の群を含み得る。成形された研磨粒子９３１および第２の粒子９３２の群は、互いに対して制御された分布で配置され得る。さらに、成形された研磨粒子９３１の群は、互いに対して規則的かつ制御された回転方向を有し得る。図示されるように、成形された研磨粒子９３１の群は、概して、コーティングされた研磨材９０１の裏材上で２つの種類の回転方向のうちの１つを有し得る。とりわけ、成形された研磨粒子９３１および第２の粒子９３２の群は、第３の領域９３０内で実質的に均質に分布され得るので、塊（互いに接触している２つ以上の粒子）の形成が限定的である。第３の領域９３０の、成形された研磨粒子９３１および第２の粒子９３２の群の粒の重量は、コーティングされた研磨材の意図される用途に基づいて制御してもよいことが理解されるであろう。
【０１１８】
第４の領域９４０は、互いに対して概して無作為な分布を有する成形された研磨粒子９４１および第２の粒子９４２の群を含む、研磨微粒子を含み得る。加えて、成形された研磨粒子９４１の群は、互いに対して無作為な回転方向を有し得る。成形された研磨粒子９４１および第２の粒子９４２の群は、互いに対して無作為な分布で配置され得るので、識別可能な短距離秩序または長距離秩序がない。とりわけ、成形された研磨粒子９４１および第２の粒子９４２の群は、第４の領域９４０内で実質的に均質に分布され得るので、塊（互いに接触している２つ以上の粒子）の形成が限定的である。第４の領域９１０の、成形された研磨粒子９４１および第２の粒子９４２の群の粒の重量は、コーティングされた研磨材の意図される用途に基づいて制御してもよいことが理解されるであろう。
【０１１９】
図９に図示されるように、コーティングされた研磨物品９００は、異なる領域９１０、９２０、９３０および９４０を含み得、これらの各々は、本明細書の実施形態による研磨微粒子の異なる群を含み得る。コーティングされた研磨物品９００は、本明細書の実施形態のシステムおよびプロセスを使用して作り出すことができる、粒子の異なる種類のグループ分け、配置、および分布を図示することを意図する。図は、それらの粒子のグループ分けのみに限定することを意図せず、コーティングされた研磨物品は、図９に図示されるような１つの領域のみを含んで作製され得ることが理解されるであろう。また、図９に図示される領域のうちの１つ以上の異なる組み合わせまたは配置を含む、他のコーティングされた研磨物品を作製することができることが理解されるであろう。
【０１２０】
多くの異なる態様および実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のいくつかが本明細書に記載される。本明細書を読んだ後、当業者は、それらの態様および実施形態が例示にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを理解するであろう。実施形態は、以下にリスト化される実施形態のうちのいずれか１つ以上に従うことができる。
実施形態
【０１２１】
実施形態１．本体と、本体に含有されるドーパントと、を含む研磨微粒子であって、ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、研磨微粒子。
【０１２２】
実施形態２．本体と、本体に含有されるドーパントと、を含む研磨微粒子であって、ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体の以下の領域：
本体の外表面に隣接し、第１のドーパント含有量を有する濃縮領域、
本体の中央領域にあり、濃縮領域とは異なる、ドーピング領域であって、第２のドーパント含有量を有する、ドーピング領域、および
濃縮領域とドーピング領域との間の枯渇領域であって、０．０４％／ｎｍ超のドーパントの正規化含有量の減少を定義する、枯渇領域、を画定する、研磨微粒子。
【０１２３】
実施形態３．本体が、少なくとも３５％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、実施形態２に記載の研磨微粒子。
【０１２４】
実施形態４．最大正規化ドーパント含有量の差が、少なくとも３６％、または少なくとも３７％、または少なくとも３８％、または少なくとも４０％、または少なくとも４２％、または少なくとも４４％、または少なくとも４６％、または少なくとも４８％、または少なくとも５０％、または少なくとも５２％、または少なくとも５４％、または少なくとも５６％、または少なくとも５８％、または少なくとも６０％、または少なくとも６２％、または少なくとも６４％、または少なくとも６６％、または少なくとも６８％、または少なくとも７０％である、実施形態１および３のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１２５】
実施形態５．最大正規化ドーパント含有量の差が、９９％以下、または９５％以下、または９０％以下、または８５％以下、または８０％以下、または７５％以下、または７０％以下、または６５％以下、または６０％以下である、実施形態１および３のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１２６】
