JP4567970B2 - アルミナ−ジルコニアおよびその製造方法ならびに使用方法 - Google Patents

Description

本発明はアルミナ−ジルコニア材料に関する。

アルミナ強化ジルコニア、ジルコニア強化アルミナ、アルミナ−ジルコニア共晶などのアルミナ−ジルコニアセラミック材料（安定化ジルコニアを含む）には、強度、靭性、硬度、高温での耐クリープ性などが高く、化学的に不活性であるなど、極めて望ましい特性が兼ね備わっていることが知られている。また、金属酸化物や窒化物、炭化物を加えてアルミナ−ジルコニア材料の特性を変化させることについても周知である。

このようなアルミナ−ジルコニアやアルミナ−ジルコニア系セラミックは、粒子、コーティング、繊維、バルク材などの形に加工されている。このような材料の周知の用途としては、フィラー、研磨粒子、切削工具用インサート、粉砕メディア、耐火物、繊維、遮熱材、耐摩耗性かつ耐食性のコーティングなどがあげられる。

周知のバルクアルミナ−ジルコニアおよびアルミナ−ジルコニア系セラミックを製造する方法に、粉体融合（すなわち焼結、ホットプレス、ＨＩＰ処理などによる）手法、ゾル−ゲル処理、融解、プラズマスプレーなどのプラズマ処理がある。また、周知のアルミナ−ジルコニアおよびアルミナ−ジルコニア系セラミックを微粒子の形で製造する方法に、バルク材を破砕する方法や球状粒子造粒用のアトマイズ法がある。非晶質、結晶質あるいはこれらの組み合わせであるか、さらには結晶材料、特定のマイクロ構造としてのアルミナ−ジルコニアおよびアルミナ−ジルコニア系の形態は、それぞれの組成物ごとに、たとえば処理方法や処理条件などに左右され得る。

融解処理溶湯急冷あるいはその他の方法（アトマイズ処理およびプラズマ処理）で作られる非晶質または一部が非晶質のアルミナ−ジルコニアが周知である。また、塩の噴霧熱分解によって非晶質アルミナ−ジルコニアを主成分とする粉体を作製することについても周知である。

さらに、溶融と急冷によって多くの金属酸化物を非晶質の（ガラス質を含む）状態で得ることができるが、その大半では、非晶質材料を得るには急冷速度を極めて高くする必要があることから、材料のサイズが大きすぎると結晶材料が形成されてまうことが多い。したがって、こうした材料の多くはバルク状や複合体の形にすることができない。通常、このような系は以後の再加熱時の結晶化が極めて不安定であるため、粘性流動などの特性は得られない。

一方、従来の網目形成酸化物（シリカやボリアなど）を主体とするガラスは、再加熱時の結晶化が比較的安定しているのが普通であり、よって、粘性流動が起こる「動作」範囲を容易に利用することができる。周知のガラス（シリカやボリアなど）の粉末からガラス転移点よりも高い温度での粘性焼結によって大きな物品を作製することが知られている。たとえば、研磨材業界では研磨粒子同士の結合に磁器質結合剤を使用して研削砥石を製造している。

アルミナ−ジルコニアには非晶質と結晶質の形態が知られているが、新たな形態および／またはアルミナ−ジルコニア組成が望ましく、特に、有用な（バルク）物品または研磨粒子の製造に利用されるまたは利用できるものが好ましい。

一態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３を非晶質材料の総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、ＺｒＯ_２（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２を非晶質材料の総重量に対して好ましくは少なくとも１５、２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５重量パーセント）と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、ＲＥＯ、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、これらの複合金属酸化物など）と、を含む非晶質材料であって、非晶質材料の結晶化時にＡｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物の少なくとも一部分が独立した結晶相を形成し、非晶質材料が、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを非晶質材料の総重量に対して合計で少なくとも５０（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、あるいは実に９５）重量パーセント含み、非晶質材料が、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５を非晶質材料の総重量に対して合計で２０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは１５、１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）の量で含有し、非晶質材料には、互いに垂直なｘ方向、ｙ方向、ｚ方向があり、このｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が各々少なくとも２５マイクロメートル（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいは実に少なくとも１０ｍｍ）である、非晶質材料を提供するものである。

「独立した結晶相」とは、別の独立した結晶相との固溶体で存在する相に対するものとして、Ｘ線回折で検出可能な結晶相（結晶質複合金属酸化物を含む）のことを指す。たとえば、Ｙ_２Ｏ_３またはＣｅＯ_２などの酸化物には結晶質ＺｒＯ_２との固溶体があり、相安定剤として機能することが周知である。この場合のＹ_２Ｏ_３またはＣｅＯ_２は独立した結晶相ではない。

材料のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向については、その寸法の大きさに応じて、目視または顕微鏡を使って判断する。表記のｚ方向は、たとえば、球の直径、コーティングの厚さ、あるいは角形の最長辺の長さである。

本件出願において、
「非晶質材料」とは、Ｘ線回折で測定した場合に長距離結晶秩序を持たないおよび／または本願明細書の「示差熱分析」の項で説明する試験で求められるようなＤＴＡ（示差熱分析）で測定した場合に非晶質材料の結晶化に対応する発熱ピークのある、溶湯および／または気相から得られる材料を示し、
「セラミック」には、非晶質材料、ガラス、結晶セラミック、ガラス−セラミック、これらの組み合わせを含み、
「複合金属酸化物」とは、２種類以上の金属元素と酸素とを含む金属酸化物（ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）を示し、
「複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物」とは、理論酸化物基準でＡｌ_２Ｏ_３とＡｌ以外の１以上の金属元素とを含む複合金属酸化物（ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８、Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）を示し、
「複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３」とは、理論酸化物基準でＡｌ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３とを含む複合金属酸化物（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）を示し、
「複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ」とは、理論酸化物基準でＡｌ_２Ｏ_３と希土類酸化物とを含む複合金属酸化物（ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８およびＤｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）を示し、
「ガラス」とは、ガラス転移点を持つ非晶質材料を示し、
「ガラス−セラミック」とは、非晶質材料の熱処理によって形成される結晶を含むセラミックを示し、
「Ｔ_ｇ」とは、本願明細書の「示差熱分析」の項で説明する試験で求められるようなガラス転移点を示し、
「Ｔ_ｘ」とは、本願明細書の「示差熱分析」の項で説明する試験で求められるような結晶化温度を示し、
「希土類酸化物」とは、酸化セリウム（ＣｅＯ_２など）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３など）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３など）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ_２Ｏ_３など）、ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３など）、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３など）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３など）、酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３など）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３など）、酸化プラセオジム（Ｐｒ_６Ｏ_１１など）、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３など）、テルビウム（Ｔｂ_２Ｏ_３など）、酸化トリウム（Ｔｈ_４Ｏ_７など）、ツリウム（Ｔｍ_２Ｏ_３など）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３など）、これらの組み合わせを示し、
「ＲＥＯ」とは、希土類酸化物を示す。

さらに、本願明細書では、たとえばガラス−セラミックで金属酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３、複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物など）が結晶質である旨を特に明記しない限り、該当する金属酸化物は非晶質であっても結晶質であってもよく、非晶質の部分と結晶質の部分とからなるものであってもよいものとする。たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを含むガラス−セラミックの場合、Ａｌ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２は各々非晶質状態であっても結晶状態であってもよく、非晶質状態の部分と結晶状態の部分とがあってもよく、さらには別の金属酸化物との反応生成物としての形（たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３が結晶質Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌ_２Ｏ_３の特定の結晶相（αＡｌ_２Ｏ_３など）として存在する旨を特に明記しない限り、これを結晶質Ａｌ_２Ｏ_３としておよび／または１以上の結晶質複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物とすることができるであってもよい。

さらに、Ｔ_ｇを持たない非晶質材料の加熱によって形成されるガラス−セラミックには、実際にガラスが含まれていなくてもよく、結晶とＴ_ｇを持たない非晶質材料とを含むものであってもよいものとする。

一態様において、本発明は、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、ＺｒＯ_２（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも１５、２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５重量パーセント）と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、ＲＥＯ、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、これらの複合金属酸化物など）と、を含むガラス−セラミックであって、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物の少なくとも一部分が少なくとも１つの独立した結晶相として存在し、ガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とをガラス−セラミックの総重量に対して合計で少なくとも５０（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、あるいは実に９５）重量パーセント含み、ガラス−セラミックが、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５をガラス−セラミックの総重量に対して合計で２０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは１５、１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）の量で含有し、ガラス−セラミックには、互いに垂直なｘ方向、ｙ方向、ｚ方向があり、このｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が各々少なくとも２５マイクロメートル（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいは実に少なくとも１０ｍｍ）である、ガラス−セラミックを提供するものである。

いくつかの実施形態では、非晶質材料は、他の材料（本発明による非晶質材料を含む粒子、本発明による非晶質材料を含むセラミックなど）中に含まれるものであってもよい。任意に、非晶質材料（ガラスも入る）を、この非晶質材料の少なくとも一部分がガラス−セラミックに変換されるように熱処理する。

一態様において、本発明はガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子を提供するものである。本発明による研磨粒子の実施形態のなかには、ガラス−セラミックを含み、このガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、少なくとも１５（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５重量パーセント）と、Ｙ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ｙ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも０．５から１５％、一層好ましくは１から１０重量パーセント）と、を含み、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部分が少なくとも１つの独立した結晶相（結晶質Ｙ_２Ｏ_３および／または結晶質複合Ｙ_２Ｏ_３・金属酸化物など）として存在する、研磨粒子がある。

本発明による研磨粒子の実施形態のなかには、ガラス−セラミックを含み、このガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、少なくとも１５（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５重量パーセントと、ＲＥＯ（いくつかの実施形態では、ＲＥＯをガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも０．５から１５％、一層好ましくは１から１０重量パーセント）と、を含み、ＲＥＯの少なくとも一部分が少なくとも１つの独立した結晶相（結晶質ＲＥＯおよび／または結晶質複合ＲＥＯ・金属酸化物など）として存在する、研磨粒子がある。

本発明による研磨粒子の実施形態のなかには、ガラス−セラミックを含み、このガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３を非晶質材料の総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、ＺｒＯ_２をガラス−セラミックの総重量に対して少なくとも１５（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、あるいは実に少なくとも４５）重量パーセントと、を含み、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５をガラス−セラミックの総重量に対して１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）の量で含有し、ガラス−セラミックには、互いに垂直なｘ方向、ｙ方向、ｚ方向があり、このｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が各々少なくとも２５マイクロメートルである、研磨粒子がある。

本発明による研磨粒子の実施形態のなかには、ガラス−セラミックを含み、このガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、ＺｒＯ_２（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０重量パーセント、あるいは実に少なくとも４５重量パーセント）と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、ＲＥＯ、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、これらの複合金属酸化物など）と、を含み、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物の少なくとも一部分が少なくとも１つの独立した結晶相として存在し、ガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを合わせてガラス−セラミックの総重量に対して合計で少なくとも５０（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、あるいは実に９５）重量パーセント含み、ガラス−セラミックが、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５をガラス−セラミックの総重量に対して２０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは１５、１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）含有する、研磨粒子がある。

もうひとつの態様では、本発明は、研磨粒子の製造方法であって、
非晶質材料（ガラスも入る）を、この非晶質材料の少なくとも一部分がガラス−セラミックに変換されるように熱処理し、
ガラス−セラミックを破砕してガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供することを含む、研磨粒子の製造方法を提供するものである。

これらの研磨粒子については、研磨物品に組み入れてもよいし、ばらばらの状態で使用することもできる。本発明による研磨物品はバインダーと複数の研磨粒子とを含み、研磨粒子の少なくとも一部分が本発明による研磨粒子である。代表的な研磨製品としては、被覆砥粒研磨物品、固定砥粒研磨物品（ホイールなど）、不織研磨物品、研磨ブラシがあげられる。被覆砥粒研磨物品は一般に、第１の主面と、これに対向する第２の主面とを有する裏材を含み、バインダーと複数の研磨粒子とが第１の主面の少なくとも一部分上に研磨材層を形成する。

いくつかの実施形態では、研磨物品中の研磨粒子の総重量に対して、研磨物品中の研磨粒子の好ましくは少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０ ５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、あるいは実に１００重量パーセントが本発明による研磨粒子である。

研磨粒子は、使用前に特定の粒度分布が得られるように分級されるのが普通である。このような分布は一般に、粒度の範囲で粗い粒子細かい粒子からおよぶ。研磨材の技術分野では、この範囲が「粗粒」分、「粒調（ｃｏｎｔｒｏｌ）」分および「細粒」分と呼ばれることもある。業界で受け入れられている分級標準に従って分級される研磨粒子は、公称グレードごとの粒度分布を限界値内で指定する。このような業界で受け入れられている分級標準（すなわち規定公称グレード）には、米国規格協会（ＡＮＳＩ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）の標準、欧州研磨製品連盟（ＦＥＰＡ：Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）の標準、日本工業規格（ＪＩＳ）の標準として知られているものが含まれる。一態様において、本発明は、規定公称グレードを有する複数の研磨粒子であって、複数の研磨粒子の少なくとも一部分が本発明による研磨粒子である、研磨粒子を提供するものである。いくつかの実施形態では、複数の研磨粒子の総重量に対して複数の研磨粒子の好ましくは少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０ ５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、あるいは実に１００重量パーセントが本発明による研磨粒子である。

もうひとつの態様では、本発明は、本発明による研磨粒子の製造方法であって、非晶質材料（ガラスも入る）を含む粒子を、非晶質材料の少なくとも一部分がガラス−セラミックに変換されるように熱処理し、ガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供することを含む、研磨粒子の製造方法を提供するものである。一般に、熱処理後にガラス−セラミックを含む研磨粒子を分級して規定公称グレードを有する複数の研磨粒子を得るが、この場合、複数の研磨粒子の少なくとも一部分がガラス−セラミックを含む複数の研磨粒子である。任意に、粒子非晶質材料を熱処理する前に、規定公称グレードを有する複数の粒子を提供し、これらの粒子の少なくとも一部分が熱処理対象となる非晶質材料を含む複数の粒子であり、規定公称グレードを有する複数の研磨粒子が得られるように熱処理を行い、研磨粒子の少なくとも一部分がガラス−セラミックを含む複数の研磨粒子である。

もうひとつの態様において、本発明は、本発明による研磨粒子の製造方法であって、非晶質材料を含む粒子を、非晶質材料の少なくとも一部分がガラス−セラミックに変換されるように熱処理し、ガラス−セラミックを含む研磨粒子を提供することを含む、研磨粒子の製造方法を提供するものである。一般に、熱処理後にガラス−セラミックを含む研磨粒子を分級して規定公称グレードを有する複数の研磨粒子を得るが、この場合、複数の研磨粒子の少なくとも一部分がガラス−セラミックを含む複数の研磨粒子である。任意に、非晶質材料を含む粒子を熱処理する前に、規定公称グレードを有する複数の粒子を提供し、これらの粒子の少なくとも一部分が熱処理対象となる非晶質材料を含む複数の粒子であり、規定公称グレードを有する複数の研磨粒子が得られるように熱処理を行い、研磨粒子の少なくとも一部分がガラス−セラミックを含む複数の研磨粒子である。

本発明による非晶質材料およびガラス−セラミックについては、粒子（ガラスビーズ（直径が少なくとも１マイクロメートル、５マイクロメートル、１０マイクロメートル、２５マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、７５０マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいは実に少なくとも１０ｍｍのビーズなど）など）、物品（皿など）、繊維、粒子、コーティング（薄層コーティングなど）に製造したり、上記の粒子や繊維、コーティングとして作製したり、あるいは上記の粒子や繊維、コーティングに変換可能なものである。非晶質材料および／またはガラス−セラミック粒子および繊維は、たとえば、断熱材、フィラー、複合材料（セラミック複合材料、金属複合材料、ポリマーマトリクス複合材料など）中の強化材として有用である。薄層コーティングは、たとえば摩耗を伴う用途での保護コーティングならびに温度管理用として有用なものとなり得る。本発明による物品の一例として、台所用品（皿を含む）、歯科用ブラケット、強化繊維、切削工具用インサート、研磨材材料、ガスエンジンの構造用部品（バルブやベアリングなど）があげられる。他の物品としては、本体または他の支持体の外面にセラミックの保護コーティングを有するものがあげられる。

非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態のなかには、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して、好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、ＺｒＯ_２（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも１５、２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５重量パーセント）と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、ＲＥＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＮｉＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、これらの複合金属酸化物など）と、を含み、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物の少なくとも一部分が熱処理時に独立した結晶相を形成し、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して合計で少なくとも５０（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、あるいは実に９５）重量パーセント含み、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックが、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５を、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して合計で２０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは１５、１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）の量で含有するものを含むものがある。

非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態のなかには、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して）少なくとも１５（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５）重量パーセントのＺｒＯ_２、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して重量パーセントのＺｒＯ_２と、Ｙ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは、少なくとも０．５から１５％、一層好ましくは１から１０重量パーセントのＹ_２Ｏ_３）と、を含み、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部分が熱処理時に独立した結晶相を形成するものが含まれる。

非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態のなかには、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３をガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して）少なくとも１５（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５）重量パーセントのＺｒＯ_２、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して重量パーセントのＺｒＯ_２と、Ｙ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは、少なくとも０．５から１５％、一層好ましくは１から１０重量パーセントのＹ_２Ｏ_３）と、を含み、Ｙ_２Ｏ_３の少なくとも一部分が熱処理時に独立した結晶相を形成するものが含まれる。

非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態のなかには、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して少なくとも１５（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５）重量パーセントのＺｒＯ_２と、を含み、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５を、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して合計で１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）の量で含有し、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックには、互いに垂直なｘ方向、ｙ方向、ｚ方向があり、このｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が各々少なくとも２５マイクロメートル（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいは実に少なくとも１０ｍｍ）であるものが含まれる。

非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態のなかには、Ａｌ_２Ｏ_３（いくつかの実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセント）と、ＺｒＯ_２（いくつかの実施形態では、ＺｒＯ_２を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して好ましくは少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、あるいは実に少なくとも４５重量パーセント）と、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、ＲＥＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、ＮｉＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、これらの複合金属酸化物など）と、を含み、Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物の少なくとも一部分が熱処理時に独立した結晶相を形成し、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックが、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して合計で少なくとも５０重量パーセント含み、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックが、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５を、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して合計で２０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは１５、１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下または０重量パーセント）の量で含有し、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックには、互いに垂直なｘ方向、ｙ方向、ｚ方向があり、このｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が各々少なくとも２５マイクロメートル（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいは実に少なくとも１０ｍｍ）であるものが含まれる。

任意に、本願明細書に記載の非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態がすでに具体的に述べられていない場合、非晶質材料、ガラス−セラミックなどの実施形態は、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５を、本願明細書に記載のセラミック、研磨粒子などの総重量に対して合計で１０重量パーセント以下（いくつかの実施形態では、好ましくは５、４、３、２、１重量パーセント未満、あるいは実に０重量パーセント）の量で含み得るものであると好ましく、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックの実施形態をすでに具体的に述べていない。

