[發明專利]金剛石復合磨料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810034760.2
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108192566A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 魯世斌;汪海波;楊金;王菲菲;張忠祥;蔣先偉;樊敏;萬麗娟
• 申請（專利權）人: 合肥師范學院
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14
• 代理公司: 常州興瑞專利代理事務所(普通合伙) 32308
• 代理人: 肖興坤

本發明公開了一種金剛石復合磨料及其制備方法，金剛石復合磨料包括金剛石芯、包覆在金剛石芯外圍的硅溶膠顆粒層和設置在硅溶膠顆粒層外圍的硅溶膠加固層。本發明能夠發揮金剛石的超高硬度、抑制金剛石棱角和提升金剛石顆粒的化學活性。

技術領域

本發明涉及一種金剛石復合磨料及其制備方法，屬于磨料制備技術領域。

背景技術

目前，超硬材料作為半導體襯底或者半導體本身使用得越來越廣，如藍寶石應用于發光二極管、碳化硅用于高速器件等，此類材料還有氮化鎵、氮化硅和碳化硼等等。這些材料在作為襯底或器件之前需要精密的平坦化，常用的工藝是化學機械拋光。然而對于這些超硬材料的拋光，移除效率非常底下，需要數小時甚至十幾小時才能加工完成，造成了產量不足和成本上升的問題。解決此類問題常常用兩類方法，一類是提高材料的化學腐蝕。另一類是提高拋光液中的磨料硬度，增加摩擦力。對于第一類方法，效果往往不佳，很多超硬材料本身具有很強的化學惰性，如藍寶石、碳化硅等，依靠化學腐蝕達到不應有的效果。第二類方法是一種可行的方法，但也有自身的問題。

眾所周知，單晶金剛石硬度極高，經常被用于超硬材料的切割、研磨和拋光加工中。發明專利CN201080035212.3、CN20068000505.7公開金剛石作為單晶硅的切割線材使用，利用電鍍可制備切割效率高的金剛線；發明專利CN201610474245.7、CN201310185203.8公開金剛石研磨片、切磨片的制備，提高磨削效果；發明專利CN201510913418.6公開了一種金剛石鍍覆氧化的方法。該方法用熱處理在金剛石表面鍍氧化硅涂層，處理溫度1000℃以上，需要在真空條件下進行，成本較高。專利CN201310446145.X、CN201410840747.8等利用溶膠凝膠法在金剛石表面制備氧化鐵、氧化鋯等材料，但這些材料沒有考慮作為拋光材料的形貌和表面化學反應特性。金剛石銳利，雖然硬度高，在拋光中會造成比較嚴重的劃傷，依然不能作為精密的拋光材料。另外，金剛石在水相中團聚嚴重，容易分散，也造成了金剛石實用的困難。因此利用金剛石的硬度但改變其表面形貌和化學特性仍然是研究和開發人員努力的方向。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種金剛石復合磨料，它能夠發揮金剛石的超高硬度、抑制金剛石棱角和提升金剛石顆粒的化學活性。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種金剛石復合磨料，它包括：

金剛石芯；

包覆在金剛石芯外圍的硅溶膠顆粒層；

設置在硅溶膠顆粒層外圍的硅溶膠加固層。

進一步，構成金剛石芯的金剛石顆粒為單晶金剛石顆粒、多晶金剛石顆粒和聚晶金剛石顆粒中的至少一種。

進一步，構成金剛石芯的金剛石顆粒的粒徑為5～100nm。

進一步，構成金剛石芯的金剛石顆粒的粒徑為10～60nm。

進一步，構成硅溶膠顆粒層的硅溶膠顆粒的粒徑為5～40nm。

進一步，所述硅溶膠加固層的厚度為10～50nm。

進一步，構成硅溶膠顆粒層的硅溶膠顆粒和/或構成硅溶膠加固層的硅溶膠為膠體氧化硅。

本發明還提供了一種金剛石復合磨料的制備方法，方法的步驟中含有：

(a)將金剛石顆粒進行清洗處理，并配置包覆溶液；

(b)將清洗處理后的金剛石顆粒加入到包覆溶液中，加溫至50℃～80℃并攪拌反應4～6小時，得到第一產物；

(c)在第一產物中加入硅溶膠顆粒，并升溫至90℃，攪拌反應1～2小時，得到第二產物；

(d)將第二產物加入水后升溫至沸騰進行老化處理，得到第三產物；