(57)【要約】セラミック接合材料によって互いに接合された複数の固体粒子を含むセラミック凝集粒子、および実質的に均一な断面形状を有するこのような複数の粒子の提供方法を提供する。セラミック凝集粒子は、高い比率で固体粒子を含んでもよい。セラミック接合材料は、セラミック凝集粒子内部に含まれる固体粒子の最外面と非常によく一致させることができる。固体粒子として研磨粒子が使用される場合、比較的長時間にわたって一貫して高い切削速度と均一な表面仕上とが得られる研磨物品を製造可能である。
2004510675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック接合材料によって互いに接合された複数の固体粒子を含む複数のセラミック凝集粒子であって、前記複数の固体粒子は約０．５ミクロンと約１５００ミクロンとの範囲内の平均粒度を有し、前記セラミック接合材料と複数の固体粒子は別々の相であり、
前記複数のセラミック凝集粒子の過半量はアスペクト比が１を超える、
複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２】
前記固体粒子の少なくとも一部が、約１２５ミクロンと１５００ミクロンとの間の粒度を有する研磨粒子である請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項３】
前記研磨粒子が、溶融酸化アルミニウム研磨粒子、セラミック酸化アルミニウム研磨粒子、白色溶融酸化アルミニウム研磨粒子、熱処理酸化アルミニウム研磨粒子、褐色溶融酸化アルミニウム研磨粒子、シリカ研磨粒子、炭化ケイ素研磨粒子、緑色炭化ケイ素研磨粒子、炭化ホウ素研磨粒子、炭化チタン研磨粒子、アルミナ−ジルコニア研磨粒子、ダイヤモンド研磨粒子、セリア研磨粒子、立方晶窒化ホウ素研磨粒子、ガーネット研磨粒子、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項２に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項４】
前記セラミック凝集粒子の大部分が棒状の形状である請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項５】
前記セラミック接合材料が、結晶質セラミックバインダー、非結晶質セラミックバインダー、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるセラミックバインダーを含む請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項６】
前記結晶質セラミックバインダーが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アルミナ−ジルコニア、ケイ酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、シリコン−アルミニウム−オキシニトリド、炭化チタン、窒化ホウ素、窒化ケイ素、シリコンオキシニトリド、窒化アルミニウム、ホウ化チタン、リン酸カルシウム、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項５に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項７】
前記非結晶質セラミックバインダーが、溶融シリカ、アルカリケイ酸塩ガラス、アルカリ土類ケイ酸塩ガラス、鉛ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、アルミノリン酸塩ガラス、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項５に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項８】
前記セラミック接合材料が、結晶質セラミックバインダーと非結晶質セラミックバインダーの組み合わせを含み、リチウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミック、マグネシウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミック、フルオロマイカケイ酸塩ガラスセラミック、磁器、陶器、石器、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項５に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項９】
前記セラミック凝集粒子の大部分が円形の断面形状を有する請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１０】
前記セラミック凝集粒子の大部分が多角形の断面形状を有する請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１１】
前記セラミック凝集粒子の大部分が表面連絡孔隙を有する請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１２】
前記セラミック凝集粒子の大部分が明確な表面連絡孔隙を有さない請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１３】
前記固体粒子の少なくとも一部が、充填剤、研削助剤、繊維、電子活性粒子、顔料、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１４】
セラミック接合材料によって互いに接合された複数の固体粒子を含む複数のセラミック凝集粒子であって、前記セラミック凝集粒子のセラミックバインダー体積の固体粒子体積に対する比が約０．２から約２．０の範囲内である複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１５】
前記セラミック凝集粒子が実質的に均一の断面形状を有する請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１６】
前記固体粒子が、砥粒、充填剤、研削助剤、繊維、電気活性粒子、顔料、およびそれらの組み合わせを含む請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１７】
前記固体粒子の少なくとも一部が、約１２５ミクロンと１５００ミクロンとの間の粒度を有する研磨粒子である請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１８】
前記セラミック凝集粒子の大部分が円形の断面形状を有する請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項１９】
前記セラミック凝集粒子の大部分が多角形の断面形状を有する請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２０】
前記粒子の大部分が表面連絡孔隙を有する請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２１】
前記セラミックバインダーが、理論的酸化物に基づき、前記セラミックバインダーの全金属酸化物含有量を基準にして少なくとも９５重量％のＡｌ２Ｏ３を含む請求項１４に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２２】
セラミック接合材料によってコーティングされ互いに接合された複数の固体粒子を含む複数のセラミック凝集粒子であって、前記凝集粒子の外面が、その内部にある前記固体粒子の最外面と非常によく一致するようなコーティングによって、前記セラミック接合材料は前記固体粒子の各外面をコーティングする、複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２３】
前記最外面をコーティングする前記接合材料の厚さが約０．０５ミクロン以下から１５０ミクロンである請求項２１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２４】
前記固体粒子が、砥粒、充填剤、研削助剤、繊維、電気活性粒子、顔料、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項２１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２５】
前記固体粒子の少なくとも一部が、約１２５ミクロンと１５００ミクロンとの間の粒度を有する研磨粒子である請求項２１に記載の複数のセラミック凝集粒子。
【請求項２６】
バインダー材料と、
前記バインダー材料によって物品内に固定される請求項２に記載の複数のセラミック凝集粒子と、
を含む研磨物品。
【請求項２７】
主面を有するバッキングと、
バインダー材料によって前記バッキングの前記主面に固定される請求項２に記載の複数のセラミック凝集粒子を含む研磨層と、
を含む被覆研磨材。
【請求項２８】
構造全体に分散し、有機バインダーによってその内部に接合される請求項２に記載の複数のセラミック凝集粒子を有する、多孔質で嵩高いポリマーフィラメント構造を含む不織研磨物品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０００年１０月６日に出願された米国特許出願第６０／２３８，８４４号および第６０／２３８，８２６号（これらの記載内容を本明細書に援用する）の仮出願に対して優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、セラミック凝集粒子に関する。実施態様の１つでは、本発明は、セラミックバインダーと複数の砥粒とを含む研磨セラミック凝集粒子に関する。
【０００３】
背景
様々な産業で使用するための多種多様のセラミック凝集粒子が存在する。例えば、トルエンとヘプタンの水素化に使用される触媒ペレットは、合金、高分子量ポリマー、および任意に可塑剤（すなわち、一時的な溶剤）を混合し、混合物をある形状に成形し、可塑剤を抽出し（例えば、溶剤抽出による）、ポリマーを除去するために成形混合物を焼成し、触媒ペレットを得るために成形混合物を焼結することによって製造することができる。さらなる情報は米国特許第４，８９５，９９４号（Ｃｈｅｎｇら）および第４，９００，６９８号（Ｌｕｎｄｓａｇｅｒ）に見ることができる。整形外科および歯科産業では、硬質の成形セラミック体は、セラミックバインダー前駆体を溶融させ、その溶融物を冷却し、冷却した溶融物を粉砕して人工骨および歯科用組成物に使用されるセラミック体を得ることによって製造される。さらなる情報は米国特許第５，９１４，３５６号（Ｅｒｂｅ）に見ることができる。研磨材産業では、セラミック凝集粒子は、セラミックバインダー前駆体と一時的な有機バインダー前駆体とを含む組成物を調製し、その組成物を型に入れ、型内の組成物を加熱して成形粒子を得て、有機バインダーを焼失させるために成形粒子を焼結してセラミック凝集粒子を得ることによって製造可能である。さらなる情報は米国特許第５，９７５，９８８号（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ）に見ることができる。セラミック凝集粒子のその他の用途としては、例えば、屋根用粒剤、ろ過製品、硬質コーティング、ショットブラスト媒体、混転媒体、ブレーキライニング、スリップ防止および耐摩耗性コーティング、再帰反射シーティング、および積層複合構造体が挙げられる。
【０００４】
従来技術よりも製造コストが低いか、工程に必要となる場所が狭いか、または工程段階数が少ないかである新規セラミック凝集粒子、あるいは従来技術で製造されたセラミック凝集粒子と同等またはさらに向上した性質を有するセラミック凝集粒子が必要とされ続けている。例えば、成形工程を必要としないセラミック凝集粒子の製造方法では工程がより安価になりうる。さらに、溶剤（例えば、トルエンまたはヘプタン）が不要である方法が望ましい。
【０００５】
セラミック凝集粒子から製造される物品の性能のばらつきをより少なくするために、比較的均一な形状および寸法を有するセラミック凝集粒子の提供も必要とされている。特に研磨物品に関しては、例えば、均一な切削速度が持続する研磨面を得ることが可能で、好ましくは寿命が延長さればらつきのない工作物仕上が得られる研磨粒子が必要とされ続けている。
【０００６】
発明の要約
本発明は、セラミック凝集粒子、およびそのような粒子の提供方法を提供する。実施態様の１つでは、本発明は、研磨セラミック凝集粒子を提供する。
【０００７】
実施態様の１つでは、本発明は、複数のセラミック凝集粒子を提供し、これらの粒子はセラミック接合材料によって互いに接合された複数の固体粒子を含み、これらの複数の固体粒子は約０．５ミクロン〜約１５００ミクロンの範囲内の平均粒度を有し、セラミック接合材料と複数の固体粒子は分離した相であり、過半量の前記複数のセラミック凝集粒子は実質的に均一な断面形状を有する。「過半量」とは、少なくとも５０％、好ましくは約９０％の粒子が実質的に均一な断面形状を有することを意味する。
【０００８】
別の実施態様では、本発明は、セラミック接合材料によって互いに接合された複数の固体粒子を含む複数のセラミック凝集粒子を提供し、これらのセラミック凝集粒子は、セラミックバインダー体積の固体粒子体積に対する比が約０．２〜２．０の範囲内である。
【０００９】
さらに別の実施態様では、本発明は、セラミック接合材料によってコーティングされ互いに接合された複数の固体粒子を含む複数のセラミック凝集粒子を提供し、内部に含まれる固体粒子の最外面とほぼ一致するように、セラミック接合材料が固体粒子の各外面をコーティングする。
【００１０】
本発明のセラミック凝集粒子、例えば、研磨材、屋根用粒剤、ろ過製品、硬質コーティング、ショットブラスト媒体、混転媒体、ブレーキライニング、スリップ防止および耐摩耗性コーティング、人工骨、歯科用組成物、再帰反射シーティング、および積層複合構造体などの製品に使用できる。本明細書で使用される場合、用語「セラミック」は、結晶質相、非結晶質相（例えばガラス）、または結晶質相と非結晶質相の両方の組み合わせ（例えば、磁気、ガラスセラミックス）を含みうる無機で非金属の材料を意味する。
【００１１】
別の態様では、本発明は、表面の研磨方法を提供し、その方法は、本発明による研磨セラミック凝集体を工作物表面と接触させて、その表面の少なくとも一部を研磨するために凝集体または表面を互いに対して移動させることを含む。
【００１２】
さらなる態様では、本発明は、被覆研磨用途および接合研磨用途の両方で優れた研削性能（例えば、長寿命、高切削速度、均一な切削速度、均一な表面仕上など）を有する研磨凝集体を提供する。さらに、本発明のセラミック凝集体の本発明の製造方法は、在庫、資本設備の場所、資本設備の費用、およびその他の関連する製造コストを最小限にする。本発明は、比較的狭い場所しか必要としない方法を提供し、そのため資本経費および運転費が比較的少ない。
【００１３】
説明
セラミックバインダー材料
セラミックバインダー材料としては、結晶質および／または非結晶質セラミック材料が挙げられる。有用な結晶質セラミックバインダー材料としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アルミナ−ジルコニア、ケイ酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、ケイ酸マグネシウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、シリコン−アルミニウム−オキシニトリド、炭化チタン、窒化ホウ素、窒化ケイ素、シリコンオキシニトリド、窒化アルミニウム、ホウ化チタン、リン酸カルシウム、およびこれらの材料の組み合わせが挙げられる。
【００１４】
有用な非結晶質セラミックバインダー材料は非発泡性であり、溶融シリカ、アルカリケイ酸塩ガラス、アルカリ土類ケイ酸塩ガラス、鉛ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、アルミノリン酸塩ガラス、およびこれらの材料の組み合わせが挙げられる。
【００１５】
結晶質および非結晶質が組み合わされたセラミックバインダー材料である有用なセラミックバインダー材料としては、リチウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミック、マグネシウムアルミノケイ酸塩ガラスセラミック、フルオロマイカケイ酸塩ガラスセラミック、磁器、陶器、石器、およびこれらの材料の組み合わせが挙げられる。
【００１６】
固体粒子
好ましくは、複数の固体粒子の少なくとも一部は、砥粒、充填剤、研削助剤、繊維、電子活性粒子、顔料、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される。通常、複数の固体粒子は、加熱中に粒子が分解しないように選択される。ある実施態様では、複数の固体粒子は約０．５μｍ〜約１５００μｍの範囲内の平均粒度を有する。別の実施態様では、複数の固体粒子は約１０μｍ〜約１５００μｍの範囲内の平均粒度を有する。固体粒子が砥粒である場合などの別の実施態様では、複数の固体粒子は約１２５μｍ〜約１５００μｍの範囲内の平均粒度を有する。他の用途の場合の別の実施態様では、複数の固体粒子は約１μｍ〜約８００μｍの範囲内の平均粒度を有する。別の実施態様では、複数の固体粒子は約１μｍ〜約４００μｍの範囲内の平均粒度を有する。固体粒子の粒度とは、所与の基準点からの個々の固体粒子の最大寸法を意味する。
【００１７】
砥粒
本発明において有用な代表的な砥粒としては、溶融酸化アルミニウム研磨粒子、セラミック酸化アルミニウム研磨粒子、白色溶融酸化アルミニウム研磨粒子、熱処理酸化アルミニウム研磨粒子、褐色溶融酸化アルミニウム研磨粒子、シリカ研磨粒子、炭化ケイ素研磨粒子、緑色炭化ケイ素研磨粒子、炭化ホウ素研磨粒子、炭化チタン研磨粒子、アルミナ−ジルコニア研磨粒子、ダイヤモンド研磨粒子、セリア研磨粒子、立方晶窒化ホウ素研磨粒子、ガーネット研磨粒子、またはそれらの組み合わせが挙げられる。セラミック酸化アルミニウムは、米国特許第４，３１４，８２７号、第４，７４４，８０２号、第４，６２３，３６４号、第４，７７０，６７１号、第４，８８１，９５１号、第５，０１１，５０８号、および第５，２１３，５９１号に記載されるようなゾルゲル法により製造されるか、あるいは米国特許第５，５９３，４６７号、第５，６４５，６１８号、および第５，６５１，８０１号に記載されるような無水アルミナ粉末の焼結工程によって製造されるかが好ましい（これらの開示内容を本明細書に援用する）。セラミック砥粒は、αアルミナを含み、さらに任意に、マグネシア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化ニッケル、ハフニア、イットリア、シリカ、酸化鉄、チタニア、酸化ランタン、セリア、酸化ネオジム、およびそれらの組み合わせなどの金属酸化物改質剤を含む。セラミック酸化アルミニウムは、αアルミナ、酸化鉄、酸化鉄前駆体、チタニア、クロミア、またはそれらの組み合わせなどの核剤を任意に含んでもよい。セラミック酸化アルミニウムは、米国特許第５，２０１，９１６号および米国特許第５，０９０，９６８号（これらの開示内容を本明細書に援用する）に記載されるような形状を有することもできる。
【００１８】
本発明による研磨セラミック凝集体は、少なくとも２つの異なる等級の研磨粒子（すなわち、第１のより大きな等級と、第２のより小さな等級）を含むことが望ましい場合がある。等級分けされた研磨粒子試料の寸法測定法の１つは、中央粒度すなわちＤ５０である。本明細書で使用される場合、研磨粒子試料の「中央粒度」または「Ｄ５０」は、試料の体積の５０％が、中央体積粒度よりも小さな研磨粒子を含む場合の研磨粒子の粒度（通常は直径で表される）に等しい。本明細書で使用される場合、「中央粒度比」または「Ｄ５０比」は、凝集砥粒中のより大きな等級の研磨粒子の中央粒度を、凝集砥粒中の研磨粒子のより小さな等級の研磨粒子の中央粒度で割った値を意味する。例えば、中央粒度がそれぞれ１００μｍと５０μｍである第１および第２の研磨粒子等級を有する本発明による凝集砥粒の場合、中央粒度比またはＤ５０比は２である。本発明による凝集砥粒の場合、中央粒度比は例えば、約２以上、約３以上、約５以上、あるいはさらには約７以上となりうる。３つ以上の研磨粒子等級が研磨物品中に存在する場合も本発明の範囲内である。例えば、研磨粒子の粒度分布が、研磨粒子の３つの別個の等級を有することができる。
