鈰類研磨材料及研磨材料漿液和鈰類研磨材料的製造方法
2023-12-08 04:17:41
專利名稱：鈰類研磨材料及研磨材料漿液和鈰類研磨材料的製造方法
技術領域：
本發明涉及鈰類研磨材料。更詳細說，涉及流動性及分散性良好、研磨特性優異的鈰類研磨材料。
背景技術：
含有作為主成分的鈰類粒子的鈰類研磨材料的用途正因其優異的研磨效果和添加到研磨材料中的各種添加劑功能的增多而飛速擴大。現在，它不僅用於以往的光學用玻璃的研磨，而且還用於研磨液晶用玻璃、硬碟等磁記錄介質用玻璃、LSI等電子迴路製造的領域。
該鈰類研磨材料的製造方法一般為如下的製造方法即，將原料進行漿化，溼式粉碎、必要時利用無機酸等進行處理後，再利用氫氟酸和氟化銨等進行化學處理。然後將所得的漿液進行過濾，乾燥，焙燒後，進行粉碎和分級，就可得到具有所希望粒徑的研磨材料粒子。另外，作為該鈰類研磨材料的原料，可用碳酸稀土、氫氧化稀土、草酸稀土等稀土原料或利用將它們焙燒所得的氧化稀土原料。一般可經公知的化學處理將一部分的稀土金屬(Nd、Pr等)及放射性元素等從氟碳鈰礦類稀土原料或含鈰稀土類原料中除去來製得這些稀土原料。
然而，對於鈰類研磨材料的要求是以能發揮其高研磨速度為前提的，另外，還要求其能製成具有優異鏡面性的研磨麵。不僅鈰類研磨材料須具有這些特性而且一般的研磨材料也須具有這些特性，另一方面來說，不單純需要優異的研磨特性，還需要對其他特性進行改善。
例如，通常使鈰類研磨材料分散於水等分散介質中，根據需要添加分散劑和pH調整劑等後，提供給研磨裝置中。因此，乾燥後的研磨材料粒子粉末快速分散於水中，變為均勻的漿液是較為重要的。
另外，研磨材料粒子對被研磨材料表面的附著性也是較為重要的。雖然可對研磨後的被研磨材料進行洗淨，但是若研磨材料粒子附著性高時，洗淨後的被研磨材料表面上殘留有研磨材料粒子。該殘留的研磨材料粒子會在其後的操作中，引起損傷。另外，若被研磨材料為硬碟用基板的話，研磨後將磁性體進行蒸鍍時，殘留粒子的存在會對平滑性造成很大影響。
作為能實現這樣各種要求的方法，研究者就能改善研磨特性的各個方面進行了各種研究，例如除了能改良研磨材料的方法之外、對添加到漿液中的添加劑、研磨墊和研磨裝置等作了研究。但是，針對分散性、附著性的改善，是對應於添加劑的功能進行了大量的研究，同時，還沒提出足夠的解決方法來滿足改進研磨材料粒子本身的需求，沒有研磨材料粒子能同時滿足研磨特性和分散性。特別在鈰類研磨材料中，利用研磨材料粒子的粒徑在1μm以下、比0.5μm更小的微小粒徑來實現表面的高平滑性、鏡面性，但若粒子的粒徑變得微小的話，從該表面能量的關係來看，分散性、附著性較差，對此還沒有對策。
鑑於上述的實際情況，本發明提供一種研磨力及研磨精度優異，同時分散性等其他的各種特性也優異的鈰類研磨材料。
發明內容
為解決上述問題和發現能得到研磨材料所需的前提特性，即，能發揮優異的研磨特性的鈰類研磨材料，本發明者對研磨時發生損傷的原因進行了整理探討。針對該研磨損傷的問題，進行整理後發現在研磨時，有兩類損傷粗大粒子的存在所產生的所謂的研磨損傷；比粗大粒子還細的粒子在最終研磨表面上所產生的微細損傷。
對於這2種損傷的發生原因進行了探討，首先該研磨損傷是由存在於研磨漿液中的粗大粒子所引起。雖然認為該粗大粒子在研磨材料粒子製造工序的焙燒工序中由研磨材料微粒子生長為異常的粒子為主要的原因，但是，另外還有將製造後的乾燥粒子粉末調製為研磨漿液時，乾燥凝集力高的粒子的存在引起粒子分散較差，由此，在漿液中形成粗大粒子的緣故。
對此，作為微細損傷的發生原因，是由於研磨粒子和被研磨材料間材質的關系所致。這是因為鈰類研磨材料所適用的被研磨材料多為以矽和鋁作為主成分的不同種類的材料。在研磨這樣不同種類的材料時，經研磨被消除的被研磨材料的微粒子物理附著在研磨材料粒子上，或經化學吸附而進行部分集中。然後，吸附了被研磨材料微粒子的研磨材料粒子發生異常凝集，這些會再次對被研磨材料起到研磨的作用而產生了損傷。
從以上的考慮出發，為了製得不發生損傷的高精度的鈰類研磨材料，就必須在製造工序中，防止異常粒子的成長。再者，必須乾燥凝集力低、向分散介質分散的分散性良好，以及維持無因被研磨材料粒子吸附所產生的異常凝集的分散狀態。這意味著具有優異的研磨特性的研磨材料在分散性上也是優異的。
本發明者深入研究的結果發現作為使研磨材料粒子的乾燥凝集力變弱的方法，在研磨材料粒子的表面上，覆蓋矽成分、鋁成分是有效的，並完成了本發明。即，本發明的鈰類研磨材料具有如下的特徵在以氧化鈰為主成分的鈰類研磨材料中，構成研磨材料的研磨材料粒子被含有矽或矽無機化合物構成的矽成分和由鋁或鋁無機化合物構成的鋁成分中的至少一種的覆蓋層覆蓋。
