铈系磨料原料及铈系磨料原料的分析方法技术

本发明专利技术涉及含有通过焙烧稀土类化合物而得到的氧化稀土的铈系磨料原料，该原料的特征是，含有选自硅、铝、锆的至少１种元素，且含有不溶于高氯酸水溶液及过氧化氢水溶液的粒状物，前述粒状物的含量以重量比计在２００ｐｐｍ以下。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。更具体地涉及会产生划痕的杂质粒子的含量较少的铈系磨料原料以及判断是否是前述铈系磨料原料的分析方法。
技术介绍
铈系磨料被用于各种玻璃材料的研磨。特别是近年来还用于硬盘等磁性记录介质用玻璃、液晶显示器(LCD)玻璃基板之类电气电子仪器所用的玻璃材料的研磨，其应用领域不断扩大。这种铈系磨料由作为主成分的氧化铈(CeO2)粒子和其他稀土类金属氧化物粒子形成的磨料粒子组成。另外，铈系磨料的制造方法，首先是将原料粉碎，然后进行添加氟成分的氟化处理，以及用无机酸除去会引起异常颗粒成长的原料中的碱金属的化学处理(湿法处理)，接着，将湿法处理后的原料进行过滤、干燥后，再经高温加热焙烧，使原料粒子之间烧结，再次粉碎、分级，即可制得具有所需粒径和粒度分布的磨料。作为铈系磨料原料，以往多半使用从一种叫氟碳铈矿的稀土矿石选出的氟碳铈矿精矿这样的天然原料。最近则使用由氟碳铈矿和较为廉价的中国产复杂矿得到的稀土类化合物，对其进行焙烧，用其中的一部分或大部分作为氧化稀土的原料。这种含氧化稀土的原料是溶解矿石，进行化学处理，然后在500℃以上的温度下对以稀土类金属浓度有所提高的碳酸稀土为主成分的稀土类化合物进行焙烧，从碳酸稀土转变成氧化稀土而得到的。通过调整焙烧时间等条件可调节氧化稀土含量。但是，不仅铈系磨料，所有磨料都要求在不损伤研磨面的前提下能得到高精度的研磨面。在以往铈系磨料的制造工艺中，都对磨料粒子的粒度分布和粒径的调整、除去粗大研磨粒子、制造不出现研磨损伤的铈系磨料进行了大量试验。一般认为使用任何原料都会大大影响磨料的特性。但是，目前对于原料的研究多半都是针对操作性、成本、磨料的生产性等进行的，很少针对原料本身来研究用它做磨料时的研磨特性。另外，对于所得原料的评估方法，通常也只是成分分析，很少专门对磨料产生划痕的可能性进行研究。近年来，随着硬盘等记录介质的高密度化、LCD等所用基板的高精度化和精密化，对所用玻璃材料进行研磨时使用的磨料也要求具有更高的研磨精度。而且，一般认为对适用于这些用途的铈系磨料，单靠制造工艺的管理和改进，其作用是有限的，还需要从原料阶段就着手进行改善。本专利技术正是基于以上背景完成的专利技术，其目的就是提供一种在用作磨料时不产生划痕的适用于铈系磨料原料，同时提供能判别出这种磨料的分析方法。
技术实现思路
如上所述，提高磨料原料特性的手段有两种，一种是调整磨料粒子的粒度分布和粒径，另一种是除去粗大的研磨粒子。本专利技术者发现决定铈系磨料产生划痕的因素除了磨料粒径的分布状态和粗大研磨粒子的存在之外，还包括比被研磨材料的硬度更高的粒子的存在。本专利技术者还发现，这种硬质粒子的影响不是由其粒径所致，即便是微粒也会产生划痕。因此，本专利技术者针对这种硬质粒子的产生因素和组成进行了研究，结果表明这些硬质粒子是在磨料原料的制造过程中混入的，尤其是在干燥、焙烧稀土类化合物时，因为干燥炉、焙烧炉、焙烧器皿等的构成材料粉化而混入。另外，关于其组成，虽然尚未搞清，但已发现含有作为焙烧炉构成材料的耐火材料中所含的硅、铝、锆成分及它们在焙烧时因加热发生变化而产生的成分。另外，经过本专利技术者更加详细的研究可确认，这种硬质粒子是氧化稀土和碳酸稀土不溶于作为可溶性溶液的高氯酸水溶液及过氧化氢水溶液而存在的。本专利技术者从前述研究结果确认，可形成无研磨划痕的高精度研磨面的铈系磨料原料应该是不含有前述硬质粒子的材料，并研究了与硬质粒子的含量的关系，从而完成了本专利技术。也就是说，本专利技术是一种含有通过焙烧稀土类化合物而得到的氧化稀土的铈系磨料原料，该原料的特征是，含有选自硅、铝、锆的至少1种元素，且含有不溶于高氯酸水溶液及过氧化氢水溶液的粒状物，前述粒状物的含量以重量比计在200ppm以下。