実施形態６．ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体の以下の領域：
本体の外表面に隣接し、第１のドーパント含有量を有する濃縮領域、
本体の中央領域にあり、濃縮領域とは異なる、ドーピング領域であって、第２のドーパント含有量を有する、ドーピング領域、および
濃縮領域とドーピング領域との間の枯渇領域であって、０．０４％／ｎｍ超のドーパントの正規化含有量の減少を定義する、枯渇領域、を画定する、実施形態１に記載の研磨微粒子。
【０１２７】
実施形態７．枯渇領域のドーパントの正規化含有量の減少が、少なくとも０．０４％／ｎｍ、または少なくとも０．０５％／ｎｍ、または少なくとも０．０６％／ｎｍ、または少なくとも０．０８％／ｎｍ、または少なくとも０．１０％／ｎｍ、または少なくとも０．２２％／ｎｍ、または少なくとも０．２３％／ｎｍ、または少なくとも０．２５％／ｎｍ、または少なくとも０．２６％／ｎｍ、または少なくとも０．２７％／ｎｍ、または少なくとも０．２８％／ｎｍ、または少なくとも０．２９％／ｎｍ、または少なくとも０．３０％／ｎｍである、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１２８】
実施形態８．枯渇領域のドーパントの正規化含有量の減少が、０．５％／ｎｍ以下、または０．４８％／ｎｍ以下、または０．４５％／ｎｍ以下、または０．４３％／ｎｍ以下、または０．４０％／ｎｍ以下、または０．３５％／ｎｍ以下である、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１２９】
実施形態９．枯渇領域のドーパント含有量の減少が、濃縮領域またはドーピング領域のドーパント含有量の減少よりも大きい、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３０】
実施形態１０．枯渇領域の正規化ドーパント含有量の減少が、濃縮領域の正規化ドーパント含有量の減少よりも少なくとも２倍大きい、または濃縮領域のドーパント含有量の最大正規化変化よりも少なくとも３倍大きい、もしくは少なくとも４倍大きい、もしくは少なくとも５倍大きい、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３１】
実施形態１１．枯渇領域の正規化ドーパント含有量の減少が、ドーピング領域の正規化ドーパント含有量の減少よりも少なくとも２倍大きい、またはドーピング領域のドーパント含有量の最大正規化変化よりも少なくとも３倍大きい、もしくは少なくとも４倍大きい、もしくは少なくとも５倍大きい、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３２】
実施形態１２．枯渇領域の始まりが、本体の中央点よりも、本体の外表面により近い、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３３】
実施形態１３．枯渇領域の終わりが、本体の中央点よりも、本体の外表面により近い、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３４】
実施形態１４．濃縮領域が、本体の外表面から本体内部に向かって３０００ｎｍ以下、２８００ｎｍ以下、または２５００ｎｍ以下、または２３００ｎｍ以下、または２０００ｎｍ以下、または１８００ｎｍ以下、または１６００ｎｍ以下、または１４００ｎｍ以下、または１２００ｎｍ以下、または１０００ｎｍ以下、または９００ｎｍ以下、または８００ｎｍ以下、または７００ｎｍ以下、または６００ｎｍ以下延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３５】
実施形態１５．濃縮領域が、本体の外表面から本体内部に向かって、少なくとも１ｎｍ延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３６】
実施形態１６．第１のドーパント含有量が、本体のドーパントの最高含有量（Ｃｍａｘ）であり、第２のドーパント含有量が、本体のドーパントの最低含有量（Ｃｍｉｎ）である、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３７】
実施形態１７．本体のドーパントの最高含有量（Ｃｍａｘ）が、濃縮領域と枯渇領域との境界で、枯渇領域の始まりを画定する、実施形態１６に記載の研磨微粒子。
【０１３８】
実施形態１８．ドーピング領域が、本体で濃縮領域よりも長く延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１３９】
実施形態１９．ドーピング領域が、本体で枯渇領域よりも長く延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４０】
実施形態２０．枯渇領域が、本体でドーピング領域よりも長く延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４１】