在本發明中，覆蓋有矽成分、鋁成分不僅指的是物理上將矽成分和鋁成分混合和附著在研磨材料粒子上，還指的是由於具有某種化學上的結合，所以，這些成分不會容易從研磨材料粒子的表面脫離，而是均勻地存在於粒子表面上。
本發明中的粒子表面的覆蓋層雖然可以是矽成分和鋁成分兩成分混合而成的單層，也可以是由矽成分所構成的層和鋁成分所構成的層進行組合所形成的2層結構的層。另外，在形成覆蓋層的2重覆蓋層時，可以是下層為矽成分，上層為鋁成分，也可以是下層為鋁成分，而上層為矽成分，可根據被研磨材料的材質和研磨條件進行選擇。
本發明的鈰類研磨材料的乾燥凝集力低，對分散介質的分散性良好，同時，研磨時很難因被研磨材料粒子的吸附而產生異常凝集。這裡，雖然對為什麼要利用矽成分和鋁成分來覆蓋鈰類研磨材料粒子的表面來發揮這樣的功能還沒有很明確的解釋，但是，本發明者認為研磨材料粒子表面的覆蓋層起到隔離物的作用而使乾燥凝集力降低。
這樣被覆蓋了的研磨材料若在焙燒前進行覆蓋層的形成的話，在焙燒時就可防止異常粒子的生長，為處於不混有粗大粒子的狀態的研磨材料。發明者認為該防止異常粒子成長的效果也是通過覆蓋層的隔離物的作用來實現的，這樣可抑制所得的研磨材料中粗大粒子的混入，成為具有更好研磨特性的研磨材料。
通過該覆蓋層的隔離物的作用，本發明的鈰類研磨材料還具有對被研磨材料的附著性降低的效果。即，本發明的鈰類研磨材料的研磨材料粒子經研磨後的洗淨，被研磨材料表面上無殘留粒子，可使粒子進行脫離。利用本發明的附著性低的鈰類研磨材料，研磨後不會發生損傷，另外，還能確保產品的平滑性。
這裡，作為覆蓋層中所含的矽成分、鋁成分的含量，矽元素、鋁元素的總的重量希望為相對於研磨材料粒子重量的0.01-5重量％。較好在0.05-3wt％的範圍，更好在0.1-2wt％。若不滿0.01wt％的話，就不能得到本發明所期望的效果；若超過5wt％的話，雖可得到改善防止燒結和分散性的效果，但是由於很難進行均勻覆蓋的處理，除了在鈰類研磨材料粒子表面上以外，還單獨存在覆蓋成分，會對研磨評價產生惡劣的影響。
在覆蓋層中，同時含有矽成分和鋁成分的情況下，該兩成分的含有比率(Si/Al)在覆蓋層為單層時的原子比為0.1-10，更好為0.5-5。另外，若為2層結構時，作為構成覆蓋層的矽成分構成的層和鋁元素矽成分構成的層的比例，Si/Al的原子比為0.1-10，更好為0.3-3。另外，上述兩者中的任意一種情況下，鋁原子的覆蓋量和矽原子的覆蓋量相比，可以是相同，也可以是較多，這樣對於改善防止燒結和分散性來說，是理想的。
然而，本發明者對該表面已被覆蓋的鈰類研磨材料進行了詳細的探討，發現該鈰類研磨材料粒子的靜止角小。由此可以認為由本發明的鈰類研磨材料構成的粉體的流動性也是良好的。這樣在進行空氣輸送時，具有可減輕對配件管子的堵塞、儲藏時往儲藏鬥內的附著和架空的優點。另外，在分級工序前，覆蓋層形成的話，就可抑制粉末往分級裝置內進行附著，從而改善分級效率。另外，在本發明中，粉體的靜止角以小為好，較好在60度以下，更好在55度以下，特好在50度以下。雖然該靜止角取決於覆蓋層的厚度，但是，相對於研磨材料粒子的重量，矽元素和鋁元素的總的含有率在0.01重量％時為60度，在增加總的含有率的同時，靜止角變小，為5重量％時，在50度以下。
本發明的鈰類研磨材料其自身具有上述的優異的分散性、流動性，還可進一步對其進行表面處理，以得到特定的性質。例如，可在本發明的研磨材料中添加油酸和硬脂酸等脂肪酸處理劑和矽油、有機氟化物等處理劑以賦予防水性。另外，還可以通過由矽類、氟類化合物構成的流動化處理劑以使流動性提高，還可以通過其他適當的表面處理劑來對帶電性、溼式分散性進行調整。若注重流動性的話，再利用偶合劑在覆蓋層的表面上形成偶合處理劑層的本發明的鈰類研磨材料是較為理想的。這是因為，偶合劑和羥基可進行反應，在表面處理劑中，偶合劑可能是最容易處理本發明的形成了含有矽成分和鋁成分的覆蓋層的研磨材料表面上大量存在的羥基(比無覆蓋層的研磨材料表面存在的羥基多)的緣故。通過這樣形成偶合處理劑層，就可將靜止角降低，製成流動性優異的研磨材料。作為形成該偶合處理劑層的偶合劑，可以用至少含有矽烷偶合劑、鋁偶合劑、氧化鋯偶合劑、鈦酸鹽偶合劑中的一種偶合劑來形成。這是因為，這些偶合劑和羥基的反應性良好，另外，一直以來都被用作能提高粉體流動性、潤滑性的添加劑的緣故。例如，覆蓋了矽烷偶合劑所形成的層的本發明的鈰類研磨材料粒子以僅由覆蓋層進行覆蓋的粒子，可將靜止角降低5度以上。