任意に、本願明細書に記載の非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態がすでに具体的に述べられていない場合、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックの実施形態は、ＳｉＯ_２を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して１５、１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下、あるいは実に０重量パーセントの量で含み得るものであると好ましい。

任意に、本願明細書に記載の非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態がすでに具体的に述べられていない場合、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックの実施形態は、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対してＢ_２Ｏ_３を１０、５、４、３、２、１、あるいは実に０重量パーセントと、Ｂ_２Ｏ_３を１０、５、４、３、２、１、あるいは実に０重量パーセントとを含むものであると好ましい。

任意に、本願明細書に記載の非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態がすでに具体的に述べられていない場合、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックの実施形態は、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５を、非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して合計で１０、５、４、３、２、１重量パーセント以下、あるいは実に０重量パーセントの量で含むものであると好ましい。

任意に、本願明細書に記載の非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態がすでに具体的に述べられていない場合、非晶質材料の少なくとも一部分には、互いに垂直なｘ方向、ｙ方向、ｚ方向があり、このｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が各々少なくとも１０マイクロメートル、少なくとも２５マイクロメートル、少なくとも３０マイクロメートル、３５マイクロメートル、４０マイクロメートル、４５マイクロメートル、５０マイクロメートル、７５マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、１０００マイクロメートル、２０００マイクロメートル、２５００マイクロメートル、１ｍｍ、５ｍｍ、あるいは実に少なくとも１０ｍｍである。

任意に、本願明細書に記載の非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などの実施形態が、Ａｌ_２Ｏ_３を非晶質材料の総重量あるいは該当する場合はガラス−セラミックの総重量に対して少なくとも２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、あるいは実に少なくとも７０重量パーセントを含む場合。

いくつかの実施形態では、非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などが、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックのＡｌ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２の総含有量に対して、ＺｒＯ_２を約４５から約３５重量パーセントの範囲に対してＡｌ_２Ｏ_３を約５５から約６５重量パーセントの範囲で含むと好ましい。いくつかの実施形態では、非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などが、非晶質材料あるいは該当する場合はガラス−セラミックのＡｌ_２Ｏ_３およびＺｒＯ_２の総含有量に対して、Ａｌ_２Ｏ_３約６０重量パーセントとＺｒＯ_２約４０重量パーセントとを含むと好ましい。

いくつかの実施形態では、非晶質材料（ガラスも入る）、ガラス−セラミック、ガラス−セラミックを含む本発明による研磨粒子、ガラス−セラミックを製造するための非晶質材料（ガラスも入る）、研磨粒子などが、Ａｌ_２Ｏ_３対ＺｒＯ_２の重量比が１：１０から１０：１の範囲であると好ましく、約３：２であると一層好ましい。

非晶質材料（ガラスなど）、非晶質材料を含むセラミック、非晶質材料を含む粒子などを、たとえば、しかるべき金属酸化物源を加熱（火炎中を含む）して溶湯、望ましくは均質な溶湯を生成した後、この溶湯を急冷して非晶質材料を得ることによって製造することが可能である。非晶質材料の実施形態については、たとえば、金属酸化物源を好適な炉（誘導加熱炉、ガス燃焼炉または電気炉など）内、あるいはたとえばプラズマ内で溶融して製造することが可能である。このようにして得られる溶湯を冷却する（溶湯を冷却媒体（空気の高速ジェット流、液体、金属板（冷却された金属板を含む）、金属ロール（冷却された金属ロールを含む）、金属ボール（冷却された金属ボールを含む）などの中に放出する）など）。

非晶質材料の実施形態については、たとえば米国特許第６，２５４，９８１号（キャッスル（Ｃａｓｔｌｅ））に開示されているような火炎溶融法を利用して製造することが可能である。この方法では、金属酸化物源材料を（「フィード粒子」とも呼ばれることがある粒子の形態などで）直接バーナー（メタン−空気バーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナーなど）に供給した後、たとえば、水、冷却油、空気などの中で急冷する。フィード粒子については、たとえば、金属酸化物源を粉砕、凝集（噴霧乾燥など）、溶融、あるいは焼結することによって製造可能である。火炎中に送られるフィード粒子の粒度次第で、粒子を含む形で得られる非晶質材料のサイズが変わってくるのが普通である。

また、自由落下による冷却を併用したレーザスピンメルト（ｌａｓｅｒ ｓｐｉｎ ｍｅｌｔ）、テイラー（Ｔａｙｌｏｒ）ワイヤ法、プラズマトロン法、ハンマーアンビル法、遠心急冷、空気銃によるスプラット冷却、単ローラ急冷および双ローラ急冷、ローラプレート急冷、液滴（ｐｅｎｄａｎｔ ｄｒｏｐ）の溶湯吸上げ（Ｒａｐｉｄ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、ブロックウェイ（Ｂｒｏｃｋｗａｙ）ら、メタルズアンドセラミックスインフォメーションセンター（Ｍｅｔａｌｓ Ａｎｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ）、デパートメントオブデフェンスインフォメーションアナリシスセンター（Ａ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｅｎｔｅｒ）、オハイオ州コロンブス（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ）、１月、１９８４などを参照のことなどの他の手法で非晶質材料の実施形態を得ることも可能である。また、好適な前駆体の熱（火炎またはレーザまたはプラズマを利用したものを含む）による熱分解、金属前駆体の物理的気相合成（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）（ＰＶＳ）、機械化学的処理などの他の手法で非晶質材料の実施形態を得るようにしてもよい。

有用な非晶質材料組成としては、共晶組成物（二元共晶組成物や三元共晶組成物）またはその近辺のものがあげられる。当業者であれば、本願開示の内容を精査の後、本願明細書に開示の組成物だけでなく、四元共晶組成物およびさらに高次の共晶組成物をはじめとする他の組成物についても分かるであろう。

（理論酸化物基準で）Ａｌ_２Ｏ_３の商業ソースをはじめとするソースには、ボーキサイト（天然産のボーキサイトと合成製造されるボーキサイトの両方を含む）、焼成ボーキサイト、水和アルミナ（ベーム石およびギブス石など）、アルミニウム、バイヤー法で製造されるアルミナ、アルミニウム鉱石、γアルミナ、αアルミナ、アルミニウム塩、硝酸アルミニウム、これらの組み合わせがある。Ａｌ_２Ｏ_３のソースは、Ａｌ_２Ｏ_３を含有するものであってもよいし、これを提供するだけのものであってもよい。あるいは、Ａｌ_２Ｏ_３のソースは、Ａｌ_２Ｏ_３ならびにＡｌ_２Ｏ_３以外の１以上の金属酸化物（複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物の材料またはこれを含有する材料（Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８など）を含む）を含有するものであってもよいし、これを提供するものであってもよい。

（理論酸化物基準で）ＺｒＯ_２の商業ソースをはじめとするソースには、酸化ジルコニウム粉末、ジルコンサンド、ジルコニウム、ジルコニウム含有鉱石、ジルコニウム塩（炭酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、塩化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、これらの組み合わせなど）がある。上記に加え、あるいはその代わりに、ＺｒＯ_２のソースは、ＺｒＯ_２ならびにハフニアなどの他の金属酸化物を含有するものであってもよいし、これを提供するものであってもよい。（理論酸化物基準で）ＨｆＯ_２の商業ソースをはじめとするソースには、酸化ハフニウム粉末、ハフニウム、ハフニウム含有鉱石、ハフニウム塩がある。上記に加え、あるいはその代わりに、ＨｆＯ_２のソースは、ＨｆＯ_２ならびにＺｒＯ_２などの他の金属酸化物を含有するものであってもよいし、これを提供するものであってもよい。ＺｒＯ_２の正方晶／立方晶の形態を安定させることが知られている金属酸化物（Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯなど）を加えると望ましいことがある。

希土類酸化物の商業ソースをはじめとするソースには、希土類酸化物粉末、希土類金属、希土類含有鉱石（バストネス石およびモナズ石など）、希土類塩、希土類硝酸塩、希土類炭酸塩がある。希土類酸化物のソースは、希土類酸化物を含有するものであってもよいし、これを提供するだけのものであってもよい。あるいは、希土類酸化物のソースは、希土類酸化物ならびに希土類酸化物以外の１以上の金属酸化物（複合希土類酸化物・他の金属酸化物の材料またはこれを含有する材料（Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８など）を含む）を含有するものであってもよいし、これを提供するものであってもよい。

（理論酸化物基準で）Ｙ_２Ｏ_３の商業ソースをはじめとするソースには、酸化イットリウム粉末、イットリウム、イットリウム含有鉱石、イットリウム塩（炭酸イットリウム、硝酸イットリウム、塩化イットリウム、水酸化イットリウム、これらの組み合わせなど）がある。Ｙ_２Ｏ_３のソースは、Ｙ_２Ｏ_３を含有するものであってもよいし、これを提供するだけのものであってもよい。あるいは、Ｙ_２Ｏ_３のソースは、Ｙ_２Ｏ_３ならびにＹ_２Ｏ_３以外の１以上の金属酸化物（複合Ｙ_２Ｏ_３・金属酸化物の材料またはこれを含有する材料（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）を含む）を含有するものであってもよいし、これを提供するものであってもよい。

他の有用な金属酸化物としては、理論酸化物基準で、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、これらの組み合わせがあげられる。商業ソースをはじめとするソースには、酸化物自体、複合酸化物、鉱石、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、塩化物、水酸化物などがある。これらの金属酸化物を加えて得られる研磨粒子の物性を変化させるおよび／または処理を改善する。これらの金属酸化物については、一般に０から５０重量％のどこで添加してももよく、いくつかの実施形態では、所望の特性などに応じてガラス−セラミックの好ましくは０から２５重量％、一層好ましくは０から５０重量％の量で添加する。

いくつかの実施形態では、酸化物形成のエンタルピーが負である金属（Ａｌ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、これらの組み合わせ）Ｍまたはその合金のうちの少なくとも１つを含む微粒子状の金属材料を溶湯に加えることで、金属酸化物源の少なくとも一部分（いくつかの実施形態では、好ましくは１０ １５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、あるいは実に少なくとも５０重量パーセント）を得るか、そうでなければこれらに他の原料で金属を付けるようにすると都合がよいことがある。理論に拘泥されるつもりはないが、金属の酸化に伴う発熱反応で生じる熱が、均質な溶湯ならびにこれによって得られる非晶質材料の生成に有利な形で作用すると考えられる。たとえば、酸化反応によって原料内にさらに熱が生成されると、不十分な熱の移動がなくなるか低減されるため、特にｘ方向、ｙ方向、ｚ方向が１５０マイクロメートルを超える非晶質粒子の形成時に溶湯の形成と均質化が容易になる。また、こうして生成された熱を利用できると、さまざまな化学反応や物理的プロセス（高密度化や球状化など）を促進して完了させやすくなると考えられる。さらに、実施形態によっては、酸化反応によって生成される熱を利用することで、こうした熱がなければ困難であるか、そうでなければ材料の融点が高く非現実的であった溶湯の生成を実現することが可能になると考えられる。さらに、酸化反応によって生成される熱を利用することで、こうした熱がなければ製造が不可能であるか、あるいは所望のサイズ範囲での製造が不可能であった非晶質材料の製造を実現することができる。本発明のもうひとつの利点として、非晶質材料の製造時、溶融、高密度化、球状化などの物理的プロセスおよび化学的プロセスの多くを短時間で行うことができるため、極めて高い急冷速度を実現できることがあげられる。さらに詳しい説明については、本願と同日出願の、同時係属中の米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号（代理人整理番号５６９３１ＵＳ００７）を参照のこと。

本発明によるセラミックを製造するための金属酸化物源および他の添加剤にそれぞれ何を選択するかについては、得られるセラミックの所望の組成物およびマイクロ構造、所望の結晶度、該当する場合、得られるセラミックの所望の物性（硬度または靭性など）、望ましくない不純物の混入を回避または最小限に抑えること、得られるセラミックの所望の特徴および／またはセラミックの調製に使用する個々のプロセス（融解および／または固化の前および／または間の設備および原料の精製）を考慮して決められるのが一般的である。

特定の金属酸化物を加えることで、本発明によるガラス−セラミックの特性および／または結晶構造またはマイクロ構造ならびに、ガラス−セラミック製造時の原料および中間体の処理が変わる場合がある。たとえば、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏなどの酸化物を添加すると、非晶質材料のＴ_ｇ（ガラスの場合）とＴ_ｘ（Ｔ_ｘは結晶化温度である）の両方が変化することが観察されている。理論に拘泥されるつもりはないが、このような添加によってガラスの生成に影響がおよぶものと考えられる。さらに、たとえば、このような酸化物を添加することで、系全体の溶融温度が下がり（すなわち系がより低めの温度で溶融する共晶になり）、非晶質材料の生成が容易になる場合もある。多成分系（四元など）の複合共晶では非晶質材料生成能が高まることがある。また、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏなどの特定の金属酸化物を添加すると、「動作」範囲での溶湯液（ｌｉｑｕｉｄ ｍｅｌｔ）の粘度とガラスの粘度に影響がおよぶこともある。さらに、ハロゲン（フッ素および塩素など）あるいはカルコゲニド（硫化物、セレン化物、テルル化物など）のうちの少なくとも１つを非晶質材料ならびにこの材料から製造されるガラス−セラミックに混在させることも本発明の範囲内である。

非晶質材料ならびに非晶質材料を含むセラミックの結晶化には、特定の材料の添加が影響する場合もある。たとえば、特定の金属、金属酸化物（チタン酸塩およびジルコン酸塩など）、フッ化物などが、核生成剤として作用し、好都合に不均一な結晶核生成が得られる場合がある。また、酸化物を添加することで、再加熱時に非晶質材料から失透する準安定相の性質が変わる場合もある。

本発明によるセラミックを製造するための金属酸化物源および他の添加剤にそれぞれ何を選択するかについては、得られるセラミックの所望の組成物およびマイクロ構造、所望の結晶度、該当する場合、得られるセラミックの所望の物性（硬度または靭性など）、望ましくない不純物の混入を回避または最小限に抑えること、得られるセラミックの所望の特徴および／またはセラミックの調製に使用する個々のプロセス（融解および／または固化の前および／または間の設備および原料の精製）を考慮して決められるのが一般的である。

金属酸化物源および他の添加剤は、本発明による非晶質材料、本発明によるガラス−セラミックなどの製造に使用するプロセスおよび設備に適していれば、どのような形態のものであってもよい。原料については、酸化物非晶質材料および非晶質金属の製造技術分野において周知の手法と設備とを利用して溶融および急冷することができる。望ましい冷却速度としては、５０Ｋ／s以上があげられる。従来技術において周知の冷却の手法として、ロールチルがある。ロールチルは、たとえば、金属酸化物源を一般に融点よりも２０〜２００℃高い温度で溶融し、溶湯を高圧（空気、アルゴン、窒素などのガスを使用するなど）下で高速回転ロールに噴霧して冷却／急冷する形で実施できる。一般に、これらのロールは金属製であり、水を使った冷却が行われる。溶湯の冷却／急冷には、金属のブックモールドが役立つこともある。

溶湯を生成する、溶湯を冷却／急冷するおよび／または上記以外であれば非晶質材料を形成するための他の手法として、気相急冷、溶湯吸上げ、プラズマスプレー、ガスアトマイズまたは遠心アトマイズがあげられる。気相急冷は、たとえば、金属合金または金属酸化物源をスパッタリングターゲットに形成してこれを使用するスパッタリングによって実施可能である。この場合、スパッタリング装置内のあらかじめ定めた位置にターゲットを固定し、被覆対象となる支持体をターゲットと向かい合わせに配置する。酸素ガスおよびＡｒガス１０^−３トールの一般的な圧力、ターゲットと支持体との間に放電が生じ、Ａｒイオンまたは酸素イオンがターゲットに衝突して反応スパッタリングが開始されるため、この組成物が支持体上に成膜される。プラズマスプレーに関するさらに詳しい説明については、たとえば、本願と同日出願の、同時係属中の米国特許出願第＿＿＿＿＿（代理人整理番号５７９８０ＵＳ００２）を参照のこと。

ガスアトマイズでは、フィード粒子を溶融してこれを溶湯に変える必要がある。このような溶湯を粉砕用の空気のジェット流と接触させて溶湯流を噴霧化する（すなわち溶湯流を飛散させて細かい液滴にする）。このようにして得られる、実質的に独立した、通常は楕円形である非晶質材料含有粒子（ビーズなど）を回収する。ビーズサイズの一例として、直径が約５マイクロメートルから約３ｍｍの範囲のものがあげられる。溶湯吸上げについては、たとえば、米国特許第５，６０５，８７０号（ストロム−オルセン（Ｓｔｒｏｍ−Ｏｌｓｅｎ）ら）に記載されているようにして実施できる。たとえば２００１年４月４日に国際公開第０１／２７０４６ Ａ１号で公開されたＰＣＴ出願に開示されているようなレーザ光加熱を利用したガラスの無容器製造法が、本発明による材料の製造に役立つこともある。

冷却速度は急冷後の非晶質材料の特性に影響すると思われる。たとえば、ガラス転移点、密度ならびにガラスの持つ他の特性は一般に、冷却速度次第で変化する。

一般に、バルク材に少なくとも５０、６０、７５、８０、８５、９０、９５、９８、９９、あるいは実に１００重量パーセントの非晶質材料を含有させると好ましい。

冷却時に所望の酸化状態などを維持するおよび／またはこれに影響をおよぼすための還元環境、中性環境、あるいは酸化環境などの制御された雰囲気下で急速な冷却を行うこともできる。この雰囲気は、過冷却液体からの結晶化動力学に影響をおよぼすことで非晶質材料の形成に影響し得るものである。たとえば、空気中での場合に比してアルゴン雰囲気中での方が結晶化せずにＡｌ_２Ｏ_３溶湯の過冷却が大きくなることが報告されている。

材料のマイクロ構造または相組成（ガラス質／非晶質／結晶質）を判断するには、数多くの方法を利用することが可能である。光学顕微鏡法、電子顕微鏡法、示差熱分析（ＤＴＡ）法、Ｘ線回折（ＸＲＤ）法などを利用して、さまざまな情報を取得することができる。

光学顕微鏡法を用いると、非晶質材料は一般に結晶境界などの光散乱中心が存在しないため大部分が透明であるのに対し、結晶材料には結晶構造が認められ、光散乱効果によって不透明になる。

メッシュサイズが−１００＋１２０の画分（すなわち篩の目開きサイズ１５０マイクロメートルから目開きサイズ１２５マイクロメートルで回収される画分）を使用して、ビーズで非晶質の生成率を算出することができる。測定については以下のようにして行う。ビーズの単層をスライドガラスに塗り広げる。光学顕微鏡でこれらのビーズを観察する。光学顕微鏡の接眼レンズの十字線をガイドとして使用し、直線上にあるビーズをその光学的透明度に応じて非晶質または結晶質のいずれかにカウントする。合計５００個のビーズをカウントし、非晶質ビーズの量をカウントしたビーズの総数で割って非晶質の生成率を求める。