【００１９】
研磨粒子の任意の２つの等級の中央粒度比は約２以上となりうるが、それぞれの等級が同じ粒度の研磨粒子を含まないことを意味するものではないことに注意されたい。研磨粒子の各等級は研磨粒子の粒度分布を有するので、それらの分布が重ならないわけではない。例えば、Ｄ５０が３０μｍの研磨材等級とＤ５０が６０μｍの研磨材等級は、どちらも粒度が４５μｍの研磨粒子を含みうる。Ｄ５０比が増加するほど、両方の等級に共通する粒度範囲が縮小される。
【００２０】
通常、２つの等級の研磨粒子を含有する本発明による研磨セラミック凝集体は、約１０重量％〜約９０重量％のより大きな等級の研磨粒子と、約９０％〜約１０％のより小さな等級の研磨粒子とを含む。ある実施態様では、本発明による凝集砥粒は、約２５重量％〜約７５重量％のより大きな等級の研磨粒子と、約２５重量％〜約７５重量％のより小さな等級の研磨粒子とを含む。さらに別の実施態様では、より大きな等級の研磨粒子が約６０重量％であり、より小さな等級の研磨粒子が約４０重量％である。３つ以上の等級の研磨粒子を含む本発明による研磨セラミック凝集体は、通常約１０重量％〜５０重量％のより大きな等級の研磨粒子と、約５０重量％〜約９０重量％のすべてのより小さな等級の研磨粒子とを含む。より小さな研磨粒子等級が２つ以上存在する場合、これらの等級は同量の場合があるし、異なる量の場合もある。
【００２１】
砥粒は、表面コーティングを有してもよい。表面コーティングは、研磨セラミック凝集粒子中の砥粒とセラミックバインダー材料の間の接着性を向上させることができ、および／または砥粒の研磨特性を変化させることができる。このような表面コーティングは米国特許第５，０１１，５０８号、第１，９１０，４４４号、第３，０４１，１５６号、第５，００９，６７５号、第４，９９７，４６１号、第５，２１３，５９１号、および第５，０４２，９９１号に記載されており、これらの開示内容を本明細書に援用する。砥粒は、シランカップリング剤などのカップリング剤を表面に有することもできる。カップリング剤は、砥粒と硬化性バインダー前駆体の間などの固体表面間の接着性を向上させることがある。本発明に好適なカップリング剤の例としては、有機シラン、ジルコアルミン酸塩、およびチタン酸塩が挙げられる。
【００２２】
本発明で使用される場合、一般に砥粒の平均粒度は約１２５〜１５００μｍの範囲である。
【００２３】
有用な砥粒は、通常モース硬度が少なくとも約７であり、好ましくは少なくとも約８であり、より好ましくは９を超える。「モース硬度」という表現は、「モーススケール」の数に対応する値を意味する。「モーススケール」は、鉱物の硬度の尺度として定義される（Ｌａｆｆｅｒｔｙ，Ｐｅｔｅｒ，Ｔｈｅ　Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｐ．３８６（１９９３）、またはＨａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｐ．Ｆ−２２（１９７５）を参照されたい）。
【００２４】
有用な充填剤は、例えば、硬度、多孔度、摩耗挙動などのセラミック凝集粒子の性質に影響を与える傾向にある。有用な充填材料の例としては、金属炭酸塩（炭酸カルシウム、チョーク、方解石、マール、トラバーチン、大理石、石灰岩、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウムなど）、孔隙形成性添加剤（木材パルプ、木粉、ガラスバブル、ガラスビーズ、有機バブル、有機ビーズなど）、シリカ（非晶質シリカ、石英、ガラスビーズ、ガラス粉末、ガラスバブル、およびガラス繊維など）、ケイ酸塩（タルク、クレー（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、ケイ酸ナトリウムなど）、金属硫酸塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸ナトリウムアルミニウム、硫酸アルミニウムなど）、アルミニウム三水和物、金属酸化物（酸化カルシウム（石灰）、酸化アルミニウム、二酸化チタンなど）、および金属亜硫酸塩（亜硫酸カルシウムなど）、グレーストーン、大理石、石膏、Ｎａ２ＳｉＦ６、氷晶石、バーミキュライト、およびこれらの材料の組み合わせが挙げられる。
【００２５】
「研削助剤」とは、研磨材コーティングに混入した場合に金属工作物に対する研磨製品の研磨性能を向上させることができる材料を意味する。一般に、研削助剤の添加によって研磨製品の実用寿命が延長される。特に、研削助剤によって、金属工作物に対する研磨製品の研削効率または切削速度（すなわち、研磨物品の重量減少に対する除去される金属工作物の重量）が増加する傾向にある。理論によって束縛しようと望むものではないが、研削助剤は、（ａ）研磨材料と研磨される工作物との間の摩擦を減少させる、（ｂ）研磨粒子の「キャッピング」を防止する（すなわち、研磨粒子上部への金属粒子の用着を防止する）または研磨粒子のキャッピング傾向を少なくとも減少させる、（ｃ）研磨粒子と工作物の間の界面温度を低下させる、あるいは（ｄ）研削力を軽減させると考えられる。有用な研削助剤の一部の例としては、ハロゲン化物塩、金属、およびそれらの合金が挙げられる。通常、無機ハロゲン化化合物は、研磨中に分解し、ハロゲン酸または気体のハロゲン化化合物を放出する。ハロゲン化物塩の例としては、塩化ナトリウム、氷晶石カリウム、氷晶石ナトリウム、氷晶石アンモニウム、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、鉄、およびチタンが挙げられる。その他の有用な研削助剤としては、硫黄、黒鉛、および金属硫化物が挙げられる。上記の研削助剤の例は、研削助剤の代表例を示したものであり、包含されるすべての研削助剤を意味するものではない。
【００２６】
有用な繊維は、例えば、研磨特性、電子特性、補強特性などのセラミック凝集粒子の性質に影響を与える傾向がある。有用な繊維の例としては、無機酸化物、窒化物、および炭化物の組成物が挙げられる。無機繊維は、結晶質の場合も非結晶質の場合もあり、さらに天然鉱物から誘導されることもあるし、溶液、ゾルまたはポリマーの前駆体から合成される場合もある。繊維は、従来のガラス繊維のように溶融物のブローイングまたは延伸によって製造される場合もあるし、一部の多結晶質繊維の場合のように乾式または湿式紡糸法によって連続した形態に製造される場合もある。連続繊維は、短い不連続な長さにさらに加工されて固体粒子として使用される場合がある。
【００２７】
有用な電子活性粒子としては、導電性粒子（例えば、黒鉛粒子、カーボンブラック粒子、またはその他の帯電防止剤）、強誘電性分粒子（例えば、鉛−ジルコン酸塩−チタン酸塩、バリウム−チタン酸塩、および鉛−ランタン−ジルコン酸塩−チタン酸塩）、磁性粒子（例えば、磁鉄鉱、バリウムヘキサフェライト）、超伝導粒子、またはこれらの材料の組み合わせが挙げられる。
【００２８】
通常、有用な顔料粒子は、例えば、色、白色度、または不透明度などのセラミック凝集粒子の性質に影響を与えやすい無機粒子である。有用な顔料の例としては、酸化鉄、酸化コバルト、二酸化マンガン、酸化チタンが挙げられる。その他の有用な顔料の例としては、希土類、ニッケル、カドミウム、クロム、および銅の元素の化合物が挙げられる。
【００２９】
製造方法
本発明のセラミック凝集粒子の製造方法の実施態様の１つは、硬化性バインダー前駆材料、セラミックバインダー前駆材料、および複数の固体粒子を含む組成物をセラミック凝集前駆体粒子に成形することを含む。このセラミック凝集粒子の成形方法は、本出願人の米国特許出願第　　　　　　　号（代理人整理番号第５６０８８ＵＳ００２号、本出願と同日出願であり、本明細書に援用される）に記載されている。このような粒子の成形方法の１つは、穿孔基材の少なくとも１つのオリフィスに組成物を通し、穿孔基材からセラミック凝集前駆体粒子を分離し、セラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的に硬化させることを含む。
【００３０】
本明細書において、「硬化性バインダー前駆体材料」という表現は、変形可能、または熱または圧力またはその両方により変形可能で、少なくとも部分的に硬化して、扱い易く収集可能な、例えば、セラミック凝集前駆体粒子のような材料を提供する材料のことを指す。本明細書において、硬化性バインダー前駆体材料に関して、「少なくとも部分的に硬化した」という表現は、硬化性バインダー前駆体材料の「一部」または「全て」が扱い易く収集可能な程度まで硬化したことを意味する。「少なくとも部分的に硬化した」という表現は、硬化性バインダー前駆体の一部または全てが常に完全に硬化していることを意味するものではなく、少なくとも部分的に硬化させた後、扱い易く収集可能となるまで十分硬化していることを意味する。
【００３１】
本明細書で用いる「取扱可能かつ収集可能」という表現は、形状の実質的な変化を実質的に起こさず、または受けない材料を指す。取扱可能かつ収集可能であるセラミック凝集前駆体粒子およびセラミック凝集粒子は、本体を歪め、または変形する傾向のある応力にかけた場合は、完全のままである傾向がある。取扱可能かつ収集可能でないセラミック凝集前駆体粒子およびセラミック凝集粒子は、本体を歪め、または変形する傾向のある応力にかけた場合は、完全のままでない傾向がある。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「セラミックバインダー前駆材料」という表現は、セラミック凝集前駆体粒子中に存在する有機材料を焼失させるのに十分な温度まで加熱すると、互いに接合して硬質のセラミック相を形成することによってセラミック凝集粒子を互いに接合させて、セラミック凝集粒子を得ることができる粒子状添加剤を意味する。セラミックバインダー前駆材料は、結晶質または非結晶質のセラミック材料を含みうる。以下では、「セラミック凝集前駆体粒子」は、セラミックバインダー前駆材料が、取り扱い可能で捕集可能な粒子が得られるほどには互いに接合していないことを意味する。以下では、「セラミック凝集粒子」は、セラミックバインダー前駆材料が、取り扱い可能で捕集可能な粒子を得るために互いに十分接合していることを意味する。通常、本発明による方法では、少なくとも一部のセラミック凝集粒子でアスペクト比が１を超える。
【００３３】
以下では、「実質的に溶剤を含有しない」とは、セラミック凝集前駆体粒子の製造に使用される組成物の含有する溶剤が１０％未満であることを意味する。
【００３４】
硬化性バインダー前駆体は放射線エネルギーまたは熱エネルギーによって硬化することができる。通常、放射線硬化性バインダー前駆体材料は、エポキシ樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルエポキシ樹脂、エチレン性不飽和樹脂、少なくとも１つのペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、またはそれらの組合せの少なくとも１つを含む。他の有用な放射線硬化性バインダー前駆体材料としてビニルエーテルが挙げられる。
【００３５】
硬化性バインダー前駆体
エポキシはオキシラン環を有し、カチオン機構による開環によって重合する。有用なエポキシ樹脂としては、低分子エポキシ樹脂と高分子エポキシ樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、樹脂の主鎖および置換基の性質によって大きな差異が生じうる。例えば主鎖は、エポキシ樹脂と通常関連がなる任意の種類であってよく、主鎖上の置換基は、室温でオキシラン環と反応性である活性水素原子が存在しない任意の基であってよい。エポキシ樹脂の置換基の代表例としては、ハロゲン、エステル基、エーテル基、スルホネート基、シロキサン基、ニトロ基、およびホスフェート基が挙げられる。本発明で有用なエポキシ樹脂の一部の例としては、２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル］プロパン（ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル）、ならびにＳｈｅｌｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）より商品名「ＥＰＯＮ　８２８」、「ＥＰＯＮ　１００４」、および「ＥＰＯＮ　１００１Ｆ」で市販される材料、ならびにＤｏｗ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．（Ｆｒｅｅｐｏｒｔ，ＴＸ）より商品名「ＤＥＲ−３３１」、「ＤＥＲ−３３２」、および「ＤＥＲ−３３４」で市販される材料が挙げられる。その他の好適なエポキシ樹脂としては、フェノールホルムアルデヒドノボラックのグリシジルエーテル（例えば、Ｄｏｗ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．より市販される「ＤＥＮ−４３１」および「ＤＥＮ−４２８」）が挙げられる。本発明で使用されるエポキシ樹脂は、適切な光開始剤を添加してカチオン機構によって重合させることができる。これらの樹脂のさらなる詳細は、米国特許第４，３１８，７６６号および第４，７５１，１３８号に記載されており、これらの記載内容を本明細書に援用する。
【００３６】
アクリル化ウレタン樹脂の例としては、ヒドロキシ末端イソシアネートで鎖延長させたポリエステルまたはポリエーテルのジアクリレートエステルである。市販のアクリル化ウレタン樹脂の例としては、Ｍｏｒｔｏｎ　Ｔｈｉｏｋｏｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｏｓｓ　Ｐｏｉｎｔ，ＭＳ）より入手可能な「ＵＶＩＴＨＡＮＥ　７８２」および「ＵＶＩＴＨＡＮＥ　７８３」、ならびにＲａｄｃｕｒｅ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ（Ｐａｍｐａ，ＴＸ）より入手可能な「ＣＭＤ　６６００」、「ＣＭＤ　８４００」、および「ＣＭＤ　８８０５」が挙げられる。
【００３７】
アクリル化エポキシ樹脂の例としては、エポキシ樹脂のジアクリレートエステルが挙げられ、例えばビスフェノールなどのエポキシ樹脂のジアクリレートエステルが挙げられる。市販のアクリル化エポキシ樹脂の例としては、Ｒａｄｃｕｒｅ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓより入手可能な「ＣＭＤ　３５００」、「ＣＭＤ　３６００」、および「ＣＭＤ　３７００」が挙げられる。
【００３８】
エチレン系不飽和樹脂の例としては、炭素原子、水素原子、酸素原子、および任意に窒素原子またはハロゲン原子を含有する低分子と高分子の両方の化合物が挙げられる。酸素原子、窒素原子、またはそれらの両方は、エーテル基、エステル基、ウレタン基、アミド基、および尿素基中に一般に存在する。通常、エチレン系不飽和樹脂は分子量が約４，０００未満であり、実施態様の１つでは、エチレン系不飽和樹脂は、脂肪族モノヒドロキシ基または脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物と、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸などの不飽和カルボン酸との反応によって得られるエステルである。
【００３９】
他の有用なアクリレートの代表的な例としてメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、へキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールメタクリレート、およびペンタエリスリトールテトラアクリレートが挙げられる。他の有用なエチレン性不飽和樹脂として、モノアリルエステル、ポリアリルエステル、およびポリメチルアリルエステルのほか、フタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、およびＮ，Ｎ−ジアリルアジパミドなどのカルボン酸のアミド類が挙げられる。さらに、他の有用なエチレン性不飽和樹脂としてスチレン、ジビニルベンゼン、およびビニルトルエンが挙げられる。他の有用な窒素含有エチレン性不飽和樹脂としてトリス（２−アクリロイル−オキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリ（２−メチアクリルオキシエチル）−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、およびＮ−ビニルピペリドンが挙げられる。
【００４０】
ある有用なアミノプラスと樹脂は、モノマーまたはオリゴマーであってよい。通常、アミノプラスと樹脂は、少なくとも１つのペンダントα，β−不飽和カルボニル基を１分子当たりに有する。これらのα，β−不飽和カルボニル基は、アクリレート基、メタクリレート基、またはアクリルアミド基であってよい。このような樹脂の例としては、Ｎ−ヒドロキシメチル−アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−オキシジメチレンビスアクリルアミド、ｏ−またはｐ−アクリルアミドメチル化フェノール、アクリルアミドメチル化フェノールノボラック、およびこれらの組み合わせが挙げられる。これらの材料は、米国特許第４，９０３，４４０号および第５，２３６，４７２号にさらに詳細に記載されており、これらの記載内容を本明細書に援用する。
【００４１】
有用な少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体と、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体は、米国特許第４，６５２，２７４号にさらに詳細に記載されており、この記載内容を本明細書に援用する。このようなイソシアヌレート材料の１つは、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレートである。
【００４２】
本発明に適したビニルエーテルの例として、「ＶＥ　４０１０」、「ＶＥ　４０１５」、「ＶＥ　２０１０」、「ＶＥ　２０２０」、および「ＶＥ　４０２０」の商品名でＡｌｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ社（Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ、ＮＪ）より市販されているビニルエーテル官能化ウレタンオリゴマーが挙げられる。
【００４３】
セラミックバインダー前駆材料
セラミックバインダー前駆体は、結晶質および／または非結晶質セラミック材料を含む。通常、セラミックバインダー前駆材料は、ガラス粉末、フリット、クレー、融剤鉱物（ｆｌｕｘｉｎｇ　ｍｉｎｅｒａｌ）、シリカゾル、焼結性セラミック粉末、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される。加熱後、セラミックバインダー前駆材料はセラミックバインダーを形成する。通常、本発明の方法を使用すると、セラミックバインダーは砥粒などの固体粒子を互いに接合させて、セラミック凝集粒子を形成する。
【００４４】