另外，對在這樣所得的粒子表面上形成有覆蓋層的鈰類研磨材料粒子的粒徑無特別限制，但是利用微型經跡測定(micro-track measurement)所測得的平均粒徑較好為0.1-10μm，更好為0.2-5μm。這是因為，若該值不到0.1μm的話，很難得到實用的研磨速度，另外，若超過10μm，多會產生研磨損傷，就不能用於精密研磨。
在本發明中，鈰類研磨材料指的不僅是粒子，還指的是粒子集合所形成的粉體。另外，含有鈰類研磨材料粒子的研磨材料漿液可將作為介質的該研磨材料分散於分散介質中來進行調製，即使在分散介質中添加具有分散作用、洗淨作用等的添加劑，也可以任意使用公知的物質。
另外，在利用具有在這樣的粒子表面上覆蓋有矽成分、鋁成分的特徵的鈰類研磨材料粒子製得的鈰類研磨材料漿液的情況下，較好是利用水來作為分散介質以製成分散漿液。另外，根據研磨的目的，也可以將分散劑和表面活性劑等各種添加劑合用，來任意製成研磨用漿液。
如以上說明，本發明的鈰類研磨材料不僅要維持優異的分散性、流動性，還要能發揮高研磨特性，以適合用作各種玻璃研磨用研磨材料。另外，本發明的鈰類研磨材料雖在其表面上具有矽成分、鋁成分，但這些成分分別具有負電、正電帶電性。本發明的鈰類研磨材料因容易進行表面處理，所以也可能對帶電性進行調整。由此，本發明的鈰類研磨材料除可用於一般的玻璃研磨之外，還可以用作電子照相法中所用的靜電潛像顯像用顯像劑的添加劑。
例如，在適用以非晶矽作為感光體的顯像裝置中，在顯像劑中添加本發明的鈰類研磨材料，可保持感光體表面的清淨性而使圖像濃度穩定性等的顯像特性得以提高。
本發明的鈰類研磨材料經覆蓋後，其壽命變長，特別是覆蓋了鋁成分的研磨材料其壽命有顯著變長的趨勢。
下面，就本發明的鈰類研磨材料的製造方法，即，形成覆蓋於研磨材料粒子上的覆蓋層的方法進行說明。作為將矽成分、鋁成分覆蓋於研磨材料粒子上的方法是進行乾式覆蓋處理，即，將焙燒前的鈰類研磨材料原料粉末或焙燒後的鈰類研磨材料粉末和膠體二氧化矽和膠體氧化鋁的微粉末進行混合。
此時，矽或矽化合物、鋁或鋁化合物的平均粒徑(D50)是焙燒前鈰類研磨材料原料粉末或焙燒後鈰類研磨材料粉末的1/3以下，較好在1/5以下，更好在1/10以下，較為合適。這是因為，若超過1/3時，覆蓋則更接近混合的狀態，而不能進行充分覆蓋。
在對焙燒後的鈰類研磨材料粉末進行覆蓋處理時，較好是將原料粉末和膠體二氧化矽等進行混合後，以200℃以上、焙燒溫度以下的溫度進行熱處理。進行熱處理的原因是單純將研磨材料粉末和膠體二氧化矽等進行混合還不能進行完全的覆蓋，會出現矽成分、鋁成分的脫落。然而，將熱處理溫度調整在200℃以上，可防止矽成分、鋁成分的脫落。另一方面，將熱處理溫度調整在焙燒溫度以下，是因為可抑制研磨材料粒子發生燒結。
另一方面，作為均勻且牢固形成覆蓋層的方法，較好是利用溼式處理，即，將鈰類研磨材料溼式分散於分散介質中，以製成漿液，並在該漿液中添加至少含有矽化合物或鋁化合物中的任一種的處理溶液的方法。這樣，就可容易且均勻地將矽成分、鋁成分覆蓋在鈰類研磨材料粒子的表面上，同時，所形成的覆蓋層在使用當中也很牢固而不會出現脫落。
本發明中的在研磨材料粒子表面所形成的覆蓋層不僅可抑制乾燥凝集，還具有抑制焙燒時粒子的異常生長的效果。由此，為了得到具有更優異的研磨特性的鈰類研磨材料，不僅對所得的鈰類研磨材料進行覆蓋處理，還要預先對粉碎後的原料進行覆蓋處理，形成覆蓋層，對此再進行通常的處理來製成研磨材料，較為理想。即，在含有如下4個工序的通常的製造方法中，在粉碎工序中或粉碎工序後，在漿液中添加含有矽化合物或鋁化合物中至少一種的處理溶液進行覆蓋處理是較為理想的；上述的4個工序分別為將研磨材料原料和分散介質混合製成漿液的漿化工序、將該漿液進行溼式粉碎的粉碎工序、將粉碎後的研磨材料原料進行焙燒的焙燒工序、將焙燒後的研磨材料原料進行乾式粉碎後進行分級處理的分級工序。
在這種情況下，作為將覆蓋處理時的研磨材料粒子或研磨材料原料漿化的分散介質，雖然也可用乙醇和烴類溶劑等有機溶劑，但是從防火等作業的安全性等問題來考慮的話，較好是以水為主成分作為分散介質。該漿液中的研磨材料或原料的濃度較好在5-50重量％的範圍內，進行處理。這是因為，若不到5重量％的話，漿液過稀，生產率降低；若超過50重量％的話，漿液的黏性變高，很難進行攪拌，就不能均勻進行覆蓋處理。特別是在對分級後的鈰類研磨材料進行表面處理時，將漿液的濃度調整到這一範圍內時，表面處理後的漿液本身可適用作為研磨用的漿液，較為便宜。另外，作為研磨材料或原料的漿化的方法，可將粉末狀或塊狀的研磨材料或原料以分散介質再調漿而漿化，根據需要，還可利用攪拌機、超聲波分散機、勻化機、高速攪拌機等裝置進行漿化。