ＤＴＡを使用して、材料の対応するＤＴＡのトレース記録に発熱を伴う結晶化イベント（Ｔ_ｘ）がある場合に、その材料を非晶質に分類する。同じトレース記録にＴ_ｘよりも低い温度で発熱を伴う他のイベント（Ｔ_ｇ）がある場合、これをガラス相からなるものであるとみなす。材料のＤＴＡのトレース記録にこのようなイベントが全く含まれなければ、結晶相を含有するものであるとみなす。

示差熱分析（ＤＴＡ）については以下の方法で実施できる。メッシュサイズが−１４０＋１７０の画分（すなわち篩の目開きサイズ１０５マイクロメートルから目開きサイズ９０マイクロメートルで回収される画分）を使用して、（ドイツのゼルブ（Ｓｅｌｂ）にあるネッツシュ・インスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から商品名「ネッツシュ・エスティエー（ＮＥＴＺＳＣＨ ＳＴＡ） ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で入手できるものなどの機器で）ＤＴＡを行うことができる。篩い分けた試料をそれぞれ一定量（一般に約４００ミリグラム（ｍｇ））で１００マイクロリットルのＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに取り付ける。各試料を静空気中にて１０℃／分の速度で室温（約２５℃）から１１００℃まで加熱する。

粉末Ｘ線回折すなわちＸＲＤを使用して、（ニュージャージー州マーワー（Ｍａｈｗａｈ）にあるフィリップス（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ）から商品名「フィリップスエックスアールジー（ＰＨＩＬＬＩＰＳ ＸＲＧ）３１００」で入手できるものなどのｘ線回折装置で、１．５４０５０オングストロームの銅のＫα１線を用いて）結晶化材料のＸＲＤトレース記録に現れるピークを国際回折データセンター（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）が公開しているＪＣＰＤＳ（粉末回折標準委員会（Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ））のデータベースに収録された結晶相のＸＲＤパターンと比較することで、材料中の相を求めることができる。さらに、ＸＲＤを定性的に使用すれば相のタイプを求めることもできる。強度のピークが広く拡散している場合、その材料は非晶質の性質を持つと考えられる。広いピークと明確に定まるピークの両方がある場合は、非晶質のマトリクス中に結晶質の物質が混入しているものと考えられる。

最初に形成される非晶質材料またはセラミック（結晶化前のガラスを含む）のサイズが所望のサイズよりも大きいことがある。こうした非晶質材料またはセラミックを、ロールクラッシャーでの破砕、カナリアミル粉砕（ｃａｎａｒｙ ｍｉｌｌｉｎｇ）、ジョークラッシャーでの破砕、ハンマーミル粉砕、ボールミル粉砕、ジェットミル粉砕、インパクトクラッシャーでの破砕をはじめとする、従来技術において周知の破砕法および／または細砕法で、小さな細片にすることが可能である。場合によっては、破砕ステップを２段階以上にすると望ましい。たとえば、セラミックを形成した（凝固させた）後では、必要以上に大きな形になる場合がある。第１の破砕ステップでは、これらの比較的大きな塊状物すなわち「チャンク」を破砕して小さな細片にする必要がある。このようなチャンクを破砕するには、ハンマーミル、インパクトクラッシャー、あるいはジョークラッシャーを使用すればよい。その後、これらの小さくした細片を、所望の粒度分布が得られるようにさらに破砕しても構わない。所望の粒度分布（グリットサイズまたはグレードと呼ばれることもある）を得るには、複数の破砕ステップを経なければならないこともある。通常、破砕条件を最適化して所望の粒子形状や粒度分布が得られるようにしている。こうして得られる所望サイズの粒子が大きすぎる場合はこれを再破砕すればよいし、小さすぎる場合は「再利用」して再溶融用の原料として活用することができる。

セラミック（結晶化前のガラスを含む）の形状は、セラミックの組成および／またはマイクロ構造、セラミック冷却時の幾何学的形状、セラミックの破砕方法（すなわち使用する破砕法）などに左右されることがある。通常、「ごつごつした」形状が好ましい場合は、この形状を得るにはより大きなエネルギーが必要になるであろう。逆に、「鋭利な」形状が好ましい場合、この形状を得るにはより小さなエネルギーしか必要としないであろう。あるいは、破砕法を変更して異なる所望の形状を実現してもよい。こうして得られる粒子は平均アスペクト比が１：１から５：１、一般に１．２５：１から３：１、好ましくは１．５：１から２．５：１となり得る。

たとえば所望の形状でセラミック（結晶化前のガラスを含む）を直接形成することも本発明の範囲内である。たとえば、溶湯を金型に注ぐまたは金型内で成形してセラミック（結晶化前のガラスを含む）を形成（成形を含む）することができる。

また、たとえばセラミック（結晶化前のガラスを含む）を融合によって製造することも本発明の範囲内である。この融合ステップは基本的に２以上の小さな粒子からこれよりも大きなサイズの物体を形成するものである。たとえば（破砕などによって得られる）粒子（ビーズおよびマイクロスフェアを含む）、繊維などを含む非晶質材料を、これよりも大きな粒度で成形することができる。たとえば、非晶質材料および／または繊維などを含む粒子を、粒子などが融合して形状体となるようにＴ_ｇより高い温度で加熱し、融合した形状体を冷却するなどの方法でセラミック（結晶化前のガラスを含む）を得るようにしてもよい。融合に使用する温度および圧力は、たとえば、非晶質材料の組成や得られる材料の所望の密度などに左右されることがある。この温度はガラス結晶化温度未満でなければならず、ガラスの場合はガラス転移点よりも高くなければならない。特定の実施形態では、約８５０℃から約１１００℃（いくつかの実施形態では、好ましくは９００℃から１０００℃）の範囲内の少なくとも一温度で加熱を行う。一般に、融合時に非晶質材料を加圧下（０より高く１ＧＰａまたはこれ以上まで）におき、非晶質材料の融合を促進する。一実施形態では、装入量の粒子などをダイに装入し、ガラスの粘性流動によって融合が比較的大きな部分で起こるガラス転移よりも高い温度でホットプレスを行う。典型的な融合法の一例として、ホットプレス、熱間等方圧加圧、熱間押出などがあげられる。一般に、得られた融合体にさらに熱処理を施す前にこれを冷却すると好ましいのが普通である。熱処理が必要な場合にその熱処理後、融合体を破砕して粒度を小さくしたり、あるいは所望の粒度分布が得られるようにしてもよい。

別途熱処理を行って材料の所望の特性をさらに改善することも本発明の範囲内である。たとえば、（約９００℃から約１４００℃の温度で）熱間等方圧加圧を実施して残っている多孔性（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）をなくし、材料の密度を高めることができる。任意に、こうして得られる融合物品を熱処理し、ガラス−セラミック、結晶セラミック、あるいは結晶セラミックを含むセラミックを得ることも可能である。

また、非晶質材料および／またはガラス−セラミック（粒子など）の融合はさまざまな方法で実現することができ、その一例として、無加圧または加圧焼結（焼結、プラズマ焼結、ホットプレス、ＨＩＰ処理、熱間鍛造、熱間押出など）があげられる。

熱処理については、ガラスを熱処理してガラス−セラミックを得るための従来技術において周知の方法をはじめとする多様な方法のうち、どれを用いて実現することも可能である。たとえば、抵抗加熱炉、誘導加熱炉またはガス加熱炉などを用いてバッチで熱処理を施すことが可能である。あるいは、たとえば回転炉などを用いて連続的に熱処理を施すことも可能である。回転炉の場合、高温で稼動させた炉に材料を直接供給する。高温での時間については、数秒（いくつかの実施形態では５秒未満）から数分ないしは数時間の範囲とすることができる。温度は９００℃から１６００℃のどの範囲でもよく、一般に１２００℃から１５００℃である。熱処理の一部（核生成ステップなど）をバッチで行い、残り（結晶成長ステップ、さらには所望の密度を達成するときなど）を連続的に行うことも本発明の範囲内である。核生成ステップでは、温度は一般に約９００℃から約１１００℃の範囲であり、いくつかの実施形態では、好ましくは約９２５℃から約１０５０℃の範囲である。同様に、密度ステップでは、温度は一般に約１１００℃から約１６００℃の範囲であり、いくつかの実施形態では、好ましくは約１２００℃から約１５００℃の範囲である。この熱処理は、たとえば、高温で炉に材料を直接供給して行い得るものである。あるいは、たとえばずっと低い温度（室温など）で炉に材料を供給した後、これをあらかじめ定められた加熱速度で所望の温度まで加熱してもよい。空気以外の雰囲気中で熱処理を施すことは本発明の範囲内である。場合によっては、減圧雰囲気下で熱処理を行うと望ましいことすらあろう。また、たとえば熱間等方圧加圧やガス加圧炉の場合のようにガス加圧下で熱処理を行うと望ましいことがある。得られる物品または熱処理物品を変換（破砕など）して粒子（研磨粒子など）を得ることは本発明の範囲内である。

非晶質材料を熱処理し、非晶質材料を少なくとも部分的に結晶化させてガラス−セラミックを得る。特定のガラスを熱処理してガラス−セラミックを形成することは従来技術において周知である。ガラス−セラミックでの核生成と結晶成長のための加熱条件が、さまざまなガラスについて周知である。あるいは、当業者であれば従来技術において周知の手法を使用してガラスの時間温度変態図（ＴＴＴ）を検討してしかるべき条件を求めることができる。当業者は、本発明の開示内容を読めば、本発明によるガラスのＴＴＴ曲線を描き、しかるべき核生成条件および／または結晶成長条件を求めて本発明によるガラス−セラミックを得ることができよう。

一般に、ガラス−セラミックはその原料となる非晶質材料よりも強い。このため、たとえば非晶質材料を結晶セラミック相に変換する度合いなどによって材料の強度を調節してもよい。上記の代わりに、あるいは上記に加えて、作り出す核生成サイトの数によって材料の強度を変え、これを利用して結晶相をなす結晶の数、さらにはサイズを変えることもできる。ガラス−セラミックに関するさらに詳しい説明については、たとえばＧｌａｓｓ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ、ピー・ダブリュ・マクミラン（Ｐ．Ｗ．ＭｃＭｉｌｌａｎ）著、アカデミック・プレス・インコーポレイテッド（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）、第２版、１９７９年を参照のこと。

たとえば、本発明によるガラス−セラミックを製造するために代表的ないくつかの非晶質材料を熱処理した際、約９００℃を超える温度で、Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７などの相やＺｒＯ_２が存在する場合は立方晶／正方晶ＺｒＯ_２、場合によっては単斜晶ＺｒＯ_２などの相の形成が観察された。理論に拘泥されるつもりはないが、ジルコニア関連の相が非晶質材料から核生成される最初の相ではないかと思われる。Ａｌ_２Ｏ_３、ＲｅＡｌＯ_３（式中、Ｒｅは少なくとも１つの希土類カチオンである）、ＲｅＡｌ_１１Ｏ_１８、Ｒｅ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２などの相の形成は、約９２５℃を上回る温度で起こるのが普通であると思われる。一般に、この核生成ステップでの晶子のサイズはナノメートル台である。たとえば、１０〜１５ナノメートルと小さい結晶が観察されている。少なくともいくつかの実施形態については、完全な結晶化状態を得るには約１３００℃にて約１時間の熱処理を行う。通常、核生成ステップと結晶成長ステップのそれぞれでの熱処理時間については、数秒（いくつかの実施形態では５秒未満）から数分ないしは１時間以上の範囲とすることができる。

こうして得られる結晶のサイズは一般に、少なくとも幾分は核生成時間および／または結晶化時間および／または温度によって制御可能である。結晶が小さい（おおむね１マイクロメートル以下、あるいは実に１ナノメートル以下）方が好ましいのが普通であるとはいえ、本発明によるガラス−セラミックは、これよりも大きな結晶サイズ（少なくとも１〜１０マイクロメートル、少なくとも１０〜２５マイクロメートル、少なくとも５０〜１００マイクロメートル、あるいは実に１００マイクロメートルを超えるなど）で生成できるものである。理論に拘泥されるつもりはないが、従来技術においては一般に、（同じ密度に対する）結晶のサイズが細かくなればなるほどセラミックの機械的特性（硬度および強度など）が高くなると考えられている。

本発明によるガラス−セラミックの実施形態中に存在し得る結晶相の一例としては、Ａｌ_２Ｏ_３（α−Ａｌ_２Ｏ_３など）、Ｙ_２Ｏ_３、ＲＥＯ、ＨｆＯ_２ ＺｒＯ_２（立方晶ＺｒＯ_２および正方晶ＺｒＯ_２など）、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｐ_２Ｏ_５、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｒＯ、ＴｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、「複合金属酸化物」（「複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（e．g．、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ（ＲｅＡｌＯ_３（ＧｄＡｌＯ_３ ＬａＡｌＯ_３など）、ＲｅＡｌ_１１Ｏ_１８（ＬａＡｌ_１１Ｏ_１８など）、Ｒｅ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（Ｄｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）など）、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２など）、複合ＺｒＯ_２・ＲＥＯ（Ｒｅ_２Ｚｒ_２Ｏ_７（Ｌａ_２Ｚｒ_２Ｏ_７など）など）を含む）、これらの組み合わせがあげられる。

また、複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３（ガーネットの結晶構造を示すアルミン酸イットリウムなど）など）中のイットリウムおよび／またはアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンで置換することも本発明の範囲内である。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒと、Ｔｉと、Ｓｃと、Ｆｅと、Ｍｇと、Ｃａと、Ｓｉと、Ｃｏと、これらの組み合わせと、からなる群から選択される元素の少なくとも１つのカチオンで置換することができる。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３中のＹカチオンの一部であれば、Ｃｅと、Ｄｙと、Ｅｒと、Ｅｕと、Ｇｄと、Ｈｏと、Ｌａと、Ｌｕと、Ｎｄと、Ｐｒと、Ｓｍと、Ｔｈと、Ｔｍと、Ｙｂと、Ｆｅと、Ｔｉと、Ｍｎと、Ｖと、Ｃｒと、Ｃｏと、Ｎｉと、Ｃｕと、Ｍｇと、Ｃａと、Ｓｒと、これらの組み合わせと、からなる群から選択される元素の少なくとも１つのカチオンで置換することができる。同様に、アルミナ中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも本発明の範囲内である。たとえば、アルミナ中のアルミニウムを、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏで置換することが可能である。上述したようなカチオンの置換によって、融解させた材料の特性（硬度、靭性、強度、熱伝導率など）を変えることができる。

複合Ａｌ_２Ｏ_３・金属酸化物（複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯなど）中の希土類および／またはアルミニウムカチオンの一部を他のカチオンで置換することも本発明の範囲内である。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ中のＡｌカチオンの一部を、Ｃｒと、Ｔｉと、Ｓｃと、Ｆｅと、Ｍｇと、Ｃａと、Ｓｉと、Ｃｏと、これらの組み合わせと、からなる群から選択される元素の少なくとも１つのカチオンで置換することができる。たとえば、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ中のＹカチオンの一部であれば、Ｙと、Ｆｅと、Ｔｉと、Ｍｎと、Ｖと、Ｃｒと、Ｃｏと、Ｎｉと、Ｃｕと、Ｍｇと、Ｃａと、Ｓｒと、これらの組み合わせと、からなる群から選択される元素の少なくとも１つのカチオンで置換することができる。同様に、アルミナ中のアルミニウムカチオンの一部を置換することも本発明の範囲内である。たとえば、アルミナ中のアルミニウムを、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃｏで置換することが可能である。上述したようなカチオンの置換によって、融解させた材料の特性（硬度、靭性、強度、熱伝導率など）を変えることができる。

ＡＳＴＭ標準Ｅ １１２−９６「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ（平均結晶粒度を求めるための標準的な試験方法）」に従ってラインインターセプト法を使用し、平均結晶サイズを求めることができる。一般には直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂シリンダで、取り付け用樹脂（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｒｅｓｉｎ）（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で入手できるものなど）に試料を取り付ける。ポリッシャ（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ） ３」で入手できるものなど）を使用する従来の研磨法で、取り付け部分の準備をする。ダイヤモンド砥石を使って試料を約３分間ポリッシュした後、４５、３０、１５、９、３、１マイクロメートルのスラリーをそれぞれ使って５分間ポリッシュを行う。取り付けてポリッシュした試料を金−パラジウムの薄層でスパッタし、走査型電子顕微鏡法（ＪＥＯＬ ＳＥＭモデルＪＳＭ ８４０Ａなど）で観察する。試料に見られるマイクロ構造の一般的な後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真を利用して、以下のようにして平均結晶サイズを求める。顕微鏡写真に引いた無作為な直線の単位長（Ｎ_Ｌ）あたりの交差結晶数をカウントする。この数から以下の式を使って平均結晶サイズを求める。

（式中、Ｎ_Ｌは単位長あたりの交差結晶数、Ｍは顕微鏡写真の倍率である。）

本発明の実施形態のなかには、１５０ナノメートル以下の平均結晶サイズのうちの少なくとも１つを有するαアルミナを含むガラス−セラミックがある。

本発明の実施形態のなかには、その部分に存在するαアルミナのうちの少なくとも９０（いくつかの実施形態では、好ましくは９５、あるいは実に１００）数量パーセントの結晶サイズが２００ナノメートル以下である、αアルミナを含むガラス−セラミックがある。

本発明の実施形態のなかには、αＡｌ_２Ｏ_３と、結晶質ＺｒＯ_２と、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、を含み、αＡｌ_２Ｏ_３、結晶質ＺｒＯ_２または第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つの平均結晶サイズが１５０ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯを含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、結晶質ＺｒＯ_２と、を含み、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３、第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３または結晶質ＺｒＯ_２のうちの少なくとも１つについて、その結晶サイズの少なくとも９０（いくつかの実施形態では、好ましくは９５、あるいは実に１００）数量パーセントが２００ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯを含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、αＡｌ_２Ｏ_３と、結晶質ＺｒＯ_２と、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、を含み、αＡｌ_２Ｏ_３、結晶質ＺｒＯ_２または第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯのうちの少なくとも１つの平均結晶サイズが１５０ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯを含むものであると好ましい。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、結晶質ＺｒＯ_２と、を含み、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ、第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯまたは結晶質ＺｒＯ_２のうちの少なくとも１つについて、その結晶サイズの少なくとも９０（いくつかの実施形態では、好ましくは９５、あるいは実に１００）数量パーセントが２００ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、結晶質ＺｒＯ_２と、を含み、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３または結晶質ＺｒＯ_２のうちの少なくとも１つの平均結晶サイズが１５０ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯを含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３と、結晶質ＺｒＯ_２と、を含み、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３または結晶質ＺｒＯ_２のうちの少なくとも１つについて、その結晶サイズの少なくとも９０（いくつかの実施形態では、好ましくは９５、あるいは実に１００）数量パーセントが２００ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯを含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、結晶質ＺｒＯ_２と、を含み、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯまたは結晶質ＺｒＯ_２のうちの少なくとも１つの平均結晶サイズが１５０ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯを含むものであると好ましい。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。