有用なガラス粉末としては、ケイ酸塩系または非ケイ酸塩系ガラス粉末を挙げることができる。ケイ酸塩系ガラス粉末は、単相系の場合も多相系の場合もある。実施態様の１つでは、単相ガラス粉末は石英ガラスを含む。多成分ケイ酸塩ガラス粉末は、金属酸化物などの改質剤または中間体を含むことが一般的である。多成分ケイ酸塩ガラス粉末の有用な例としては、アルカリ金属酸化物を含有するアルカリケイ酸塩、アルカリ金属酸化物とアルカリ土類金属酸化物を含有しさらに通常は少量のアルミナと他の多様な酸化物を含有するソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、鉛ガラスが挙げられる。有用な非ケイ酸塩系ガラス粉末としては、ガラス状の金属酸化物および非金属酸化物系を挙げることができ、限定するものではないが、Ｐ２Ｏ５、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＰｂＯ、ＺｎＯおよびＦｅＯを挙げることができる。非ケイ酸塩ガラスのその他の有用な例としては、Ｌｉｎｄｅｍａｎｎガラス（Ｌｉ２Ｏ・ＢｅＯ・Ｂ２Ｏ３）などのホウ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、アルミン酸カルシウムガラス、ゲルマニウム酸カルシウムガラスが挙げられる。定義によると、ガラスセラミックスは少なくとも５０％が結晶質である。結晶相の例としては、β−石英、β−石英固溶体、β−リチア輝石固溶体、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・（ＳｉＯ２）４−１０、メタケイ酸リチウム−二ケイ酸リチウム、Ｌｉ２Ｏ・ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ・２ＳｉＯ２、β−リチア輝石固溶体−ムライト、Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３。（ＳｉＯ２）４−１０−３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２、α−石英固溶体−スピネル−エンスタタイト、ＳｉＯ２−ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ・ＳｉＯ２が挙げられる。通常、チタン酸塩またはジルコン酸塩は一次結晶核として使用される。
【００４５】
フリットバインダー前駆体の例としては、長石、ホウ砂、石英、ソーダ灰、鉛丹、酸化亜鉛、白亜、三酸化アンチモン、二酸化チタン、ケイフッ化ナトリウム、フリント、氷晶石、ホウ酸、およびそれらの組み合わせが挙げられる。フリットの製造方法の１つは、所与のフリット材料の粉末を粉末が互いに溶融するまで加熱し、溶融した粉末を冷却し、溶融した粉末を粉砕しふるい分けして、フリットバインダー前駆体として使用される微粉末を得ることを含む。実施態様の１つでは、フリットバインダー前駆体は、６３重量％のシリカ、１２重量％のアルミナ、１．２重量％の酸化カルシウム、６．３重量％の酸化ナトリウム、７．５重量％の酸化カリウム、および１０重量％の酸化ホウ素を含む。粉末が互いに溶融する温度は、粉末の化学的性質に依存する。実施態様の１つでは、この温度は約８００℃（１４７２°Ｆ）〜約１８００℃（３２７２°Ｆ）の範囲内となりうる。別の実施態様では、この温度は約９００℃（１６５２°Ｆ）〜約１４００℃（２５５２°Ｆ）の範囲内となりうる。フリットを他のセラミックバインダー前駆体と組み合わせて、本発明に使用されるセラミックバインダー前駆体を得ることもできる。実施態様の１つでは、セラミックバインダー前駆体は、約１〜１００％のフリットを含むことがあり、別の実施態様では約２０〜１００％のフリットを含むことがある。フリットバインダー前駆体に関するさらなる詳細は米国特許第４，８９８，５９７号（Ｈａｙ）に見ることができ、この記載内容を本明細書に援用する。
【００４６】
有用なクレーは、アルミニウム、鉄、およびマグネシウムの化合物の結晶質含水ケイ酸塩を含みうる。例としては、カオリン、ボールクレー、耐火粘土、ベントナイト、フラー土、活性白土、焼成粘土、コロイド粘土が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４７】
有用な融剤鉱物としては、存在する他の鉱物と低温で反応してガラス相を形成し、それによってセラミックバインダー前駆体の焼成に必要な温度を低下させる材料を挙げることができる。実施態様の１つでは、有用な融剤鉱物としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、酸化ホウ素、または酸化鉛を挙げることができる。有用な融剤鉱物の例としては、カリウム長石、ナトリウム長石、カルシウム長石、霞石閃長岩、タルク、ソーダ灰、ホウ砂、および酸化鉛が挙げられる。
【００４８】
通常、シリカゾルはシリカ粒子を含む。本明細書で使用される場合、用語「ゾル」は、液体媒体（例えば、水性または非水性）中の実質的に凝集していない無機酸化物粒子（例えばシリカ粒子）のコロイド分散液を意味する。水溶液のシリカゾルの例としては、「ＬＵＤＯＸ」（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）より商品名「ＬＵＤＯＸ」で入手される）、「ＮＹＡＣＯＬ」（Ｎｙａｃｏｌ　Ｃｏ．（Ａｓｈｌａｎｄ，ＭＡ）より商品名「ＮＹＡＣＯＬ」で入手される）、および「ＮＡＬＣＯ」（Ｎａｌｃｏ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．（Ｏａｋ　Ｂｒｏｏｋ，ＩＬ）より商品名「ＮＡＬＣＯ」で入手される）が挙げられる。非水性溶液のシリカゾル（シリカオルガノゾルとも呼ばれる）の例としては、「ＮＡＬＣＯ　１０５７」（２−プロポキシエタノール中のシリカゾル）（Ｎａｌｃｏ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．（Ｏａｋ　Ｂｒｏｏｋ，ＩＬ）より商品名「ＮＡＬＣＯ　１０５７」で入手される）、「ＭＡ−ＳＴ，ＩＰ−ＳＴ」および「ＥＧ−ＳＴ」（Ｎｉｓｓａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄ．（東京、日本）より商品名「ＭＡ−ＳＴ，ＩＰ−ＳＴ」および「ＥＧ−ＳＴ」で入手される）が挙げられる。実施態様の１つでは、コロイダルシリカ粒子の平均粒度は約５〜約１００ｎｍの範囲内である。別の実施態様では、粒子の平均粒度は約１０〜約５０ｎｍである。さらに別のシリカゾルの例は、米国特許第５，６１１，８２９号（Ｍｏｎｒｏｅら）および米国特許第５，６４５，６１９号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に記載されており、これらの記載内容を本明細書に援用する。別の態様では、ゾルの分散安定性に影響するようにゾルのｐＨを調整することができる。実施態様の１つでは、ｐＨはアルカリ性（例えば、ｐＨが約８〜約１１の範囲）となりうる。別の実施態様では、ｐＨは酸性（例えば、ｐＨが約２〜約６の範囲）となりうる。
【００４９】
有用な焼結性セラミック粉末としては、結晶質の酸化物、非結晶質の酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、ホウ化物、リン化物、硫化物、テルル化物、およびセレン化物を挙げることができる。有用な焼結性セラミック粉末の例としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、アルミナ−ジルコニア、炭化ケイ素、炭化チタン、ホウ化チタン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、フェライト、硫化鉄が挙げられる。
【００５０】
硬化性バインダー前駆材料、セラミックバインダー前駆材料、および複数の固体粒子を含む組成物を調製する場合、各線分は多様な重量％で有結おうとなりうる。本発明による代表的な方法では、硬化性バインダー前駆体と比べると比較的高い重量％の固体粒子（例えば、砥粒）とセラミックバインダー前駆体を使用することができる。加熱工程中に硬化性バインダー前駆体が「焼失」し、これは無駄が多いと考えられるため、硬化性バインダー前駆体量の減少は好都合となりうる。有用な実施態様の１つでは、硬化性バインダー前駆材料は約５重量％〜約２２重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では約７重量％〜約１３重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では、約８重量％〜約１０重量％の範囲となることができる。有用な実施態様の１つでは、セラミックバインダー前駆材料は約１１重量％〜約６３重量％の範囲となることができ、別の実施態様では約２２重量％〜約３７重量％の範囲となることができ、別の実施態様では約２６重量％〜約３１重量％の範囲となることができる。有用な実施態様では、複数の固体粒子は約２９重量％〜約８１重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では約５２重量％〜約７０重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では、硬化性バインダー前駆材料は約５重量％〜約２２重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では約７重量％〜約１３重量％の範囲となることができ、別の実施態様では約８重量％〜約１０重量％の範囲となることができる。有用な実施態様の１つでは、セラミックバインダー前駆材料は約１１重量％〜約６３重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では約２２重量％〜約３７重量％の範囲となることができ、別の実施態様では約２６重量％〜約３１重量％の範囲となることができる。有用な実施態様の１つでは、複数の固体粒子は約２９重量％〜約８１重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では約５２重量％〜約７０重量％の範囲となることができ、別の有用な実施態様では約６０重量％〜約６６重量％の範囲となることができる。有用な組成物は、有機系の場合もあるし、水性系の場合もあるし、あるいは実質的に溶剤を含有しない場合もある。実施態様の１つでは、組成物の溶剤量は１０％未満となりうる。別の実施態様では、組成物の溶剤量は０．５％未満となりうる。さらに別の実施態様では、組成物の溶剤量は０．１％未満となりうる。
【００５１】
開始剤
任意に、硬化性組成物は、光開始剤、熱開始剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される開始剤をさらに含むことができる。本発明で使用される場合、熱部分硬化工程で熱エネルギーが使用される場合には熱開始剤を使用することができ、部分硬化工程で紫外光および／または可視光が使用される場合には光開始剤を使用することができる。開始剤の必要条件は、使用される硬化性バインダー前駆体の種類および／またはエネルギーの種類（例えば、電子ビームまたは紫外光）に依存しうる。例えば、フェノール系硬化性バインダー前駆体は、熱硬化させる場合に開始剤の添加は一般に不要である。しかしながら、アクリレート系硬化性バインダー前駆体は、熱硬化させる場合に開始剤の添加が一般に必要である。別の例として、部分硬化工程中に電子ビームエネルギーが使用される場合には開始剤は通常不要である。しかしながら、紫外光または可視光が使用される場合、通常は組成物に光開始剤が混入される。
【００５２】
熱エネルギーに曝露すると、熱開始剤はフリーラジカル源を発生する。次にこのフリーラジカル源が、硬化性バインダー前駆体の重合を開始させる。熱開始剤の例としては、有機過酸化物（例えば過酸化ベンゾイル）、アゾ化合物、キノン類、ニトロソ化合物、ハロゲン化アシル、ヒドラゾン類、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、イミダゾール類、クロロトリアジン類、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル、ジケトン類、フェノン類、およびそれらの混合物が挙げられる。本発明の熱開始剤として好適なアゾ化合物は、Ｅ．Ｉ．ｄｕＰｏｎｔ　ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）より商品名ＶＡＺＯ　５２、ＶＡＺＯ　６４、およびＶＡＺＯ　６７で入手可能である。
【００５３】
紫外光または可視光に曝露すると、光開始剤はフリーラジカル源またはカチオン源を発生する。次に、このフリーラジカル源またはカチオン源が、硬化性バインダー前駆体の重合を開始させる。
【００５４】
紫外光または可視光に曝露するとフリーラジカル源を発生する光開始剤の例としては、有機過酸化物（例えば、過酸化ベンゾイル）、アゾ化合物、キノン類、ベンゾフェノン類、ニトロソ化合物、ハロゲン化アシル、ヒドラゾン類、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、ピリリウム化合物、トリアシルイミダゾール類、ビスイミダゾール類、クロロアルキルトリアジン類、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン類、およびアセトフェノン誘導体、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される光開始剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。可視光に曝露するとフリーラジカル源を発生する光開始剤の例は、米国特許第４，７３５，６３２号にさらに詳細に記載されており、この記載内容を本明細書に援用する。
【００５５】
カチオン光開始剤は、エポキシ樹脂またはウレタンの重合を開始させる酸源を発生される。カチオン光開始剤の例としては、オニウムカチオンと、金属またはメタロイドのハロゲン含有錯体アニオンとを有する塩が挙げられる。別の有用なカチオン光開始剤としては、有機金属錯体カチオンと、金属またはメタロイドのハロゲン含有錯体アニオンとを有する塩が挙げられる。これらの開始剤は、米国特許第４，７５１，１３８号にさらに詳細に記載されており、この記載内容を本明細書に援用する。別の例は、米国特許第４，９８５，３４０号に記載の有機金属塩とオニウム塩であり、この記載内容を本明細書に援用する。さらに別のカチオン光開始剤としては、周期表のＩＶＢ族、ＶＢ族、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、およびＶＩＩＩＢ族の元素から金属が選択される有機金属錯体のイオン塩が挙げられる。これらの光開始剤は米国特許第５，０８９，５３６号にさらに詳細に記載されており、この記載内容を本明細書に援用する。
【００５６】
本発明に適した紫外線活性化光活性剤は、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　６５１」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　１８４」、「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　３６９」、および「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　８１９」の商品名でＣｉｂａ　Ｇｅｉｇｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗｉｎｔｅｒｖｉｌｌｅ、ＭＳ）より、「Ｌｕｃｉｒｉｎ　ＴＰＯ−Ｌ」の商品名でＢＡＳＦ社（Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ、ＮＪ）より、および「ＤＡＲＯＣＵＲ　１１７３」の商品名でＭｅｒｃｋ　＆　Ｃｏ．（Ｒａｈｗａｙ、ＮＪ）より入手することができる。
【００５７】
１つの実施形態において、開始剤（光開始剤、熱開始剤、またはそれらの組合せのいずれか）の総量は、硬化性バインダー前駆体の０．１〜１０重量パーセントの範囲であり；別の実施形態では、硬化性バインダー前駆体の約１〜約５重量パーセントでありうる。光開始剤と熱開始剤の両方が用いられる場合は、熱開始剤に対する光開始剤の比は約３．５：１〜約０．５：１である。
【００５８】
別の態様において、少なくとも部分的に硬化する工程において紫外線または可視光線が用いられる場合は、組成物は光増感剤も包含しうる。光増感剤は、開始剤またはモノマーが遊離基を形成する波長を拡大する。例示的な光増感剤として、カルボニル基または３級アミノ基およびそれらの混合物を有する化合物が挙げられる。カルボニル基を有する化合物の有用な例は、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンジル、ベンズアルデヒド、ｏ−クロロベンズアルデヒド、キサントン、チオキサントン、９，１０−アントラキノン、および他の芳香族ケトン類である。１つの実施形態において、組成物中の光増感剤の量は硬化性バインダー前駆体の約０．０１〜１０重量％の範囲でありうる。別の実施形態では、組成物中の光増感剤の量は硬化性バインダー前駆体の約０．２５〜４重量％の範囲でありうる。
【００５９】
修正添加剤
通常、硬化性組成物には組成物の加工特性を修正（例えば、粘度等を変更）する修正添加剤が含まれる。修正添加剤の有用な例としてカップリング剤、湿潤剤、流動剤、界面活性剤、およびそれらの組合せが挙げられる。多くの添加剤は加熱工程中に分解する傾向がある。
【００６０】
カップリング剤は固体面（例えば、研磨粒子）と硬化性バインダー前駆体との接着を増強する傾向がある。本発明に適したカップリング剤の有用な例として有機シラン類、ジルコアルミネート類、およびチタネート類が挙げられる。研磨粒子は、その表面上にシランカップリング剤などのカップリング剤も含有しうる。
【００６１】
湿潤剤、または界面活性剤は、加工中に組成物の流体力学を制御する傾向がある。一般に、どのような型の湿潤剤（すなわちアニオン、カチオン、非イオン、両性イオン、双性イオン等）でも組成物中に使用することができる。有用な湿潤剤の例として、Ｃｈｅｍｉｅ　Ａｍｅｒｉｃａ　Ｉｎｔｅｒｓｔａｂ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社（Ｎｅｗ　Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ、ＮＪ）より「ＩＮＴＥＲＷＥＴ　３３」の商品名；３Ｍ社（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮ）より「ＦＬＵＯＲＡＤＲ」の商品名、またはＲｏｈｍ　Ｈａａｓ社（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、ＰＡ）より「ＡＥＲＯＳＯＬ　ＯＴ」の商品名でそれぞれ入手可能なものが挙げられる。
【００６２】
流動剤は加工中に粉末の「固化」を予防する傾向がある。例えば、本発明において形成工程中の固化からセラミックバインダー前駆体を防ぐ流動剤を用いることができる。有用な流動剤の例としてエチレンオキシドおよび不飽和脂肪酸類の濃縮物が挙げられる。
【００６３】
セラミック凝集粒子
本発明の実施態様の１つでは、オリフィスに組成物を通すことによって組成物がセラミック凝集前駆体粒子に成形される。例えば、図１は本発明のセラミック凝集粒子を示している。セラミック凝集粒子８０自体は、セラミックバインダー８２でコーティングされその中に埋め込まれた複数の固体粒子８４を含む。任意に、セラミックバインダー８２が存在しない空隙８６が存在してもよく、これによって粒子外面まで到達可能となり、流体の浸透のために好適となる。このような流体の浸透によって、凝集粒子は「表面連絡孔隙」を有することができる。本発明の実施態様の１つでは、セラミック凝集粒子のアスペクト比は１を超え、通常は約１〜約３０の範囲内である。本明細書で使用される場合、「アスペクト比」という表現は、粒子の最大寸法（Ｌ）を粒子の最小寸法（Ｗ）で割ったものである。別の実施態様では、粒子のアスペクト比は約１〜約１０の範囲内である。さらに別の実施態様では、粒子のアスペクト比は約１〜約３の範囲内である。