另外，作為添加到漿化後的研磨材料或原料中的矽化合物、鋁化合物，雖可直接將膠體二氧化矽或膠體氧化鋁等的微粒子粉末進行添加，或先進行漿化再添加也是可以的，但此時，覆蓋的微粒子也會脫落，不能均勻覆蓋。由此，作為添加的化合物，較為理想的是在研磨材料漿液具有溶解性的化合物。特別是在上述的本發明中，較理想的是用以水為主成分來作為分散介質，所以此時，所添加的矽成分和鋁成分具有水溶性是較理想的。作為具有水溶性的矽成分有矽酸鈉、矽酸鉀等；另外，作為具有水溶性的鋁成分，可以用硫酸鋁、氯化鋁、鋁酸鈉等。再者，在焙燒工序前添加矽化合物等時，也可適用有機化合物來作為矽成分等，只要是經焙燒後能變為無機化合物的物質即可。
這裡在本發明中，為了均勻且牢固地將矽成分、鋁成分覆蓋在研磨材料粒子或研磨材料原料的表面上，將矽成分、鋁成分添加到研磨材料的漿液中時或添加後，最好調整pH值。作為該pH的範圍，較好是將其調整在2-10的範圍內。這是因為，pH在該範圍外時，覆蓋於粒子表面上的矽成分和鋁成分會溶出，不能得到覆蓋的效果。然而，這樣進行pH的調整，除了進行單純物理上的混合以外，還可以均勻且牢固地將矽成分、鋁成分進行覆蓋。
調整該pH的方法為在漿液中添加矽成分、鋁成分化合物時或添加後，添加酸或鹼的水溶液以維持pH在規定的範圍內。這裡，對矽成分和鋁成分的添加速度無特別限制，只要能均勻混合於整個漿液的添加都是可以的。另外，添加後維持漿液的pH的時間只要在5分鐘以上就夠了。
在粉碎工序中，在原料上預先形成覆蓋層的情況下，利用通常的方法對處理後的原料漿液進行過濾、洗淨、乾燥、焙燒、粉碎、分級，可得到鈰類研磨材料粒子粉末。
這時的焙燒溫度為700-1200℃，保持時間為30分鐘-24小時；另外，分級是將粒徑在10μm以上的粒子除去的分級。再者，為防止由於表面處理後焙燒在內部所產生的二氧化碳等氣體破壞表面的覆蓋層，可以用比碳酸稀土好的氧化稀土來作為進行覆蓋的粉體，具體地說，焙燒溫度時的二氧化碳等的揮發成分的含有率最好在相對於覆蓋前的研磨材料粒子粉體重量的25wt％以下。
另一方面，作為在經上述方法所得的有覆蓋層的鈰類研磨材料上形成偶合處理劑層的方法是將上述方法所製得的鈰類研磨材料和偶合劑進行混合，加熱處理，使其進行偶合反應。將鈰類研磨材料和偶合劑的該混合雖可將偶合劑添加在粉末狀態的鈰類研磨材料中，並在混合器中進行混合，但是也可以將鈰類研磨材料分散於水或有機溶劑中，形成漿液，並將偶合劑添加在該漿液中，進行混合。然而，對於偶合劑的混合重量是，相對於鈰類研磨材料的重量，較好以0.1-5重量％的比例進行混合。這是因為，不到0.1重量％的話，所得的研磨材料的處理效果甚微；若超過5重量％的話，由於偶合處理劑層變厚，所以在研磨中，偶合成分易脫落，會使研磨材料漿液的性狀產生變化。
作為進行處理的偶合劑，可以用矽烷偶合劑、鋁偶合劑、氧化鋯偶合劑、鈦酸鹽偶合劑等。
具體實施例方式
以下，利用適合於本發明的實施方式和比較例進行說明。
實施方式1將氟碳鈰礦類氧化鈰原料和水一起放入到磨碎機(三井礦山(株式會社)製造)，將其粉碎到利用後敘的粒徑測定方法所測得的平均粒徑為0.3μm。然後，將漿液自磨碎機移送到有攪拌裝置的接受槽中後，在添加講師的矽酸鈉水溶液的同時，進行攪拌，以使矽的重量為相對於氧化鈰重量的1wt％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到8，並繼續調整以使該pH值維持30分鐘。將所得的漿液進行過濾、乾燥，950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。
然後，利用以下的方法進行粒子表面的矽成分的覆蓋量的測定後，進行粒度測定、分散性試驗，研磨玻璃材料評價研磨特性。
(粒徑測定)將研磨材料粒子粉末0.1g放入到0.1wt％的六偏磷酸鈉水溶液100ml中，利用300W的超聲波勻化機((株式會社)日本精機製作所製造的MODEL US-300T)進行10分鐘的分散。取出一部分所得的分散液，利用微型經跡儀(micro-track)(日機裝(株式會社)micro-track MK-II粒度分析計SPA MODEL 7997-20)測定粒度分布。根據所得的數據，將小粒徑一側的體積粒度分布度為50％的粒徑的值(μm)定義為平均粒徑。