本专利技术中，“含有选自硅、铝、锆的至少1种元素，且含有不溶于高氯酸水溶液及过氧化氢水溶液的粒状物”是基于本专利技术者的研究结果，为了对产生研磨划痕的硬质粒子进行可能的限定。也就是说，在焙烧稀土类化合物而得到的磨料原料中，虽然含有硅、铝、锆等元素，但产生划痕是含有这些元素的粒状物，而且是硬质化的粒状物，这一点是很明确的。与此同时，因为即便含有硅、铝、锆等元素，但对高氯酸水溶液及过氧化氢水溶液具有溶解性，它就不会成为产生研磨划痕的原因，所以这种具有溶解性的物质应排除在外。另一方面，关于硬质粒子的含量之所以设定在200ppm以下，是因为考虑到作为磨料时的研磨速度和产生划痕的程度，在通常采用的研磨速度范围内规定无产生划痕之虞的硬质粒子的量。也就是说，研磨划痕的产生也受研磨速度的影响，在研磨速度高的情况下，磨料中多少存在一点硬质粒子，就会产生研磨划痕，但该研磨划痕通过高速研磨可以在短时间内除去。但是，事实上出现前述现象的高速研磨是不可能的。在工业上能够实现的最快研磨速度(0.01～0.5μm/min)下，不产生划痕的原料中的硬质粒子的含量必须在200ppm以下。因此，本专利技术的铈系磨料原料中应该排除在前述稀土类化合物的干燥、焙烧时因焙烧炉等的构成材料的混入而产生的硬质粒子。因此，本专利技术的铈系磨料原料能够通过抑制这种焙烧炉等的构成材料的混入而制得。本专利技术的铈系磨料原料的制造方法如下所述，即原材料采用氟碳铈矿和中国产的复杂矿等矿石，用盐酸等溶解，再用碳酸盐使之沉淀，然后过滤洗涤，得到稀土类化合物(碳酸稀土)，再经干燥和焙烧而制得。本专利技术中，对前述工序进行以下改进就能排除硬质粒子。首先，在洗涤用碳酸盐沉淀得到的稀土类化合物时，必须洗至氟浓度达到足够低为止。这是考虑到如果在来自氟碳铈矿等原材料的氟成分残留的状态下，干燥、焙烧原材料，该氟成分会以氟化氢的形式挥发，侵蚀干燥炉和焙烧炉的构成材料，从而成为混入硬质粒子的原因。而且，在此洗净工序中，氟浓度以洗至相对于原材料重量的0.1～0.01重量％为最好。另外，在洗净后的干燥、焙烧工序中，干燥最好在100～150℃的范围内进行。在此温度范围内，稀土类化合物中的氟成分难以转变成氟化氢，所以能控制干燥工序中对炉子的侵蚀。另外，在焙烧工序中，焙烧温度最好设定在400～800℃之间。温度设定在400℃以上可使碳酸稀土氧化成氧化稀土，在800℃以下是为了抑制稀土类化合物中的氟成分转变成氟化氢。另外，在焙烧工序中，通过选择不同的焙烧炉也可以抑制硬质粒子的混入。也就是说，象回转窑这样的连续式窑炉与间歇式的静止炉相比，炉体的温度变化小，热冲击也比较小，所以能抑制炉体的粉化和硬质粒子的混入。另外，为了更切实地防止硬质粒子混入磨料原料中，最好用耐侵蚀、难崩解的硬质耐火材料来制造干燥炉、焙烧炉和焙烧器皿等，并使用这些设备来进行干燥焙烧。例如，炉体的与磨料原料接触的部分用不锈钢之类的耐热性金属材料来制造，通过使用氧化铝含量高、耐火性高的材料即可抑制炉体的侵蚀和崩解。但是，本专利技术者制得的铈系磨料原料中含有的硬质粒子不溶于高氯酸水溶液和过氧化氢水溶液。因此，本专利技术者利用该特性找到了对于任何方法制得的磨料原料，都能对其作为磨料时产生划痕的可能性进行评估的方法。该分析方法是对含有通过焙烧稀土类化合物而得的氧化稀土的铈系磨料原料进行分析的方法，该方法由以下各工序组成(a)从焙烧后的铈系磨料原料采集样品进行称量的工序，(b)在前述样品中添加高氯酸水溶液和过氧化氢水溶液，再对本文档来自技高网...

【技术保护点】
铈系磨料原料，所述原料中含有通过焙烧稀土类化合物而得到的氧化稀土，其特征在于，含有选自硅、铝、锆的至少１种元素，且含有不溶于高氯酸水溶液及过氧化氢水溶液的粒状物，前述粒状物的含量以重量比计在２００ｐｐｍ以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：望月直义，
申请(专利权)人：三井金属鉱业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]