実施形態２１．濃縮領域が、本体で枯渇領域よりも長く延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４２】
実施形態２２．ドーピング領域が、本体で少なくとも１０００ｎｍ、または少なくとも１２００ｎｍ、または少なくとも１５００ｎｍ、または少なくとも２０００ｎｍ、または少なくとも３０００ｎｍ、または少なくとも４０００ｎｍの長さで延在する、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４３】
実施形態２３．ドーピング領域が、０．０４％／ｎｍ以下、または０．０３％／ｎｍ以下、または０．０２％／ｎｍ以下、または０．０１％／ｎｍ以下のドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４４】
実施形態２４．ドーピング領域が、少なくとも０．００１％／ｎｍ、または少なくとも０．００５％／ｎｍ、または少なくとも０．００８％／ｎｍ、または少なくとも０．０１％／ｎｍのドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４５】
実施形態２５．濃縮領域が、０．１６％／ｎｍ以下、または０．１５％／ｎｍ以下、または０．１３％／ｎｍ以下、または０．１０％／ｎｍ以下、または０．０８０％／ｎｍ以下、または０．０６０％／ｎｍ以下のドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４６】
実施形態２６．濃縮領域が、少なくとも０．００１％／ｎｍ、または少なくとも０．００５％／ｎｍ、または少なくとも０．００７％／ｎｍのドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態２および６のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４７】
実施形態２７．本体が酸化物を含むか、または本体がアルミナを含むか、または本体がアルファアルミナを含むか、または本体が、多結晶質アルファアルミナを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４８】
実施形態２８．本体が、本質的に酸化物およびドーパントからなる、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１４９】
実施形態２９．本体が、本質的にアルファアルミナおよびドーパントからなる、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５０】
実施形態３０．本体が、本体の総重量に対して、少なくとも６０重量％のアルミナ、または少なくとも７０重量％、または少なくとも８０重量％、または少なくとも９０重量％のアルミナを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５１】
実施形態３１．本体が、本体の総重量に対して、９９重量％以下、または９８重量％以下、または９７重量％以下、または９６重量％以下、または９５重量％以下、または９４重量％以下、または９３重量％以下、または９２重量％以下、または９１重量％以下、または９０重量％以下のアルミナを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５２】
実施形態３２．本体が、酸化物材料の結晶子を含み、結晶子が、１００マイクロメートル以下、または８０マイクロメートル以下、または５０マイクロメートル以下、または３０マイクロメートル以下、または２０マイクロメートル以下、または１０マイクロメートル以下、または１マイクロメートル以下、または０．９マイクロメートル以下、または０．８マイクロメートル以下、または０．７マイクロメートル以下、または０．６マイクロメートル以下の平均粒度を有する、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５３】
実施形態３３．平均粒度が、少なくとも０．０１マイクロメートル、または少なくとも約０．０５マイクロメートルである、実施形態３２に記載の研磨微粒子。
【０１５４】
実施形態３４．研磨粒子が、５０００マイクロメートル以下かつ少なくとも０．１マイクロメートルの平均粒径を含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５５】
実施形態３５．研磨粒子が、本体の総体積に対して、５体積％以下、または４体積％以下、または３体積％以下、または２体積％以下、または１体積％以下の気孔性を含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５６】
実施形態３６．ドーパントが、ハフニウム、ジルコニウム、ニオビウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セシウム、プラセオジム、クロム、コバルト、鉄、ゲルマニウム、マンガン、ニッケル、チタン、亜鉛、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、ユウロピウム、ケイ素、リン、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される元素を含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５７】