(覆蓋層的成分的測定)
將1g的研磨材料粒子粉末放入到1mol/L的NaOH的100ml水溶液中，維持50℃的溫度，同時利用磁性攪拌器對其進行4小時的攪拌。利用濾紙過濾所得的漿液，使粉末濾出，用純淨水將溶液稀釋到200ml，利用ICP來定量矽及鋁的含有率，根據最初的研磨材料粒子粉末的重量來進行換算，定量覆蓋層中的矽成分及鋁成分的量。
(分散性試驗)將研磨材料粒子粉末0.1g放入100ml的純水中，利用超聲波勻化機，改變分散時間為1分鐘、2分鐘、……，將小粒徑一側的體積粒度分布度為90％的粒徑值變到10μm以下(micro-track)所需要的時間來作為需要分散的時間。由此，可判斷為需要分散的時間越短，分散性越優異。
(研磨試驗)作為研磨裝置，可用奧斯卡型研磨試驗機(臺東精機(株式)會社製造的HSP-2I型)，使用聚氨酯制的研磨墊，並以60mmφ的平板玻璃作為被研磨材料。將上述的研磨材料和純水進行混合，調製為10wt％的研磨材料漿液，以500ml/分的速度提供該漿液，同時對研磨麵施加規定壓力500g/cm2，以及將研磨機的旋轉速度規定為1100rpm，進行5分鐘的研磨。用純水對研磨後的玻璃進行流水洗淨，再在純水中，進行1分鐘的超聲波的洗淨，再經純水進行流水洗淨，於無塵狀態下進行乾燥。另外，不進行超聲波的洗淨，只進行流水的洗淨的研磨後的玻璃的殘留量和進行超聲波洗淨的研磨材料粒子的殘留量進行比較。
(研磨材料壽命試驗)另外，為探討研磨材料經過長期使用後的耐久性而對其進行了壽命試驗。壽命試驗用了和研磨試驗相同的研磨裝置，使10wt％的研磨材料漿液5L進行循環使用，研磨100片被研磨材料，測定研磨第1片、第20片、第50片、第100片時的研磨材料的研磨值。
利用壽命試驗對實施方式1、實施方式2和後敘的比較例1的研磨材料進行評價。
研磨試驗、壽命試驗評價的研磨值是將研磨前後玻璃重量的減少量進行測定，將該測定值換算成相對於後敘比較例減少量作為100的相對值，以作為研磨值。另外，觀察研磨表面上有無損傷，以及有無殘存附著研磨材料粒子的方法是以30萬勒克斯的滷燈作為電源照射在研磨後的玻璃的表面上，利用反射法來進行觀察。關於損傷的評價是將所觀察損傷的程度及其數量用點數表示，以從100滿點扣點的方式進行。另外，用光學顯微鏡對研磨麵進行觀察，確認在玻璃表面上有無殘存的研磨材料。
將以上的粒度測定、分散性測定、研磨試驗的結果表示在表1中，而將壽命試驗的結果表示在表2中。
實施方式2在本實施方式中，代替實施方式1中的矽，將鋁進行覆蓋，製得鈰類研磨材料。和實施方式1一樣，將氟碳鈰礦類氧化鈰原料粉碎以使平均粒徑為0.3μm，添加計量的硫酸鋁水溶液，同時進行攪拌，以使該漿液中鋁的重量為相對於氧化鈰重量的1wt％。添加後攪拌5分鐘後，用NaOH水溶液將pH調整到6，並繼續調整以維持該pH值30分鐘。將所得的漿液進行過濾、乾燥、950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對所得的鈰類研磨材料粒子粉末進行評價，所得的結果表示在表1中。另外，將壽命試驗的結果表示在表2中。
實施方式3在本實施方式中，製得覆蓋了矽及鋁兩成分的鈰類研磨材料。和實施方式1一樣，將氟碳鈰礦類氧化鈰原料粉碎以使平均粒徑為0.3μm，添加計量的矽酸鈉水溶液和計量的鋁酸鈉水溶液，同時進行攪拌，以使該漿液中矽和鋁的重量分別為相對於氧化鈰重量的0.3％和0.3wt％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到6，並繼續調整以維持該pH值30分鐘。將所得的漿液進行過濾、乾燥、950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對所得的鈰類研磨材料粒子粉末進行評價，所得的結果表示在表1中。
實施方式4在本實施方式中，製得覆蓋了矽及鋁兩成分的鈰類研磨材料。和實施方式1一樣，將氟碳鈰礦類氧化鈰原料和水一起投放到磨碎機中進行粉碎以使平均粒徑為0.3μm後，將漿液自磨碎機移送到有攪拌裝置的接受槽中後，添加計量的矽酸鈉水溶液並同時進行攪拌，以使矽的重量為相對於氧化鈰重量的0.5％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到8，保持該pH值30分鐘。再添加計量的硫酸鋁水溶液並進行攪拌以使鋁的重量為0.25wt％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到6，並繼續調整以維持該pH值30分鐘。將所得的漿液進行過濾、乾燥、950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對所得的鈰類研磨材料粒子粉末進行評價，所得的結果表示在表1中。