【００６４】
別の態様では、本発明により製造されるセラミック凝集粒子は異なる寸法を有してもよい（例えば、異なる直径のセラミック凝集粒子）。例えば、実施態様の１つでは、円形のオリフィスを有する穿孔基材に通した組成物は、オリフィスとほぼ同じ直径のほぼ円形の断面を有するセラミック凝集前駆体粒子を形成する傾向にある。本発明の実施態様の１つでは、セラミック凝集粒子の直径は約２５μｍ（１ミル）〜約１２，７００μｍ（５００ミル）の範囲となりうる。別の実施態様では、セラミック凝集粒子の直径は約３８１μｍ（１５ミル）〜約６３５０μｍ（２５０ミル）の範囲となりうる。
【００６５】
本発明の特徴の１つは、前述のように製造された凝集粒子が、指定の軸に沿って測定した場合に実質的に均一な断面寸法を有することである。「実質的に均一」とは、寸法の変動が約２０％以下であり、通常は約１０％以下であることを意味する。
【００６６】
別の態様では、本発明により製造されたセラミック凝集粒子は、様々な形状を有することができる。例えば、本発明の粒子は、ほぼ円形または多角形（例えば、正方形、三角形など）の断面形状を有することができる。アスペクト比が１を超える粒子は通常は棒状である。別の実施態様では、不規則な形状を有するように粒子を粉砕することができる。
【００６７】
穿孔基材の例としては、穿孔基材を破壊させずにオリフィスに組成物を通過させるために十分な強度を有する１つ以上のオリフィスを有する材料を挙げることができる。一般に、穿孔基材としては、例えば、米国特許第５，０９０，９６８号（この開示内容を本明細書に援用する）に記載されるようなメッシュスクリーン、フィルムダイ、スピナレットダイ、米国特許第４，３９３，０２１号などに記載されるようなふるい分けウェブ、または米国特許第４，７７３，５９９号などに記載されるようなスクリーン（これらの記載内容を本明細書に援用する）を挙げることができる。本発明の実施態様の１つでは、穿孔基材は、直径が約２５μｍ（１ミル）〜約１２，７００μｍ（５００ミル）の範囲の円形オリフィスを有する円錐形のスクリーンを有する。別の実施態様では、穿孔基材は、直径が約３８１μｍ（１５ミル）〜約６３５０μｍ（２５０ミル）の範囲の円形オリフィスを有する円錐形のスクリーンを有する。
【００６８】
図３の形成装置１８は、例えば、押出機、製粉／粒度減少機、ペレタイザー（ｐｅｌｌｉｔｉｚｅｒ）、またはパンアグロメレータなどの材料形成装置でありうる。図４は、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」の商品名でＹ−Ｔｒｏｎ　Ｑｕａｄｒｏ（Ｕ．Ｋ．）有限会社（英国、Ｃｈｅｓｈａｍ）より入手可能である粒度減少機である好ましい形成装置４０を示す。形成装置４０は回転自在軸４４に取り付けられた羽根車４３を有する。軸４４および羽根車４３は、入力部４８および出力部５０を有するチャネル４６に配置されている。羽根車４３は、羽根車４３の外縁４５と篩５６の先細開口壁５８との間に裂け目５２が存在するように形成されて取り付けられ、羽根車４３が軸４４の周りを回転すると裂け目５２は実質的に一定である。
【００６９】
一般に、羽根車４３の断面形状は、例えば、円形、扁平、または角形扁平でありうる。通常、本発明において用いられる羽根車４３の形状は円形である。１つの実施形態では、羽根車４３の形状は矢じり状である。
【００７０】
裂け目５２の幅は、例えば、２５マイクロメートル（１ｍｉｌ）ないし５０８０マイクロメートル（２００ｍｉｌｓ）の範囲でありうる。通常、裂け目５２の幅は１２７マイクロメートル（５ｍｉｌｓ）ないし１２７０マイクロメートル（５０ｍｉｌｓ）である。
【００７１】
セラミック凝集前駆体粒子の形成を最適化する調節羽根車４３の回転速度は、当業者には容易に明らかになろう。通常、羽根車４３の回転速度は５０〜３５００ｒｐｍである。
【００７２】
チャネル４６は、入力部４８から出力部５０へ通過する材料が篩５６を通過するように篩５６を保持すように形成され、配置された支持部５４も含有する。篩５６は、截頭円錐状に形成される先細開口壁５８を有するように形成され、篩５６の広い端６０が開放しており、狭い端６２が少なくとも部分的に閉鎖している。ほとんどの用途では、狭い端６２が完全に閉鎖されていることが望ましい。篩５６は形成されたオリフィス６４を有する。
【００７３】
図５に示したように、篩オリフィス６４は、曲線状、円形、または、例えば、三角形、正方形、および六角形を含めて多角形でありうる。通常、本発明において用いられる篩オリフィス６４の形状は円形または正方形である。篩オリフィス６４の好ましい形状は、円形、または径すなわち直径３８１マイクロメートル（１５ｍｉｌ）ないし６３５０マイクロメートル（２５０ｍｉｌ）のサイズ範囲の円形である。
【００７４】
図４から容易に確認できるように、軸４４の端６６はチャネル４６から突出している。軸４４の端６６には電源（図示せず）を容易に付着し、軸４４および付着羽根車４３を篩５６に対して回転させることができる。通常、電源は変速電気モータである。しかし、電源は従来型であり、多くの他の電源は装置４０の操作に適したものとなる。
【００７５】
別の態様では、本発明は、セラミック凝集前駆体粒子中に存在する組成物を少なくとも部分的に硬化させることを含む。例えば図３に示されるような実施態様の１つでは、セラミック凝集前駆体粒子は、重力によって落下して硬化ゾーン２４を通過するときに少なくとも部分的に硬化し始める。図３に示されるように、少なくとも部分的に硬化することによって、取り扱い可能で捕集可能なセラミック凝集前駆体粒子２８を得ることができ、これらを容器３０に捕集することができる。
【００７６】
セラミック凝集前駆体粒子の少なくとも部分的な硬化は、エネルギー源２６によって引き起こしうる。例示的なエネルギー源２６として熱および放射線エネルギーが挙げられる。通常、放射線エネルギー源が用いられる。例示的な放射線エネルギー源は電子ビーム、紫外線、可視光線、マイクロ波、レーザー光、およびそれらの組合せである。
【００７７】
１つの実施形態では、放射線エネルギー源２６として紫外線が用いられ、反射鏡２５が硬化ゾーン２４で用いられ、前駆体凝集砥粒に伝導されるエネルギーを増強するようにして紫外線波を反射する。紫外線放射線は、約４〜約４００ナノメートル、好ましくは約２５０〜約４００ナノメートルの範囲内の波長を有する非微粒子放射線を指す。１つの実施形態では、少なくとも部分的な放射線硬化に用いられる装置が、「ＤＲＥ　４１０　Ｑ」の商品名でＦｕｓｉｏｎ　ＵＶ　Ｓｙｓｔｅｍｓ株式会社（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ、ＭＤ）より入手可能なものなどである。１つの実施形態では、「ＤＲＥ　４１０　Ｑ」放射線装置には、例えば、「高」出力に設定された２個の６００ｗ「ｄ」融合光が備え付けられている。
【００７８】
可視放射線は、約４００〜約８００ナノメートルの範囲内の波長を有する非微粒子放射線を指す。１つの実施形態では、約４００〜約５５０ナノメートルの範囲内の波長を有する非粒子性放射線が用いられる。
【００７９】
他の実施形態では、熱エネルギー源を用いることができる。利用しうる例示的な熱エネルギー源として電気または燃焼熱源が挙げられる。別の実施形態では、熱エネルギー源として赤外線を用いることができる
【００８０】
セラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的に硬化させて取り扱い可能で捕集可能なセラミック凝集前駆体粒子を得るために必要な放射エネルギーの量は、例えば、硬化性バインダー前駆材料の種類、セラミックバインダー前駆材料の種類、硬化ゾーンでの滞留時間、固体粒子の種類、および任意の改質添加剤の種類（使用される場合）などの要因に依存しうる。
【００８１】
任意に、本発明の方法により製造されるセラミック凝集前駆体粒子は、熱エネルギー、放射エネルギー、またはそれらの組み合わせを使用してさらに少なくとも部分的に硬化させることができる。さらに部分的に硬化させることによって、取り扱いや捕集のための剛性の増加などの種々の性質を有するセラミック凝集前駆体粒子を得ることができる。通常、取り扱い可能で捕集可能なセラミック凝集粒子は、工程段階を通してセラミック凝集前駆体粒子が凝集性のままとなる傾向にある。通常、工程段階中のある時点で粒子が物理的に移動すると、取り扱い可能で捕集可能なセラミック凝集粒子は破壊されやすい。実施態様の１つでは、第１のセラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的に硬化させることによって、硬化性バインダー前駆材料と、セラミックバインダー前駆材料と、複数の固体粒子と、第１のセラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的に硬化させた生成物とを含む第２のセラミック凝集前駆体粒子が得られる。本発明の方法は、取り扱い可能で捕集可能な第２のセラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的に硬化させることをさらに含む。
【００８２】
本発明の実施態様の１つでは、セラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的に硬化させた後の次の工程は、全孔隙体積（ｍｌ／ｇ）、見かけの粒子体積（ｍｌ／ｇ）、体積％多孔度、見かけのかさ密度（ｇ／ｃｍ３）、または圧潰強度（ポンド）などの所望の性質を有するセラミック凝集粒子を得るために十分温度で十分な時間のあいだセラミック凝集前駆体粒子を加熱することを含む。全孔隙体積および見かけの粒子体積は、水銀圧入ポロシメトリー分析によって測定される。水銀圧入ポロシメトリー分析は実施例９〜１４でさらに詳細に説明している。全孔隙体積は、毛管現象によって水銀がセラミック凝集粒子内に圧入することができる、粒子の外面と連絡するセラミック凝集粒子内の開放空間（すなわち表面連絡孔隙）の質量規格化全体積である。水銀圧入ポロシメトリーは、約０．０７μｍ〜約９００μｍの範囲の孔径を有する粒子への水銀の圧丹生を測定する。通常、本発明の凝集粒子の体積％多孔度は最大約２５％である。体積％多孔度は、（全孔隙体積／見かけの粒子体積）×１００で計算される。見かけの粒子体積は、セラミック凝集粒子によって置き換えられる水銀の体積である。見かけのかさ密度は、セラミック凝集粒子質量の見かけの粒子体積に対する比である。圧潰強度は、圧縮荷重下で粒子を破壊するために必要な力の平均であり、試験手順２で詳細に説明している。本発明の方法によって得られる代表的な値については後述する。
【００８３】
実施態様の１つでは、加熱は、以下の２段階の焼成段階を含む。焼成工程の２つの段階は、通常は別々の時間に実施されるが、１つの焼成炉サイクル内で同時に続けて実施することもできる。実施態様の１つでは、第１の（すなわち、予備焼成）段階は、アクリレート樹脂などの硬化および／または未硬化材料を除去し、取り扱い可能で捕集可能な粒子が得られるようにセラミックバインダー前駆材料を互いに十分に接合させるために、低速（通常、２℃／分）で室温から約５００°℃〜約６５０℃の範囲の最終温度までセラミック凝集前駆体粒子を加熱し、通常は約１〜約４時間その最終温度に粒子を曝露することを含む。通常、第１の段階の進行中に加熱されることによって、セラミック凝集前駆体粒子の圧潰強度は最小値まで減少する。硬化および／または未硬化材料が完全に熱分解するとセラミック凝集前駆体粒子に空隙が生じ、取り扱い可能で捕集可能な粒子が得られるほどセラミックバインダー前駆材料は互いに十分に接合していないためため、通常は硬化および／または未硬化材料が完全に熱分解することによってこの最小値が生じる。しかしながら、最終温度への加熱が持続すると、通常はセラミックバインダー前駆材料が互いに十分に接合し始めて、粒子の圧潰強度が増加し、取り扱い可能で捕集可能な粒子が得られる。通常は粒子は完全に熱分解されることによって取り扱い可能で捕集可能にはならないため、粒子に加わる力を最小限にして粒子が無傷残るように、一般に第１の段階中には固定層が使用される。第１の段階の固定層焼成に好適な焼成窯の例としては、シャトル窯、ローラーハース窯、プッシャープレート窯、およびベルト炉が挙げられる。実施態様の１つでは、２℃／分などの低速で加熱することによって、第１の段階中のセラミック凝集前駆体粒子の硬化および／または未硬化材料の熱分解速度が制御される。通常、加熱速度が比較的速いと、セラミック凝集前駆体粒子の破壊が最も起こりやすい速度で硬化および／または未硬化材料が気体に分解しやすくなる。通常、予備焼成段階の加熱は、アクリレート樹脂などの硬化および／または未硬化材料の完全な熱分解を促進するために酸化性雰囲気（例えば、空気）で実施される。好ましくは、予備焼成温度および加熱速度は、予備焼成段階終了時に前駆体セラミック凝集粒子からすべての硬化および／または未硬化材料が除去されるように選択される。
【００８４】
通常、第２の焼成段階では、硬化および／または未硬化材料が残留しない予備焼成粒子を、任意の所望の加熱速度で約６５０℃〜約１５００℃の範囲の最終温度まで加熱する。この場合も、材料の熱分解による気体が発生すると粒子が破損して所望の粒子形状均一性に影響しうるので、予備焼成粒子中には硬化および／または未硬化材料が残留しないことが好ましい。通常、セラミックバインダー前駆材料の部分的または完全な緻密化が起こるようにするため、粒子は１〜４時間のあいだ最終温度に曝露されるのが一般的である。本発明で使用される場合、「緻密化」は、セラミック凝集粒子内部の開放空間が部分的または完全になくなり、粒子密度が増加した（すなわち、単位粒子質量当たりの粒子体積が減少した）セラミック凝集粒子が得られることを意味する。予備焼成粒子は取り扱い可能で捕集可能であり、ひずみや変形を生じさせる力が加わっても無傷のままであるので、実施態様の１つでは、第２の焼成段階中の加熱は、固定層で行ってもよいし非固定層で行ってもよい。非固定層の例としては、ロータリーキルンまたは流動床焼成法が挙げられる。
【００８５】
最終焼成温度と粒子の最終温度への曝露時間は、全孔隙体積（ｍｌ／ｇ）、体積％多孔度、見かけのかさ密度（ｇ／ｃｍ３）、および圧潰強度（ポンド）に影響を与えうる。最終焼成温度の上昇、および／またはセラミック凝集粒子の最終焼成温度への曝露時間の増加につれて、セラミック凝集粒子の全孔隙体積と体積％多孔度の両方は減少する傾向にある。実施態様の１つでは、全孔隙体積は約０．０１ｍｌ／ｇ〜約０．０５ｍｌ／ｇの範囲内となりうる。別の実施態様では、全孔隙体積は約０．００２ｍｌ／ｇ〜約０．２５ｍｌ／ｇの範囲内となりうる。実施態様の１つでは、体積％多孔度は約２５％〜約５％の範囲内となりうる。別の実施態様では、体積％多孔度は約４０％〜約１％の範囲内となりうる。最終焼成温度の上昇、および／またはセラミック凝集粒子の最終焼成温度への曝露時間の増加につれて、見かけのかさ密度は増加する傾向にある。実施態様の１つでは、見かけのかさ密度は約２．５ｇ／ｃｍ３〜約３．０ｇ／ｃｍ３の範囲内となりうる。別の実施態様では、見かけのかさ密度は約２．０ｇ／ｃｍ３〜約４．０ｇ／ｃｍ３の範囲内となりうる。最終焼成温度の上昇、および／またはセラミック凝集粒子の最終焼成温度への曝露時間の増加につれて、圧潰強度は増加する傾向にある。実施態様の１つでは、圧潰強度は約５ポンド（２．３ｋｇ）〜約２５ポンド（１１．３ｋｇ）の範囲内となりうる。別の実施態様では、圧潰強度は約２ポンド（０．９ｋｇ）〜約８０ポンド（３６．３ｋｇ）の範囲内となりうる。
【００８６】
通常、少なくとも部分的に硬化したセラミック凝集前駆体粒子は、加熱中に互いに固着するのを防止するために、金属酸化物粒子で少なくとも部分的にコーティングされる。複数の焼成段階が別々の時間に行われる場合、予備焼成の前で第２の焼成段階の前に、セラミック凝集前駆体粒子が金属酸化物粒子でコーティングされるのが一般的である。実施態様の１つでは、セラミック凝集前駆体粒子を少なくとも部分的にコーティングするために使用される金属酸化物粒子の量は、セラミック凝集前駆体粒子の約５重量％〜１０重量％である。実施態様の１つでは、金属酸化物粒子は水和アルミナを含む。
【００８７】
別の実施態様では、本発明による方法は、少なくとも部分的な硬化および／または加熱の後のそれぞれに、セラミック凝集前駆体粒子および／またはセラミック凝集粒子の平均粒度の減少が改良されうる。通常、平均粒度の減少は、粉砕、破砕、または転動の少なくとも１つを使用して行われる。実施態様の１つでは、図４に示される装置４０を、セラミック凝集前駆体粒子および／またはセラミック凝集粒子の平均粒度を減少させるために使用することができる。
【００８８】
本発明によるセラミック凝集粒子の実施態様のその他の製造方法は、例えば、同時係属出願の米国特許出願番号第　　　　　　号（代理人整理番号第５５３０４ＵＳ００２号）（本出願と同日出願であり、本明細書に援用される）に見ることができる。
【００８９】
以上の本発明の凝集体の製法は、成形などの従来のセラミック凝集粒子製造方法よりも、一般に低コストであり、より少ない段階数、狭い場所、および少ない労働力しか必要としない。
【００９０】
本発明の方法により製造されるセラミック凝集粒子は、例えば、研磨材、屋根用粒剤、ろ過製品、硬質コーティング、ショットブラスト媒体、混転媒体、ブレーキライニング、スリップ防止および耐摩耗性コーティング、人工骨、歯科用組成物、再帰反射シーティング、および積層複合構造体などに使用可能である。実施態様の１つでは、本発明による方法は、硬化セラミック凝集粒子の少なくとも一部を研磨物品バインダー材料および研磨材料と組み合わせて研磨物品を得ることを含む。好適な研磨物品としては、被覆研磨物品（不織研磨物品を含む）および接合研磨物品が挙げられる。
【００９１】
本発明による研磨セラミック凝集体は、被覆研磨製品、接合研磨製品（ビトリファイド、レジノイド、および金属接合研削砥石、カットオフホイール、マウンテッドポイント、およびホーニング砥石など）、不織研磨製品、および研磨ブラシなどの従来の研磨製品に使用することができる。通常、研磨製品（すなわち、研磨物品）は、バインダーと、バインダーによって研磨製品内に固定される研磨粒子（本発明が実施される場合は本発明による研磨凝集体を含む）とを含む。このような研磨製品の製造方法および研磨製品の使用方法は、当業者には公知である。さらに、本発明による研磨凝集体は、研磨用コンパウンド（例えば、つや出しコンパウンド）のスラリー、粉砕媒体、ショットブラスト媒体、振動ミル媒体などを利用する研磨用途に使用することができる。
【００９２】
一般に、被覆研磨製品は、バッキング、研磨材料、および研磨粒子（本発明が実施される場合は、本発明によるセラミック研磨凝集体の形態に互いに凝集した研磨粒子を含む）をバッキング上に保持するための少なくとも１種類のバインダーを有する。バッキングは、布、ポリマーフィルム、繊維、不織ウェブ、紙、それらの組み合わせ、ならびにそれらを処理したものなどの任意の好適な材料であってよい。バインダーは、無機または有機バインダー（熱硬化性樹脂および放射線硬化性樹脂を含む）などの任意の好適なバインダーであってよい。研磨粒子は、被覆研磨製品の１層中または２層中に存在することができる。
【００９３】
被覆研磨製品の例を図６に示す。この図を参照すると、被覆研磨製品１０１は、バッキング（基材）１０２と研磨層１０３とを有する。研磨層１０３は、メイクコート１０５とサイズコート１０６によってバッキング１０２の主面に固定された本発明による研磨セラミック凝集体１０４を有する。場合によっては、スーパーサイズコート（図示していない）が使用される。
【００９４】
通常、接合研磨製品は、有機、金属、またはガラス状のバインダーで互いに保持される研磨粒子（本発明が実施される場合は研磨セラミック凝集体を含む）の成形塊状体を有する。このような成形塊状体は、例えば、研削砥石やカットオフホイールなどのホイールの形態であってよい。一般に、研削砥石の直径は約１ｃｍ〜１ｍ超であり、カットオフホイールの直径は約１ｃｍ〜８０ｃｍ超（より一般的には３ｃｍ〜約５０ｃｍ）である。カットオフホイールの厚さは一般に約０．５ｍｍ〜約５ｃｍであり、より一般的には約０．５ｍｍ〜約２ｃｍである。成形塊状体は、例えば、ホーニング砥石、セグメント、マウンテッドポイント、ディスク（例えば二重ディスクグラインダー）、または他の従来の接合研磨材の形状であってもよい。通常、接合研磨製品は、接合研磨製品の全体積を基準にして、約３〜５０体積％の接合材料、約３０〜９０体積％の研磨材料、最大５０体積％の添加剤（研削助剤を含む）、および最大７０体積％の孔隙を有する。通常、研削砥石の多孔度は少なくとも１０％、２０％であり、ばあいによってはより大きな値となる。