実施形態３７．ドーパントが、マグネシウムを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５８】
実施形態３８．ドーパントが、本質的にマグネシウムまたは酸化マグネシウムからなる、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１５９】
実施形態３９．本体が、本質的にアルファアルミナ、およびマグネシウムまたは酸化マグネシウムのドーパントからなる、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６０】
実施形態４０．ドーパントが、酸化物の結晶粒間の結晶粒界に最初に位置する、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６１】
実施形態４１．本体が、本体の総重量に対して１８重量％以下のドーパント、または本体の総重量に対して１６重量％以下、または１４重量％以下、または１２重量％以下、または１０重量％以下、または８重量％以下、または６重量％以下、または５重量％以下、または４重量％以下、または３重量％以下のドーパントを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６２】
実施形態４２．本体が、本体の総重量に対して、少なくとも０．５重量％のドーパント、または少なくとも１重量％、または少なくとも２重量％、または少なくとも３重量％のドーパントを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６３】
実施形態４３．本体が、爆発研磨粒子である、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６４】
実施形態４４．本体が、１１５マイクロメートル以下、または１１０マイクロメートル以下、または１０５マイクロメートル以下、または１００マイクロメートル以下、または９５マイクロメートル以下の平均曲率半径を含み、本体が、少なくとも１．８〜４．０以下の範囲内の特定の長さを含む、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６５】
実施形態４５．本体が、第１の表面、第２の表面、および第１の表面と多角形形状の第２の組み合わせとの間に延在する側面を有し、形状は、中央領域および中央領域（例えば、星形）から延在する複数の腕部（例えば、少なくとも３本の腕部）、ならびにそれらの組み合わせを含む、成形された研磨粒子である、実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子。
【０１６６】
実施形態４６．研磨表面を含む固定研磨物品であって、第１の表面が、正多角形、不規則な多角形、弓状もしくは湾曲した側面、またはそのような側面の部分を含む不規則な多角形、楕円、数字、ギリシャ文字、ラテン文字、キリル文字、漢字、実施形態１および２のいずれか１つに記載の微粒子を有する複雑な形状からなる群から選択される二次元形状を有する、固定研磨物品。
【０１６７】
実施形態４７．研磨物品が、コーティングされた研磨材、結合研磨材、不織布研磨材、またはそれらの任意の組み合わせを含む、実施形態４６に記載の固定研磨物品。
【０１６８】
実施形態４８．研磨微粒子が、固定研磨物品の本体内で制御された配置または方向を含む、実施形態４６に記載の固定研磨物品。
【０１６９】
実施形態４９．複数の研磨粒子をさらに含み、複数の研磨粒子が、複数の研磨微粒子を含む、実施形態４６に記載の固定研磨物品。
【０１７０】
実施形態５０．複数の研磨粒子が、研磨粒子のブレンドを含み、ブレンドが、複数の研磨微粒子からなる第１の種類と、平均粒径、二次元形状、三次元形状、組成、硬さ、強さ、脆弱性、密度、粒度、凝集状態、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの研磨特徴によって、第１の種類とは異なる第２の種類と、を含む、実施形態４９に記載の固定研磨物品。
【０１７１】
実施形態５１．実施形態１および２のいずれか１つに記載の研磨微粒子を含む、複数の研磨粒子。
【０１７２】
実施形態５２．複数の研磨粒子が、複数の研磨微粒子を含む、実施形態５１に記載の複数の研磨微粒子。
【０１７３】
実施形態５３．研磨粒子のうちの少なくとも６０％が、研磨微粒子であり、研磨微粒子の各々が、本体全体、または少なくとも７０％、または少なくとも８０％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％を通じて不均質に分布されているドーパントを有する、実施形態５１に記載の複数の研磨微粒子。
【０１７４】
実施形態５４．本体を含む研磨微粒子を形成する方法であって、
微粒子前駆体を粉砕することと、
微粒子前駆体を含浸することと、