實施方式5在本實施方式中，製得覆蓋了矽及鋁兩成分的鈰類研磨材料。和實施方式1一樣，將氟碳鈰礦類氧化鈰原料進行粉碎以使平均粒徑為0.3μm後，添加計量的硫酸鋁水溶液並進行攪拌以使鋁的重量為相對於漿液中氧化鈰重量的0.5wt％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到6，並繼續調整以維持該pH值30分鐘。再添加計量的矽酸鈉水溶液並同時進行攪拌，以使矽的重量為0.1％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到8，保持該pH值30分鐘。將所得的漿液進行過濾、乾燥、950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對所得的鈰類研磨材料粒子粉末進行評價，所得的結果表示在表1中。
實施方式6在本實施方式中，製得僅覆蓋了矽成分的鈰類研磨材料。和實施方式1一樣，將氟碳鈰礦類氧化鈰原料進行粉碎以使平均粒徑為0.3μm後，添加計量的矽酸鈉水溶液並同時進行攪拌，以使漿液中矽的重量為相對於氧化鈰的重量的1.0％。添加後攪拌5分鐘後，用稀硫酸將pH調整到8，保持該pH值30分鐘。將所得的漿液進行過濾、乾燥、950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對所得的鈰類研磨材料粒子粉末進行評價，所得的結果表示在表1中。
實施方式7和第1-第6的實施方式不同，在本實施方式中，代替作為原料的氟碳鈰礦類氧化鈰，利用含有相對於總氧化稀土的60重量％以上的氧化鈰的氧化稀土，而製得預先不進行表面處理的研磨材料，此後，再對該研磨材料進行表面處理。這裡研磨材料的製造工序除了進行表面處理以外，其餘均與第1-第6的實施方式相同。即，將原料和水一起投放到磨碎機中進行粉碎，將漿液過濾、乾燥後、950℃的焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子的工序。然後，將所得的鈰類研磨材料粒子粉末分散於純水中，攪拌以使漿液的濃度為10重量％，在該漿液中添加矽酸鈉水溶液以使相對於研磨材料重量的矽元素的含有率為1重量％。此時，利用0.1mol/L的稀硫酸將漿液的pH調整為8，同時進行30分鐘的攪拌。將攪拌後的漿液過濾，洗淨，除去鈉離子、硫酸離子，成為濾餅。將該濾餅進行120℃的乾燥，粉碎，成為鈰類研磨材料。也和實施方式1一樣，對該研磨材料進行評價，將所得結果表示在表1中。
實施方式8在本實施方式中，利用和實施方式7一樣的方法，製得鈰類研磨材料，對該研磨材料進行表面處理。將鈰類研磨材料分散於純水中，進行攪拌以使漿液濃度變為10重量％，在該漿液中添加硫酸鋁水溶液，並同時進行攪拌，以使相對於研磨材料重量的鋁元素含有率成為1重量％。維持此時漿液的pH為8。將表面處理後的漿液過濾、洗淨、成為濾餅，將該濾餅進行120℃的乾燥，粉碎，製得鈰類研磨材料。和實施方式1一樣對該研磨材料進行評價，所得結果表示在表1中。
實施方式9在本實施方式中，和實施方式7、實施方式8一樣，對鈰類研磨材料進行表面處理。將鈰類研磨材料分散於純水中，進行攪拌以使漿液濃度變為10重量％，在該漿液中添加計量的矽酸鈉水溶液和計量的鋁酸鈉水溶液，並同時進行攪拌，以使相對於研磨材料重量的矽和鋁分別為0.3重量％和0.3重量％。維持此時漿液的pH為8。將表面處理後的漿液過濾、洗淨、成為濾餅，將該濾餅進行120℃的乾燥，粉碎，製得鈰類研磨材料。和實施方式1一樣對該研磨材料進行評價，所得結果表示在表1中。
實施方式10在本實施方式中，利用和實施方式9一樣的方法，對鈰類研磨材料進行覆蓋矽成分和鋁成分的表面處理。這裡，添加計量的矽酸鈉水溶液和計量的鋁酸鈉水溶液以使相對於研磨材料重量的矽和鋁的重量分別為0.5重量％和0.3重量％。和實施方式1一樣對該研磨材料粒子粉末進行評價，所得結果表示在表1中。