本発明の実施形態のなかには、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯと、結晶質ＺｒＯ_２と、を含み、第１の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯ、これとは異なる第２の複合Ａｌ_２Ｏ_３・ＲＥＯまたは結晶質ＺｒＯ_２のうちの少なくとも１つについて、その結晶サイズの少なくとも９０（いくつかの実施形態では、好ましくは９５、あるいは実に１００）数量パーセントが２００ナノメートル以下である、ガラス−セラミックがある。いくつかの実施形態では、ガラス−セラミックがさらに、複合Ａｌ_２Ｏ_３・Ｙ_２Ｏ_３を含むものであると好ましい。

いくつかの実施形態では、本発明によるガラス−セラミックは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、あるいは実に１００容量パーセントの晶子を含み、これらの晶子の平均サイズが１マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態では、本発明によるガラス−セラミックは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、あるいは実に１００容量パーセント以下の晶子を含み、これらの晶子の平均サイズが０．５マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、本発明によるガラス−セラミックは、７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、あるいは実に１００容量パーセント未満の晶子を含み、これらの晶子の平均サイズが０．３マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、本発明によるガラス−セラミックは、少なくとも７５、８０、８５、９０、９５、９７、９８、９９、あるいは実に１００容量パーセント未満の晶子を含み、これらの晶子の平均サイズが０．１５マイクロメートル以下である。

本発明によるガラス−セラミックの実施形態を得る目的で非晶質を熱処理して形成される結晶は、たとえば、等軸晶、柱状晶、あるいは薄い平板状のものであってもよい。

本発明による非晶質材料やガラス−セラミックなどはバルク材の形態であってもよいが、本発明による非晶質材料、ガラス−セラミックなどを含む複合材料を得ることも本発明の範囲内である。このような複合材料には、たとえば、本発明による非晶質材料やガラス−セラミックなどに分散された相または繊維（連続または不連続）または粒子（ヒゲ状結晶を含む）（金属酸化物粒子、ホウ化物粒子、炭化物粒子、窒化物粒子、ダイヤモンド粒子、金属粒子、ガラス粒子、これらの組み合わせなど）、発明または層複合構造（ガラス−セラミックの製造に用いる非晶質材料および／またはガラス−セラミックの異なる組成の層に対するガラス−セラミックの勾配など）を含み得る。

一般に、本発明によるセラミックの比重とも呼ばれることがある（真）密度は一般に、理論密度の少なくとも７０％である。より望ましくは、本発明によるセラミックの（真）密度は、理論密度の少なくとも７５％、８０％、８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、あるいは実に１００％である。本発明による研磨粒子は、密度が理論密度の少なくとも８５％、９０％、９２％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、あるいは実に１００％である。

本発明の材料の平均硬度については以下のようにして求めることが可能である。一般には直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍの樹脂シリンダで、取り付け用樹脂（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｒｅｓｉｎ）（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で入手できるものなど）に材料の切片を取り付ける。ポリッシャ（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ） ３」で入手できるものなど）を使用する従来の研磨法で、取り付け部分の準備をする。ダイヤモンド砥石を使って試料を約３分間ポリッシュした後、４５、３０、１５、９、３、１マイクロメートルのスラリーをそれぞれ使って５分間ポリッシュを行う。次に、ビッカース圧子を取り付けた従来の微小硬度計（日本の東京にある株式会社ミツトヨから商品名「ＭＩＴＵＴＯＹＯ ＭＶＫ−ＶＬ」で入手できるものなど）を使用し、圧入荷重を１００グラムとして微小硬度を測定する。この微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（材料の微小硬度試験方法）（１９９１）に記載の指針に従って行う。

いくつかの実施形態では、本発明によるガラス−セラミックの平均硬度は少なくとも１３ＧＰａである（いくつかの実施形態では、少なくとも１４、１５、１６、１７、あるいは実に少なくとも１８ＧＰａであると好ましい）。本発明による研磨粒子の平均硬度は少なくとも１５ＧＰａであり、いくつかの実施形態では、少なくとも１６ＧＰａ、少なくとも１７ＧＰａ、あるいは実に少なくとも１８ＧＰａである。

製造、用途、特性をはじめとする、非晶質材料およびガラス−セラミックに関するさらに詳しい説明については、２００１年８月２日出願の米国特許出願第０９／９２２，５２６号、同第０９／９２２，５２７号、同第０９／９２２，５３０号ならびに本願と同日に出願された米国特許出願第＿＿＿＿＿（代理人整理番号５６９３１ＵＳ００５、５６９３１ＵＳ００６、５６９３１ＵＳ００７、５６９３１ＵＳ００８、５６９３１ＵＳ００９、５７９８０ＵＳ００２、および５７９８１ＵＳ００２の出願に記載がある。

本発明による研磨粒子はおおむね、結晶セラミック（いくつかの実施形態では、好ましくは少なくとも７５、８０、８５、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、９９．５、あるいは実に１００容量パーセント）結晶セラミックを含む。

本発明による研磨粒子は、ＡＮＳＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（米国規格協会））、ＦＥＰＡ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ Ｅｕｒｏｐｅｅｎｎｅ ｄｅｓ Ｆａｂｒｉｃａｎｔｓ ｄｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ａｂｒａｓｉｆｓ（欧州研磨製品連盟））、ＪＩＳ（日本工業規格）などの業界で認識されている分級標準を使用するなどの従来技術において周知の手法によって、篩い分けおよび分級が可能なものである。本発明による研磨粒子は広範囲にわたる粒度で使用することができ、その粒度範囲は一般に、約０．１から約５０００マイクロメートル、より一般には約１から約２０００マイクロメートル、望ましくは約５から約１５００マイクロメートル、さらに望ましくは約１００から約１５００マイクロメートルである。

ＡＮＳＩグレード表示には、ＡＮＳＩ ４、ＡＮＳＩ ６、ＡＮＳＩ ８、ＡＮＳＩ １６、ＡＮＳＩ ２４、ＡＮＳＩ ３６、ＡＮＳＩ ４０、ＡＮＳＩ ５０、ＡＮＳＩ ６０、ＡＮＳＩ ８０、ＡＮＳＩ １００、ＡＮＳＩ １２０、ＡＮＳＩ １５０、ＡＮＳＩ １８０、ＡＮＳＩ ２２０、ＡＮＳＩ ２４０、ＡＮＳＩ ２８０、ＡＮＳＩ ３２０、ＡＮＳＩ ３６０、ＡＮＳＩ ４００、ＡＮＳＩ ６００がある。本発明による研磨粒子を含む好ましいＡＮＳＩグレードは、ＡＮＳＩ ８〜２２０である。ＦＥＰＡグレード表示には、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１６、Ｐ２４、Ｐ３６、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ８０、Ｐ１００、Ｐ１２０、Ｐ１５０、Ｐ１８０、Ｐ２２０、Ｐ３２０、Ｐ４００、Ｐ５００、Ｐ６００、Ｐ８００、Ｐ１０００、Ｐ１２００がある。本発明による研磨粒子を含む好ましいＦＥＰＡグレードはＰ１２〜Ｐ２２０である。ＪＩＳグレード表示には、ＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、ＪＩＳ１０，０００がある。本発明による研磨粒子を含む好ましいＪＩＳグレードはＪＩＳ８〜２２０である。

破砕と篩い分けの後は、多様な研磨粒度分布またはグレードが生じるのが一般的である。このようにグレードが多いと、特定の時点で製造業者または供給元の必需に合わないことがある。商品構成を最小限にする目的で、需要に合わないグレードを再利用して溶湯に戻し、非晶質材料を生成することが可能である。この再利用は、破砕ステップ後、特定の分布に篩い分けられなかった大きなチャンクまたは小さめの細片（「微粉」と呼ばれることもある）状態の粒子がある場合に実施すればよい。

もうひとつの態様では、本発明は、研磨粒子の製造方法であって、粒子を含む非晶質（ガラスなど）を、その非晶質材料の少なくとも一部分がガラス−セラミックに変換されるように熱処理してガラス−セラミックを含む研磨粒子を得ることを含む、研磨粒子の製造方法を提供するものである。また、本発明は、ガラス−セラミックを含む研磨粒子の製造方法であって、非晶質材料を、その非晶質材料の少なくとも一部分がガラス−セラミックに変換されるように熱処理し、こうして得られる熱処理後の材料を破砕して研磨粒子を得ることを含む、研磨粒子の製造方法を提供するものである。破砕時、ガラスではかなり結晶化されたガラス−セラミックまたは結晶材料を破砕するよりも鋭利な粒子が生じることが多い。

もうひとつの態様では、本発明は、バインダーによって互いに結合された本発明による複数の研磨粒子をそれぞれが含む凝集研磨材粒を提供するものである。もうひとつの態様では、本発明は、バインダーと複数の研磨粒子とを含む研磨物品（被覆砥粒研磨物品、固定砥粒研磨物品（磁器質結合剤、レジノイド結合剤、金属結合剤で結合された研削砥石、カットオフホイール、マウンテッドポイント、ホーニング砥石を含む）、不織研磨物品、研磨ブラシなど）であって、研磨粒子の少なくとも一部分が本発明による研磨粒子（研磨粒子が凝集している場合を含む）である研磨物品を提供するものである。このような研磨物品の製造方法および研磨物品の使用方法は当業者には公知である。さらに、本発明による研磨粒子は、研磨用コンパウンド（ポリッシングコンパウンドなど）、微粉砕メディア、ショットブラストメディア、振動ミル用メディア（ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｍｉｌｌ ｍｅｄｉａ）など、研磨粒子を使用する研磨用途にも使用することができる。

通常、被覆砥粒研磨物品は、裏材と、研磨粒子と、研磨粒子を裏材上に保持するための少なくとも１種のバインダーとを含む。裏材には、布帛、ポリマーフィルム、繊維、不織ウェブ、紙、これらの組合せならびにこれらを処理したものなどの好適な材料を用いることができる。バインダーには、無機バインダーまたは有機バインダー（熱硬化性樹脂や放射線硬化性樹脂を含む）をはじめとする好適なバインダーを用いることができる。研磨粒子は、被覆砥粒研磨物品の一層または二層に存在させ得るものである。

本発明による被覆砥粒研磨物品の一例を図１に示す。同図を参照すると、本発明による被覆砥粒研磨物品１は、裏材（支持体）２と研磨材層３とを有する。研磨材層３には、メイクコート５とサイズコート６とによって裏材２の主面に固定された本発明による研磨粒子４が含まれる。場合によっては、スーパーサイズコート（図示せず）が用いられる。

通常、固定砥粒研磨物品は、有機バインダー、金属結合剤あるいは磁器質結合剤によって一緒に保持された研磨粒子の成形塊(ｓｈａｐｅｄ ｍａｓｓ）を含む。このような成形塊については、たとえば、研削砥石またはカットオフホイールなどのホイールの形にすることが可能である。研削砥石の直径は一般に約１ｃｍから１メートルを超え、カットオフホイールの直径は約１ｃｍから８０ｃｍを超える（より一般には３ｃｍから約５０ｃｍである）。カットオフホイールの厚さは一般に約０．５ｍｍから約５ｃｍであり、より一般には約０．５ｍｍから約２ｃｍである。また、上記の成形塊を、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（ダブルディスクグラインダなど）または他の従来の固定砥粒研磨材状などの形にすることも可能である。固定砥粒研磨物品には一般に、固定砥粒研磨物品の容量全体を基準にして、結合材料を約３〜５０容量％と、研磨粒子（または研磨粒子ブレンド）を約３０〜９０容量％と、添加剤（研削助剤を含む）を最大５０容量％と、気孔を最大７０容量％とが含まれる。

好ましい形態のひとつに研削砥石がある。図２を参照すると、本発明による研削砥石１０が示されている。この研削砥石は、ホイールに成形されたハブ１２に取り付けられた本発明による研磨粒子１１を含む。

不織研磨物品には開放気孔のある嵩高なポリマーフィラメント構造が含まれ、その構造全体に本発明による研磨粒子が分散されて有機バインダーで構造内に接着結合されているのが普通である。フィラメントの一例として、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維があげられる。本発明による典型的な不織研磨物品を約１００倍に拡大した概略図を図３に示す。このような本発明による不織研磨物品は、繊維マット５０を支持体として含み、その表面に本発明による研磨粒子５２がバインダー５４で接着されている。

有用な研磨ブラシとしては、複数本のブリッスルが裏材と一体に形成されたものがあげられる（たとえば、米国特許第５，４２７，５９５号（ピル（Ｐｉｈｌ）ら）、同第５，４４３，９０６号（ピル（Ｐｉｈｌ）ら）、同第５，６７９，０６７号（ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）ら）、同第５，９０３，９５１号（アイオンタ（Ｉｏｎｔａ）ら）を参照のこと。望ましくは、このようなブラシはポリマーと研磨粒子との混合物を射出成形して製造される。

研磨物品を製造するのに適した有機バインダーとしては、熱硬化性有機ポリマーがあげられる。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、これらの組み合わせがあげられる。バインダーおよび／または研磨物品は、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（カーボンブラック、酸化バナジウム、グラファイトなど）、カップリング剤（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、所望の特性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／またはフィラーに対する接着性を向上させることができる。バインダー化合物に対しては、熱硬化、放射線硬化、あるいはこれらを組み合わせた処理を施すことができる。バインダー化学のさらに詳しい説明については、米国特許第４，５８８，４１９号（コール（Ｃａｕｌ）ら）、同第４，７５１，１３８号（タミー（Ｔｕｍｅｙ）ら）、同第５，４３６，０６３号（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）に記載されている。

磁器質固定砥粒研磨材についてさらに具体的に説明すると、非晶質構造を示し、一般に硬質であるガラス質結合材料が従来技術において周知である。場合によっては、ガラス質結合材料に結晶相が含まれる。本発明による磁器質固定砥粒研磨物品は、ホイール（カットオフホイールを含む）、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固定砥粒研磨材の形状などをとり得る。本発明による好ましい磁器質結合剤で固定した研磨物品のひとつに研削ホイールがある。

ガラス質結合材料の製造に用いられる金属酸化物の一例として、シリカ、ケイ酸塩、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、ケイ酸リチウムアルミニウム、これらの組み合わせなどがあげられる。一般に、ガラス質結合材料は、１０から１００％のガラスフリットを含む組成物から製造可能であるが、より一般的にはこの組成物には２０％から８０％のガラスフリット、あるいは３０％から７０％のガラスフリットが含まれる。ガラス質結合材料の残りの部分は非フリット材料とすることができる。あるいは、ガラス質結合が非フリット含有組成物から誘導される場合もある。ガラス質結合材料は一般に、約７００℃から約１５００℃の範囲の温度で養生され、通常は約８００℃から約１３００℃の範囲、ときには約９００℃から約１２００℃の温度、あるいは実に約９５０℃から約１１００℃の範囲の温度で養生が行われる。結合が養生される実際の温度は、たとえば個々の結合化学などによって変動する。

好ましい磁器質結合材料としては、シリカ、アルミナ（望ましくはアルミナを少なくとも１０重量パーセント）、ボリア（望ましくはボリアを少なくとも１０重量パーセント）を含むものがあげられる。ほとんどの場合、磁器質結合材料にはさらに、アルカリ金属酸化物（Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏなど）（場合によってはアルカリ金属酸化物を少なくとも１０重量パーセント）が含まれる。

バインダー材料には、一般に微粒子材料の形であるフィラー材料または研削助剤を含有し得る。一般に、微粒子材料は無機材料である。本発明の有用なフィラーの一例として、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、石灰石など）、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）、シリカ（石英、ガラスビーズ、ガラスバブル、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）、石膏、バーミキュライト、木粉、アルミニウム三水和物、カーボンブラック、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）、金属亜硫酸塩（亜硫酸カルシウムなど）があげられる。

通常、研削助剤を添加すると研磨物品の耐用寿命が長くなる。研削助剤は、研磨の化学的プロセスおよび物理的プロセスに大きく影響し、それによって性能を向上させる材料である。理論に拘泥されるつもりはないが、研削助剤は、（ａ）研磨粒子と研磨対象となるワークピースとの間の摩擦を低減する、（ｂ）研磨粒子の「キャッピング」を防止する（すなわち、研磨粒子の上に金属粒子が溶着するのを防止する）か、あるいは研磨粒子のキャッピングの傾向を少なくとも軽減する、（ｃ）研磨粒子とワークピースとの間の界面温度を下げる、および／または（ｄ）研削力を小さくすると考えられる。

研削助剤は多種多様な材料を包含し、無機系であっても有機系であってもよい。研削助剤化合物群の例としては、ワックス、有機ハライド化合物、ハライド塩ならびに金属およびそれらの合金があげられる。有機ハライド化合物は一般に研磨時に分解され、ハロゲン酸または気体のハライド化合物が放出される。このような材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレン、ポリ塩化ビニルなどの塩素化ワックスがあげられる。ハライド塩の例としては、塩化ナトリウム、カリウム氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、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、塩化マグネシウムがあげられる。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、鉄チタンがあげられる。他の種々雑多な研削助剤としては、硫黄、有機硫黄化合物、グラファイト、金属硫化物があげられる。異なる研削助剤を併用することも本発明の範囲内であり、場合によっては、これによって相乗効果が得られることもある。好ましい研削助剤は氷晶石であり、最も好ましい研削助剤はテトラフルオロホウ酸カリウムである。

研削助剤は被覆砥粒研磨材や固定砥粒研磨物品において特に有用なものとなり得る。被覆砥粒研磨物品の場合、研磨粒子の表面に適用されるスーパーサイズコート中に研削助剤を使用するのが一般的である。しかしながら、ときにはサイズコートに研削助剤を加えることもある。一般に、被覆砥粒研磨物品に組み入れられる研削助剤の量は約５０〜３００ｇ／ｍ^２（望ましくは約８０〜１６０ｇ／ｍ^２）である。磁器質固定砥粒研磨物品では、研削助剤を物品の気孔に含浸させておくのが普通である。

