[發明專利]用于晶體加工的水基金剛石拋光液

有效

• 申請號: 201310071571.X
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN104031560A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 張書達;張文剛
• 申請（專利權）人: 天津市乾宇超硬科技有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于精密拋光領域，特別設計用于晶體加工的水基金剛石拋光液。

背景技術

拋光液是晶體拋光技術中關鍵要素，其性能直接影響拋光后的表面質量。隨著精密加工的迅速發展，近年來金剛石拋光液發展很快。金剛石拋光液與諸多普通磨料拋光液相比拋光效率提高幾倍到幾十倍，表面粗糙度顯著降低。它不僅能拋光多種難加工的硬脆晶體材料，而且拋光中軟的晶體亦有獨到之處。例如：SiC、Al₂O₃、Si、SiO₂、CaF₂、BeF₂、Li₃AlO₃、Li₃GaO₃、Tb₃GaO₁₂、GeO₂、Si₃N₄、ZrO₂和鉆石等多種晶體工件，對金剛石拋光液性能的要求是較嚴格的。它應具有研磨、拋光、浸潤、黏附、潤滑、冷卻等多種性能。油性拋光液浸潤、黏附、潤滑的優點突出，但效率低，不易清洗、不利環保。水基金剛石拋光液應是今后發展的重點。其中的金剛石可以是單晶，也可以是多晶。單晶金剛石的成本較低；多晶金剛石具有良好的切削力和自銳性，在研磨拋光過程中能夠保持高研磨力而同時不易產生劃傷。目前常用的化學機械拋光(CMP)工藝中，以化學腐蝕為主，以機械磨損為輔；而用納米金剛石拋光液后，將以機械為主，甚至將化學腐蝕降至0，這對環保極為有利。有的晶體不適宜用CMP，例如SiC。

CN1100104C是金剛石油基拋光液，成本高，拋光效率低，不易清洗。

CN1560161A所述的拋光液pH為2～12，酸堿性強，腐蝕機件，不利環保。

US20100233880拋光表面最佳Ra＝0.5nm，不能滿足更高要求。

CN1940003A金剛石要置于濃硫酸中，超聲剪切處理，而后在濃硫酸中加熱200～300℃保溫1到3小時，這對設備腐蝕嚴重，污染環境。

李穎等人(超硬材料工程2010(2)5～9)采用多種表面活性劑分散納米金剛石，最佳效果只能使D50達到0.323nm，遠未達到單顆粒分散。

吳任和等人(工具技術2006(1)18～20)只用中等粒度的納米金剛石制作拋光液，因為他們用細粒度的納米金剛石時不易制作。

發明內容

本發明提供一種制備水基金剛石拋光液的方法，該拋光液適宜拋光多種晶體。

本發明的特點之一在于使用高剪切乳化機，該設備的攪拌工作頭直徑不低于56mm，最高轉速不低于15000rpm。它可使金剛石顆粒之間的軟團聚充分分散，使多種試劑混合均勻，并使金剛石顆粒均勻地分散在拋光液中。轉速控制在10000～15000rpm，處理時間10～60min。

本發明的另一特點是使用黏度調節劑，制成不同黏度的拋光液以滿足諸多用戶的不同需求。

本專利產品是水基金剛石拋光液，它具有拋光、潤滑、冷卻、除屑等功能。它的成分：水85～98％，金剛石0.1～10％，潤濕劑0.2～3％，表面活性劑0.1～5％，黏度調節劑0.01～5％，防銹劑0～1％，潤滑劑1～8％，消泡劑0.0005～0.1％，防腐殺菌劑0.02～1％；pH調節劑逐滴加入，用酸度計監測直至達到預期值，不計入總量。

所述的金剛石包括：用靜壓觸媒法制造的亞毫米級金剛石經破碎、整形、粒度分級和提純凈化后獲得的微米級和亞微米級單晶金剛石微粉；用爆轟法(負氧平衡法)制造的單晶納米金剛石，本專利所用的是經超分散處理后的無硬團聚的納米金剛石；以及用爆炸法制造的多晶納米金剛石，它的粒度主要是微米級或亞微米級。本專利所用的金剛石粒度是D50(接近平均值)等于或小于2微米。它們的具體粒度號是D50等于2um，1um，0.5um，0.25um，0.125um，50nm，20nm，10nm，5nm。以下所述金剛石粒度號均指D50而言。這些金剛石是已經經過粒度分級并且無二次硬團聚的產品，本發明不涉及粒度分級和解硬團聚問題。

所述的潤濕劑是指下列試劑中的一種或多種混合：去離子水、乙二醇、聚乙二醇、丙三醇。

所述的表面活性劑是指下列試劑中的一種或多種混合：聚乙二醇、六偏磷酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、丙三醇、1-縮二乙二醇、三乙醇胺。

所述的pH調節劑是指下列試劑中的一種或多種混合：氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、三乙醇胺、六偏磷酸鈉、氨水、磷酸、硝酸、氫氟酸。