實施方式11除了添加計量的矽酸鈉水溶液和計量的鋁酸鈉水溶液以使相對於研磨材料重量的矽和鋁的重量分別為0.1重量％和0.5重量％以外，其餘均用與實施方式9一樣的方法，對鈰類研磨材料進行覆蓋矽成分及鋁成分的表面處理。和實施方式1一樣對該研磨材料粒子粉末進行評價，所得結果表示在表1中。
實施方式12除去僅添加計量的矽酸鈉水溶液以使相對於研磨材料重量的矽的重量為1.0重量％以外，其餘均用與實施方式9一樣的方法，對鈰類研磨材料進行覆蓋矽成分的表面處理。和實施方式1一樣對該研磨材料粒子粉末進行評價，所得結果表示在表1中。
比較例1作為以上的實施方式1-實施方式12的比較，利用通常的方法製得粒子表面無覆蓋的研磨材料粒子。和實施方式1一樣，利用氟碳鈰礦類氧化鈰原料和水一起投放到磨碎機中進行粉碎，直到通過後敘的方法所測得的平均粒徑為0.3μm，將所得的漿液過濾、乾燥、950℃焙燒、粉碎後、除去粒徑在10μm以上的粒子，得到鈰類研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對該研磨材料粒子粉末進行評價，所得結果表示在表1中。另外，將壽命試驗的結果表示在表2中。
比較例2代替比較例1中所用的原料，和實施方式7-實施方式12一樣以氧化稀土作為原料，和比較例1相同進行處理，得到研磨材料粒子粉末。和實施方式1一樣對該研磨材料粒子粉末進行評價，所得結果表示在表1中。
表1
*研磨值的數值是相對於比較例1作為100的相對值表2
*研磨值的數值是相對於比較例1作為100的相對值從以上的結果可知，和比較例1及比較例2相比，實施方式1-實施方式12的平均粒徑有少許減少，而研磨值無降低。這被認為是因為實施方式的微小粒子在焙燒時，燒結被抑制了，結果是平均粒徑變小了。然後從研磨麵的評價結果也可知，這些實施方式的研磨材料的損傷也比比較例少，可形成良好的研磨麵。
另一方面，從分散性試驗中可知，實施方式1-實施方式12的研磨材料能以比比較例短的分散時間來進行分散，粒子間的凝集力小。另外，通過本實施例調整表面處理時的pH添加矽成分和鋁成分，比添加矽成分或鋁成分能以更高的成品率來進行表面處理。特別是在同一添加量時，被鋁成分覆蓋的鈰類研磨材料粒子粉末具有比被矽成分覆蓋的鈰類研磨材料粒子粉末更優異的分散性。另外，對於研磨後的洗淨性來說，本發明的被矽成分、鋁成分覆蓋了的研磨材料也更優異於表面未處理的材料。
在實施方式1、實施方式2、實施方式7、實施方式8、比較例1、2的研磨材料的製造工序中，測定分級效率時，發現實施方式1、實施方式2、實施方式7、實施方式8分別為96％、98％、97％、98％，相反，比較例1、2分別為67％和45％。這是因為，在這些實施方式中，在粉碎後的原料上形成了覆蓋層，焙燒時，可抑制異常粒子的生長，同時降低了粉碎機和分級機內壁上的附著性的緣故。
對於壽命試驗來說也是，本實施方式，特別是實施方式2的研磨材料即使在研磨了100片時，研磨材料也顯示了較好的研磨值，具有優異的耐久性。
實施方式13這裡，在實施方式1所製得的鈰類研磨材料上再形成偶合處理劑層。在鈰類研磨材料中添加相對於研磨材料重量的0.5重量％的矽烷偶合劑γ-氨基丙基三乙氧基矽烷，利用V型混合機進行充分攪拌，並對其進行100℃2小時的加熱處理，使其進行偶合反應。
對該偶合處理後的鈰類研磨材料進行靜止角的測定，為52度。也對沒有進行過偶合處理的鈰類研磨材料進行了靜止角的測定，為57度。由此，實施方式1中的鈰類研磨材料可通過進行偶合處理來使靜止角進一步降低，使流動性提高。
產業上利用的可能性如以上說明的一樣，覆蓋有矽成分、鋁成分的本發明的鈰類研磨材料粒子的分散性優異，特別適用於特別需要精密研磨的用途，例如，光學玻璃透鏡和玻璃基板、磁記錄磁碟用玻璃基板、液晶用玻璃基板、LSI等矽類半導體基板、磁記錄磁碟用鋁基板等的研磨。
權利要求
1.鈰類研磨材料，它是以氧化鈰為主成分的鈰類研磨材料，其特徵在於，構成研磨材料的研磨材料粒子被含有矽或矽無機化合物構成的矽成分和鋁或鋁無機化合物構成的鋁成分中的至少一種的覆蓋層覆蓋。
2.根據權利要求1所述的鈰類研磨材料，其特徵在於，覆蓋層是矽成分和鋁成分混合而成的單層。
3.根據權利要求1所述的鈰類研磨材料，其特徵在於，覆蓋層具有覆蓋研磨材料粒子的第1覆蓋層和覆蓋該第1覆蓋層的第2覆蓋層的2層結構，該第1覆蓋層由矽成分構成，該第2覆蓋層由鋁成分構成。