濃縮プロセスを行い、本体のドーピング領域と比較して、研磨微粒子の本体の濃縮領域においてより高い濃度でドーパントを選択的に堆積させることであって、ドーピング領域が、本体の中央領域と関連する、選択的に堆積させることと、を含む、方法。
【０１７５】
実施形態５５．濃縮プロセスが、時間、温度、ドーパント含有量、ドーパント濃度、圧力、ドーパントの相、ドーパントの粘度、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを制御することを含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１７６】
実施形態５６．濃縮プロセスが、含浸プロセスの後に行われ、含浸された微粒子前駆体の外表面上にドーパントのナノ粒子を堆積させることを含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１７７】
実施形態５７．濃縮プロセスが、選択的堆積、ディッピング、コーティング、浸漬、混合、加熱、乾燥、冷却、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、少なくとも１つのプロセスを含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１７８】
実施形態５８．濃縮プロセスが、含浸することと同時に行われる、実施形態５４に記載の方法。
【０１７９】
実施形態５９．濃縮プロセスが、含浸することの後に行われる、実施形態５４に記載の方法。
【０１８０】
実施形態６０．本体が、少なくとも３５％、または少なくとも３６％、または少なくとも３７％、または少なくとも３８％、または少なくとも４０％、または少なくとも４２％、または少なくとも４４％、または少なくとも４６％、または少なくとも４８％、または少なくとも５０％、または少なくとも５２％、または少なくとも５４％、または少なくとも５６％、または少なくとも５８％、または少なくとも６０％、または少なくとも６２％、または少なくとも６４％、または少なくとも６６％、または少なくとも６８％、または少なくとも７０％の最大正規化ドーパント含有量の差を含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１８１】
実施形態６１．最大正規化ドーパント含有量の差が、９９％以下、または９５％以下、または９０％以下、または８５％以下、または８０％以下、または７５％以下、または７０％以下、または６５％以下、または６０％以下である、実施形態６０に記載の方法。
【０１８２】
実施形態６２．ドーパントが、本体全体にわたって不均質に分布され、本体の以下の領域：
本体の外表面に隣接し、第１のドーパント含有量を有する濃縮領域、
本体の中央領域にあり、濃縮領域とは異なる、ドーピング領域であって、第２のドーパント含有量を有する、ドーピング領域、および
濃縮領域とドーピング領域との間の枯渇領域であって、０．０４％／ｎｍ超のドーパントの正規化含有量の減少を定義する、枯渇領域、を画定する、実施形態５４に記載の方法。
【０１８３】
実施形態６３．枯渇領域におけるドーパントの正規化含有量の減少が、少なくとも０．０４％／ｎｍ、または少なくとも０．０５％／ｎｍ、または少なくとも０．０６％／ｎｍ、または少なくとも０．０８％／ｎｍ、または少なくとも０．１０％／ｎｍ、または少なくとも０．２０％／ｎｍ、または少なくとも０．２２％／ｎｍ、または少なくとも０．２３％／ｎｍ、または少なくとも０．２５％／ｎｍ、または少なくとも０．２６％／ｎｍ、または少なくとも０．２７％／ｎｍ、または少なくとも０．２８％／ｎｍ、または少なくとも０．２９％／ｎｍ、または少なくとも０．３０％／ｎｍである、実施形態６２に記載の方法。
【０１８４】
実施形態６４．枯渇領域におけるドーパントの正規化含有量の減少が、０．５％／ｎｍ以下、または０．４８％／ｎｍ以下、または０．４５％／ｎｍ以下、または０．４３％／ｎｍ以下、または０．４０％／ｎｍ以下、または０．３５％／ｎｍ以下である、実施形態６３に記載の方法。
【０１８５】
実施形態６５．枯渇領域におけるドーパント含有量の変化が、濃縮領域におけるドーパント含有量の変化またはドーピング領域におけるドーパント含有量の変化よりも大きい、実施形態５４に記載の方法。
【０１８６】
実施形態６６．枯渇領域におけるドーパント含有量の最大正規化変化が、濃縮領域におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも２倍大きい、または濃縮領域におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも３倍大きい、もしくは少なくとも４倍大きい、もしくは少なくとも５倍大きい、実施形態５４に記載の方法。
【０１８７】
実施形態６７．枯渇領域におけるドーパント含有量の最大正規化変化が、ドーピング領域におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも２倍大きい、またはドーパント領域におけるドーパント含有量の最大正規化変化の少なくとも３倍大きい、もしくは少なくとも４倍大きい、もしくは少なくとも５倍大きい、実施形態５４に記載の方法。