この研磨物品は、本発明による研磨粒子を１００％含有するものであってもよいし、このような研磨粒子と他の研磨粒子および／または希釈粒子とのブレンドを含有するものであってもよい。しかしながら、研磨物品に含まれる研磨粒子の少なくとも約２重量％、望ましくは少なくとも約５重量％、より望ましくは約３０〜１００重量％を本発明による研磨粒子にするものとする。場合によっては、本発明による研磨粒子を、５から７５重量％、約２５から７５重量％約４０から６０重量％、あるいは約５０％から５０重量％（すなわち重量基準で等量）の比で他の研磨粒子および／または希釈粒子とブレンドしてもよい。従来の好適な研磨粒子の例として、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、褐色酸化アルミニウムを含む）、炭化ケイ素、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−ゲル研磨粒子などがあげられる。ゾル−ゲル研磨粒子には種結晶を加えてもよいし加えなくてもよい。同様に、ゾル−ゲル研磨粒子は不規則な形状であってもよいし、それと関連する棒状や三角形などの形状であってもよい。ゾルゲル研磨粒子の例としては、米国特許第４，３１４，８２７号（レイセイサー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、同第４，５１８，３９７号（レイセイサー（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）ら）、同第４，６２３，３６４号（コットリンガー（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒ）ら）、同第４，７４４，８０２号（シュワベル（Ｓｃｈｗａｂｅｌ））、同第４，７７０，６７１号（モンロウ（Ｍｏｎｒｏｅ）ら）、同第４，８８１，９５１号（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、同第５，０１１，５０８号（ウォルド（Ｗａｌｄ）ら）、同第５，０９０，９６８号（ペロー（Ｐｅｌｌｏｗ））、同第５，１３９，９７８号（ウッド（Ｗｏｏｄ））、同第５，２０１，９１６号（ベルグ（Ｂｅｒｇ）ら）、同第５，２２７，１０４号（バウアー（Ｂａｕｅｒ））、同第５，３６６，５２３号（ローウェンホースト（Ｒｏｗｅｎｈｏｒｓｔ）ら）、同第５，４２９，６４７号（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、同第５，４９８，２６９号（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））、同第５，５５１，９６３号（ラーミー（Ｌａｒｍｉｅ））に記載されているものがあげられる。アルミナ粉末を原料ソースとして用いて製造される焼結アルミナ研磨粒子に関するさらに詳細な説明が、たとえば、米国特許第５，２５９，１４７号（ファルツ（Ｆａｌｚ））、同第５，５９３，４６７号（モンロウ（Ｍｏｎｒｏｅ））、同第５，６６５，１２７号（モルトゲン（Ｍｏｌｔｇｅｎ））に記載されている。溶融研磨粒子に関するさらに詳細な説明が、たとえば、米国特許第１，１６１，６２０号（コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ））、同第１，１９２，７０９号（トーン（Ｔｏｎｅ））、同第１，２４７，３３７号（ソーンダズ（Ｓａｕｎｄｅｒｓ）ら）、同第１，２６８，５３３号（アレン（Ａｌｌｅｎ））、同第２，４２４，６４５号（バウマン（Ｂａｕｍａｎｎ）ら）同第３，８９１，４０８号（ロウズ（Ｒｏｗｓｅ）ら）、同第３，７８１，１７２号（ペット（Ｐｅｔｔ）ら）、同第３，８９３，８２６号（キーナン（Ｑｕｉｎａｎ）ら）、同第４，１２６，４２９号（ワトソン（Ｗａｔｓｏｎ））、同第４，４５７，７６７号（プーン（Ｐｏｏｎ）ら）、同第５，０２３，２１２号（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）、同第５，１４３，５２２号（ギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ）ら）、同第５，３３６，２８０号（デュボッツ（Ｄｕｂｏｔｓ）ら）ならびに、２０００年２月２日出願の米国特許出願第０９，４９５，９７８号、同第０９／４９６，４２２号、同第０９／４９６，６３８号、同第０９／４９６，７１３号、２０００年７月１９日出願の米国特許出願第０９／６１８，８７６号、同第０９／６１８，８７９号、同第０９／６１９，１０６号、同第０９／６１９，１９１号、同第０９／６１９，１９２号、同第０９／６１９，２１５号、同第０９／６１９，２８９号、同第０９／６１９，５６３号、同第０９／６１９，７２９号、同第０９／６１９，７４４号、同第０９／６２０，２６２号、２００１年１月３０日出願の米国特許出願第０９／７７２，７３０号に記載されている。場合によっては、研磨粒子のブレンドを使用することで、いずれかのタイプの研磨粒子を１００％含む研磨物品よりも研削性能が改善された研磨物品を得られることがある。

研磨粒子がブレンドの場合、このブレンドを形成する研磨粒子のタイプは同じサイズのもので構わない。あるいは、研磨粒子のタイプが異なる粒度のものであってもよい。たとえば、本発明による研磨粒子をサイズが大きい方の研磨粒子に使用し、サイズが小さめの粒子には他のタイプの研磨粒子を使用することができる。逆に、たとえば、本発明による研磨粒子をサイズが小さい方の研磨粒子に使用し、サイズが大きめの粒子には他のタイプの研磨粒子を使用するようにしても構わない。

適した希釈粒子の一例として、大理石、石膏、フリント、シリカ、酸化鉄、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む）、アルミナバブル、アルミナビーズ、希釈凝集体があげられる。本発明による研磨粒子を研磨凝集体に組み入れたり、あるいはこれと併用したりすることもできる。研磨凝集体の粒子は、複数の研磨粒子と、バインダーと、任意の添加剤とを含むのが一般的である。バインダーは有機系および／または無機系であってよい。研磨凝集体は不規則な形状であってもよいし、それらと関連する所定の形状であってもよい。この形状は、ブロック、円柱、角錐、コイン、正方形などの形をとり得る。研磨凝集体の粒子は一般に粒度が約１００から約５０００マイクロメートルの範囲であり、約２５０から約２５００マイクロメートルの範囲が普通である。研磨凝集体の粒子に関するさらに詳細な説明については、たとえば、米国特許第４，３１１，４８９号（クレスナー（Ｋｒｅｓｓｎｅｒ））、同第４，６５２，２７５号（ブロエカー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、同第４，７９９，９３９号（ブロエカー（Ｂｌｏｅｃｈｅｒ）ら）、同第５，５４９，９６２号（ホームズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら）、同第５，９７５，９８８号（クリスチャンソン（Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ））ならびに、２０００年１０月１６日出願の米国特許出願第０９／６８８，４４４号、同第０９／６８８，４８４号に記載されている。

これらの研磨粒子については、研磨物品中に均一に分散させてもよいし、あるいは研磨物品の選択したエリアまたは部分に集中させても構わない。たとえば、被覆砥粒研磨材では、研磨粒子の層を二層設けることができる。この場合、第１の層に本発明による研磨粒子以外の研磨粒子を含み、第２の（最も外側の）層に本発明による研磨粒子を含む。同様に、固定砥粒研磨材であれば、研削砥石に異なる２つのセクションを設けることができる。最も外側のセクションには本発明による研磨粒子を含み得るのに対し、最も内側のセクションにはこれを含まない。あるいは、本発明による研磨粒子を固定砥粒研磨物品全体に均一に分散させるようにしてもよい。

被覆砥粒研磨物品に関するさらに詳細な説明については、たとえば、米国特許第４，７３４，１０４号（ブロバーグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ））、同第４，７３７，１６３号（ラーキイ（Ｌａｒｋｅｙ））、同第５，２０３，８８４号（ブキャナン（Ｂｕｃｈａｎａｎ）ら）、同第５，１５２，９１７号（パイパー（Ｐｉｅｐｅｒ）ら）、同第５，３７８，２５１号（カラー（Ｃｕｌｌｅｒ）ら）、同第５，４１７，７２６号（スタウト（Ｓｔｏｕｔ）ら）、同第５，４３６，０６３号（フォレット（Ｆｏｌｌｅｔｔ）ら）、同第５，４９６，３８６号（ブロバーグ（Ｂｒｏｂｅｒｇ）ら）、同第５， ６０９，７０６号（ベネディクト（Ｂｅｎｅｄｉｃｔ）ら）、同第５，５２０，７１１号（ヘルミン（Ｈｅｌｍｉｎ））、同第５，９５４，８４４号（ロー（Ｌａｗ）ら）、同第５，９６１，６７４号（ガグリアルディ（Ｇａｇｌｉａｒｄｉ）ら）、同第５，９７５，９８８号（クリスチネイソン（Ｃｈｒｉｓｔｉｎａｓｏｎ））に記載されている。固定砥粒研磨物品に関するさらに詳細な説明については、たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号（ルー（Ｒｕｅ））、同第４，７４１，７４３号（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、同第４，８００，６８５号（ヘインズ（Ｈａｙｎｅｓ）ら）、同第４，８９８，５９７号（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、同第４，９９７，４６１号（マークホフ・マセニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、同第５，０３７，４５３号（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、同第５，１１０，３３２号（ナラヤナン（Ｎａｒａｙａｎａｎ）ら）、同第５，８６３，３０８号（クィ（Ｑｉ）ら）に記載されている。ガラス質の固定砥粒研磨材のさらに詳細な説明については、たとえば、米国特許第４，５４３，１０７号（ルー（Ｒｕｅ））、同第４，８９８，５９７号（ヘイ（Ｈａｙ）ら）、同第４，９９７，４６１号（マークホフ・マセニイ（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙ）ら）、同第５，０９４，６７２号（ジャイルズ・ジュニア（Ｇｉｌｅｓ Ｊｒ．）ら）、同第５，１１８，３２６号（シェルダン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、同第５，１３１，９２６号（シェルダン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、同第５，２０３，８８６号（シェルダン（Ｓｈｅｌｄｏｎ）ら）、同第５，２８２，８７５号（ウッド（Ｗｏｏｄ）ら）、同第５，７３８，６９６号（ウー（Ｗｕ）ら）、同第５，８６３，３０８号（クィ（Ｑｉ））に記載されている。不織研磨物品に関するさらに詳細な説明については、たとえば、米国特許第２，９５８，５９３号（フーバー（Ｈｏｏｖｅｒ）ら）に記載されている。

本発明は、本発明による少なくとも１つの研磨粒子をワークピースの表面に接触させ、研磨粒子または被接触表面のうちの少なくとも１つを他方に向けて移動させ、前記表面の少なくとも一部分を研磨粒子で研磨することを含む、表面研磨方法を提供するものである。本発明による研磨粒子で研磨を行うための方法は、スナッギング（すなわち、高圧高研削量）からポリッシング（被覆砥粒を用いた研磨ベルトで医療用インプラントを研磨するなど）にまでわたり、後者は一般に細粒に近い（ＡＮＳＩ ２２０未満かこれよりも細かいものなど）研磨粒子を使用して行われる。これらの研磨粒子は、磁器質固定砥石を使用してカムシャフトを研削するなどの精密研磨の用途にも用いることができる。個々の研磨用途に用いられる研磨粒子のサイズは当業者には明らかであろう。

本発明による研磨粒子を用いる研磨は、乾式と湿式のどちらでも実施できる。湿式研磨の場合、完全にあふれ出るように弱いミスト（ｌｉｇｈｔ ｍｉｓｔ）の形で液体を導入供給することができる。一般に使用される液体の一例としては、水、水溶性油、有機潤滑剤、エマルションがあげられる。この液体は、研磨に伴う熱を低減するよう機能するおよび／または潤滑剤として作用するものである。この液体には、殺菌剤、消泡剤などの添加剤を少量含有させることができる。

本発明による研磨粒子を利用すれば、アルミニウム金属、炭素鋼、軟鋼、工具綱、ステンレス鋼、高硬度鋼、チタン、ガラス、セラミック、木材、木材様材料、塗料、塗装面、有機被覆面などのワークピースを研磨することができる。研磨時に印加する力は一般に約１から約１００キログラムの範囲である。

本発明による非晶質材料および／またはガラス−セラミックの実施形態の他の使用例として、固体電池、固体酸化物型燃料電池、他の電気化学装置などの用途における固体電解質、放射性廃棄物や過剰なアクチニド用のホスト、酸化触媒、酸素監視用センサ、蛍光中心用のホスト、耐久性ＩＲ送信窓材料、装甲類があげられる。たとえば、上述した放射性廃棄物、過剰なアクチニド、酸化触媒、酸素監視用センサ、蛍光中心の用途では、パイロクロアタイプの希土類酸化ジルコニウム（Ｒｅ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）が有用な相であることが知られている。さらに、たとえば、Ｃｅ含有混合酸化物が酸化触媒として公知である。理論に拘泥されるつもりはないが、Ｃｅ含有混合酸化物のレドックス特性と比較的高い酸素記憶容量が酸化触媒を助けるのではないかと考えられる。耐久性ＩＲ送信窓材料の用途に関していえば、使用方法として、水蒸気、固体粒子および液体粒子による衝撃、高温、高い加熱速度を必要とするものがあげられる。

以下、実施例を参照して本発明の利点と実施形態とについてさらに説明するが、これらの実施例に記載の個々の材料およびその量ならびに他の条件や詳細については、本発明を不当に限定するものと解釈すべきではない。特に明記しない限り、部およびパーセントはいずれも重量基準である。また、特に明記しない限り、どの実施例でも有意な量のＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＧｅＯ_２、ＴｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５は含有させなかった。

実施例１
２５０ｍｌ容のポリエチレンボトル（直径７．３ｃｍ）に以下の混合物５０グラムを装入した。アルミナ粒子（アーカンサス州ボーキサイト（Ｂａｕｘｉｔｅ）のアルコア・インダストリアル・ケミカルズ（Ａｌｃｏａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から商品名「Ａｌ６ＳＧ」で入手）１９．３グラム、酸化ジルコニウム粒子（ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＤＫ−２」で入手）９．５グラム、酸化ランタン粒子（カリフォルニア州マウンテン・パス（Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｐａｓｓ）のモリコープ・インコーポレイテッド（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ Ｉｎｃ．）から入手）２１．２グラム、イソプロピルアルコール７５グラム、粉砕分散用アルミナメディア（高さと直径がいずれも０．６３５ｃｍの円柱形、アルミナ９９．９％、コロラド州ゴールデン（Ｇｏｌｄｅｎ）のクアーズ（Ｃｏｏｒｓ）から入手）２００グラム。ポリエチレンボトルの内容物を１分あたり６０回転（ｒｐｍ）で１６時間かけて微粉砕した。開始材料中のアルミナ対ジルコニア比は２：１であり、アルミナとジルコニアとを合わせて約５８重量パーセント（ｗｔ−％）であった。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、温めた（約７５℃）ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで乾燥させた。乾燥混合物を、塗装用の刷毛を利用して７０メッシュの篩（目開きサイズ２１２マイクロメートル）で篩い分けした。

粉砕と篩い分けの後、微粉砕フィード粒子の混合物をゆっくりと（０．５グラム／分）水素／酸素トーチの火炎中に送り、粒子を溶融させた。粒子の溶融による溶融液滴の生成に用いるトーチは、ペンシルバニア州へラータウン（Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ）のベツレヘム・アパレイタス・カンパニー（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．）から入手したベツレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーＰＭ２ＤモデルＢとした。トーチの水素と酸素の流量は以下のとおりとした。内側のリングでは、水素流量を１分あたりの標準リットル（ＳＬＰＭ）で８、酸素流量を３．５ＳＬＰＭとした。外側のリングでは、水素流量を２３ＳＬＰＭ、酸素流量を１２ＳＬＰＭとした。乾燥させて大きさ別に分けた粒子をゆっくりと（０．５グラム／分）トーチの火炎中に送り、ここで粒子を溶融させ、傾斜させたステンレス鋼の表面（幅約５１センチメートル（２０インチ）、傾斜角４５度）に、溶融液滴を急冷するための冷水をその表面に流しながら（約８リットル／分）堆積させた。このようにして得られた溶融急冷ビーズを回収し、１１０℃で乾燥させた。これらの粒子は球の形をしており、サイズは数マイクロメートル（すなわち数ミクロン）から２５０マイクロメートルまでさまざまであった。

続いて、以下のようにして直径１２５マイクロメートル未満の火炎成形ビーズをプラズマガンに送り、ステンレス鋼の支持体に堆積させた。

３０４ステンレス鋼の支持体（寸法７６．２ミリメートル（ｍｍ）×２５．４ｍｍ×３．１７５ｍｍ）４枚と、１０８０炭素鋼の支持体（７６．２ｍｍ×２５．４ｍｍ×１．１５ｍｍ）２枚とを次のようにして用意した。被覆対象となる側をサンドブラスト処理し、超音波浴中で洗浄した後、イソプロピルアルコールで綺麗に拭き取った。ステンレス鋼の支持体４枚と１０８０炭素鋼の支持体１枚をプラズマガン（ニューハンプシャー州コンコード（Ｃｏｎｃｏｒｄ）のプラックスエア・サーフィス・テクノロジーズ（Ｐｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）から商品名「プラックスエア（Ｐｒａｘａｉｒ） ＳＧ−１００プラズマガン」で入手）のノズルの約１０センチメートル（ｃｍ）前に配置した。第２の１０８０炭素鋼をプラズマガンのノズルの１８ｃｍ前に配置した。プラズマガンのノズルの前１８ｃｍの距離で第２の１０８０炭素鋼試料上に施したコーティングについては、それ以上の特徴付けを行わなかった。

このプラズマユニットは電力定格が４０ｋＷであった。プラズマガスにはアルゴン（１平方インチあたりのポンド数（ｐｓｉ）で５０、０．３メガパスカル（ＭＰａ））を使用し、補助ガスにはヘリウム（１５０ｐｓｉ、１ＭＰａ）を使用した。アルゴンをキャリアガス（５０ｐｓｉ、０．３ＭＰａ）として使用し、プラックスエア（Ｐｒａｘａｉｒ）モデル１２７０コンピュータ式粉末フィーダー（ニューハンプシャー州コンコード（Ｃｏｎｃｏｒｄ）のプラックスエア・サーフィス・テクノロジーズ（Ｐｒａｘａｉｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）から入手）でビーズをプラズマガンに送った。堆積時、約４０ボルトの電位と約９００アンペアの電流とを印加し、プラズマガンを上下左右に動かして支持体を均一にコーティングした。所望の厚さに達したら、プラズマ噴射を停止し、試料を回収した。１０８０炭素鋼の支持体を曲げてコーティングを支持体から剥がし、自立した（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）バルク材を得た。堆積された材料のｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約１３５０マイクロメートルであった。

示差熱分析（ＤＴＡ）を使用して、次のようにして相の組成（ガラス質／非晶質／結晶質）を求めた。材料の対応するＤＴＡのトレース記録に発熱を伴う結晶化イベント（Ｔ_ｘ）がある場合、その材料を非晶質に分類した。同じトレース記録にＴ_ｘよりも低い温度で発熱イベント（Ｔ_ｇ）がある場合、これをガラス相からなるものであるとみなした。材料のＤＴＡのトレース記録にこのようなイベントが全くない場合は、結晶相を含有するものであるとみなした。

以下の方法で示差熱分析（ＤＴＡ）を実施した。メッシュサイズが−１４０＋１７０の画分（すなわち篩の目開きサイズ１０５マイクロメートルから目開きサイズ９０マイクロメートルで回収される画分）を使用して、（ドイツのゼルブ（Ｓｅｌｂ）にあるネッツシュ・インスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から商品名「ネッツシュ・エスティエー（ＮＥＴＺＳＣＨ ＳＴＡ） ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で入手した機器で）ＤＴＡを行った。１００マイクロリットルのＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに入れる各篩い分け試料の量を約４００ミリグラムとした。各試料を静空気中にて１０℃／分の速度で室温（約２５℃）から１１００℃まで加熱した。

（３０４ステンレス鋼の支持体上に）コーティングした材料では、トレース記録の曲線が下向きに変化したことから明らかなように、８８０℃前後の温度で発熱イベントが起こった。このイベントは、ガラス材料のガラス転移（Ｔ_ｇ）によるものであると考えられる。これと同じ材料で、トレース記録に鋭利なピークが現れたことから明らかなように、９３１℃前後の温度で発熱イベントが起こった。このイベントは材料の結晶化（Ｔ_ｘ）によるものであると考えられる。よって、（３０４ステンレス鋼の支持体上に）コーティングした材料と自立したバルク材は、ＤＴＡのトレース記録から判断するとガラス質であった。

