[發明專利]一種新型水基納米碳晶拋光液及其制備方法

在審

• 申請號: 201610062231.4
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105647392A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 劉君麗;武艷強;何本鋒;郭留希;趙清國;劉永奇;楊晉中;張建華;邵靜茹;穆小娜
• 申請（專利權）人: 鄭州人造金剛石及制品工程技術研究中心有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 田小伍

技術領域

本發明屬于研磨、拋光加工品領域，具體涉及一種新型水基納米碳晶拋光液及其制備方法。

背景技術

目前，化學機械拋光（CMP）因為其成本低、拋光速度快被廣泛應用于器件表面的精密拋光。拋光液是化學機械拋光中最重要的要素，而拋光液中的磨粒種類、分散性等因素對拋光效果有很大的影響。目前在藍寶石拋光的實際應用中，通常采用氧化硅、氧化鋁等傳統無機磨粒，但是其對藍寶石的拋光速率低，拋光速率和表面粗糙度上都不能很好的滿足工業需求。已報道的復合磨粒也都大多是通過高溫煅燒再溶解之后得到復合氧化物磨粒，而在煅燒再分散過程中，粒子會形成不規則形狀的團聚物，從而增大拋光基片的表面粗糙度。另外，在傳統無機磨粒表面接枝有機物制備出具有核殼結構的復合磨粒，降低了無機磨粒的硬度，并且由于表面有機物為惰性體系，不能很好的和基片表面發生化學反應，從而降低了拋光速率。

目前市售的拋光液大多采用氧化鈦，氧化鐵，二氧化硅作為磨料，輔以其他分散助劑得到拋光液，該類拋光液拋光精度低、研磨速度慢等，遠遠不能滿足現有生產技術需求。也有少數廠家采用稀土氧化鈰作為磨料制成拋光液，但由于氧化鈰的分散懸浮性能不好，離子較易團聚，容易劃傷工件，同時由于氧化鈰的懸浮清洗性能不好，拋光液磨料損耗快，容易粘附在工件及機臺表面，使磨料沉底結塊，研磨拋光效率低。拋光后，工件表面會殘留較多的拋光粉，難以清洗，為后段生產帶來困難。

近年來隨著精密加工的迅速發展，金剛石拋光液發展很快，主要分為油性金剛石拋光液和水基金剛石拋光液。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，工件表面粗糙度顯著降低。金剛石拋光液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。金剛石拋光液具有研磨、拋光、浸潤、黏附、潤滑、冷卻等多種性能。油性金剛石拋光液浸潤、黏附、潤滑的優點突出，但效率低，不易清洗、不利環保。水基金剛石拋光液具有環保、無腐蝕性、成本較低、拋光效率高等特點，在各領域得到了越來越多的應用。但是金剛石微粉比重大，在水中易沉降并最終完全沉淀，會導致加工過程中拋光液中的金剛石微粉含量不一致，嚴重影響拋光質量和拋光效率。為解決這一問題中國專利公開號為CN1940003A和公開號為CN1560161A分別報道了水基金剛石拋光液及其制備方法和一種水基納米金剛石拋光液，專利中水基金剛石拋光液的懸浮穩定性能較好，金剛石微粉在水中不易沉降，前者所用的金剛石平均粒徑限定于20-100nm，后者涉及到微米級的金剛石微粉平均粒徑限定于20-2000nm的范圍。粒徑的大小和均勻性直接影響拋光的速度和精度。粒徑大，拋光液不容易混合均勻，易發生沉降，還容易對工件表面造成劃傷，且拋光后表面粗糙度高，不適合高精密拋光。粒度越細，拋光液濃度越低，越有利于高速拋光時散熱。因此開發一款研磨拋光效率高，劃傷少，分散懸浮穩定性好的水基表面功能化納米碳晶拋光液具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型水基納米碳晶拋光液，提供該新型水基納米碳晶拋光液的制備方法則是本發明的另一個目的。

基于上述目的，本發明采用以下技術方案：一種新型水基納米碳晶拋光液，主要由下述重量份數的原料制備而成：納米碳晶0.1-10份、分散劑0.05-10份、防腐劑0.01-1份、懸浮劑0.5-1份、潤濕劑0.01-2份和去離子水80-99份。

所述納米碳晶為類球形形貌，C含量為99-100%，晶格間距為0.21nm；該納米碳晶表面的C原子與內層金剛石相的C原子構成C原子的二聚體結構，C原子的二聚體結構中的兩個碳原子為非對稱分布；平均粒徑為R，0＜R≤20nm，納米碳晶兼具納米顆粒與碳晶的雙重性質，具有超硬及高耐磨的特性，納米碳晶為球形顆粒，用于拋光不會劃傷被研磨體，且其顆粒細小，粒徑在20nm以下且分布均勻，有利于減少磨料對工件表面的劃傷，降低產品的表面粗糙度，特別適合于高精密拋光加工領域；同時，納米碳晶是一種無污染的新型碳材料，無毒無害、耐高溫、化學性質穩定，是制備無污染水基拋光液的理想原料。