【００９５】
代表的な接合研磨材は研削砥石である。図７を参照すると、本発明による研磨セラミック凝集体１１１を有し、ホイールに成形され、ハブ１１２に取り付けられた研削砥石１１０が示されている。本発明による研磨凝集体の実施態様の利点は、研削砥石などの接合研磨材を使用すると、金属除去中にチップクリアランスのための空間が形成されうることである。すなわち、本発明による研磨凝集体のある実施態様で存在する孔隙によって、金属除去中にチップクリアランスのための空間が形成されうる。
【００９６】
通常、不織研磨製品は、開放孔隙を有し嵩高い（ｌｏｆｔｙ）ポリマーフィラメント構造を含み、この構造は、構造全体に分散し有機バインダーによって接合された研磨粒子（本発明が実施される場合は研磨セラミック凝集体を含む）を有する。フィラメントの例としては、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が挙げられる。図８は、約１００倍に拡大した代表的不織研磨製品の概略図を示している。このような不織研磨製品は、基材として繊維マット１５０を有し、その上に本発明による研磨セラミック凝集体１５２がバインダー１５４によって接着される。
【００９７】
有用な研磨ブラシとしては、バッキングと一体となった複数の剛毛を有する研磨ブラシが挙げられる（例えば、米国特許第５，４２７，５９５号（Ｐｉｈｌら）、第５，４４３，９０６号（Ｐｉｈｌら）、第５，６７９，０６７号（Ｊｏｈｎｓｏｎら）、および第５，９０３，９５１号（Ｉｏｎｔａら）が参照でき、これらの開示内容を本明細書に援用する）。このようなブラシとしては、ポリマーと研磨粒子（本発明が実施される場合は研磨セラミック凝集体を含む）の混合物を射出成形性して製造されるブラシが挙げられる。
【００９８】
研磨製品の製造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、ペンダントα，β−不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシ、およびそれらの組み合わせが挙げられる。バインダーおよび／または研磨製品は、繊維、潤滑剤、湿潤剤、揺変性材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤（例えば、カーボンブラック、酸化バナジウム、黒鉛など）、カップリング剤（例えば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミン酸塩など）、可塑剤、懸濁剤などの添加剤も含むことができる。これらの任意の添加剤の量は、所望の性質が得られるように選択される。カップリング剤は、研磨粒子および／または充填剤の接着性を向上させうる。バインダーの化学的性質は、熱硬化、放射線硬化、またはそれらの組み合わせであってよい。バインダーの化学的性質に関するさらなる詳細は、米国特許第４，５８８，４１９号（Ｃａｕｌら）、第４，７５１，１３７号（Ｔｕｍｅｙら）、および第５，４３６，０６３号（Ｆｏｌｌｅｔｔら）に見ることができ、これらの開示内容を本明細書に援用する。
【００９９】
ビトリファイド接合研磨材、ガラス状接合材料（非晶質構造を示し、通常は硬質である）に関するさらなる詳細は当業者には公知である。接合ビトリファイド研磨製品の形状は、ホイール（カットオフホイールなど）、ホーニング砥石、マウンテッドポイント、または他の従来の接合研磨材の形状であってよい。ビトリファイド接合研磨製品の例は研削砥石である。
【０１００】
ガラス接合材料を製造するために用いられる金属酸化物の例として、シリカ、ケイ酸塩類、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、およびそれらの組合せなどが挙げられる。通常、ガラス接合材料は、１０〜１００％のガラスフリットを含む組成物から製造することができるが、より一般的にはこの組成物は２０％〜８０％のガラスフリット、あるいは３０％〜７０％のガラスフリットを含む。ガラス接合材料の残りの部分は非フリット材料であってよい。あるいは、ガラス接合が非フリット含有組成物から誘導される場合もある。ガラス接合材料は通常、約７００℃〜約１５００℃の範囲の温度で養生が行われ、通常は約８００℃〜約１３００℃の範囲内の温度、場合によっては約９００℃〜約１２００℃の温度、さらには約９５０℃〜約１１００℃の範囲内の温度で養生が行われる。接合が養生される実際の温度は、例えば個々の接合の化学的性質によって変動する。
【０１０１】
ビトリファイド接合材料の例としては、シリカ、アルミナ（例えば、少なくとも１０重量％のアルミナ）、およびボリア（例えば、少なくとも１０重量％のボリア）を含む材料が挙げられる。ほとんどの場合、ビトリファイド接合材料は、アルカリ金属酸化物（例えば、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏ）（場合によっては少なくとも１０重量％のアルカリ金属酸化物）をさらに含む。
【０１０２】
バインダー材料は、通常は粒子状材料の形態である充填材料または研削助剤も含むことができる。通常、粒子状材料は無機材料である。本発明に有用な充填材および研削助剤の例は前述している。
【０１０３】
本発明の研磨製品は、本発明による研磨セラミック凝集体を１００％含んでもよいし、このような凝集体と他の研磨粒子および／または希釈粒子の混合物を含んでもよい。しかしながら、研磨製品中の研磨粒子の少なくとも約２重量％、より一般的には少なくとも約５重量％、さらにより一般的には約３０〜１００重量％は、本発明による研磨セラミック凝集体であるべきである。場合によっては、本発明による研磨凝集体は、他の研磨粒子および／または希釈粒子と、５重量％：７５重量％、約２５重量％：７５重量％、約４０重量％：６０重量％、または約５０重量％：５０重量％（すなわち、同重量）の比率で混合することができる。好適な研磨粒子の例としては、溶融酸化アルミニウム（白色溶融アルミナ、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、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナ−ジルコニア、ゾルゲル誘導研磨粒子、およびこれらと類似のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ゾルゲル誘導研磨粒子は、核形成されてもされなくてもよい。同様に、ゾルゲル誘導研磨粒子は、不規則な形状の場合おあるし、三角形などのと関連する形状を有する場合もある。ゾルゲル研磨粒子の例としては、前述のものが挙げられる。研磨凝集体は、希釈粒子と実質的に同じ粒度であってよい。逆に、研磨凝集体は希釈粒子よりも大きな粒度であってもよい。さらに、その他の有用な溶融研磨粒子としては、例えば、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（それぞれ２０００年７月１９日に出願された）、ならびに第０９／７７２，７３０号（２００１年１月３０日に出願された）に開示されており、これらの記載内容を本明細書に援用する。
【０１０４】
本発明による研磨セラミック凝集体は、他の研磨凝集体と組み合わせることもできる。他の研磨凝集体のバインダーは、有機および／または無機であってよい。研磨凝集体に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第４，３１１，４８９号（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ）、第４，６５２，２７５号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒら）、第４，７９９，９３９号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒら）、第５，５４９，９６２号（Ｈｏｌｍｅｓら）、および第５，９７５，９８８号（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ）に見ることができ、これらの開示内容を本明細書に援用する。
【０１０５】
適切な希釈剤粒子の例として大理石、石膏、フリント、シリカ、鉄酸化物、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めて）、アルミナバブル、アルミナビーズ、および希釈剤凝集体が挙げられる。
【０１０６】
本発明の研磨粒子は、研磨物品中に均一に分散する場合もあるし、研磨物品の選択された領域または部分に集中する場合もある。例えば被覆研磨材の場合、研磨粒子／砥粒の２層である場合がある。第１の層は、本発明以外の研磨粒子／砥粒を含む、第２の（最外）層は本発明による研磨セラミック凝集体を含む。接合研磨材の場合も同様であり、研削砥石に２つの別個の区画が存在してもよい。最外区画が本発明による研磨セラミック凝集体を含むことができ、最内区画は含まない。あるいは、本発明による研磨セラミック凝集体は、接合研磨物品全体に均一に分砂なしてもよい。
【０１０７】
被覆研磨製品に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第４，７３４，１０４号（Ｂｒｏｂｅｒｇ）、第４，７３７，１６３号（Ｌａｒｋｅｙ）、第５，２０３，８８４号（Ｂｕｃｈａｎａｎら）、第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）、第５，３７８，２５１号（Ｃｕｌｌｅｒら）、第５，４１７，７２６号（Ｓｔｏｕｔら）、第５，４３６，０６３号（Ｆｏｌｌｅｔｔら）、第５，４９６，３８６号（Ｂｒｏｂｅｒｇら）、第５，６０９，７０６号（Ｂｅｎｅｄｉｃｔら）、第５，５２０，７１１号（Ｈｅｌｍｉｎ）、第５，９５４，８４４号（Ｌａｗら）、第５，９６１，６７４号（Ｇａｇｌｉａｒｄｉら）、および第５，９７５，９８８号（Ｃｈｒｉｓｔｉｎａｓｏｎ）に見ることができ、これらの開示内容を本明細書に援用する。接合研磨製品に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号（Ｒｕｅ）、第４，７４１，７４３号（Ｎａｒａｙａｎａｎら）、第４，８００，６８５号（Ｈａｙｎｅｓら）、第４，８９８，５９７号（Ｈａｙら）、第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙら）、第５，０３８，４５３号（Ｎａｒａｙａｎａｎら）、第５，１１０，３３２号（Ｎａｒａｙａｎａｎら）、および第５，８６３，３０８号（Ｑｉら）に見ることができ、これらの開示内容を本明細書に援用する。さらに、ガラス接合研磨材に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第４，５４３，１０７号（Ｒｕｅ）、第４，８９８，５９７号（Ｈａｙ）、第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙら）、第５，０９４，６７２号（Ｇｉｌｅｓら）、第５，１１８，３２６号（Ｓｈｅｌｄｏｎら）、第５，１３１，９２６（Ｓｈｅｌｄｏｎら）、第５，２０３，８８６号（Ｓｈｅｌｄｏｎら）、第５，２８２，８７５号（Ｗｏｏｄら）、第５，７３８，６９６号（Ｗｕら）、および第５，８６３，３０８号（Ｑｉ）に見ることができ、これらの開示内容を本明細書に援用する。不織研磨製品に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第２，９５８，５９３号（Ｈｏｏｖｅｒら）に見ることができ、この開示内容を本明細書に援用する。
【０１０８】
本発明による研磨凝集体を使用した研磨方法は、スナッギング（すなわち、高圧高ストック除去）から研磨（例えば、被覆研磨ベルトによる医療用インプラントの研磨）まで広範囲にわたることができ、通常後者はより微細な等級（例えば、ＡＮＳＩ　２２０未満でより微細な）研磨粒子で実施される。本発明の研磨凝集体は、ビトリファイド接合ホイールによるカムシャフトの研削などの精密研磨用途に使用することもできる。特定の研磨用途に使用される研磨凝集粒子（およびこのような凝集体を含む研磨粒子）の粒度は当業者には明らかであろう。
【０１０９】
本発明による研磨物品での研磨は、乾式または湿式で行うことができる。湿式研磨では、完全にあふれ出るように弱いミストの形で液体を供給して導入することができる。一般に用いられる液体の例として、水、水溶性油、有機潤滑剤、およびエマルションが挙げられる。この液体は、研磨に伴う熱の軽減に使用および／または潤滑剤として作用しうる。この液体は殺菌剤、消泡剤などの少量の添加剤を含有することができる。
【０１１０】
本発明による研磨凝集体は、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具綱、ステンレス鋼、硬化鋼、チタン、ガラス、セラミックス、木材、木材様材料、塗料、塗装表面、有機被覆表面などのワークピースを研磨するために用いることができる。研磨中の応力は通常、約１〜約１００キログラムである。
【０１１１】
本発明による研磨凝集体は、遊離した形態、または研磨凝集体が液体媒体（例えば水）中に分散したスラリーの形態で使用することもできる。
【０１１２】
再び、実施態様の１つである図１を参照すると、固体粒子８４は砥粒であり、バインダー８２は例えば０．２：２．０などの比較的低い体積比で存在する。これによって、主に砥粒（好ましくは粒度１２５〜１５００ミクロン）を含む凝集体が得られる。バインダー８２は、固体粒子の最外面８８と形状がほぼ一致している。通常、粒子の最外面８８上のバインダー８２の厚さは比較的薄く、粒子の大きさに依存する。一般に、バインダー８２の厚さは粒子の断面寸法の約１０％以下であり、通常は約０．０５ミクロン〜１５０ミクロンの間である。ある実施態様では、このような凝集体から、長時間一貫して高い切削速度が持続する研磨物品を製造することができる。例えば、同等製品を基準にして、切削速度が最大２００％、寿命が最大５００％（通常２００〜５００％）の研磨物品を得ることができる。このような凝集体を使用する研磨物品は、ある時間の間で工作物仕上を含めてより一貫した性能が得られる。さらに、砥粒８４の形状へのバインダー８２の適合性が高いために凝集粒子の表面積が増加することによって、これらの粒子を混入または運搬する研磨物品のメイクコートと強く接着した粒子が得られる。
【０１１３】
以下の実施例によって、本発明の特定の実施態様についてさらに説明する。本発明は実施例で説明する実施態様の修正および変形も含み、説明する実施例に本発明の請求する範囲が制限されるものではないことは当業者には理解できるであろう。
【０１１４】
実施例
実施例において以下の略語を使用する（他に明記しない限り、実施例に含まれるすべての部、パーセント値、比率などは重量を基準にしている）：
ＡＯ：熱処理溶融酸化アルミニウム砥粒、Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ（Ｖｉｌｌａｃｈ，Ａｕｓｔｒｉａ）より商品名「ＡＬＯＤＵＲ　ＢＦＲＰＬ」で市販される。ＡＯＰ：α−酸化アルミニウム粉末、Ａｌｃｏａより商品名「Ａ−１６　ＳＧ」で市販される。
ＡＳＦ：非晶質シリカ充填剤、ＤｅＧｕｓｓａ　Ｃｏｒｐ．（Ｒｉｃｈｆｉｅｌｄ　Ｐａｒｔ，ＮＪ）より商品名「ＯＸ−５０」で市販される。
ＡＧ３２１：ゾルゲル誘導アルミナ系砥粒、３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より商品名「Ｃｕｂｉｔｒｏｎ　３２１」で市販される。
ＢＰ：ベーマイト（γ−アルミナ一水和物）、Ｃｏｎｄｅａ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｈａｍｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ）より商品名「Ｄｉｓｐｅｒａｌ」で市販される。
ＣａＣＯ３：炭酸カルシウム充填剤、Ｊ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ　Ｃｏｒｐ．（Ｑｕｉｎｃｙ，ＩＬ）より商品名「Ｃｈｅｍ　Ｑ　３２５」で市販される。
ＣＨ：クメンヒドロペルオキシド、Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）より商品番号２４，７５０−２で市販される。
ＣＲＹ：氷晶石ナトリウム、Ｔａｒｃｏｎａｒｄ　Ｔｒａｄｉｎｇ　ａ／ｓ（Ａｖｅｒｎａｋｋｅ　Ｎｙｂｅｒｇ，Ｄｅｎｍａｒｋ）より商品名「ＲＴＮ」で市販される。
ＩＯ：赤色酸化鉄粉末、Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ　Ｐｉｇｍｅｎｔｓ　Ｉｎｃ．（Ｅ．Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＩＬ）より商品名「Ｋｒｏｍａ　ＲＯ−８０９７」で市販される。
ＫＢ１：光開始剤の２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニル−１−エタノン、Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．より商品名「ＥＳＡＣＵＲＥ　ＫＢ１」で市販される。
ＫＢＦ４：テトラフルオロホウ酸カリウムのＳＰＥＣ　１０２および１０４、Ａｔｏｔｅｃｈ　ＵＳＺ　Ｉｎｃ．（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ）より市販される。
ＰＥＴ：エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）コポリマープライマーを有する厚さ５ミル（１２５ミクロン）のポリエステルフィルム、３Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より商品名「Ｓｃｏｔｃｈｐａｒ　Ｐ９９０」で市販される。ＰＨ２：光開始剤の２−ベンジル−２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−１−ブタノン、Ｃｉｂａ　Ｇｅｉｇｙ　Ｃｏｒｐ．より商品名「Ｉｒｇａｃｕｒｅ　３６９」で市販される。
ＳＣ：炭化ケイ素砥粒、３Ｍ社（Ｓｔ．Ｐａｕｌ、ＭＮ）より市販。
ＲＥＯ：硝酸ランタン、硝酸ネオジム、および硝酸イットリウムの溶液［２０．５％のＬａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、２０．１％のＮｄ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、２６．１％のＹ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、Ｍｏｌｙｃｏｒｐ（Ｌｏｕｒｖｉｅｒｓ，ＣＯ）より入手可能］を、十分な量のＭＧＮおよびコバルトの硝酸塩［１５％のＣｏ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、Ｈａｌｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｗｉｃｋｌｉｆｆｅ，Ｏｈｉｏ）より入手可能］と混合して調製され、約５．８％のＬａ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、約５．８％のＮｄ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、約７．１％のＹ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、約１４．４％のＭｇ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、約０．４％のＣｏ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ、および残分の脱イオン水を含有する溶液。