次に、このガラス質の自立したバルク材に１３００℃にて４８時間の熱処理を施した。粉末Ｘ線回折すなわちＸＲＤを使用して（Ｘ線回折装置（ニュージャージー州マーワー（Ｍａｈｗａｈ）にあるフィリップス（Ｐｈｉｌｌｉｐｓ）から商品名「フィリップスエックスアールジー（ＰＨＩＬＬＩＰＳ ＸＲＧ） ３１００」で入手）で、１．５４０５０オングストロームの銅Ｋα１線を用いて））、存在している相を求めた。これらの相については、結晶化材料のＸＲＤトレース記録に現れるピークを国際回折データセンター（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ）が公開しているＪＣＰＤＳデータベースに収録された結晶相のＸＲＤパターンと比較して求めた。このようにして得られた結晶材料には、ＬａＡｌＯ_３、ＺｒＯ_２（立方晶、正方晶）、ＬａＡｌ_１１Ｏ_１８、遷移Ａｌ_２Ｏ_３の各相が含まれていた。

ガラス質の自立するバルク材の別の部分を、電気加熱炉（ニュージャージー州ブルームフィールド（Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ）のシーエム・ファーニスィーズ（ＣＭ Ｆｕｒｎａｃｅｓ）から商品名「ラピッド・テンプ・ファーニス（Ｒａｐｉｄ Ｔｅｍｐ Ｆｕｒｎａｃｅ）」で入手）中にて１３００℃で１時間かけて結晶化させた。結晶化したコーティングをハンマーで粉砕して、メッシュサイズが−３０＋３５の粒子（すなわち篩の目開きサイズ６００マイクロメートルから目開きサイズ５００マイクロメートルで回収される画分）にした。粒子を音波浴（イリノイ州バーノン・ヒルズ（Ｖｅｒｎｏｎ Ｈｉｌｌｓ）のコール・パーマー（Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ）から商品名「８８９１」で入手）中にて１５分間洗浄して粒子から残渣を除去し、１００℃で乾燥させ、カーボンテープを使っていくつかの粒子を金属シリンダ（直径３ｃｍ、高さ２ｃｍ）に取り付けた。取り付けられた試料に金−パラジウムの薄層をスパッタコートし、ＪＥＯＬ走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）（モデルＪＳＭ ８４０Ａ）を用いて観察した。破面には凹凸があり、ＳＥＭでは２００ナノメートル（ｎｍ）よりも粗い結晶は観察されなかった（図４参照）。

実施例２
以下の混合物５０ｇを使用して、実施例１で説明したようにしてフィード粒子を生成した。アルミナ粒子（アーカンサス州ボーキサイト（Ｂａｕｘｉｔｅ）のアルコア・インダストリアル・ケミカルズ（Ａｌｃｏａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から商品名「Ａｌ６ＳＧ」で入手）２１．５グラム、酸化ジルコニウム粒子（ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＤＫ−２」で入手）９グラム、酸化セリウム粒子（フランスのローヌ・プーラン（Ｒｈｏｎｅ−Ｐｏｕｌｅｎｃｅ）から入手）１９．５グラム。開始材料中のアルミナ対ジルコニア比は２．４：１であり、アルミナとジルコニアとを合わせて約６１重量パーセントであった。フィード粒子を実施例１で説明したようにして（数マイクロメートルから２５０マイクロメートルまでさまざまなサイズの）ビーズに火炎成形した。続いて、直径１８０マイクロメートルから２５０マイクロメートルの火炎成形ビーズをプラズマガンで噴霧し、実施例１で説明したようにしてステンレスの支持体と炭素鋼の支持体上に堆積させた。

１０８０炭素鋼の支持体を曲げてコーティングを支持体から剥がし、自立したバルク材を得た。このようにして得られたバルク材のｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約７００マイクロメートルであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造も観察した。この材料は、大部分が非晶質で透明なマトリクス中に、ほぼ球形で傾いた不透明な結晶質粒子が分散して構成されていた。非晶質材料は一般に結晶境界などの光散乱中心がないため透明であるのに対し、結晶質粒子には結晶構造が認められ、光散乱硬化によって不透明になる。実施例１で説明したような粉末ＸＲＤ分析を行ったところ、結晶相はＺｒ_０．４Ｃｅ_０．６Ｏ_２（立方晶）と遷移Ａｌ_２Ｏ_３とで構成されていた。

直径１２５マイクロメートル未満の火炎成形ビーズを用いて第２の堆積実験を実施した。得られたコーティングのｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約１１００マイクロメートルであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造も観察した。この材料は、直径１８０マイクロメートルから２５０マイクロメートルのビーズから得た材料と似たような特徴を持っていた（すなわち、大部分が非晶質のマトリクス中に、ほぼ球形で傾いた結晶質粒子が分散して構成されていた）。結晶相を実施例１で説明したようなＸＲＤ分析で測定したところ、Ｚｒ_０．４Ｃｅ_０．６Ｏ_２（立方晶）と遷移Ａｌ_２Ｏ_３とで構成されていた。

この実施例の噴霧時材料の平均硬度を次のようにして求めた。材料の切片を取り付け用樹脂（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で入手）に取り付けた。得られた樹脂シリンダは直径約２．５ｃｍ、高さ約１．９ｃｍであった。ポリッシャ（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ） ３」で入手）を使用する従来の研磨法で、取り付け部分を準備した。ダイヤモンド砥石を使って試料を約３分間ポリッシュした後、４５、３０、１５、９、３、１マイクロメートルのスラリーをそれぞれ使って５分間ポリッシュを行った。次に、ビッカース圧子を取り付けた従来の微小硬度計（日本の東京にある株式会社ミツトヨから商品名「ＭＩＴＵＴＯＹＯ ＭＶＫ−ＶＬ」で入手）を使用し、圧入荷重を１００グラムとして微小硬度を測定した。この微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（材料の微小硬度試験方法）（１９９１）に記載の指針に従って行った。この実施例の材料の平均微小硬度（２０回の測定の平均）は１５ギガパスカル（ＧＰａ）であった。

実施例３
以下の混合物５０ｇを使用して、実施例１で説明したようにしてフィード粒子を生成した。アルミナ粒子（アーカンサス州ボーキサイト（Ｂａｕｘｉｔｅ）のアルコア・インダストリアル・ケミカルズ（Ａｌｃｏａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から商品名「Ａｌ６ＳＧ」で入手）２７．９グラム、酸化ジルコニウム粒子（ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＤＫ−２」で入手）７．８グラム、酸化イットリウム粒子（マサチューセッツ州のエイチ・シー・スターク・ニュートン（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｋ Ｎｅｗｔｏｎ）から入手）１４．３グラム。最初の開始材料中のアルミナ対ジルコニア比は３．５：１であり、アルミナとジルコニアとを合わせて約７２重量パーセントであった。次に、フィード粒子を３０メッシュの篩（目開きサイズ６００マイクロメートル）で篩い分けし、電気加熱炉（ニュージャージー州ブルームフィールド（Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ）のシーエム・ファーニスィーズ（ＣＭ Ｆｕｒｎａｃｅｓ）から商品名「ラピッド・テンプ・ファーニス（Ｒａｐｉｄ Ｔｅｍｐ Ｆｕｒｎａｃｅ）」で入手）中にて１４００℃で２時間かけて熱処理した。熱処理後の粒子をさらに篩い分けして直径１２５マイクロメートルから１８０マイクロメートルの粒子を選り分け、続いてこれらの粒子をプラズマガンに送り、実施例１で説明したようにしてステンレス鋼の支持体に堆積させた。

１０８０炭素鋼の支持体を曲げてコーティングを支持体から剥がし、自立したバルク材を得た。このようにして得られたバルク材のｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約７００マイクロメートルであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造を観察した。この材料は、大部分が非晶質で透明なマトリクス中に、ほぼ結晶質の不透明な粒子（その大半が角のあるもともとの形状を維持していた）が分散して構成されていた。実施例１で説明したような粉末ＸＲＤ分析を行ったところ、結晶相はＡｌ_５Ｙ_３Ｏ_１２とＹ_０．１５Ｚｒ_０．８５Ｏ_１．９３とで構成されていた。

自立するバルク材の別の部分を１３００℃にて１時間かけて結晶化させ、破面に金−パラジウムの薄層をスパッタコートし、実施例１で上述したようにしてＪＥＯＬ ＳＥＭ（モデルＪＳＭ ８４０Ａ）を用いて観察した。破面には凹凸があり、２００ｎｍよりも粗い結晶は観察されなかった（図５参照）。

直径１２５マイクロメートル未満の熱処理粒子を用いて第２の堆積実験を実施した。得られたコーティングは厚さ（ｚ方向）が約１５００マイクロメートルであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造を観察した。この材料は、直径１８０マイクロメートルから２５０マイクロメートルのビーズから得た材料と似たような特徴を持っていた（大部分が透明で非晶質のマトリクス中に、ほぼ不透明な結晶質粒子（大半が角のあるもともとの形状を維持していた）が分散して構成された）。実施例１で説明したようなＸＲＤ分析を行ったところ、結晶相はＡｌ_５Ｙ_３Ｏ_１２とＹ_０．１５Ｚｒ_０．８５Ｏ_１．９３とで構成されていた。

実施例４
上記３つの実施例のさまざまな層からなる厚いコーティングを、実施例１〜３で生成したフィード粒子を利用してプラズマ噴霧した。第１の層を実施例２で説明したようにしてコーティングし、第２の層を実施例１で、第３の層を実施例３で説明したようにしてコーティングした。

支持体については手で簡単に引っ張って剥離させ、約７５ミリメートル（ｍｍ）×２５ｍｍ×７．５ｍｍの自立するバルク材を得ることができるため、コーティング前の支持体のサンドブラスト処理は行わなかった。ダイヤモンドソーを使用して各層に沿った断面を材料から切り出した。切り出した切片を、異なる層が見えるようにして取り付け用樹脂（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「トランスオプティック・パウダー（ＴＲＡＮＳＯＰＴＩＣ ＰＯＷＤＥＲ）」で入手）に取り付けた。得られた樹脂シリンダは直径約２．５ｃｍ、丈（すなわち高さ）約１．９ｃｍであった。ポリッシャ（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ） ３」で入手）を使用する従来の研磨法で、取り付け部分の準備をした。ダイヤモンド砥石を使って試料を約３分間ポリッシュした後、４５、３０、１５、９、３、１マイクロメートルのスラリーをそれぞれ使って５分間ポリッシュを行った。

第１の層のｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約２．５ｍｍであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造を観察した。この材料は、実施例２の材料と似たような特徴を持っていた（すなわち、大部分が透明で非晶質のマトリクス中に、ほぼ球形で不透明な結晶質粒子が分散して構成されていた）。第２の層のｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約２ｍｍであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造も観察した。この材料は、実施例１の材料と似たような特徴を持っていた（すなわち、非晶質ではないかと思われる、透明なものであった）。第３の層のｚ方向（厚さ）を光学顕微鏡法で調べたところ、約３ｍｍであった。また、光学顕微鏡法を利用してマイクロ構造も観察した。この材料は、実施例３の材料と似たような特徴を持っていた（すなわち、大部分が透明で非晶質のマトリクス中に、ほぼ不透明な結晶質粒子（その大半が角のあるもともとの形状を維持していた）が分散して構成されていた）。

実施例５〜７
使用する混合物を以下の表１に示すとおりとし、原料ソースを以下の表２に示すものとしたこと以外は実施例１で説明したようにして、フィード粒子を生成した。実施例１で説明したようにしてフィード粒子を火炎成形し、ビーズを得た。

メッシュサイズが−１００＋１２０の画分（すなわち篩の目開きサイズ１５０マイクロメートルから目開きサイズ１２５マイクロメートルで回収される画分）を使用して得られた火炎成形ビーズから非晶質の生成率を算出した。以下のようにして測定を行った。ビーズの単層をスライドガラスに塗り広げた。光学顕微鏡でこれらのビーズを観察した。光学顕微鏡の接眼レンズの十字線をガイドとして使用し、直線上にあるビーズをその光学的透明度に応じて非晶質または結晶質のいずれかにカウントした。合計５００個のビーズをカウントし、非晶質ビーズの量をカウントしたビーズの総数で割って非晶質の生成率を求めた。これらの実施例について、実施例１で説明したようにしてＤＴＡを実施した。特定の実施例のＴ_ｇ値およびＴ_ｘ値を以下の表１に示す。

[表１]
表１

[表２]

実施例５のビーズ約２５グラムをグラファイトダイに入れ、一軸加圧成形装置（商品名「ＨＰ−５０」で入手、カリフォルニア州ブレア（Ｂｒｅａ）のサーマル・テクノロジー・インコーポレイテッド（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．））を用いてホットプレスした。このとき、アルゴン雰囲気中、圧力１３．８メガパスカル（ＭＰａ）（１平方インチあたり２０００ポンドすなわち２ｋｓｉ）でホットプレスを実施した。２５℃／分の割合でホットプレス炉の温度を９７０℃まで上昇させた。このようにして得られた直径約３４ｍｍ、厚さ６ｍｍの透明円板を、「チップムンク（Ｃｈｉｐｍｕｎｋ）」ジョークラッシャー（タイプＶＤ、カリフォルニア州バーバンク（Ｂｕｒｂａｎｋ）のビーアイシーオー・インコーポレイテッド（ＢＩＣＯ Ｉｎｃ．）製）で破砕して研磨粒子にし、分級して−３０＋３５の画分（すなわち篩の目開きサイズ６００マイクロメートルから目開きサイズ５００マイクロメートルで回収される画分）とメッシュが−３５＋４０の画分（すなわち篩の目開きサイズ５００マイクロメートルから目開きサイズ４２５マイクロメートルで回収される画分）とを保持した。

分級後の研磨粒子を電気加熱炉にて１３００℃で４５分間熱処理し、結晶化させた。実施例１で説明したようにしてＸＲＤ分析を行ったところ、結晶相には、ＬａＡｌＯ_３、ＺｒＯ_２（立方晶、正方晶）、ＬａＡｌ_１１Ｏ_１８、遷移Ａｌ_２Ｏ_３の各相が含まれていた。

実施例５で調製した材料からなる第２のホットプレス円板を上述したようにして作製した。この円板を電気加熱炉にて１３００℃で４５分間熱処理して結晶化させた。実施例１で説明したようにしてＸＲＤ分析を行ったところ、結晶相には、ＬａＡｌＯ_３、ＺｒＯ_２（立方晶、正方晶）、ＬａＡｌ_１１Ｏ_１８、遷移Ａｌ_２Ｏ_３の各相が含まれていた。結晶化させた円板を、「チップムンク（Ｃｈｉｐｍｕｎｋ）」ジョークラッシャー（タイプＶＤ、カリフォルニア州バーバンク（Ｂｕｒｂａｎｋ）のビーアイシーオー・インコーポレイテッド（ＢＩＣＯ Ｉｎｃ．）製）で破砕して研磨粒子にし、分級して−３０＋３５の画分（すなわち篩の目開きサイズ６００マイクロメートルから目開きサイズ５００マイクロメートルで回収される画分）とメッシュが−３５＋４０の画分（すなわち篩の目開きサイズ５００マイクロメートルから目開きサイズ４２５マイクロメートルで回収される画分）とを保持した。

熱処理および分級後の粒子を取り付け用樹脂（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー・リミテッド（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．）から商品名「エポメット（ＥＰＯＭＥＴ）」で入手）に取り付け、これらの粒子の平均微小硬度を測定した。得られた樹脂のシリンダは直径約２．５ｃｍ（１インチ）、高さ約１．９ｃｍ（０．７５インチ）であった。従来のグラインダ／ポリッシャ（ビューラー・リミテッド（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．）から商品名「エポメット（ＥＰＯＭＥＴ）」で入手）と従来のダイヤモンドスラリーとを使用し、最後のポリッシュ工程では１マイクロメートルのダイヤモンドスラリー（ビューラー・リミテッド（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．）から商品名「メタディ（ＭＥＴＡＤＩ）」で入手）を使用して、上記にて取り付けた試料をポリッシュし、試料のポリッシュ断面を得た。ビッカース圧子を取り付けた従来の微小硬度計（日本の東京にある株式会社ミツトヨから商品名「ＭＩＴＵＴＯＹＯ ＭＶＫ−ＶＬ」で入手）を使用し、圧入荷重を５００グラムとして微小硬度を測定した。この微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（材料の微小硬度試験方法）（１９９１）に記載の指針に従って行った。微小硬度値は２０回の測定の平均とした。粒子の平均微小硬度は１７．６ＧＰａであった。

実施例８
実施例５で説明したようにして作製したビーズ約１５０グラムを５センチメートル（ｃｍ）×５ｃｍ×５ｃｍのスチール缶に入れた後、缶を脱気して封止し、大気を遮断した。続いて、このスチール缶を、ＨＩＰ装置（オハイオ州のアメリカン・アイソスタティック・プレッシング（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）から商品名「アイピーエス・イーグル−６（ＩＰＳ Ｅａｇｌｅ−６）」で入手）で熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）した。このとき、圧力２０７ＭＰａ（３０ｋｓｉ）でアルゴン雰囲気中にてＨＩＰ処理を実施した。２５℃／分の割合でＨＩＰ処理炉の温度を９７０℃まで上昇させ、その温度で３０分間保持した。ＨＩＰ処理後、スチール缶を切断し、装入材料（ｃｈａｒｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を取り出した。ビーズが融合して透明なガラス質材料のチャンクになっているのが観察された。実施例１で説明したようにして行ったＤＴＡのトレース記録から、ガラス転移（Ｔ_ｇ）が８７９℃、結晶化温度（Ｔ_ｘ）は９３１℃であることが分かった。

実施例９〜１９
２５０ｍｌ容のポリエチレンボトル（直径７．３ｃｍ）に、さまざまな粉末（以下の表３に示すようなものであり、原料のソースについては以下の表４に示す）の混合物５０グラムと、イソプロピルアルコール７５グラムと、粉砕分散用アルミナメディア（高さと直径がいずれも０．６３５ｃｍの円柱状、アルミナ９９．９％、コロラド州ゴールデン（Ｇｏｌｄｅｎ）のクアーズ（Ｃｏｏｒｓ）から入手）２００グラムとを装入した。ポリエチレンボトルの内容物を１分あたり６０回転（ｒｐｍ）で１６時間かけて微粉砕した。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、温めた（約７５℃）ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで乾燥させた。乾燥混合物を、塗装用の刷毛を利用して７０メッシュの篩（目開きサイズ２１２マイクロメートル）で篩い分けした。

