[發明專利]一種自修整凍干凝膠砂輪及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202111154152.3
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113829246A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 胡光球;陸靜;王凱平
• 申請（專利權）人: 蘇州賽爾特新材料有限公司
• 主分類號: B24D3/34
• 分類號: B24D3/34;B24D3/02;B24D18/00;B24B19/22
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強

本發明公開了一種自修整凍干凝膠砂輪及其制備方法與應用。具體的，以海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖、芳綸粉末、玻璃纖維粉末、金剛石磨料、水為原料制備凝膠體，然后將凝膠體依次經過真空干燥、冷凍干燥，得到自修整凝膠砂輪用凍干凝膠塊；再與基體結合，得到自修整凍干凝膠砂輪。本發明首次以凍干凝膠塊為磨削工具，較現有磨削金剛石晶圓的方法，取得粗糙度低、良品率高的優點。

技術領域

本發明屬于磨削技術，具體涉及一種自修整凍干凝膠砂輪及其制備方法與應用。

背景技術

金剛石晶圓作為第三代半導體的代表材料，具有超高的熱導性，超寬帶隙等諸多優良特點，被認為是第三代半導體的“明星材料“。但同時，由于金剛石晶圓本身具有超高硬度及超大脆性，本身材料的加工難度限制了其快速發展，其晶圓的加工技術已成為制約其發展的瓶頸之一。研磨是金剛石晶圓加工過程中的重要一環，是現有晶圓加工的必要工序。但由于金剛石晶圓材料的難加工性，現有的傳統對晶圓加工的研磨砂輪加工金剛石晶圓時效率極低，并且在加工過程中非常容易導致金剛石晶圓破片，導致極高的報廢率，成為制約其快速產業化的發展瓶頸。

發明內容

針對金剛石加工，本發明設計了一種新型的自修整凍干凝膠砂輪，區別于傳統的陶瓷結合劑或樹脂結合劑砂輪，本砂輪工具利用生物溶膠凝膠技術，將磨料分散在溶膠體中，通過凝膠及凍干手段，制備成具有一定柔性及多氣孔的砂輪結塊，然后將結塊按照所需形狀固定在不銹鋼基體上，最終制備成磨拋砂輪。

本發明采用如下技術方案：

一種自修整凝膠砂輪用凍干凝膠塊，其制備方法為，將混合物2加入混合物1中，再加入混合物3，攪拌得到混合液；將混合液倒入模具后浸入鈣鹽溶液中，得到凝膠體；然后將凝膠體依次經過真空干燥、冷凍干燥，得到自修整凝膠砂輪用凍干凝膠塊。

一種自修整凍干凝膠砂輪，其制備方法為，將混合物2加入混合物1中，再加入混合物3，攪拌得到混合液；將混合液倒入模具后浸入鈣鹽溶液中，得到凝膠體；然后將凝膠體依次經過真空干燥、冷凍干燥，得到凍干體；將凍干體與基體結合，得到自修整凍干凝膠砂輪。

本發明中，將海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖、水混合，得到混合物1；將芳綸粉末與水混合，得到混合物2；將玻璃纖維粉末、金剛石磨料與水混合，得到混合物3。優選的，混合液中，海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖、芳綸粉末、玻璃纖維粉末、金剛石磨料、水的質量比為（15～25）∶（3～8）∶（80～110）∶（180～230）∶（50～100）∶1200，優選為（15～25）∶（3～8）∶（90～105）∶（190～210）∶（70～90）∶1200。金剛石磨料為W10～W63的金剛石磨料，其余原料都為凝膠研磨工具領域常規原料。

本發明中，鈣鹽溶液為氯化鈣水溶液；浸入鈣鹽溶液的時間為100～150分鐘；鈣鹽溶液中，鈣鹽濃度為0.1～1wt%。

本發明中，攪拌的轉速為800～1500rpm，時間為1～15小時；優選的，攪拌的轉速為900～1200rpm，時間為2～10小時。

本發明中，真空干燥時，真空度為500～1000Pa，時間為1～2小時，溫度為40～60℃；冷凍干燥時，真空度為1～50 Pa，5～7小時降至-80～-60℃，然后保持20～30小時；優選的，冷凍干燥時，真空度為1～5 Pa，5.5～6.5小時降至-75～-65℃，然后保持21～27小時。冷凍干燥前，將真空干燥后的凝膠體于-30～-10℃冰凍3～5小時，再進行冷凍干燥。

本發明公開了上述自修整凝膠砂輪用凍干凝膠塊在制備凝膠磨削工具中的應用以及上述自修整凍干凝膠砂輪在磨拋金剛石工件中的應用。金剛石工件優選為金剛石晶圓。