ＳＣＡ：シランカップリング剤の３−メタクリロキシプロピル−トリメトキシラン、ＯＳＩ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ，ＣＴ）より商品名「Ａ−１７４」で市販される。
ＳＧＰ：アルミノホウケイ酸塩ガラス粉末（３２５メッシュ）、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｇｌａｓｓ　Ｉｎｃ．（Ｏｌｄｓｍａｒ，ＦＬ）より商品名「ＳＰ１０８６」で市販される。
ＴＡＴＨＥＩＣ：トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレート、Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．より商品名「ＳＲ３６８」で市販される。
ＴＭＰＴＡ：トリメチロールプロパントリアクリレート、Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．より商品名「ＳＲ３５１」で市販される。
【０１１５】
手順１：セラミック凝集前駆体スラリーを調製するための一般的手順
ミキサー（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）を使用して砥粒、ガラス粉末、アクリレート樹脂、および開始剤を十分に混合して研磨スラリーを調製した。具体的な処方は表２、４、６、９、１２、および１３に見ることができる。研磨スラリーは、フラットビーター型インペラを使用し低速で作動するミキサーで３０分間混合し、機械的加熱および反応熱によって約９０°Ｆ（３２℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）の範囲内の温度に加熱した。この時点で、研磨スラリーは非常に濃厚であり、セメント様の取り扱い特性を有した。続いて、混合したスラリーをさらに加工する前に、冷蔵庫に少なくとも４５分間入れて冷却した。冷蔵庫の温度は約４０°Ｆ（４℃）〜約４５°Ｆ（７℃）の範囲内であった。
【０１１６】
手順２：セラミック凝集前駆体粒子を作製するための一般的手順
「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」材料成形装置（Ｑｕａｄｒｏ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｍｉｌｂｏｕｒｎｅ，ＮＪ）より商品名「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」で入手、モデル番号１９７）を使用して、セラミック凝集前駆体スラリーを凝集前駆体粒子に成形した。セラミック凝集前駆体粒子の所望の断面形状によって、異なる形状のオリフィスを使用した。円形の断面を有するセラミック凝集前駆体粒子を製造するためには、円形オリフィスを有する円錐形スクリーンを使用した。正方形の断面を有するセラミック凝集前駆体粒子を製造するためには、正方形オリフィスを有する円錐形スクリーンを使用した。手で「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」のホッパーにスラリーを加えながら、インペラをプリセット速度（ｒｐｍ）の３５０ｒｐｍで回転させた。回転するインペラによってスラリーは円錐形スクリーンのオリフィスに押し付けられて通過し、臨界長さ（通常、成形された組成物と穿孔基材の間の付着力よりも粒子重量が大きくなると臨界長さに到達する）に到達すると、フィラメント状の形状のセラミック凝集前駆体粒子がスクリーンの外側から分離され、重力によって落下して、２つの６００Ｗ「ｄ」Ｆｕｓｉｏｎランプが取り付けられ「高」出力に設定されたＵＶ硬化室（Ｆｕｓｉｏｎ　ＵＶ　Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ）より入手、モデル番号ＤＲＥ　４１０　Ｑ）を通過する。ＵＶ線に曝露することによってセラミック凝集前駆体粒子は少なくとも部分的に硬化し、それによって取り扱い可能で捕集可能な粒子に変化する。
【０１１７】
以下の実施例の一部では、セラミック凝集前駆体粒子は、アルミニウムパンに粒子を入れ、これを約３４０°Ｆ（１７１℃）〜約３６０°Ｆ（１８２℃）の強制空気オーブン（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＰＯＭ−２４６Ｆ）に約５時間〜約８時間入れて少なくとも部分的に熱硬化させることによって、さらに少なくとも部分的に硬化させた。任意に、少なくとも部分的に硬化したセラミック凝集前駆体粒子を「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に通すことによって寸法を減少させた。通常、粒子は「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に通すことによって寸法が減少し、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」には、セラミック凝集前駆体粒子の形成に使用されるものよりも比較的大きなオリフィスを有する円錐形スクリーンが取り付けられる。粒度を減少させるために、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」のインペラ回転速度は２５２ｒｐｍに設定した。
【０１１８】
手順３：セラミック凝集前駆体粒子を加熱してセラミック凝集粒子を作製するための一般的手順
以下の実施例では、２段階の焼成工程で、棒状のセラミック凝集前駆体粒子を棒状のセラミック凝集粒子に変化させた。焼成工程の２つの段階は別々の時間に実施したが、任意に１つの焼成炉サイクルで連続して実施することもできる。
【０１１９】
第１の焼成段階（すなわち、予備焼成）
第１の焼成段階では、手順２に記載の粒子成形工程で使用したアクリレート樹脂を除去し、セラミックバインダー前駆材料を互いに十分接合させて取り扱い可能で捕集可能な粒子を得るために、棒状セラミック凝集前駆体粒子を予備焼成した。セラミック凝集前駆体粒子は寸法が減少して、ある平均粒度（特定の平均粒度の実施例を参照）が得られ、被覆研磨物品の作製に好適なセラミック凝集粒子が得られた。続いて、厚さが５／８インチ（１６ｍｍ）で３．５インチ×７．５インチ（８９ｍｍ×１９０ｍｍ）のアルミナパン（Ｃｏｏｒｓ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　Ｃｏ．（Ｇｏｌｄｅｎ　ＣＯ）より入手）に粒子を広げ、空気中で実験室用加熱炉（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＢＦ　１１７）中で以下の計画で加熱した：
ａ．加熱速度約３．６°Ｆ（２℃）／分でほぼ室温から約６６２°Ｆ（３５０℃）まで
ｂ．約６６２°Ｆ（３５０℃）で約２時間均熱
ｃ．約３．６°Ｆ（２℃）／分で約６６２°Ｆ（３５０℃）から約１１５７°Ｆ（６２５℃）まで
ｄ．約１１５７°Ｆ（６２５℃）で約１時間均熱
ｅ．加熱炉をほぼ室温まで冷却（加熱炉の電源を切り、粒子は加熱炉内に残し、加熱炉と粒子の両方を制御されない速度でほぼ室温まで冷却した）。
【０１２０】
予備焼成段階の後、より長いフィラメント状粒子と互いに接合した粒子クラスターを分割するためにセラミック凝集粒子を手圧で粉砕した実施例２〜６では、予備焼成状態の後にさらなる加熱処理は行わずに研削試験にセラミック凝集粒子を使用した。
【０１２１】
実施例１および７〜１４の第２の焼成段階
実施例１および７〜１４の第２の焼成段階では、セラミックバインダー前駆材料の緻密化を部分的または完全に進行させるために、予備焼成セラミック凝集粒子を室温から約１２００（６５０℃）〜約１８３２°Ｆ（１０００℃）の範囲の最終温度まで再度加熱した。最終焼成の準備段階で、５００ｍｌのガラス瓶に予備焼成粒子を１０重量％のＢＰとともに入れた。次にこの混合物をほぼ１分間手で振り混ぜて、後の高温焼成段階での互いの粒子の固着を防止する目的で粒子をコーティングした。ＢＰでコーティングされた粒子をアルミニウムトレイに入れ、実験室用加熱炉（ｏＬｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＢＦ　１１７）で以下の計画に従って焼成した：
ａ．加熱速度約９°Ｆ（５℃）／分でほぼ室温から約１２００°Ｆ（６５０℃）〜約１８３２°Ｆ（１０００℃）の範囲の最終温度まで
ｂ．約１２００°Ｆ（６５０°Ｃ）〜約１８３２°Ｆ（１０００°Ｃ）の範囲の最終温度で約４時間均熱
ｃ．加熱炉をほぼ室温まで冷却（加熱炉の電源を切り、粒子は加熱炉内に残し、加熱炉と粒子の両方を制御されない速度でほぼ室温まで冷却した）。
【０１２２】
続いて、焼成セラミック凝集粒子を、ポリエチレンでライニングされたセメントミキサー（ＣＦ　Ｇｌｉｃｏ　Ｉｎｃ．（Ｇｒａｆｔｏｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号５９０１６Ａ）で１５分間混転して、粒子のクラスターを分割した。次に、ロータップシーブシェーカー（モデル番号ＲＸ　２９）と、直径８インチ（２０．３ｃｍ）の真鍮製ふるい（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ（Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）より入手、モデル番号ＲＸ　２９）を使用して焼成粒子のふるい分けを行って、アルミナダストを除去し、所望の粒度のセラミック凝集粒子（特定の粒度の実施例を参照）を捕集した。残留アルミナダストを除去するためにふるい分けした粒子を脱イオン水で洗浄して、次にアルミナパンに洗浄した粒子を広げ、２１２°Ｆ（１００℃）の強制空気オーブン（Ｄｅｓｐａｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）より入手、モデル番号ＡＬＤ２−１１）で終夜乾燥させた。
【０１２３】
実施例１５〜１９の第２の焼成段階
実施例１５〜１９の第２の焼成段階では、セラミックバインダー前駆体の緻密化を部分的または完全に進行させるために、予備焼成セラミック凝集粒子を最終温度約２７３２°Ｆ（１５００℃）まで再加熱した。約１００ｇの予備焼成セラミック凝集粒子を直径３インチの白金るつぼに入れ、続いて実験室用箱形炉（ＣＭ（Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，ＮＪ）より商品名「ＣＭ　ＲＡＰＩＤ　ＴＥＭＰ」で入手）で以下の計画に従って加熱した：
ａ．加熱速度約９°Ｆ（５℃）／分でほぼ室温から最終温度約１５００℃まで　ｂ．最終温度約１５００℃で約９０分間均熱
ｃ．加熱炉をほぼ室温まで冷却（加熱炉の電源を切り、粒子は加熱炉内に残し、加熱炉と粒子の両方を制御されない速度でほぼ室温まで冷却した）。
【０１２４】
次に、ロータップシーブシェーカー（モデル番号ＲＸ　２９）と、直径８インチ（２０．３ｃｍ）の真鍮製ふるい（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ（Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）より入手、モデル番号ＲＸ　２９）を使用して焼成粒子のふるい分けを行って、アルミナダストを除去し、所望の粒度のセラミック凝集粒子（特定の粒度の実施例を参照）を捕集した。残留アルミナダストを除去するためにふるい分けした粒子を脱イオン水で洗浄して、次にアルミナパンに洗浄した粒子を広げ、２１２°Ｆ（１００℃）の強制空気オーブン（Ｄｅｓｐａｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）より入手、モデル番号ＡＬＤ２−１１）で約１０時間乾燥させた。
【０１２５】
手順４：本発明により作製されるセラミック凝集粒子を使用したフィルムバッキングを有する被覆研磨物品の作製のための一般的手順
フィルムバッキングとアクリレートメイク樹脂およびサイズ樹脂とを有する被覆研磨物品の実施例を、第１の焼成段階および／または第２の焼成段階の後のセラミック凝集粒子を使用して作製した。メイクコート樹脂およびサイズコート樹脂は、表１に示される処方に従って調製した。量は重量％で示される。
【０１２６】
【表１】
表１．フィルムバッキングを有する研磨物品用のメイクコート樹脂およびサイズコート樹脂の処方
2004510675.tif 000003
【０１２７】
厚さ０．００５インチ（１２７μｍ）のＰＥＴフィルムをバッキングに使用した。このフィルムは厚さ０．０００８インチ（２０μｍ）のＥＡＡプライマーコーティングを有した。６インチの万能ドローダウンナイフ（Ｐａｕｌ　Ｇａｒｄｎｅｒ（Ｐｏｍｐａｎｏ　Ｂｅａｃｈ，ＣＡ）より入手、モデル番号ＡＰ−Ｇ０６）を使用して、フィルムのプライマー処理面上にメイク樹脂を０．０１２インチ（３００μｍ）の厚さでナイフコーティングした。未乾燥の樹脂上に手でセラミック凝集粒子を流し込み、バッキング上に均一に粒子が分散するように手で数回前後に動かし、続いて過剰の粒子をふるい落とした。次に、得られたコーティング試料を金属板にテープで留め、試料をコンベヤに乗せて、２つの６００Ｗ「ｄ」Ｆｕｓｉｏｎランプが取り付けられ「高」出力に設定されたＵＶ硬化システム（Ｆｕｓｉｏｎ　ＵＶ　Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ）より入手、モデル番号ＤＲＥ　４１０　Ｑ）ＵＶ硬化システムを通過させて硬化させた。コーティング試料は、約３０フィート／分（９．１ｍ／分）でＵＶ硬化システムを３回通過させた。次に、ロッカードラム試験（Ｒｏｃｋｅｒ　Ｄｒｕｍ　Ｔｅｓｔ）装置（後出の試験手順１参照）にコーティング試料をより取り付けやすくするために、直径２インチ（５ｃｍ）の棒の上でコーティング試料を曲げた。続いて、メイクコートに使用したものと同じ樹脂混合物の薄いサイズコーティングを刷毛を使用して手でコーティング試料上に適用し、過剰の樹脂はペーパータオルに吸い取らせた。次に、このサイズコーティングされた試料を、約３０フィート／分（９．１ｍ／分）で３回ＵＶ硬化システムに通した。次に、ロッカードラム試験装置（後出の試験手順１参照）にコーティング試料をより取り付けやすくするために、直径２インチ（５ｃｍ）の棒の上で硬化コーティング試料を曲げた。
【０１２８】
手順５：本発明により作製されるセラミック凝集粒子を使用した布バッキングを有する被覆研磨物品の作製のための一般的手順
ポリエステル布バッキングと、フェノール系メイクコート樹脂およびサイズコート樹脂とを有する被覆研磨材の実施例を、本発明により作製したセラミック凝集粒子を使用して作製した。Ｙ重量バッキング布は、坪量が約５３５ｇ／ｍ２の朱子織ポリエステル（Ｗｉｓｓｅｌｉｎｋ　Ｔｅｘｔｉｌｅｓ（Ａａｌｔｅｎ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）より入手した）であった。メイク樹脂は、ＣａＣＯ３：水系フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｒｅｓｉｎｓ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）より入手、製品番号ＧＰ２３１５５Ｂ）の重量比５２：４８の混合物であった。「ＡＣＣＵ　ＬＡＢ」ドローダウン装置（ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｐａｕｌ　Ｇａｒｄｎｅｒ　Ｃｏ．（Ｐｏｍｐａｎｏ　Ｂｅａｃｈ，ＦＬ）より商品名「ＡＣＣＵ　ＬＡＢ」で入手）と９０番ワイヤを巻き付けたコーティングロッド（Ｐａｕｌ　Ｇａｒｄｎｅｒ　Ｃｏ．（Ｐｏｍｐａｎｏ　Ｂｅａｃｈ，ＦＬ）より入手した）を使用して、ポリエステルバッキング上にメイク樹脂を均一にコーティングした。「ＡＣＣＵ　ＬＡＢ」に取り付けた９０番ワイヤを巻き付けたコーティングロッドによるメイクコートのコーティング重量は乾燥重量で約２３０ｇ／ｍ２であった。９０番ワイヤを巻き付けたコーティングロッドが「ＡＣＣＵ　ＬＡＢ」に取り付けられる所与の設定におけるメイクコートのコーティング重量は以下のようにして測定した。バッキング試料を秤量し、所与の設定の「ＡＣＣＵ　ＬＡＢ」装置を使用してバッキング試料にメイクコーティングし、約１９０°Ｆ（８８℃）の対流オーブン（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より入手、モデル番号８）内で約２時間メイクコートを乾燥させ、乾燥したメイクコートを有するバッキングを秤量する。コーティング重量＝（乾燥メイクコートを有するバッキング試料の重量−バッキング試料重量）／（バッキング試料の面積）。次に、本発明により作製されたセラミック凝集粒子を、未乾燥のメイク樹脂上に手で流し込み、バッキング上に均一に粒子が分散するように手で数回前後に動かし、続いて過剰の粒子をふるい落とした。コーティングされた試料を、約１８０°Ｆ（８２℃）に設定した対流オーブン（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より入手、モデル番号８）で約１０時間終夜加熱した。サイズ樹脂は氷晶石：水系フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｒｅｓｉｎｓ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）より入手、製品番号ＧＰ２３１５５Ｂ）の重量比５２：４８であり、刷毛を使用して手で適用した。サイズコーティングされた試料を約１８０°Ｆ（８２℃）の対流オーブン（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）より入手、；モデル番号８）で約１時間加熱し、次に約２００°Ｆ（９３℃）で約２時間硬化させ、さらに約２２０°Ｆ（１０４℃）で約３０分硬化させ、さらに約２４５°Ｆ（１１８℃）で約１時間硬化させた。硬化後、ロッカードラム試験装置（後出の試験手順１参照）にコーティング試料をより取り付けやすくするために、直径２インチ（５ｃｍ）の棒の上で被覆研磨試料を曲げた。
【０１２９】
試験手順１：ロッカードラム
手順４または５により作製した研磨物品を１０インチ×２．５インチ（２５．４ｃｍ×６．４ｃｍ）のシートに切断した。これらの試料を試験機の円筒形鋼製ドラムに取り付けた。この鋼製ドラムは直径が１３インチ（３３ｃｍ）であり、ドラムが振動（小さい弧で前後に揺れ動いた）するように電気モーターとプッシュロッドレバーで駆動した。３／１６インチ（０．４８ｃｍ）平方の１０１８炭素鋼工作物（工作物が研磨物品によって研磨される）を、研磨試料の上にあるレバーアーム装置に固定し、約８ポンド（３．６ｋｇ）の荷重を工作物に加えた。研磨物品が前後に揺れ動くと、工作物が研磨され、３／１６インチ×５．５インチ（０．４８ｃｍ×１４ｃｍ）の摩耗経路が研磨物品上に形成された。この摩耗経路上で約６０ストローク／分であった。２０ｐｓｉ（１３８ｋＰａ）の圧縮空気流を試料に当てて、摩耗経路から研削くずおよび破片を除去した。各１０００サイクル（１サイクルで前と後に１回動く）後に除去された鋼の量を「区間切削量」として記録し、試験終点において除去された鋼の量の累積量（「区間切削量」の合計）「全切削量」として記録した。試験の終点は、あらかじめ設定したサイクル数が終了した時点か、あるいはその試験で記録される最大区間切削量の約４０％未満に切削速度が低下する時点として決定した。本明細書ではこの手順を「ロッカードラム試験」と呼ぶ。
【０１３０】
試験手順２：粉砕試験（Ｃｒｕｓｈ　Ｔｅｓｔ）
