[發(fā)明專利]爆炸合成納米聚晶金剛石的方法及專用爆炸裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710012258.3
• 申請日: 2007-07-25
• 公開（公告）號: CN101164682A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張凱
• 申請（專利權(quán)）人: 張凱
• 主分類號: B01J3/08
• 分類號: B01J3/08
• 代理公司: 大連非凡專利事務(wù)所
• 代理人: 閃紅霞

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種金剛石的生產(chǎn)方法，尤其是一種適應(yīng)于芯片拋光用的30～90nm聚晶金剛石的爆炸合成方法及專用爆炸裝置。

背景技術(shù)：

金剛石以其“世界最硬”的特點而成為研磨、拋光的理想材料，因天然聚晶金剛石(Carbonado型)產(chǎn)量稀少、價格昂貴，因此現(xiàn)在普遍使用的都是人工制造的金剛石。目前，人工制造金剛石的方法只有靜壓法、爆轟法及爆炸法三種。靜壓法所生產(chǎn)的金剛石皆為單晶，粒徑通常在40～200μm之間，適合制作普通金剛石砂輪和常用拋光磨料等；爆轟法所生產(chǎn)的金剛石亦為單晶，平均粒徑非常小，通常在12nm左右，其商業(yè)干粉團聚粒度達2μm，即使采用改性劑和表面活性劑制成的懸浮液其最粗團聚粒度也有130～150nm，且懸浮液中的團聚粒度分布較寬，目前主要用作潤滑劑使用；爆炸法所生產(chǎn)的金剛石是最接近天然carbonado金剛石的聚晶金剛石，適合做芯片、硬盤的研磨拋光之用。

目前，爆炸合成金剛石的方法是先將石墨粉置于模具內(nèi)，在壓力機下壓成與爆炸裝置中的飛片形狀相一致的柱形(圓形或正方形或矩形)石墨壓實體。為調(diào)整石墨壓實體的密度，有的在石墨粉中加入鐵、銅、鈷等金屬粉；還有的在加入金屬粉的同時加入樹脂等膠結(jié)材料，并通過低溫(小于300℃)燒結(jié)除去樹脂同時改善石墨壓實體的密度。之后，將石墨壓實體置于爆炸裝置的飛片下方，并保證一定的距離(此距離即為架高)。引爆爆炸裝置上方的雷管，使炸藥柱爆炸，推動飛片以一定的飛行速度打擊石墨壓實體，在石墨粉末內(nèi)部產(chǎn)生高溫、高壓，致使石墨瞬態(tài)相變。最后，回收散落的石墨灰，并對石墨灰篩選、沖洗以及用硝酸、硫酸等強酸和強氧化劑等化學(xué)制劑進行去金屬和殘余石墨處理，即得到所合成的金剛石。由于現(xiàn)有石墨壓實體的密度通常均大于4g/cm³、架高不超過40mm、飛片厚度不超過4mm、飛片速度為3000m/s以下，且密度、架高、飛片厚度以及飛片速度沒有很好的匹配，以至于迄今為止爆炸法所生產(chǎn)的金剛石的粒徑至少在110nm以上，很難達到100nm以下。

另外，現(xiàn)有的爆炸裝置都是設(shè)有炸藥柱，在炸藥柱的下面置有由高阻抗的金屬制作的飛片，在炸藥柱的上面有引爆雷管，在炸藥柱的上端面上置有惰性塊。由于其惰性塊是置于炸藥柱的外部且蓋在整個炸藥柱上，使飛片邊緣前凸、中心內(nèi)凹，增加了對石墨壓實體中心的撞擊力，使石墨壓實體受力不均，金剛石產(chǎn)出率低。

隨著集成電路的高密度化，芯片光刻線條則越來越細，對芯片的平整度要求也越來越高，現(xiàn)有的化學(xué)機械拋光研磨技術(shù)已不能滿足芯片的使用需要，人們急需粒徑為30～90nm的芯片拋光材料。為此，有的是將靜壓法所生產(chǎn)的粗粒徑金剛石進行粉碎再制成懸浮液，有的將爆轟法所生產(chǎn)的小粒徑金剛石進行人工粘接與再分散，但是均存在著生產(chǎn)工藝復(fù)雜、又并非原始聚晶的Carbonado型金剛石的聚晶結(jié)構(gòu)，拋光研磨時不具自銳性且容易發(fā)生劃傷芯片的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，提供一種生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)效率高，適應(yīng)于芯片拋光用的30～90nm聚晶金剛石的爆炸合成方法及專用爆炸裝置。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種爆炸合成納米聚晶金剛石的方法，其特征在于如下步驟：

a.制密度為3～4g/cm³的石墨壓實體；

b.將石墨壓實體置于飛片厚度為4.7～6mm的爆炸裝置下方，架高為50～65mm；

c.引爆爆炸裝置，飛片以3350～3640m/s的飛行速度撞擊石墨壓實體，使粉末壓力p、粉末溫度T為：

5×10⁴Mpa≤p≤7.5×10⁴Mpa，1900⁰K≤T≤2150⁰K；

d.回收石墨灰，對石墨灰篩選、沖洗、化學(xué)后處理。

所述爆炸裝置藥柱的爆速為7500～7950m/s。

一種爆炸合成納米聚晶金剛石的爆炸裝置，有炸藥柱1，在炸藥柱1的下面有飛片2，在炸藥柱1的上面有引爆雷管3，在炸藥柱1的內(nèi)部上端居中置有惰性塊4。

所述的惰性塊4為倒置的臺形。