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Al2O3研磨粉：工業用および研究室用テクニカルガイド
はじめに
望遠鏡の鏡を光学公差に近づける研磨作業でも、チタン製整形外科インプラントのクリーニングでも、酸化アルミニウム研磨粉は定番です。化学的にはAl2O3として知られるこのセラミック砥粒には、複数の等級と相があります。適切な選択は、均一で光沢のある仕上げと、微小スクラッチだらけの表面の違いを意味します。
結晶相の選択
琢磨には2つの結晶形があります：
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α-Al2O3（アルファアルミナ）：緻密なコランダム構造、サファイアに近い硬度。熱や機械的ストレスに安定で、ガラス、硬質金属、セラミックスに適している。
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γ-Al2O3（ガンマアルミナ）：より柔らかく、壊れやすい。使用中に分解するため、より軟らかい金属やポリマー複合材をよりきめ細かく仕上げることができる。
切削速度、スラリーの挙動、最終的な粗さに直接影響します。
粒子径とアプリケーションの適合
産業界では、5 µm から 0.05 µm までの粒子径を扱うことがよくあります。例えば
| 公称サイズ | 一般的な用途 | 材料例 | おおよそのRa結果 |
|---|---|---|---|
| 5 µm | プレポリッシュ、スクラッチ除去 | ステンレス、真鍮 | ~0.3-0.4 µm |
| 1 µm | 中間 | ガラス、ジルコニア | ~50-100 nm |
| 0.05 µm | 最終仕上げ | 光学フラット、半導体ウェハー | <10 nm |
3ステップの光学シーケンスは、3 µm → 1 µm → 0.05 µmと進み、ステージ間でパッドを変更する場合があります。中間のステップを省略すると、通常、時間の節約よりもコストがかかります。
スラリーの調製とプロセス制御
ほとんどの琢磨セットアップの場合
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濃度：脱イオン水に5～20 wt%のAl2O3粉末。
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pH：セラミックとガラスには中性、酸化しやすい金属には弱酸性（pH4～6）。
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パッドの選択：脆い基材にはフェルトまたはポリウレタン、延性のある金属には織布。
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圧力：デリケートな部品には20～80kPa程度、重い部品の除去には150kPaまで。
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回転数：薄い部品はオーバーヒートの危険性が高い。
一部の光学工場では、琢磨ラップをチャージする前に ASTM E112粒度検証を行い、特大の砥粒が工程に入らないようにしています。
用途
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金属：ステンレス鋼の仕上げには、3 µmのγ-Al2O3と1 µmのα-Al2O3が効果的です。表面のエッチングを防ぐため、アルミニウム合金ではアルカリ性スラリーを避ける。
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ガラスと光学部品：α-Al2O3をフィルター付きスラリー（0.2 µmろ過）で使用し、ランダムな傷を防ぐ。熱歪みを避けるため、30℃以下に保つ。
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セラミック：アルミナやジルコニアの部品では、連続的なスラリー流により、局部的な加熱やマイクロクラックの発生を防ぐ。
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半導体：超高純度 (99.99%以上) のα-Al2O3は、多くの場合0.05 µmグレードで、ウェハーの最終平坦化の標準となっています。
よくある問題のトラブルシューティング
| 症状 | 考えられる原因 | 調整 |
|---|---|---|
| ランダムな深いスクラッチ | 過度の粒子汚染 | スラリーをろ過する。 |
| 表面のかすみ | パッドの艶出しまたは磨きすぎ | パッドをドレスする。 |
| 不均一な光沢 | スラリーの分配不良 | パッドの予備浸漬、供給速度の調整 |
| パッドの過剰摩耗 | 過度の圧力 | パッドを材料に合わせる。 |
安全性と保管
アルミナセラミックは不活性ですが、その微細な粉塵は呼吸器系を刺激することがあります。吸引するか、微粒子用マスクを着用して作業してください。Al2O3は時間とともに周囲の湿気を吸収し、スラリーの挙動を変化させます。
最終備考
適切な酸化アルミニウム砥粒を選ぶことは、カタログから砥粒サイズを選ぶことだけではありません。結晶相、粒子分布、純度、およびプロセスパラメータはすべて、最終的な表面に寄与します。光学フラット、精密医療機器、半導体ウェハーなど、要求の厳しい作業では、これらの詳細が部品が仕様を満たすかどうかを決定します。
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