粉砕と篩い分けの後、微粉砕フィード粒子の混合物をゆっくりと（０．５グラム／分）水素／酸素トーチの火炎中に送り、粒子を溶融させた。粒子の溶融による溶融液滴の生成に用いるトーチは、ペンシルバニア州へラータウン（Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ）のベツレヘム・アパレイタス・カンパニー（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．）から入手したベツレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーＰＭ２ＤモデルＢとした。トーチの水素と酸素の流量は以下のとおりとした。内側のリングでは、水素流量を１分あたりの標準リットル（ＳＬＰＭ）で８、酸素流量を３．５ＳＬＰＭとした。外側のリングでは、水素流量を２３ＳＬＰＭ、酸素流量を１２ＳＬＰＭとした。乾燥させて大きさ別に分けた粒子をゆっくりと（０．５グラム／分）トーチの火炎中に送り、この火炎で粒子を溶融させて連続循環している乱水流１９リットル（５ガロン）の円筒形の容器（直径３０ｃｍ×高さ３４ｃｍ）に投入し、溶融液滴を急冷した。火炎を水に衝突させる角度を約４５°とし、火炎長すなわちバーナーから水面までの長さを約１８センチメートル（ｃｍ）とした。得られた溶融急冷粒子を回収し、１１０℃で乾燥させた。これらの粒子は球の形をしており、サイズは数マイクロメートル（すなわち数ミクロン）から２５０マイクロメートルまでさまざまであった。

特定の実施例では、実施例５〜７で説明したようにして非晶質の生成率を算出した。特定の実施例では、実施例１で説明したようにしてＤＴＡを実施した。特定の実施例でのＴ_ｇ値およびＴ_ｘ値を以下の表３に示す。

実施例１５〜２２で調製した材料は、光学顕微鏡法で目視検査を行ったところ非晶質であった。上記の手順での定量分析は実施しなかった。

［表３］
表３

［表４］

［表５］

［表６］
表4

実施例２０〜２１
２５０ｍｌ容のポリエチレンボトル（直径７．３ｃｍ）に、アルミナ粒子（アーカンサス州ボーキサイト（Ｂａｕｘｉｔｅ）のアルコア・インダストリアル・ケミカルズ（Ａｌｃｏａ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から商品名「Ａｌ６ＳＧ」で入手）１９．３グラムと、酸化ジルコニウム粒子（ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＤＫ−２」で入手）９．５グラムと、酸化ランタン粒子（カリフォルニア州マウンテン・パス（Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｐａｓｓ）のモリコープ・インコーポレイテッド（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ Ｉｎｃ．）から入手）２１．２グラムと、イソプロピルアルコール７５グラムと、粉砕分散用アルミナメディア（高さと直径がいずれも０．６３５ｃｍの円柱形、アルミナ９９．９％、コロラド州ゴールデン（Ｇｏｌｄｅｎ）のクアーズ（Ｃｏｏｒｓ）から入手）２００グラムと、を装入した。ポリエチレンボトルの内容物を１分あたり６０回転（ｒｐｍ）で１６時間かけて微粉砕した。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、温めた（約７５℃）ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで、ここでスラリーを３分以内で乾燥させた。乾燥混合物を、塗装用の刷毛を利用して１４メッシュの篩（目開きサイズ１４００マイクロメートル）で篩い分け、空気中にて１４００℃で２時間、予備焼結させた。

グラファイト棒（長さ約６０ｃｍ、直径１５ｍｍ）の端に穴（直径約１３ｍｍ、深さ約８ｃｍ）を開けた。予備焼結粒子約２０グラムを中空の端に挿入した。このグラファイト棒の中空の端を抵抗加熱炉（カリフォルニア州サンタ・バーバラ（Ｓａｎｔａ Ｂａｒｂａｒａ）のアストロ・インダストリーズ（Ａｓｔｒｏ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から入手）の高温ゾーンに挿入した。炉を調節し、内径約１８ｍｍのグラファイトチューブを用いたチューブ炉になるようにした。高温ゾーンを温度２０００℃に維持し、溶湯が棒から溢れ出ないように炉を約３０°傾けた。棒の聖なる（hallow）端を高温ゾーン内で１０分間保持し、均一に溶融されるようにした。１０分経過後、棒をすみやかに炉から取り出し、斜めに傾けて溶湯を急冷面に注ぎ出した。

実施例２０では、対向する２枚のステンレス鋼板を急冷面とした。これらの板は１７．８ｃｍ×５ｃｍ×２．５ｃｍであり、約１ｍｍの隙間をあけて長い方の辺が互いに平行になるように配置した。この隙間に溶湯を注ぎ、ここで溶湯をすみやかに固めてｚ方向（厚さ）が約１ｍｍの板を得た。急冷後の溶湯は大部分が透明かつ非晶質であり、実施例１で説明したようにして得たＤＴＡのトレース記録から、ガラス転移（Ｔ_ｇ）が８８５℃、結晶化温度（Ｔ_ｘ）は９３０℃であった。

実施例２１では、逆回転する２本のスチールローラを急冷面とした。ローラは直径５ｃｍであり、電気モータを使って８０ｒｐｍで回転させた。ローラ間の隙間を約０．８ｍｍとした。この隙間に溶湯を注ぎ、ここでローラをすみやかに固めてｘおよびｙ方向がかなりの寸法で、ｚ方向（厚さ）が０．８ｍｍの板を得た。急冷後の溶湯は大部分が透明かつ非晶質であり、実施例１で説明したようにして得たＤＴＡのトレース記録から、ガラス転移（Ｔ_ｇ）が８８５℃、結晶化温度（Ｔ_ｘ）は９３０℃であった。

実施例２２
アルミナ粒子（アリゾナ州トゥーソン（Ｔｕｃｓｏｎ）のコンディア・ヴィスタ（Ｃｏｎｄｅａ Ｖｉｓｔａ）から商品名「ＡＰＡ−０．５」で入手）２７．５グラムと、酸化カルシウム粒子（マサチューセッツ州ウォード・ヒル（Ｗａｒｄ Ｈｉｌｌ）のアルファ・エイサー（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ）から入手）２２．５グラムと、イソプロピルアルコール９０グラムとをポリエチレンボトルに装入した。粉砕分散用ジルコニアメディア（トーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ニュージャージー州バウンド・ブルック支店（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）から、「ＹＴＺ」の商品名で入手）約２００グラムをボトルに加え、１分あたり１２０回転（ｒｐｍ）で２４時間かけて混合物を微粉砕した。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで、ここでヒートガンを用いてスラリーを乾燥させた。乳鉢と乳棒とを使って乾燥混合物を砕き、７０メッシュの篩（目開きサイズ２１２マイクロメートル）で篩い分けした。

粉砕と篩い分けの後、粒子の一部を水素／酸素トーチの火炎中に送った。粒子の溶融による溶融ガラスビーズの生成に用いるトーチは、ペンシルバニア州へラータウン（Ｈｅｌｌｅｒｔｏｗｎ）のベツレヘム・アパレイタス・カンパニー（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｃｏ．）から入手した、水素と酸素とを以下の流量で供給するベツレヘム（Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ）ベンチバーナーＰＭ２ＤモデルＢとした。内側のリングでは、水素流量を１分あたりの標準リットル（ＳＬＰＭ）で８、酸素流量を３ＳＬＰＭとした。外側のリングでは、水素流量を２３（ＳＬＰＭ）、酸素流量を９．８ＳＬＰＭとした。乾燥させて大きさ別に分けた粒子を直接トーチ火炎の中に送り、ここで粒子を溶融させ、傾斜させたステンレス鋼の表面（幅約５１センチメートル（ｃｍ）（２０インチ）、傾斜角４５度）に、冷水をその表面に流しながら（約８リットル／分）移して非晶質ビーズを作製した。

実施例２３および２４
原料と使用した原料の量とを以下の表５に示すとおりとし、ジルコニアメディア（トーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ニュージャージー州バウンド・ブルック支店（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）から、「ＹＴＺ」の商品名で入手）２００グラムを用いて、イソプロピルアルコール９０（ミリリットル）ｍｌ中にて、１２０ｒｐｍで２４時間かけて原料の微粉砕を実施したこと以外は、実施例２２で説明したようにして、実施例２３〜２４のガラスビーズを作製した。使用した原料のソースを以下の表６に示す。

［表７］
表５

［表８］
表６

実施例２２〜２４の材料のうちのいくつかの材料のさまざまな特性／特徴を以下のようにして測定した。粉末Ｘ線回折（Ｘ線回折装置（ニュージャージー州マーワー（Ｍａｈｗａｈ）にあるフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「ＰＨＩＬＬＩＰＳ ＸＲＧ ３１００」で入手）にて、１．５４０５０オングストロームの銅のＫα１線を用いる））を使用し、実施例の材料中に存在する相を定性的に測定した。強度のピークが広く拡散している場合、その材料は非晶質の性質を持つと考えた。広いピークと明確に定まるピークの両方がある場合は、非晶質のマトリクス中に結晶質の物質が混入しているものと考えた。さまざまな実施例で検出した相を以下の表７に示す。

［表９］
表７

*実施例にT_gがあることから、ガラス

示差熱分析（ＤＴＡ）の目的で、材料を篩い分けてサイズが９０〜１２５マイクロメートルの範囲のガラスビーズを保持した。（ドイツのゼルブ（Ｓｅｌｂ）にあるネッツシュ・インスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から商品名「ネッツシュ・エスティエー（ＮＥＴＺＳＣＨ ＳＴＡ） ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で入手した機器を使用して）ＤＴＡを実施した。１００マイクロリットルのＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに入れる各篩い分け試料の量を４００ミリグラムとした。各試料を静空気中にて１０℃／分の速度で室温（約２５℃）から１２００℃まで加熱した。

図６を参照すると、線３４５で実施例２２の材料のＤＴＡデータをプロットしてある。図６の線３４５を参照すると、この材料では線３７５の下向きの曲線から明らかなように、７９９℃前後の温度で発熱イベントが起こった。このイベントは材料のガラス転移（Ｔ_ｇ）によるものであると考えられた。約８７５℃では、線３４５の鋭利なピークから明らかなように、発熱イベントが観察された。このイベントは材料の結晶化（Ｔ_ｘ）によるものであるとであると考えられた。他の実施例のＴ_ｇ値およびＴ_ｘ値については上記の表７にあげてある。

図７〜図８はそれぞれ、実施例２３および２４におけるプロットしたＤＴＡデータである。

実施例２２〜２４の各々について、ガラスビーズ約２５グラムをグラファイトダイに入れ、一軸加圧成形装置（商品名「ＨＰ−５０」で入手、カリフォルニア州ブレア（Ｂｒｅａ）のサーマル・テクノロジー・インコーポレイテッド（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．））を用いてホットプレスした。このとき、アルゴン雰囲気中、圧力１３．８メガパスカル（ＭＰａ）（１平方インチあたり２０００ポンド（２ｋｓｉ））でホットプレスを実施した。上述したホットプレス設備の変位制御ユニット（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）によって示される、かなりのガラスフローが発生するホットプレス温度を、実施例２２〜２４について上記の表７にあげてある。

実施例２５〜３１
以下の表８に示す原料（原料のソースについては以下の表９に示す）をイソプロピルアルコール９０ｍｌと一緒にポリエチレンボトルに装入した。粉砕分散用ジルコニアメディア（トーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ニュージャージー州バウンド・ブルック支店（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）から、商品名「ＹＴＺ」で入手）約２００グラムをボトルに加え、１分あたり１２０回転（ｒｐｍ）で２４時間かけて混合物を微粉砕した。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで、ここでヒートガンを用いてスラリーを乾燥させた。乳鉢と乳棒とを使って乾燥混合物を砕き、７０メッシュの篩（篩の目開きサイズ２１２マイクロメートル）で篩い分けした。粉砕と篩い分けの後、粒子の一部を水素／酸素トーチの火炎中に送り、実施例１で説明したようなビーズを作製した。

［表１０］
表８

［表１１］
表９

実施例２５〜３１の材料のいくつかの材料のさまざまな特性／特徴を以下のようにして測定した。粉末Ｘ線回折（Ｘ線回折装置（ニュージャージー州マーワー（Ｍａｈｗａｈ）
にあるフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「ＰＨＩＬＬＩＰＳ ＸＲＧ ３１００」で入手）にて、１．５４０５０オングストロームの銅のＫα１線を用いる））を使用し、実施例の材料中に存在する相を定性的に測定した。強度のピークが広く拡散している場合、その材料は非晶質の性質を持つと考えた。広いピークと明確に定まるピークの両方がある場合は、非晶質のマトリクス中に結晶質の物質が混入しているものと考えた。さまざまな実施例で検出した相を以下の表１０に示す。

［表１２］
表１０

示差熱分析（ＤＴＡ）の目的で、材料を篩い分けてサイズが９０〜１２５マイクロメートルの範囲のビーズを保持した。（ドイツのゼルブ（Ｓｅｌｂ）にあるネッツシュ・インスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から商品名「ネッツシュ・エスティエー（ＮＥＴＺＳＣＨ ＳＴＡ） ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で入手した機器を使用して）ＤＴＡを実施した。１００マイクロリットルのＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに入れる各篩い分け試料の量を４００ミリグラムとした。各試料を静空気中にて１０℃／分の速度で室温（約２５℃）から１２００℃まで加熱した。

上述したホットプレス設備の変位制御ユニットによって示される、かなりのガラスフローが発生するホットプレス温度を、さまざまな実施例について上記の表１０にあげてある。

実施例３２
アルミナ粒子（「ＡＰＡ−０．５」）８１９．６グラムと、酸化ランタン粒子（モリコープ・インコーポレイテッド（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ，Ｉｎｃ．）から入手）８１８グラムと、イットリア安定化酸化ジルコニウム粒子（公称組成はＺｒＯ_２（＋ＨｆＯ_２）が９４．６ｗｔ−％とＹ_２Ｏ_３が５．４ｗｔ−％、ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＨＳＹ−３」で入手）３６２．４グラムと、蒸留水１０５０グラムと、粉砕分散用ジルコニアメディア（トーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ニュージャージー州バウンド・ブルック支店（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）から商品名「ＹＴＺ」で入手）約２０００グラムとを、ポリウレタンを内張りしたミルに装入した。混合物を１分あたり１２０回転（ｒｐｍ）で４時間かけて微粉砕し、成分同士を完全に混合した。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで、ここでヒートガンを用いてスラリーを乾燥させた。乳鉢と乳棒とを使って乾燥混合物を砕き、７０メッシュの篩（目開きサイズ２１２マイクロメートル）で篩い分けした。粉砕と篩い分けの後、実施例１で説明したようにして粒子の一部を水素／酸素トーチの火炎中に送った。

ビーズ約５０グラムをグラファイトダイに入れ、一軸加圧成形装置（商品名「ＨＰ−５０」で入手、カリフォルニア州ブレア（Ｂｒｅａ）のサーマル・テクノロジー・インコーポレイテッド（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．））を用いてホットプレスした。このとき、アルゴン雰囲気中、圧力１３．８メガパスカル（ＭＰａ）（１平方インチあたり２０００ポンド（２ｋｓｉ））で９６０℃にてホットプレスを実施した。得られた半透明の円板は直径約４８ミリメートル、厚さ約５ｍｍであった。さらにホットプレスを実施し、別の円板を作製した。図９は、ホットプレスした材料の切断したバー（厚さ２ｍｍ）の透明度を示す、光学顕微鏡写真である。

得られたホットプレスガラス材料の密度をアルキメデスの方法で測定したところ、約４．１〜４．４ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることが明らかになった。また、超音波試験システム（ワシントン州リッチランド（Ｒｉｃｈｌａｎｄ）のノーテック（Ｎｏｒｔｅｋ）から商品名「ＮＤＴ−１４０」で入手）を使用して、上記にて得られたホットプレスガラス材料のヤング率（Ｅ）を測定したところ、約１３０〜１５０ＧＰａの範囲内であることが明らかになった。

得られたホットプレス材料の平均微小硬度を以下のようにして求めた。ホットプレス材料の切片（大きさ約２〜５ミリメートル）を、取り付け用樹脂（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー・リミテッド（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．）から商品名「エポメット（ＥＰＯＭＥＴ）」で入手）に取り付け、これらの粒子の平均微小硬度を測定した。得られた樹脂のシリンダは直径約２．５ｃｍ（１インチ）、丈（高さ）約１．９ｃｍ（０．７５インチ）であった。従来のグラインダ／ポリッシャ（ビューラー・リミテッド（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．）から商品名「エポメット（ＥＰＯＭＥＴ）」で入手）と従来のダイヤモンドスラリーとを使用し、最後のポリッシュ工程では１マイクロメートルのダイヤモンドスラリー（ビューラー・リミテッド（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｌｔｄ．）から商品名「メタディ（ＭＥＴＡＤＩ）」で入手）を使用して、上記にて取り付けた試料をポリッシュし、試料のポリッシュ断面を得た。

ビッカース圧子を取り付けた従来の微小硬度計（日本の東京にある株式会社ミツトヨから商品名「ＭＩＴＵＴＯＹＯ ＭＶＫ−ＶＬ」で入手）を使用し、圧入荷重を５００グラムとして微小硬度を測定した。この微小硬度の測定は、ＡＳＴＭ試験方法Ｅ３８４ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（材料の微小硬度試験方法）（１９９１）に記載の指針に従って行った。微小硬度値は２０回の測定の平均とした。ホットプレス材料の平均微小硬度は約８．３ＧＰａであった。

微小硬度計（日本の東京にある株式会社ミツトヨから商品名「ＭＩＴＵＴＯＹＯ ＭＶＫ−ＶＬ」で入手）を使用し、圧入荷重を５００グラムとして作ったビッカース圧痕の頂点から延在する亀裂長を測定し、ホットプレス材料の平均押し込み靭性を算出した。押し込み靭性（Ｋ_ＩＣ）については以下の式に基づいて算出した。
Ｋ_ＩＣ＝０．０１６（Ｅ／Ｈ）^１／２（Ｐ／ｃ）^３／２
（式中、Ｅ＝材料のヤング率、
Ｈ＝ビッカース硬度、
Ｐ＝圧子のニュートン力、
ｃ＝圧痕の中心から端までの亀裂長である。）

微小硬度試験に関して上述したようにして、靭性用の試料を調製した。記録する押し込み靭性値は５回の測定の平均である。走査型電子顕微鏡（「ＪＥＯＬ ＳＥＭ」（モデルＪＳＭ ６４００））を用いて撮影した顕微鏡写真上で、デジタルノギスを使用して亀裂（c）を測定した。ホットプレス材料の平均押し込み靭性は１．４ＭＰａ・ｍ^１／２であった。

サーマルアナライザ（コネチカット州シェルトン（Ｓｈｅｌｔｏｎ）のパーキン・エルマー（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ）から商品名「パーキン・エルマー・サーマル・アナライザ（ＰＥＲＫＩＮ ＥＬＭＥＲ ＴＨＥＲＭＡＬ ＡＮＡＬＹＳＥＲ）」で入手）を用いて、ホットプレス材料の熱膨張係数を測定した。平均熱膨張係数は７．６×１０^−６／℃であった。