4.根據權利要求1所述的鈰類研磨材料，其特徵在於，覆蓋層具有覆蓋研磨材料粒子的第1覆蓋層和覆蓋該第1覆蓋層的第2覆蓋層的2層結構，該第1覆蓋層由鋁成分構成，該第2覆蓋層由矽成分構成。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的鈰類研磨材料，其特徵在於，覆蓋層所含矽成分及鋁成分的含量以矽元素及鋁元素的總重量計，是相對於研磨材料粒子重量的0.01-5wt％。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的鈰類研磨材料，其特徵在於，研磨材料粒子的覆蓋層的表面還具有由偶合劑所形成的偶合處理劑層。
7.根據權利要求6所述的鈰類研磨材料，其特徵在於，形成偶合處理劑層的偶合劑含有矽烷偶合劑、鋁偶合劑、氧化鋯偶合劑、鈦酸鹽偶合劑中的至少一種。
8.鈰類研磨材料漿液，其特徵在於，含有權利要求1-7中任一項所述的鈰類研磨材料。
9.權利要求1-5中任一項所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，包括使鈰類研磨材料溼式分散於分散介質中製成漿液，在該漿液中添加含矽化合物或鋁化合物中的至少一種的處理溶液，進行表面處理的工序。
10.根據權利要求9所述的鈰類研磨材料粒子的製造方法，其特徵在於，分散介質以水為主成分。
11.權利要求1-5中任一項所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，包括將研磨材料原料和分散介質混合，製成漿液的漿化工序；溼式粉碎該漿液的粉碎工序；將粉碎後的研磨材料原料焙燒的焙燒工序；乾式粉碎焙燒後的研磨材料原料後，進行分級處理的分級工序；在上述粉碎工序中或粉碎工序後，在上述漿液中添加含矽化合物或鋁化合物中的至少一種的處理溶液進行表面處理。
12.根據權利要求11所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，分散介質以水為主成分。
13.根據權利要求9-12中任一項所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，處理溶液中所含的矽化合物及鋁化合物為水溶性。
14.根據權利要求9-13中任一項所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，添加處理溶液使相對於漿液中的鈰類研磨材料或研磨材料原料的矽元素和鋁元素的總含有率為0.01-5wt％。
15.根據權利要求9-14中任一項所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，添加處理溶液後，將漿液的pH調整到2-10的範圍內，進行表面處理。
16.權利要求6或7所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，將利用權利要求9-15中任一項所述的方法製得的鈰類研磨材料和偶合劑混合，進行加熱處理。
17.根據權利要求16所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，將鈰類研磨材料分散於水或有機溶劑中製成漿液，添加偶合劑在該漿液中並混合。
18.根據權利要求16或17所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，以相對於鈰類研磨材料重量0.1-5重量％的比例混合偶合劑。
19.根據權利要求16-18中任一項所述的鈰類研磨材料的製造方法，其特徵在於，偶合劑含有矽烷偶合劑、鋁偶合劑、氧化鋯偶合劑、鈦酸鹽偶合劑中的至少一種。
全文摘要
本發明是以氧化鈰為主成分的鈰類研磨材料，它具有如下特徵構成研磨材料的研磨材料粒子由含有矽或矽化合物構成的矽成分和鋁或鋁化合物構成的鋁成分中的至少一種的覆蓋層覆蓋。該鈰類研磨材料，是將鈰類研磨材料溼式分散於分散介質中，製成漿液，在該漿液中添加含有矽化合物或鋁化合物中至少一種的處理溶液，進行表面處理而製成。另外，也可以在以往的鈰類研磨材料的製造工序中，在粉碎工序中或粉碎工序後在上述的漿液中添加含有矽化合物或鋁化合物中至少一種的處理溶液，進行表面處理後，進行焙燒、分級而製成。
文檔編號C09C1/68GK1527870SQ02806168
公開日2004年9月8日 申請日期2002年3月8日 優先權日2001年3月9日
發明者伊藤昭文, 義, 望月直義, 哉, 牛山和哉, 幸, 渡邊廣幸 申請人:三井金屬 業株式會社, 三井金屬鉱業株式會社