【０１８８】
実施形態６８．枯渇領域の始まりが、本体の中央点よりも、本体の外表面により近い、実施形態５４に記載の方法。
【０１８９】
実施形態６９．枯渇領域の終わりが、本体の中央点よりも、本体の外表面により近い、実施形態５４に記載の方法。
【０１９０】
実施形態７０．濃縮領域が、本体の外表面から本体内部に向かって、３０００ｎｍ以下、または２８００ｎｍ以下、または２５００ｎｍ以下、または２３００ｎｍ以下、または２０００ｎｍ以下、または１８００ｎｍ以下、または１６００ｎｍ以下、または１４００ｎｍ以下、または１２００ｎｍ以下、または１０００ｎｍ以下、または９００ｎｍ以下、または８００ｎｍ以下、または７００ｎｍ以下、または６００ｎｍ以下、または５００ｎｍ以下、または４００ｎｍ以下、または３５０ｎｍ以下、または３００ｎｍ以下、または２５０ｎｍ以下、または２００ｎｍ以下、または１５０ｎｍ以下、または１００ｎｍ以下延在する、実施形態５４に記載の方法。
【０１９１】
実施形態７１．濃縮領域が、本体の外表面から本体内部に向かって、少なくとも１ｎｍ延在する、実施形態５４に記載の方法。
【０１９２】
実施形態７２．第１のドーパント含有量が、本体のドーパントの最高含有量（Ｃｍａｘ）であり、第２のドーパント含有量が、本体のドーパントの最低含有量（Ｃｍｉｎ）である、実施形態５４に記載の方法。
【０１９３】
実施形態７３．ドーピング領域が、０．０４％／ｎｍ以下、または０．０３％／ｎｍ以下、または０．０２％／ｎｍ以下、または０，０１％／ｎｍ以下のドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１９４】
実施形態７４．ドーピング領域が、少なくとも０．００１％／ｎｍ、または少なくとも０．００５％／ｎｍ、または少なくとも０．００８％／ｎｍ、または少なくとも０．０１％／ｎｍのドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１９５】
実施形態７５．濃縮領域が、０．１６％／ｎｍ以下、または０．１５％／ｎｍ以下、または０．１３％／ｎｍ以下、または０．１０％／ｎｍ以下、または０．０８０％／ｎｍ以下、または０．０６０％／ｎｍ以下のドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１９６】
実施形態７６．濃縮領域が、少なくとも０．００１％／ｎｍ、または少なくとも０．００５％／ｎｍ、または少なくとも０．００７％／ｎｍのドーパントの正規化含有量の変化を含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１９７】
実施形態７７．本体が酸化物を含むか、または本体がアルミナを含むか、または本体がアルファアルミナを含むか、または本体が、多結晶質アルファアルミナを含む、実施形態５４に記載の方法。
【０１９８】
実施形態７８．本体が、本質的にアルファアルミナおよびドーパントからなる、実施形態７７に記載の方法。
【０１９９】
実施形態７９．本体が、
ａ）本体の総重量に対して少なくとも６０重量％のアルミナかつ９９重量％以下のアルミナ、
ｂ）酸化物を含み、少なくとも０．０１マイクロメートルかつ１００マイクロメートル以下の平均粒度を有する第１の相の結晶子、
ｃ）５０００マイクロメートル以下かつ少なくとも０．１マイクロメートルの平均粒径、
ｄ）本体の総体積に対して５体積％以下の気孔性、
ｅ）ハフニウム、ジルコニウム、ニオビウム、タンタル、モリブデン、バナジウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セシウム、プラセオジム、クロム、コバルト、鉄、ゲルマニウム、マンガン、ニッケル、チタン、亜鉛、セリウム、ネオジム、ガドリニウム、ユウロピウム、ケイ素、リン、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される元素を含むドーパント、
ｆ）酸化物の結晶粒間の結晶粒界に最初に位置するドーパント、
ｇ）本体の総重量に対して少なくとも０．５重量％かつ１８重量％以下のドーパント、
ｈ）本体が、爆発研磨粒子であること、
ｉ）１１５マイクロメートル以下の平均曲率半径、
ｊ）成形された研磨粒子、および
ｋ）それらの任意の組み合わせ、のうちの少なくとも１つを含む、実施形態５４に記載の方法。
【実施例】
【０２００】
実施例１
以下の手順に従って、研磨微粒子（試料Ｓ１）の第１の試料を作製した。ＵＳ６，０８３，６２２の教示に従って、爆破粉砕したが、焼結していないアルミナ前駆体微粒子を作製した。
【０２０１】
得られた原材料は、８５０〜１０００マイクロメートルの粒径および約０．４５ｃｍ３／ｇの気孔体積を有した。気孔体積は、ＢＥＴを使用して測定し、原材料粉末の浸潤状態の決定に使用した。
【０２０２】