ホットプレス材料の熱伝導率を、ＡＳＴＭ標準「Ｄ ５４７０−９５、試験方法Ａ」（１９９５）に従って測定した。平均熱伝導率は１．１５Ｗ／ｍ＊Ｋであった。

ホットプレスしたＬａ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２ガラスからなる半透明の円板を、炉（電気加熱炉（カリフォルニア州ピコ・リベラ（Ｐｉｃｏ Ｒｉｖｅｒａ）のキース・ファーニスィーズ（Ｋｅｉｔｈ Ｆｕｒｎａｃｅｓ）から商品名「モデルＫＫＳＫ−６６６−３１００」で入手））内で以下のようにして熱処理した。まず、円板を約１０℃／分の割合で室温（約２５℃）から約９００℃まで加熱した後、９００℃で約１時間保持した。次に、この円板を約１０℃／分の割合で約９００℃から約１３００℃まで加熱した後、１３００℃で約１時間保持した上で、炉を切って室温まで戻した。同じ熱処理スケジュールを繰り返し、別の円板を作製した。

図１０は、実施例３２の熱処理材料のポリッシュした断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真であり、材料が微結晶質の性質であることが示されている。このポリッシュした断面については、従来の取り付け・ポリッシュの手法で作製した。ポリッシュについては、ポリッシャ（イリノイ州レーク・ブラフ（Ｌａｋｅ Ｂｌｕｆｆ）のビューラー（Ｂｕｅｈｌｅｒ）から商品名「エコメット（ＥＣＯＭＥＴ） ３タイプのポリッシャ−グラインダ」で入手）を使用して行った。ダイヤモンド砥石を使って試料を約３分間ポリッシュした後、４５、３０、１５、９、３マイクロメートルのダイヤモンドスラリーをそれぞれ使って３分間ポリッシュを行った。ポリッシュした試料に金−パラジウムの薄層をコーティングし、ＪＥＯＬ ＳＥＭ（モデルＪＳＭ ８４０Ａ）を用いて観察した。

実施例３２の熱処理材料の一部に対して行った粉末Ｘ線回折の結果と、後方散乱モードでＳＥＭを使用してポリッシュした試料を検査した結果とに基づいて、顕微鏡写真の色の暗い部分は結晶質ＬａＡｌ_１１Ｏ_１８であり、灰色の部分は結晶質ＬａＡｌＯ_３、色の白い部分は結晶質の立方晶／正方晶ＺｒＯ_２であると考えられる。

熱処理材料の密度をアルキメデスの方法で測定したところ、約５．１８ｇ／ｃｍ^３であることが明らかになった。また、超音波試験システム（ワシントン州リッチランド（Ｒｉｃｈｌａｎｄ）のノーテック（Ｎｏｒｔｅｋ）から商品名「ＮＤＴ−１４０」で入手）を使用して、熱処理材料のヤング率（Ｅ）を測定したところ、約２６０ＧＰａであることが明らかになった。実施例３２でガラスビーズに関して上述したようにして熱処理材料の平均微小硬度を求めたところ、１８．３ＧＰａであることが明らかになった。実施例３２でホットプレス材料に関して上述したようにして熱処理材料の平均破壊靭性（Ｋ_ｉｃ）を求めたところ、３．３ＭＰａ＊ｍ^１／２であることが明らかになった。

実施例３３〜４９
原料と使用した原料の量とを以下の表１１に示すとおりとし、ジルコニアメディア（トーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）、ニュージャージー州バウンド・ブルック支店（Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）から、商品名「ＹＴＺ」で入手）２００グラムを用いて、イソプロピルアルコール９０ミリリットル（ｍｌ）中にて、１２０ｒｐｍで２４時間かけて原料の微粉砕を実施したこと以外は、実施例３２で説明したようにして、実施例３３〜４９のガラスビーズを作製した。使用した原料のソースを以下の表１２に示す。

［表１３］
表１１

［表１４］

［表１５］

［表１６］
表１２

実施例３２〜４９の材料のいくつかの材料のさまざまな特性／特徴を以下のようにして測定した。粉末Ｘ線回折（Ｘ線回折装置（ニュージャージー州マーワー（Ｍａｈｗａｈ）にあるフィリップス（ＰＨＩＬＬＩＰＳ）から商品名「ＰＨＩＬＬＩＰＳ ＸＲＧ ３１００」で入手）にて、１．５４０５０オングストロームの銅のＫα１線を用いる））を使用し、実施例の材料中に存在する相を定性的に測定した。強度のピークが広く拡散している場合、その材料はガラス質の性質を持つと考えた。広いピークと明確に定まるピークの両方がある場合は、ガラス質のマトリクス中に結晶質の物質が混入しているものと考えた。さまざまな実施例で検出した相を以下の表１３に示す。

［表１７］
表１３

＊実施例にＴ_ｇがあることから、ガラス

示差熱分析（ＤＴＡ）の目的で、材料を篩い分けてサイズが９０〜１２５マイクロメートルの範囲のビーズを保持した。（ドイツのゼルブ（Ｓｅｌｂ）にあるネッツシュ・インスツルメンツ（Ｎｅｔｚｓｃｈ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から商品名「ネッツシュ・エスティエー（ＮＥＴＺＳＣＨ ＳＴＡ） ４０９ ＤＴＡ／ＴＧＡ」で入手した機器を使用して）ＤＴＡを実施した。１００マイクロリットルのＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダに入れる各篩い分け試料の量を４００ミリグラムとした。各試料を静空気中にて１０℃／分の速度で室温（約２５℃）から１２００℃まで加熱した。

図１１を参照すると、線８０１で実施例３２の材料のＤＴＡデータをプロットしてある。図１１の線８０１を参照すると、この材料では線８０１の下向きの曲線から明らかなように、８４０℃前後の温度で発熱イベントが起こった。このイベントは材料のガラス転移（Ｔ_ｇ）によるものであると考えられた。約９３４℃では、線８０１の鋭利なピークから明らかなように、発熱イベントが観察された。このイベントは材料の結晶化（Ｔ_ｘ）によるものであるとであると考えられた。他の実施例のＴ_ｇ値およびＴ_ｘ値については上記の表１３にあげてある。

上述したホットプレス設備の変位制御ユニットによって示される、かなりのガラスフローが発生するホットプレス温度を、さまざまな実施例について上記の表１３にあげてある。

実施例５０
アルミナ粒子（「ＡＰＡ−０．５」）２０．４９グラムと、酸化ランタン粒子（モリコープ・インコーポレイテッド（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ，Ｉｎｃ．）から入手）２０．４５グラムと、イットリア安定化酸化ジルコニウム粒子（公称組成はＺｒＯ_２（＋ＨｆＯ_２）が９４．６ｗｔ−％とＹ_２Ｏ_３が５．４ｗｔ−％、ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＨＳＹ−３」で入手）９．０６グラムと、蒸留水８０グラムとを、ポリエチレンボトルに装入した。粉砕分散用アルミナメディア（直径１０ｍｍ、アルミナ９９．９％、オハイオ州アクロン（Ａｋｒｏｎ）のユニオン・プロセス（Ｕｎｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）から入手）約４５０グラムをボトルに加え、混合物を１分あたり１２０回転（ｒｐｍ）で４時間かけて微粉砕し、成分同士を完全に混合した。微粉砕後、微粉砕メディアを取り除き、ガラス（「パイレックス（ＰＹＲＥＸ）」）皿にスラリーを注いで、ここでヒートガンを用いてスラリーを乾燥させた。乳鉢と乳棒とを使って乾燥混合物を砕き、７０メッシュの篩（目開きサイズ２１２マイクロメートル）で篩い分けした。

アーク放電炉（モデル番号５Ｔ／Ａ ３９４２０、ニューハンプシャー州ナシュア（Ｎａｓｈｕａ）のセントール・ヴァキューム・インダストリーズ（Ｃｅｎｔｏｒｒ Ｖａｃｕｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）から入手）にて少量の乾燥粒子を溶融させた。乾燥させて大きさ別に分けた粒子約１グラムを、炉のチャンバ内に配置した冷却（ｃｈｉｌｌｅｄ）銅板に載せた。炉のチャンバを脱気した後、圧力１３．８キロパスカル（ｋＰａ）（１平方インチあたり２ポンド（ｐｓｉ））にてアルゴンガスを再充填した。電極と板との間にアークを発生させた。アーク放電によって生成される温度は、乾燥させて大きさ別に分けた粒子を短時間で溶融させるには十分高い温度であった。溶融終了後、材料を約１０秒間溶融状態のまま維持し、溶湯を均一化した。アークを遮断し、溶湯が自然に冷めるようにして、得られた溶湯をすみやかに冷やした。試料の塊を小さくし、水冷銅板の放熱能を大きくすることで、この急激な冷却を達成した。融解させた材料を、炉への電源遮断後１分以内に炉から取り出した。理論に拘泥されるつもりはないが、水冷銅板の表面での溶湯冷却速度は１００℃／秒を上回っていると推測される。融解させた材料は透明なガラスビーズであった（ビーズの最大直径を測定したところ、２．８ミリメートル（ｍｍ）であった）。

得られた非晶質ビーズを、２ｍｍの粉砕分散用ジルコニアメディア（ニュージャージー州バウンド・ブルック（Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）のトーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）から商品名「ＹＴＺ」で入手）２００グラムと一緒にポイエチレン（ｐｏｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）ボトル（実施例１同様）に入れた。蒸留水３００グラムをボトルに加え、混合物を１２０ｒｐｍで２４時間かけて微粉砕し、ビーズを粉々にして粉末を得た。微粉砕した材料をヒートガンで乾燥させた。乾燥粒子１５グラムをグラファイトダイに入れ、実施例５〜７で説明したようにして９６０℃でホットプレスした。得られた円板は半透明であった。

実施例５１
実施例５０で説明したようにして実施例５１の溶融非晶質ビーズを作製した。グラファイトダイ底部の孔を深さ２ｍｍの溝にしたこと以外は実施例５０で説明したようにして、ビーズ約１５グラムをホットプレスした。得られた材料には溝が再現されていたことから、印加圧下での加熱時にガラスが極めて良好に流動していたことが分かる。

比較例Ａ
アルミナ粒子（「ＡＰＡ−０．５」）２７グラムと、イットリア安定化酸化ジルコニウム粒子（公称組成はＺｒＯ_２（＋ＨｆＯ_２）が９４．６ｗｔ−％とＹ_２Ｏ_３が５．４ｗｔ−％、ジョージア州マリエッタ（Ｍａｒｉｅｔｔａ）のジルコニア・セールス・インコーポレイテッド（Ｚｉｒｃｏｎｉａ Ｓａｌｅｓ，Ｉｎｃ．）から商品名「ＨＳＹ−３」で入手）２３グラムと、蒸留水８０グラムとをポリエチレンボトルに装入したこと以外は実施例５０で説明したようにして、比較例Ａの融解させた材料を調製した。この実施例の組成物はＡｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２二成分系の共晶組成物に対応している。得られた直径１００〜１５０マイクロメートルの球は、Ｘ線回折分析から明らかなように部分的に非晶質であり、大部分が結晶性であった。

実施例５２
実施例３２で説明したようにして作製した非晶質ビーズの試料（３１．２５グラム）と、比較例Ａで説明したようにして作製したビーズ１８．７５グラムとを、ポリエチレンボトルに装入した。蒸留水８０グラムと粉砕分散用ジルコニアメディア（ニュージャージー州バウンド・ブルック（Ｂｏｕｎｄ Ｂｒｏｏｋ）のトーソー・セラミックス（Ｔｏｓｏｈ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）から商品名「ＹＴＺ」で入手）３００グラムとをボトルに加えた後、２４時間かけて１２０ｒｐｍで混合物を微粉砕した。微粉砕後の材料をヒートガンで乾燥させた。乾燥粒子２０グラムを実施例３２で説明したようにしてホットプレスした。実施例３２の材料の、実施例３２で説明したようにして作製したポリッシュした断面のＳＥＭ顕微鏡写真を図１２に示す。比較例Ａの材料（暗い部分）と実施例５２の材料（明るい部分）との界面に亀裂がないことから、良好な結合状態が得られていることが分かる。

実施例３２および３２Ａならびに比較例Ｂ〜Ｄの粉砕性能
実施例３２のホットプレス材料を、「チップムンク（Ｃｈｉｐｍｕｎｋ）」ジョークラッシャー（タイプＶＤ、カリフォルニア州バーバンク（Ｂｕｒｂａｎｋ）のビーアイシーオー・インコーポレイテッド（ＢＩＣＯ Ｉｎｃ．）製）で破砕して（研磨材）粒子にし、分級してメッシュが−２５＋３０の画分（すなわちシーブの目開き２５マイクロメートルから目開きサイズ３０マイクロメートルで回収される画分）とメッシュが−３０＋３５の画分（すなわちシーブの目開きサイズ３０マイクロメートルから目開きサイズ３５マイクロメートルで回収される画分）（ＵＳＡ標準試験シーブ）とを保持した。これらの２種類のメッシュの画分を混合し、５０／５０のブレンドを得た。このブレンド材料を実施例３２で説明したようにして熱処理した。得られたガラス−セラミック研磨粒子３０グラムを、被覆砥粒研磨円板に組み入れた。被覆砥粒研磨円板に関しては、従来の手順で作製した。従来の炭酸カルシウム充填フェノールメイク樹脂（レゾールフェノール樹脂４８％、炭酸カルシウム５２％、水とグリコールエーテルとを用いて固形分８１％まで希釈）と従来の氷晶石充填フェノールサイズ樹脂（レゾールフェノール樹脂３２％、酸化鉄２％、氷晶石６６％、水とグリコールエーテルとを用いて固形分７８％まで希釈）とを使用して、直径１７．８ｃｍ、厚さ０．８ｍｍのヴァルカナイズドファイバー裏材（直径２．２ｃｍの中心穴を有する）にガラス−セラミック研磨粒子を結合した。メイク樹脂の湿重量は約１８５ｇ／ｍ^２であった。メイクコートの塗布直後に、ガラス−セラミック研磨粒子を静電塗布した。メイク樹脂を８８℃にて１２０分かけて予備硬化させた。次に、氷晶石充填フェノールサイズコートをメイクコートおよび研磨粒子の上に塗布した。サイズの湿重量は約８５０ｇ／ｍ^２であった。サイズ樹脂を９９℃にて１２時間かけて硬化させた。試験の前に被覆砥粒研磨円板を屈曲させた。

破砕後に熱処理を施すのではなく、ホットプレスおよび熱処理を施した実施例３２の材料を破砕して実施例３２Ａの研磨粒子を得たこと以外は実施例３２で説明したようにして、実施例３２Ａの被覆砥粒研磨円板を作製した。

実施例３２のガラス−セラミック研磨粒子の代わりに熱処理した溶融アルミナ研磨粒子（オーストリアのフラッハ（Ｖｉｌｌａｃｈ）にあるトリエバッハ（Ｔｒｉｅｂａｃｈｅｒ）から商品名「アロデュール・ビーエフアーピーエル（ＡＬＯＤＵＲ ＢＦＲＰＬ）」で入手）を用いたこと以外は実施例３２（上記）で説明したようにして、比較例Ｂの被覆砥粒研磨円板を作製した。

実施例３２のガラス−セラミック研磨粒子の代わりにアルミナ−ジルコニア研磨粒子（Ａｌ_２Ｏ_３が５３％とＺｒＯ_２が４７％の共晶組成を有し、マサチューセッツ州ウースター（Ｗｏｒｃｅｓｔｅｒ）のノートン・カンパニー（Ｎｏｒｔｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ）から商品名「ノーゾン（ＮＯＲＺＯＮ）」で入手）を用いたこと以外は実施例３２（上記）で説明したようにして、比較例Ｃの被覆砥粒研磨円板を作製した

実施例３２のガラス−セラミック研磨粒子の代わりにゾル−ゲル研磨粒子（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ）のスリーエム・カンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ）から商品名「３２１ キュービトロン（ＣＵＢＩＴＲＯＮ）」で販売されている）を用いたこと以外は上述したようにして、比較例Ｄの被覆砥粒研磨円板を作製した。

実施例３２および比較例Ｂ〜Ｄの被覆砥粒研磨円板の粉砕性能を次のようにして評価した。面取りしたアルミニウム製バックアップパッドに各被覆砥粒研磨円板を装着し、事前に秤量した１．２５ｃｍ×１８ｃｍ×１０ｃｍの１０１８軟鋼ワークピースの表面の研削に使用した。バックアップパッドの面取りした端と重なっている円板の部分を荷重８．６キログラムでワークピースと接触させた状態で、円板を５，０００ｒｐｍで動かした。各円板を使用して、個々のワークピースを１分間隔で連続して研削した。試験時間を通してワークピースから除去された材料の量の合計を全切削量とした。１２分間の粉砕後の各試料の全切削量ならびに１２回目の１分間の切削量（すなわち最終切削量）を以下の表１４に示す。実施例３２の結果は、実施例３２Ａならびに比較例Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれで１枚の円板を試験した場合の２枚の円板の平均である。

［表１８］
表１４

本発明の範囲および趣旨を逸脱することのない本発明のさまざまな改変および変更が当業者には明らかであろうし、本発明は本願明細書に記載の例示的な実施形態に不当に制限されるべきではないことを理解されたい。

本発明による研磨粒子を含む被覆砥粒研磨物品の部分概略断面図である。 本発明による研磨粒子を含む固定砥粒研磨物品の斜視図である。 本発明による研磨粒子を含む不織研磨物品の拡大概略図である。 実施例１で調製した材料の破面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。 実施例３で調製した材料の破面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。 実施例２２の材料のＤＴＡ曲線である。 実施例２３で調製した材料のＤＴＡ曲線である。 実施例２４で調製した材料のＤＴＡ曲線である。 実施例３２のホットプレス材料の断面の光学顕微鏡写真である。 熱処理した実施例３２の材料のポリッシュした断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。 実施例３２の材料のＤＴＡ曲線である。 実施例５２の材料のポリッシュした断面のＳＥＭ顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. Ａｌ_２Ｏ_３と、
   ＺｒＯ_２と、
   Ｙ _２ Ｏ _３ 、ＲＥＯ、ＴｉＯ _２ 、ＣａＯ、Ｃｒ _２ Ｏ _３ 、ＭｇＯおよびこれらの複合金属酸化物からなる群から選択されるＡｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物と、
   を含む非晶質材料であって、該ＺｒＯ_２は非晶質材料の総重量に対して少なくとも１５重量％の量存在し、該非晶質材料の結晶化時に前記Ａｌ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２以外の金属酸化物の少なくとも一部分が独立した結晶相を形成し、該非晶質材料が、Ａｌ_２Ｏ_３とＺｒＯ_２とを該非晶質材料の総重量に対して合計で少なくとも５０重量パーセント含み、該非晶質材料が、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５を該非晶質材料の総重量に対して合計で２０重量パーセント以下の量で含有し、該非晶質材料には、互いに垂直なｘ、ｙ、及びｚの寸法があり、該ｘ、ｙ、ｚの寸法が各々少なくとも２５マイクロメートルである、非晶質材料。

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