研磨材

研磨材：その種類、製造、特性、用途、そしてJIS規格

研磨材は、金属やガラス、石材など様々な材料の表面を滑らかに仕上げるために用いられる、硬い粒子や粉末状の物質です。研磨剤、あるいは研削材と呼ばれることもあります。個々の粒子は砥粒と呼ばれ、日常で用いられる細かい研磨材は磨き粉として知られています。

研磨材の種類と特性

研磨材は、粉末状、ペースト状など様々な形態で存在し、研磨液と合わせて使用されることが多いです。結合剤と混合して人工砥石として、あるいは紙や布に接着させて研磨シートとして利用されます。

古くは天然鉱物である石榴石やエメリーが用いられていましたが、現在ではより硬く、性能の優れた人造研磨材が主流となっています。人造研磨材は、主に以下の4種類に分類されます。

ダイヤモンド: 周期表IV族の炭素からなる共有結合物質で、最も硬い研磨材です。
立方晶窒化[ホウ素]: ホウ素と窒素の化合物で、ダイヤモンドに次ぐ硬度を誇ります。鉄鋼の研磨に適しています。
炭化[ケイ素]: ダイヤモンドとケイ素の中間的な硬度を持ちます。ただし、鉄鋼との化学的親和性が高いため、鉄鋼の研磨には不向きです。
[酸化アルミニウム]: コランダムとして天然にも存在する化合物で、比較的安価で汎用性の高い研磨材です。鉄鋼の研磨にも適しています。

これらの研磨材は、ヌープ硬度という指標で硬さが評価されます。ヌープ硬度は単結晶の結晶面の値であり、低純度や焼結品の微結晶コランダム質研磨材ではこの値より低くなります。

ダイヤモンドは最も硬いものの、経済性や化学的特性から、全ての用途に適しているわけではありません。例えば、鉄鋼の研磨には、炭素やケイ素を吸収して砥石が急速に減耗してしまうため、ダイヤモンドや炭化ケイ素は不向きです。鉄鋼の研磨には、CBNやコランダム質研磨材が適しています。

その他、ラッピングなどの精密[研磨]]には、酸化クロム、酸化鉄]、アルミナなどの粉末状[[研磨材も用いられます。CBN、SiC、コランダム質研磨材は、それぞれBorazon、Carborundum、Alundumといった商品名でも知られていますが、これらは製造元の商標です。

コランダム質研磨材の種類

コランダム質研磨材は、製造方法によっていくつかの種類があります。

白色電融アルミナ: 純粋なアルミナをアーク炉で融解・冷却し、粉砕・整粒したものです。酸化クロムなどを添加して着色することもあります。
褐色電融アルミナ: ボーキサイトをアーク炉で融解、還元処理してアルミナ分を高め、冷却・粉砕・整粒したものです。TiイオンやMgイオンなどを添加することで強度を高めることができます。
アルミナ-ジルコニア: Al2O3とZrO2の二元系電融研磨材です。共晶組織を持つため、高い強度が特徴です。
解砕型アルミナ: アーク炉で融解・冷却後、結晶粒ごとに解砕できるよう工夫した研磨材です。粒の破壊起点となる傷が少ないため、減耗しにくく、精密仕上げに適しています。
焼結アルミナ: アーク炉での融解を行わず、アルミナ粉末を焼結させて製造します。硬度は低いものの、微晶組織のため減耗しにくく、ステンレス[[鋼]]の傷取りなどに使用されます。

研磨材の製造方法

ダイヤモンドとCBNは主に静的高温高圧法、SiCは抵抗型電気炉で製造されます。電融コランダム塊はアーク炉で製造されます。

製造された研磨材は、目的の粒度に粉砕・選別・精製されます。粒度調整には、ふるい分けや、ストークスの法則を利用した沈降速度差による分級法などが用いられます。研磨材の粒度はJIS規格で規定されており、JIS R6001、JIS R6010などが存在します。

研磨材の仕上げ処理

研磨材の用途や特性を最適化するために、様々な仕上げ処理が行われます。

粒形処理: ボールミルなどを用いて、用途に適した粒形（球状、尖った形など）に調整します。
表面処理: 研磨材の表面処理を行うことで、静電界での挙動を制御したり、結合剤とのなじみを向上させたりします。
熱処理: 熱処理によって、粒内の非晶質を表面に滲み出させ、破壊起点となる傷を埋め、耐久性を向上させることができます。

研磨材の用途

研磨材は、サンドブラスト、バレル研磨、バフ仕上げ、ラッピングなど、様々な研磨・研削作業に用いられます。また、研削砥石、研磨布紙、研磨テープなどの原料としても広く利用されています。

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