各試験で約５ｇのセラミック凝集粒子を使用した。粒子を手で粉砕し、約１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲内の粒子で試験を行った。粉砕したセラミック凝集粒子をエポキシ樹脂製実験台上に移し、各粒子が分離するように手で広げた。続いて平坦圧縮脚部取り付け具を有するフォースゲージ（Ｓｈｉｍｐｏ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｌｉｎｃｏｌｎｗｏｏｄ，ＩＬ）より入手、モデル番号ＦＧＶ−５０）を使用して粒子の試験を行った。このフォースゲージの読み取り値は０〜６０　ポンドであった。フォースゲージの平坦圧縮脚部取り付け具は、粒子上で水平位置を維持して粉砕される粒子と接触し、粒子が破壊されるまで手で一定の力を加えた（粒子の破壊は可聴音および／または感触で確認した）。粒子を破壊するために加えられた最大の力（すなわち、粉砕試験値）を記録し、試験を繰り返した。報告される粉砕試験値は、所与の試料の少なくとも４０個の粒子の平均であった。
【０１３１】
比較例Ａ
有機接合凝集研磨粒子（３Ｍ　Ｃｏ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より商品名「ＭＵＬＴＩＣＵＴ　Ｃ」で入手）を使用して、フィルムバッキングを有するコーティング試料を作製した。「ＭＵＬＴＩＣＵＴ　Ｃ」粒子は、氷晶石充填フェノール樹脂接合系によって互いに接合したＰ１００　ＡＧ３２１等級の砥粒を含む。本発明により作製したセラミック凝集粒子の代わりに＃１００「ＭＵＬＴＩＣＵＴ　Ｃ」粒子を使用したことを除けば、手順４に従ってコーティング試料を作製した。
【０１３２】
比較例Ｂ
比較例Ｂで作製した被覆研磨物品は、ＣａＣＯ３充填フェノール系メイク樹脂と氷晶石充填フェノール系サイズ樹脂を使用してポリエステルバッキング上に静電コーティングしたＰ１００　ＡＧ３２１等級砥粒の単層を使用して作製した。Ｙ重量バッキング布は、坪量が約３３１ｇ／ｍ２の朱子織ポリエステル（Ｍｉｌｌｉｋｅｎ　＆　Ｃｏ．（Ｌａｇｒａｎｇｅ，ＧＡ）より入手）であった。メイク樹脂は、ＣａＣＯ３充填水系フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｒｅｓｉｎｓ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）より入手、製品番号ＧＰ２３１５５Ｂ）を含む重量比５２：４８の混合物であった。未乾燥樹脂コーティング重量は約１５０ｇ／ｍ２であった。３３０ｇ／ｍ２のＡＧ３２１等級Ｐ１００砥粒を静電適用して被覆研磨物品を得た。次にメイクコートを、強制空気オーブン（Ｄｅｓｐａｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）より入手、モデル番号タイプＳ）中で約１７５°Ｆ（７９℃）に約３０分予備硬化させ、約２００°Ｆ（９３℃）で約９０分間予備硬化させた。続いて、氷晶石充填水系フェノール樹脂サイズコートを未乾燥コーティング重量約１７７ｇ／ｍ２で適用した。このサイズコートを、オーブン中約１７５°Ｆ（７９℃）で約３０分間予備硬化させ、さらに約２００°Ｆ（９３℃）で約１２０分間予備硬化させた。次に、コーティングした材料を、オーブン中約２１２°Ｆ（１００℃）で約１０時間最終硬化させ、次に、ロッカードラム試験装置（後出の試験手順１参照）にコーティング試料をより取り付けやすくするために、直径２インチ（５ｃｍ）の棒の上で硬化コーティング試料を曲げた。
【０１３３】
実施例１
実施例１は、本発明の方法により、等級＃１００研磨グリットと非結晶質バインダー前駆体を使用してセラミック凝集粒子を作製可能であることを示す。ミキサー（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）とＡＧ３２１等級Ｐ１００砥粒を使用して、手順１に記載のようにしてセラミック凝集前駆体スラリーを調製した。この研磨スラリーの処方は表２に示され、表２の成分を表に記載の順に加えて混合した。混合後の研磨スラリーの最終温度は約９０°Ｆ（３２℃）であった。
【０１３４】
【表２】
表２．実施例１の研磨スラリーの処方
2004510675.tif 000004
【０１３５】
セラミック凝集前駆体粒子は、手順２に記載のようにして作製した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に小型円形インペラを取り付け、間隙を０．０７５インチ（１９ｍｍ）に設定し、０．０４５インチ（１１ｍｍ）の円形オリフィスを有する円錐形スクリーンを取り付けた。駆動モーター速度を１６００ｒｐｍに設定した。予備焼成粒子は、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」にさらに１回通して粒度を減少させた。手順３に記載のように前駆体粒子を予備焼成した。次に予備焼成粒子を「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」にさらに１回通して粒度を減少させた後、最終焼成温度が約１６９７°Ｆ（９２５℃）であることを除けば手順３に従って最終焼成を行った。焼成セラミック凝集粒子のふるい分けを行い、＃１６メッシュスクリーンを通過し＃２０メッシュスクリーンは通過しない粒度分画を集めた。このふるい分けした粒子を使用し、手順４に従ってフィルムバッキングを有する被覆研磨物品を作製した。実施例１のコーティング試料についてロッカードラム試験手順（試験手順１）に従って試験し、比較例ＡおよびＢにより作製した試料と比較した。結果を表３にまとめる。
【０１３６】
【表３】
表３．実施例１ならびに比較例ＡおよびＢのロッカードラム試験
2004510675.tif 000005
【０１３７】
表３の結果は、試験全体で実施例１で作製した研磨物品の区間切削速度（ｇ／１０００サイクル）は比較例Ａで作製した研磨物品よりも３０〜５０％高いことを示している。最初の１０００サイクルで、実施例１は比較例Ｂで作製した切削速度の８６％を達成し、その後は比較例Ｂの切削速度を超えた。実施例１の全切削量は、比較例Ａの１６５％であり比較例Ｂの４２７％であった。
【０１３８】
比較例Ｃ
比較例Ｃで作製した研磨物品は、布のバッキングを有し、有機接合凝集研磨粒子（３Ｍ　Ｃｏ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）より商品名「ＭＵＬＴＩＣＵＴ　Ｃ」で入手）をコーティングしたものであった。等級＃６０「ＭＵＬＴＩＣＵＴ　Ｃ」粒子は氷晶石充填フェノール樹脂接合系で互いに接合させた等級＃６０　ＡＧ３２１砥粒を含む。本発明により作製したセラミック凝集粒子の代わりに＃６０「ＭＵＬＴＩＣＵＴ　Ｃ」粒子を使用したことを除けば、手順４に従ってコーティング試料を作製した。
【０１３９】
比較例Ｄ
比較例Ｄで作製した研磨物品は、市販の被覆研磨物品（３Ｍ　Ｃｏ．（Ｓｔ．Ｐａｕｌ　ＭＮ）より商品名「３Ｍ　９６７Ｆ」で入手）であった。「３Ｍ　９６７Ｆ」等級＃６０は、フェノール樹脂系メイク樹脂およびサイズ樹脂を使用してポリエステル布バッキング上に静電コーティングしたＡＧ３２１等級＃６０砥粒の単層を含んだ。
【０１４０】
実施例２〜５
実施例２〜５で作製したセラミック凝集粒子によって、より大きなグリットサイズの研磨材（等級＃６０）と非結晶質セラミックバインダー前駆体の使用を示した。実施例２の粒子では、研磨グリットの非結晶質バインダー前駆体に対する重量比は１．５であり、実施例３では研磨グリットの非結晶質バインダー前駆体に対する重量比は３．０であった。実施例４および５では、２種類の異なる粒度のセラミック凝集粒子を組み合わせて被覆研磨物品を作製した。ＡＧ３２１等級＃６０砥粒を使用し、手順１に記載のようにしてセラミック凝集前駆体スラリーを調製した。研磨スラリーの処方は表４に示され、ＳＧＰおよびＡＧ３２１等級＃６０を除けば、最初に表４に記載の順に成分を加えて混合した。ＳＧＰおよびＡＧ３２１等級＃６０は最初に互いに混合し、続いて表４の残りの成分にゆっくりと加えた。
【０１４１】
【表４】
表４．実施例２〜５の研磨スラリーの処方
2004510675.tif 000006
【０１４２】
混合は、フラットビーターローターを備えたミキサーを使用し最低速度設定で使用して実施した（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）。ＳＧＰ／ＡＧ３２１混合物を樹脂混合物に加えた後、速度を「中速」まで増加させた。手順１に記載のように混合を約２５分間続けた。混合物の最終温度は約１００°Ｆ（３８℃）〜約１２０°Ｆ（４９℃）の範囲内であった。
【０１４３】
手順２に記載のようにセラミック凝集前駆体粒子を作製した。すべての製造工程および焼成工程の間、実施例２および４で作製した粒子は、実施例３および５で作製した粒子とは分離しておいた。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に小型円形インペラを取り付け、間隙を０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）に設定し、０．０６２インチ（１．５７ｍｍ）の円形おろし金型オリフィスを有する円錐形スクリーンを取り付け、駆動モーター速度を４７０ｒｐｍに設定した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」とＵＶ硬化システムにスラリーを通した後、少なくとも部分的に硬化した前駆体粒子をアルミニウムパンに入れ、強制空気オーブン（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＰＯＭ−２４６Ｆ）中において約３５０°Ｆ（１７７℃）で約６時間熱硬化させた。少なくとも部分的に硬化させた後、セラミック凝集前駆体粒子を、０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）の間隙および０．０９４インチ（２．３９ｍｍ）のおろし金型スクリーンを有する「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」にさらに１回通して粒度を減少させた。続いて、手順３に記載のように粒子を予備焼成した。振動グレーダー（Ｅｘｏｌｏｎ　Ｃｏ．（Ｔａｎａｗａｎｄａ，ＮＹ）より入手、モデル番号５０１）と＃２４メッシュステンレス鋼スクリーン（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｗｉｒｅ　Ｃｌｏｔｈ　Ｃｏ．（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＤ）より入手）を使用して、予備焼成セラミック凝集粒子のふるい分けを行った。＃２４メッシュスクリーンを通過した粒子（「細かい」粒度）を、＃２４メッシュスクリーンを通過しなかった粒子（「粗い」粒度）から分離した。両方の粒度を集め、試験する被覆研磨物品の作製に使用した。
【０１４４】
ふるい分けした粒子を、手順５による布バッキングを有する被覆研磨物品の作製に使用した。実施例２および３では、「粗い」粒子のみを使用して被覆研磨物品を作製した。実施例４および５では、最初に粗い粒子を試料上にコーティングし、次に、「細かい」粒子を適用することによって、部分的に「粗い」粒子の間の開放空間を充填して、手順５による被覆研磨物品を作製した。すべてのコーティング試料は、手順３に記載のように乾燥させ、サイジングを大名委、硬化させた。実施例２〜５のコーティング試料について、ロッカードラム試験手順（試験手順１）に従って試験し、比較例ＣおよびＤの試料と比較した。これらの試験で、試験終点は、１８，０００サイクル後、またはその試料で記録された最大区間切削量の約４０％未満に試料の切削速度が低下したときであった。試験結果を表５にまとめる。
【０１４５】
【表５】
表５．実施例２〜５ならびに比較例ＣおよびＤのロッカードラム試験
2004510675.tif 000007
【０１４６】
表５に示されるように、本発明による作製したセラミック凝集粒子を使用して作製した一部のコーティング試料の全切削量は比較例Ｃの１０８％〜１２０％であり、比較例Ｄの２７５％〜３０５％であった。実施例３で作製した研磨物品の全切削量は、バッキングから粒子が脱落するのが早すぎたために制限された。
【０１４７】
実施例６〜８
実施例６〜８で作製した研磨物品は、セラミック凝集粒子の作製に使用した焼成温度が、研磨物品の切削性能に与える影響を示すために計画した。また、実施例６〜８の研磨物品の作製に使用したセラミック凝集粒子は、本発明の方法によるセラミック凝集粒子の作製に２つの等級の砥粒を使用できることを示すために計画した。
【０１４８】
ＡＧ３２１等級＃６０および＃３２０の砥粒を組み合わせて使用して、手順１に記載のようにセラミック凝集前駆体スラリーを調製した。研磨スラリーの処方は表６に示され、ＳＧＰとＡＧ３２１等級＃６０および＃３２０とを除けば、表６に記載の順序で最初に成分を加えて混合した。ＳＧＰとＡＧ３２１等級＃６０および＃３２０は最初に互いに混合し、続いて表６の残りの成分にゆっくりと加えた。
【０１４９】
【表６】
表６．実施例６〜８の研磨スラリーの処方
2004510675.tif 000008
【０１５０】
混合は、フラットビーターローターを備えたミキサーを使用し最低速度設定で使用して実施した（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）。ＳＧＰ／ＡＧ３２１混合物を樹脂混合物に加えた後、速度を「中速」まで増加させた。手順１に記載のように混合を約２５分間続けた。混合物の最終温度は約１００°Ｆ（３８℃）であった。手順２に記載のようにセラミック凝集前駆体粒子を作製した。ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に一体型インペラ（Ａｒｒｏｗ　１７０１）を取り付け、間隙を０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）に設定し、０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）の円形おろし金型オリフィスを有する円錐形スクリーンを取り付け、駆動モーター速度を２５３ｒｐｍに設定した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」とＵＶ硬化システムにスラリーを通した後、少なくとも部分的に硬化したセラミック凝集前駆体粒子をアルミニウムパンに入れ、強制空気オーブン（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＰＯＭ−２４６Ｆ）中において約３５０°Ｆ（１７７℃）で約６時間熱硬化させた。このセラミック凝集前駆体粒子を、０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）の間隙および０．０６２インチ（１．５７ｍｍ）のおろし金型スクリーンを有する「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に通して粒度を減少させた。粒度を減少させた後、微細「ダスト」を除去するために、振動グレーダー（Ｅｘｏｌｏｎ　Ｃｏ．（Ｔａｎａｗａｎｄａ，ＮＹ）より入手、モデル番号５０１）と＃３６メッシュステンレス鋼スクリーン（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｗｉｒｅ　Ｃｌｏｔｈ　Ｃｏ．（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＤ）より入手）を使用してセラミック凝集前駆体粒子のふるい分けを行った。＃３６メッシュスクリーン上に残った粒子を集めた。
【０１５１】
手順３に従って実施例６の粒子の予備焼成とふるい分けを行った。＃１６メッシュスクリーンを通過するが＃３０メッシュスクリーンには残留する粒子を実施例６の試料作製に使用した。実施例７および８の粒子は手順３に記載のように焼成した。第２の焼成段階の最終温度は実施例７と８でそれぞれ約１３８２°Ｆ（７５０℃）と約１６９７°Ｆ（９２５℃）であった。続いて、手順３に記載のように実施例７および８の粒子のふるい分けを行い洗浄を行った。＃１６メッシュスクリーンを通過するが＃３０メッシュスクリーンには残留する粒子を実施例７および８の試料作製に使用した。
【０１５２】
実施例６〜８で作製した粒子を使用して、手順５に記載のように布バッキングを有する被覆研磨物品を作製した。手順５に従って、焼成粒子を１回コーティングし、そのコーティング試料を乾燥させ、サイジングし、硬化させた。実施例６〜８の研磨物品について、試験手順１によるロッカードラム試験を行い、比較例ＣおよびＤの研磨物品と比較した。これらの試験では、終点で６０００回のロッカードラムサイクルが完了した。試験結果を表７にまとめる。
【０１５３】
【表７】
表７．実施例６〜８のロッカードラム試験結果
2004510675.tif 000009
【０１５４】
表７に示されるように、約１６９７°Ｆ（９２５℃）で焼成したセラミック凝集粒子を使用して作製した実施例８の研磨物品の全切削量は、比較例ＣおよびＤの研磨物品の約１５０％となった。実施例８の研磨物品の最大切削速度は比較例Ｃの研磨物品の約１５８％に達し、比較例Ｄの研磨物品の約１２５％に達した。セラミック凝集粒子の焼成温度の上昇による影響は、実施例７および８の研磨物品の全切削量および最大切削速度が実施例６よりも増加していることに反映されている。
【０１５５】
実施例９〜１４
実施例９〜１４で使用した粒子は、手順３における第２の焼成段階の焼成温度の上昇の、セラミック凝集粒子圧潰強度および多孔度に対する影響を示す。実施例２の研磨物品の作製に使用したセラミック凝集粒子を、実施例９〜１１の粒子として使用した。実施例９では、実施例２で作製したものと同じ粒子を使用した。実施例１０と１１では、手順３に記載の第２の焼成段階に従って、表８に示す最終焼成温度で粒子を「再焼成」した。実施例３の研磨物品の作製に使用したセラミック凝集粒子を実施例１２〜１４の粒子として使用した。実施例１２では、実施例３で作製したものと同じ粒子を使用した。実施例１３と１４では、実施例３の予備焼成粒子を、手順３の第２の焼成段階に従って、表８に示す最終焼成温度で焼成した。表８は、セラミック凝集粒子の物理的性質である全孔隙体積、体積％多孔度、見かけのかさ密度、および平均圧潰強度も示している。全孔隙体積と見かけの粒子体積は、「ＭＩＣＲＯＭＥＴＩＲＩＣＳ　ＡＵＴＯ　ＰＯＲＥ」装置（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ　Ｃｏｒｐ．（Ｎｏｒｃｒｏｓｓ　ＧＡ）より商品名「ＭＩＣＲＯＭＥＴＩＲＩＣＳ　ＡＵＴＯ　ＰＯＲＥ」で入手）を使用した水銀圧入ポロシメトリー分析で測定した。全孔隙体積は、毛管現象によって水銀がセラミック凝集粒子内に圧入することができる、粒子の外面と連絡するセラミック凝集粒子内の開放空間（すなわち表面連絡孔隙）の質量規格化全体積である。水銀圧入ポロシメトリーは、約０．０７μｍ〜約９００μｍの範囲の孔径を有する粒子への水銀の圧丹生を測定できる。体積％多孔度は、（全孔隙体積／見かけの粒子体積）×１００で計算される。見かけの粒子体積は、セラミック凝集粒子によって置き換えられる水銀の体積である。見かけのかさ密度は、セラミック凝集粒子質量の見かけの粒子体積に対する比である。圧潰強度は、圧縮荷重下で粒子を破壊するために必要な力の平均であり、試験手順２で詳細に説明している。
【０１５６】
【表８】
表８．実施例９〜１４の物理的性質
2004510675.tif 000010
【０１５７】
実施例１５〜１９