１００％の気孔体積に対応する超飽和硝酸マグネシウム六水和物塩（Ｍｇ−塩）水溶液（Ｍｇ−塩溶液の総量に基づき６７重量％のＭｇ−塩）で、２５ｇの量の原材料粉末を噴霧含浸した。混合物を９５℃の空気中で少なくとも８時間乾燥させ、８００℃で１０分間か焼した。含浸後に、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの粒径を有する乾燥させ含浸した前駆体微粒子の外表面上に、コロイド状水酸化マグネシウムを含有する１重量％の溶液（ＮｙａｃｏｌからのＭａｇＳｏｌ）を噴霧含浸することによって堆積させる、濃縮プロセスをさらに行った。得られた粒子を乾燥させ、１２５０〜１２８０℃の温度で焼結した。
【０２０３】
試料Ｓ１の研磨微粒子を、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を介してサイズ計測および分析して、本明細書に前述の、また図１０および以下の表１に図示される、浸透深さに対する最大強度正規化に基づいてドーパント濃度を決定した。Ｍｇ＋として粒子に存在するマグネシウムをＴＯＦ−ＳＩＭＳによって測定し、これを酸化マグネシウムに対して計算することによって変換した。試料Ｓ１は、およそ４８％の最大正規化ドーパント含有量の差、およびおよそ０．２８％／ｎｍの枯渇領域におけるドーパントの正規化含有量の減少を有した。試料Ｓ１の酸化マグネシウムドーピング平均総含有量は、粒子の総重量に基づいて約５重量％であった。
【０２０４】
実施例２
実施例１の試料Ｓ１と同じ原材料を使用して、別の試料Ｓ２を形成した。試料２もまた、濃縮プロセスを施した。濃縮プロセスの後に、約１２５０℃の温度で実施例Ｓ２を焼結した。試料Ｓ２のＭｇＯドーパント平均総含有量は、研磨微粒子の総重量に基づいて約８重量％であった。
【０２０５】
図１０および表１に図示されるように、試料Ｓ２は、およそ６２％の最大正規化ドーパント含有量の差、およびおよそ０．０６％／ｎｍの枯渇領域におけるドーパントの正規化含有量の減少を有した。
【０２０６】
試料Ｓ２のＭｇＯドーパント平均総含有量は、研磨微粒子の総重量に基づいて約８重量％であった。
【０２０７】
実施例３
比較試料ＣＳ１は、市販の、従来通りＭｇ−塩を含浸し焼結したアルミナ研磨微粒子材料（３ＭからのＣｕｂｉｔｒｏｎ  ＩＩ）であった。
【０２０８】
試料Ｓ１およびＳ２に行い、図１０および表１に図示されているものと同じ方式で、試料ＣＳ１にＴＯＦ−ＳＩＭＳ分析を施した。
【０２０９】
試料ＣＳ１は、およそ２６％の最大正規化Ｍｇドーパント含有量の差、およびおよそ０．０１％／ｎｍのドーパントの正規化含有量の減少を有した。
【０２１０】
試料Ｓ１、Ｓ２、およびＣＳ１のＣｍａｘおよびＣｍｉｎ、ならびに計算された最大正規化ドーパント含有量の差（Δ強度）、ならびに枯渇領域におけるドーパントの正規化含有量の変化（％／ｎｍで表されるＣｍａｘからＣｍｉｎまでの低下）の概要は、以下の表１に見ることができる。
【表１】
2021534280.tif 000004
【０２１１】
上記開示された主題は、限定ではなく例示とみなされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内にある全てのそのような変更、拡張、および他の実施形態を包含することを意図する。したがって、法律で許される最大限の範囲で、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物の最も広い許容可能な解釈によって判定されるべきであり、前述の詳細な説明によって制限または限定されないものとする。
【０２１２】
本開示の要約は、特許法に準拠するために与えられており、特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または制限するために使用されるべきではないという理解のもと、提出されている。これに加え、上述の詳細な説明において、本開示内容を合理化する目的で、様々な特徴を１つの実施形態でまとめてグループ分けし、または記載してもよい。本開示は、特許請求される実施形態が、各特許請求項に明示的に引用されているものより多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲を反映するとき、本発明の主題は、開示された実施形態のいずれかの全ての特徴よりも少ないものに関していてもよい。したがって、以下の特許請求の範囲は、詳細な説明に組み込まれ、各特許請求項は、別個に特許請求される主題を定義するものとして、それ自体に基づいている。
【図１】
2021534280.tif 000005
【図２】
2021534280.tif 000006
【図３】
2021534280.tif 000007
【図４】
2021534280.tif 000008
【図５】
2021534280.tif 000009
【図６Ａ】
2021534280.tif 000010
【図６Ｂ】
2021534280.tif 000011
【図７】
2021534280.tif 000012
【図８】
2021534280.tif 000013
【図９】
2021534280.tif 000014
【図１０】
2021534280.tif 000015
【図１１】
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【国際調査報告】
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