実施例１５〜１９のセラミック凝集粒子は、結晶質セラミックバインダー前駆材料（例えば、αアルミナ粉末）および溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、または炭化ケイ素研磨粒子を使用したセラミック凝集粒子の作製を示すために計画している。実施例１５〜１９のセラミック凝集前駆体粒子は、実施例６〜８のセラミック凝集前駆体粒子と同様の方法で作製した。ＡＧ３２１砥粒（実施例１５および１６）、ＡＯ砥粒（実施例１７および１８）、またはＳＣ砥粒（実施例１９）のいずれかを使用して、手順１に記載のようにしてセラミック凝集前駆体スラリーを調製した。実施例１５〜１９では、実施例６〜８で使用したセラミックバインダー前駆材料ＳＧＰ，の代わりにＡＯＰを使用した。実施例１５〜１９の研磨スラリーの処方は表９に示され、ＡＯＰと、ＡＧ３２１等級＃６０および＃３２０（実施例１５および１６）、ＡＯ等級＃８０（実施例１７および１８）、またはＳＣ等級＃８０（実施例１９）を除けば、最初に表９に記載の順に成分を加えて互いに混合した。これらの実施例のそれぞれで、ＡＯＰを最初にＡＧ３２１等級＃６０および＃３２０、ＡＯ等級＃８０、またはＳＣ等級＃８０と混合してから、その混合物を表９の残りの成分にゆっくりと加えた。
【０１５８】
【表９】
表９．実施例１５〜１９の研磨スラリーの処方
2004510675.tif 000011
【０１５９】
混合は、フラットビーターローターを備えたミキサーを使用し最低速度設定で使用して実施した（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）。ＡＯＰ／ＡＧ３２１またはＡＯの混合物を樹脂混合物に加えた後、速度を「中速」まで増加させた。手順１に記載のように混合を約２５分間続けた。各混合物の最終温度は約１１６°Ｆ（４７℃）であった。手順２に記載のように実施例１５〜１９のセラミック凝集前駆体粒子を作製した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」の設定は実施例１５〜１９で同じであり、一体型インペラ（Ａｒｒｏｗ　１７０１）を間隙０．１７５インチ（４．４４ｍｍ）で使用し、０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）の円形おろし金型オリフィスを有する円錐形スクリーンを使用した。駆動モーターを３５０ｒｐｍで駆動させた。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」とＵＶ硬化システムにスラリーを通した後、少なくとも部分的に硬化したセラミック凝集前駆体粒子をアルミニウムパンに入れ、強制空気オーブン中において約３５０°Ｆ（１７７℃）で約６時間少なくとも部分的に熱硬化させた。続いて、カーバイドの先端部を有するＡｒｒｏｗ　１６０７インペラを間隙０．１７５インチ（４．４４ｍｍ）で使用し０．０７９インチ（２．００ｍｍ）のおろし金型スクリーンを使用した「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に、セラミック凝集前駆体粒子を通して粒度を減少させた。粒度を減少させた後、セラミック凝集前駆体粒子のふるい分けを行い、＃３６メッシュ（０．０１８５インチ、０．４７ｍｍ）よりも大きな粒度分画を集めた。
【０１６０】
予備焼成段階で粒子を約１８３２°Ｆ（１０００℃）の最高温度で約４時間維持したことを除けば、実施例３に記載のように実施例１５〜１９のセラミック凝集粒子を作製した。また、手順３に記載されるＢＰコーティングは、実施例１５〜１９のセラミック凝集粒子の作製には使用しなかった。また、予備焼成後、実施例１５〜１８のセラミック凝集前駆体粒子を、カーバイドの先端部を有するＡｒｒｏｗ　１６０７インペラを間隙０．０１７５インチ（４．４４ｍｍ）で使用し０．０７９インチ（２．０ｍｍ）のおろし金型スクリーンを使用した「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に再び通してさらに粒度を減少させた。さらに粒度を減少させた後、手順３に記載されるようにセラミック凝集前駆体粒子のふるい分けを行い、２０メッシュ（０．０３２０インチ、０．８１ｍｍ）より大きく１２メッシュ（０．０６６１インチ、１．７０ｍｍ）より小さい粒度分画を集めた。
【０１６１】
実施例１５、１７、および１９について、約１００ｇのふるい分けし予備焼成したセラミック凝集粒子約１００ｇを直径３インチ（７．６ｃｍ）の白金るつぼに入れ、続いて実験室用箱形炉（ＣＭ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｅｍｐ　Ｆｕｒｎａｃｅ（Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，ＮＪ）より商品名「ＲＡＰＩＤ　ＴＥＭＰ」で入手）で加熱することによって、手順３による第２の焼成段階を実施した。第２の焼成段階では、粒子を最高温度約２７３２°Ｆ（１５００℃）で約９０分間維持した。次に「ＲＡＰＩＤ　ＴＥＭＰ」箱形炉の電源を切り室温まで冷却することによって、粒子を室温まで冷却した。
【０１６２】
実施例１６および１８では、第２の焼成段階を行う前に、予備焼成セラミック凝集粒子をＲＥＯ焼結助剤溶液に含浸させた。予備焼成セラミック凝集粒子は、予備焼成粒子１００ｇ当たり２５ｍｌのＲＥＯ溶液を予備焼成粒子と混合することによって含浸させた。ポリエチレンでライニングされた回転容器で約１０分間混合物を混転して、ＲＥＯ溶液を粒子に分散させた。次に含浸した粒子をアルミニウムパンに入れ、強制空気オーブン（Ｄｅｓｐａｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）より入手、モデル番号ＡＬＤ２−１１）に入れて約１００℃で約２時間乾燥させた。次に、粒子を取り出し、ほぼ室温まで冷却した。続いて粒子を約１２００°Ｆ（６５０℃）に加熱した回転炉に通した。回転炉は、約１２インチ（３０．５ｃｍ）の「高温ゾーン」と、直径約１５ｃｍ、長さ約１．１ｍで約２．５°で上方に傾いた炭化ケイ素回転管とを有した。管の長さ全体を通過するまでの粒子の滞留時間は約５分間であった。回転炉を通過した後、実施例１５、１７、および１９で使用したセラミック凝集粒子の第２の焼成段階に従って、粒子を約２７３２°Ｆ（１５００°）で約９０分間焼成した。
【０１６３】
実施例１５〜１８で作製したセラミック凝集粒子を使用し、手順５に記載のようにして布バッキングを有する被覆研磨物品を作製した。手順５に従って、セラミック凝集粒子の１層のコーティング層を布バッキングに適用し、そのコーティング試料を乾燥させ、サイジングを行い、硬化させた。実施例１５〜１８の研磨物品について試験手順１のロッカードラム試験を行い、比較例ＣおよびＤの研磨物品と比較した。試験結果を表１０にまとめる。これらの結果では、終点は、ロッカードラムの９０００サイクル終了後であるか、またはその試料で記録された最大区間切削量の約３０％未満に試料の切削速度が低下した時点であった。ロッカードラム試験結果を表１０にまとめる。
【０１６４】
【表１０】
表１０．実施例１５〜１８のロッカードラム試験結果
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【０１６５】
表１０は、アルミナとＲＥＯを含む実施例１７で作製したセラミック凝集粒子の最大切削速度が比較例Ｃの研磨物品１７０％となり、比較例Ｄの研磨物品の１４０％となったことを示している。実施例１７で作製した研磨物品と比較すると、ＲＥＯを含まないセラミック凝集粒子を使用した実施例１５で作製した対応する研磨物品は、初期には同様の切削速度を示したが、約５０００の試験サイクル後、バッキングからの粒子の脱落によって実施例１５の研磨物品の全切削量は制限された。実施例１７で作製した研磨物品は、区間切削量で測定した場合に一定した切削速度を維持し、試験中の最低値から最高値までは約１８％の範囲内であった。比較例Ｃの研磨物品の区間切削量で測定した切削速度は、試験中に約３４％まで増加し続けた。比較例Ｄで作製した研磨物品は、最初の数回の試験間隔中は区間切削量で測定した場合に一定した切削速度を維持したが、試料によって研磨材コーティングからバッキングまで摩耗するにつれて急激に速度は低下した。実施例１６および１８で作製した研磨物品の区間切削量で測定した切削速度は同様であったが、実施例１５および１７で作製した研磨物品の区間切削量で測定した切削速度の半分の切削速度であった。
【０１６６】
実施例１５〜１９で作製した粒子の粒子圧潰強度値を、試験手順２に従って測定した。表１１に記載する圧潰強度値は、所与のセラミック凝集粒子試料の少なくとも４０個の粒子の平均であった。
【０１６７】
【表１１】
表１１．実施例１５〜１９の粉砕試験結果
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【０１６８】
実施例２０
実施例２０では、研削助剤を含有するセラミック凝集粒子を作製するために本発明の方法を使用可能であることを示すために、セラミック凝集粒子を作製した。研削助剤粒子（ＣＲＹ）と非結晶質セラミックバインダー前駆体（ＳＧＰ）を使用して、手順１に記載のようにセラミック凝集前駆体スラリーを調製した。この粒子スラリーの処方は表１２に示され、ＣＲＹとＳＧＰを除けば、最初に表１２に記載の順序で成分を加えて混合した。ＣＲＹとＳＧＰは最初に互いに混合してから、表１２の残りの成分にゆっくりと加えた。
【０１６９】
【表１２】
表１２．実施例２０の粒子スラリーの処方
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【０１７０】
混合は、フラットビーターローターを備えたミキサーを使用し最低速度設定で使用して実施した（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）。手順２に記載されるように、ＣＲＹ／ＳＧＰ混合物を樹脂混合物に加え、最低混合速度で約３０分間混合を続けた。混合物の最終温度は約１００°Ｆ（３８℃）であった。手順２に記載されるようにセラミック凝集前駆体粒子を作製した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に一体型インペラ（Ａｒｒｏｗ　１７０１）を取り付け、間隙を０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）に設定し、０．０５５インチ（１．４０ｍｍ）の円形オリフィスを有する円錐形スクリーンを取り付け、駆動モーターを２５３ｒｐｍに設定した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」とＵＶ硬化システムにスラリーを通した後、少なくとも部分的に硬化したセラミック凝集前駆体粒子をアルミニウムパンに入れ、強制空気オーブン（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＰＯＭ−２４６Ｆ）中において約３５０°Ｆ（１７７℃）で約６時間熱硬化させた。ふるい振盪機（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ（Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）より入手、モデル番号ＲＸ　２９）と直径８インチ（２０．３ｃｍ）の真鍮製ふるい（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ（Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）より入手）を使用して前駆体粒子のふるい分けを行った。＃１２スクリーンを通過するが＃２０スクリーンでは残る粒子を集め、手順３に記載のように予備焼成を行った。次に、手順３に記載されるように予備焼成粒子を１１３２°Ｆ（７５０℃）に再加熱した。手順２に記載されるように、焼成粒子のふるい分け、洗浄、および乾燥を行い、試験手順２に記載されるようにして焼成粒子の圧潰強度を測定した。実施例２０の粒子の平均圧潰強度は５．３ポンド（２．４ｋｇ）であった。
【０１７１】
実施例２１〜２２
実施例２１および２２では、非結晶質セラミックバインダー前駆体を使用してセラミック凝集粒子を作製した。実施例２１は着色顔料を使用せずに作製し、実施例２２は着色顔料（ＩＯ）を使用して作製した。手順１に記載のようにセラミック凝集前駆体スラリーを調製した。これらのスラリーの処方は表１３に示され、最初に表１３に記載の順に成分を加えて混合し、但し実施例２２ではＳＧＰとＩＯは最初に互いに混合してから、表１３の残りの成分にゆっくりと加えた。
【０１７２】
【表１３】
表１３．実施例２１および２２の前駆体粒子スラリーの処方
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【０１７３】
混合は、フラットビーターローターを備えたミキサーを使用して実施した（Ｈｏｂａｒｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｔｒｏｙ，ＯＨ）より入手、モデル番号Ａ１２０Ｔ）。手順２に記載のように、ＳＧＰ（実施例２１）またはＳＧＰ／ＩＯ混合物（実施例２２）をそれぞれ別の樹脂混合物に加え、最低速度で混合物を約３０分間続けた。各混合物の最終温度は約１００°Ｆ（３８℃）であった。手順２に記載のようにセラミック凝集前駆体粒子を作製した。実施例２１では、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に一体型インペラ（Ａｒｒｏｗ　１７０１）を取り付け、間隙を０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）に設定し、０．０６２インチ（１．５７ｍｍ）の円形おろし金型オリフィスを有する円錐形スクリーンを取り付け、駆動モーターを３５０ｒｐｍに設定した。実施例２２では、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に一体型インペラ（Ａｒｒｏｗ　１７０１）を取り付け、間隙を０．０７５インチ（１．９０ｍｍ）に設定し、０．０５５インチ（１．５７ｍｍ）の円形オリフィスを有する円錐形スクリーンを取り付け、駆動モーターを２５３ｒｐｍに設定した。「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」とＵＶ硬化システムにスラリーを通した後、少なくとも部分的に硬化したセラミック凝集前駆体粒子をアルミニウムパンに入れ、強制空気オーブン（Ｌｉｎｄｂｅｒｇ／Ｂｌｕｅ　Ｍ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ，ＷＩ）より入手、モデル番号ＰＯＭ−２４６Ｆ）中において約３５０°Ｆ（１７７℃）で約６時間熱硬化させた。実施例２１では、次に、間隙０．１７５インチ（４．４４ｍｍ）で一体型インペラ（Ａｒｒｏｗ　１７０１）を使用し０．０９４インチ（２．３９ｍｍ）のおろし金型スクリーンを使用した「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」に、セラミック凝集前駆体粒子を通して、粒度を減少させた。粒度を減少させた後、実施例２１のセラミック凝集前駆体粒子は、振動グレーダー（Ｅｘｏｌｏｎ　Ｃｏ．（Ｔｏｎａｗａｎｄａ，ＮＹ）より入手、モデル番号５０１）を使用したふるい分けを行った。＃８メッシュスクリーンは通過するが＃２４メッシュスクリーンでは残留する粒子を集め、手順２に記載されるように予備焼成した。実施例２２では、セラミック凝集前駆体粒子の粒度を減少させるさらなる加工は行わず、ふるい振盪機（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ（Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）より入手、モデル番号ＲＸ　２９）と直径８インチ（２０．３ｃｍ）の真鍮製ふるい（Ｗ．Ｓ．Ｔｙｌｅｒ（Ｍｅｎｔｏｒ，ＯＨ）より入手）を使用してふるい分けを行った。＃１２スクリーンは通過するが＃２０スクリーンでは残留する粒子を集め、手順２に記載されるように予備焼成した。続いて、手順２に記載されるように実施例２１および２２のセラミック凝集粒子を１３８２°Ｆ（７５０℃）に再加熱した。手順２に記載されるように実施例２１および２２のそれぞれの焼成粒子のふるい分け、洗浄、および乾燥を行い、試験手順２に記載されるように焼成粒子の圧潰強度を測定した。実施例２１の焼成粒子の外観は明るい白色半透明であり、平均圧潰強度は５３．６ポンド（２４．３ｋｇ）であった。実施例２２の焼成粒子の外観は明るい赤色不透明であり、平均圧潰強度は４４．８ポンド（２０．３ｋｇ）であった。
【０１７４】
砥粒とセラミック接合層との比が異なる場合の圧潰強度値
表１４は、砥粒対セラミック接合層の比の、圧潰強度値に対する影響を示している。選択された実施例のセラミック凝集粒子に関する砥粒とセラミック接合層の重量比および体積比が表１４に示されており、試験手順２に従って対応する圧潰強度値も示されている。
【０１７５】
ガラス接合セラミック凝集粒子（すなわち、実施例１、２、３、および８）の場合、砥粒のガラス接合層に対する実際の体積比は以下のようにして測定した。粒子表面の水分を除去するために、所与の各実施例のセラミック凝集粒子を、強制空気オーブン（Ｄｅｓｐａｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）より入手、モデル番号ＡＬＤ２−１１）中において約１００℃で約２時間乾燥させた。続いて「ＡＣＣＵ　ＰＹＣ　１３３０」（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ　Ｉｎｃ．（Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ）より商品名「ＡＣＣＵ　ＰＹＣ　１３３０」で入手）を使用したヘリウム定積比重測定法によって、所与の各実施例の粒子約１０ｇの全体積を測定した。実施例１、２、３、および８のそれぞれについて、セラミック凝集粒子を３０％フッ化水素酸（ガラス接合相は溶解するが砥粒は溶解しない）に約２時間浸漬した。フッ化水素酸溶液をデカンテーションして砥粒を取り出した。砥粒を脱イオン水で洗浄し、強制空気オーブン（Ｄｅｓｐａｃｈ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）より入手、モデル番号ＡＬＤ２−１１）中において約１００℃で約２時間乾燥させて、水分を除去した。残った砥粒の体積を、「ＡＣＣＵ　ＰＹＣ　１３３０」を使用したヘリウム定積比重測定法によって測定した。砥粒のガラス接合相に対する体積比およびパーセント値を形成し、表１４に示した。アルミナ接合セラミック凝集粒子（すなわち、実施例１６および１８）の場合は、砥粒とアルミナ接合相の両方で公称材料密度４．００ｇ／ｃｃを仮定して、砥粒とアルミナ接合相の重量分率から体積比を評価した。これらのデータを表１４にまとめる。
【０１７６】
【表１４】
表１４．砥粒とセラミック接合相との比が異なる場合の圧潰強度値
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表１４は、セラミックバインダーの含有率が高いほど、粒子の強度が高くなることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により製造した代表的なセラミック凝集粒子の概略立面図である。
【図２】本発明の方法により製造した代表的なセラミック凝集粒子の印刷デジタル画像である。
【図３】本発明の複数のセラミック凝集粒子を製造するための装置を示す概略側面図である。
【図４】本発明の複数のセラミック凝集粒子を製造するための装置の一部の斜視図であり、装置内部の一部を露出させるために装置前部を切り取っている。
【図５】図４に示される装置で使用されるふるいの一部の斜視図である。
【図６】本発明による研磨セラミック凝集粒子を含む被覆研磨物品の部分概略断面図である。
【図７】本発明による研磨セラミック凝集粒子を含む接合研磨物品の斜視図である。
【図８】本発明による研磨セラミック凝集粒子を含む不織研磨物品の拡大概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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