專利名稱：單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法，進(jìn)一步是指用于單晶硅棒表面拋光的高孔 隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪的制備技術(shù)，采用該砂輪在普通磨床上對粗磨后的單晶硅棒進(jìn)行精磨 拋光，可以獲得高光潔度低殘余應(yīng)力的單晶硅加工面。
背景技術(shù)：
目前，單晶硅棒的表面拋光主要采用HF化學(xué)腐蝕法，少量的單晶硅棒使用金剛石 磨具拋光。磨具按結(jié)合劑的材質(zhì)分為樹脂結(jié)合劑和陶瓷結(jié)合劑，其中樹脂結(jié)合劑砂輪加工 的單晶硅棒光潔度較好，但是砂輪結(jié)構(gòu)為全致密，磨削過程中磨削力和磨削發(fā)熱均較大，加 工面的應(yīng)力層很厚，在晶棒的后繼加工中容易崩邊。陶瓷結(jié)合劑砂輪采用普通的粉末干壓 成型無壓燒結(jié)工藝，砂輪中含有30% -50%的氣孔，磨削單晶硅棒的效率高于樹脂砂輪，但 是氣孔率還是偏低，磨削應(yīng)力層偏厚；另外由于氣孔分布不均造成砂輪硬度波動(dòng)，加工的單 晶硅棒表面有磨削波紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種單晶硅棒拋光 用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法，所制得的金剛石砂輪孔隙率可高達(dá)60%以上，孔結(jié) 構(gòu)大小均勻可調(diào)，砂輪硬度波動(dòng)小，可對單晶硅棒進(jìn)行高效率低應(yīng)力磨削加工。本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法包 括(1)制備陶瓷漿料a.干粉料的重量百分比組成金剛石(粒徑10-40 μ m)48%-52%,
硼玻璃粉(粒徑10-40 μ m)28%-32%,
粘土粉(粒徑10-40 μ m)8% --12%,
石英粉(粒徑10-40 μ m)8% --12% ；
將上述各組分混合均勻，得干粉料；b.制備陶瓷漿料按重量百分比取68% -72%的干粉料與-32%的水玻璃溶 液，均勻混合，即得；(2)制備多孔金剛石砂輪將裁剪好的海綿板在真空條件下反復(fù)浸漬加有所述陶 瓷漿料，浸漬體干燥后放入井式爐中，用粒度為對0#的白剛玉完全掩埋，在隊(duì)保護(hù)下燒結(jié)， 0°C 400°C的升溫速率為1°C /分鐘，400°C 700°C的升溫速率為5°C /分鐘，在700°C保 溫1小時(shí)；然后隨爐冷卻，得燒結(jié)后的砂輪坯體；將燒結(jié)后的砂輪坯體在工具磨床上進(jìn)行外 圓、內(nèi)圓和平面加工，獲得加工單晶硅棒用多孔金剛石砂輪。本發(fā)明采用海綿板做為砂輪造孔模板劑，先將海綿板依據(jù)砂輪規(guī)格剪成所需形 狀，然后在真空條件下使用加入了細(xì)粒度金剛石的特制陶瓷漿料浸漬海綿板，反復(fù)浸漬多次再在保護(hù)氣氛中燒結(jié)浸漬體，獲得高孔隙率金剛石砂輪。本發(fā)明采用混合了細(xì)粒度金剛石磨料的陶瓷漿料真空浸漬多空海綿體，在保護(hù)氣 氛下對浸漬體進(jìn)行燒結(jié)。在燒結(jié)過程中高分子海綿體逐漸碳化去除，在砂輪中形成有序的 三維多孔結(jié)構(gòu)，陶瓷粉末與金剛石磨料逐漸燒結(jié)結(jié)合，形成均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備出高孔隙 率金剛石砂輪。同時(shí)可以選用不同結(jié)構(gòu)的海綿材料做為造孔劑，實(shí)現(xiàn)對金剛石砂輪結(jié)構(gòu)的 精確控制。由以上可知，本發(fā)明為單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法，它可 制備出組織結(jié)構(gòu)一致，孔隙含量高于60%的金剛石砂輪(參見圖1)。利用該金剛石砂輪對 單晶硅棒進(jìn)行表面加工，單晶硅棒的表面應(yīng)力層厚度可控制在IOnm以下(參見圖2)。


圖1是本發(fā)明方法制得的砂輪顯微照片；圖2是用本發(fā)明制得的金剛石砂輪加工單晶硅棒的表面應(yīng)力層照片。
具體實(shí)施例方式單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法的步驟為(1)根據(jù)所需砂輪規(guī)格將普通商用海綿板裁剪成相應(yīng)尺寸而成為海綿模板海綿 模板外徑為砂輪直徑的1. 2倍，海綿模板內(nèi)孔直徑為砂輪內(nèi)孔直徑的0. 8倍，海綿模板厚度 為砂輪厚度的1. 1倍，備用；(2)將裁好的海綿模板浸泡于濃度為30%的乙醇溶液中用超聲波清洗一小時(shí)，超 聲波頻率為2000Hz，功率200W ；擠出海綿中溶液后，將海綿在80°C烘箱中干燥M小時(shí)；(3)將粒度為10_40μπι的金剛石磨料與硼玻璃粉、粘土粉、石英粉按質(zhì)量比 50 30 10 10的比例在球磨條件下混合均勻，球石為塑料，球磨壇直徑500mm，轉(zhuǎn)速為 50轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間1小時(shí)；(4)將混合均勻的粉末與模數(shù)為2. 8的水玻璃溶液按質(zhì)量比70 30的比例混合， 在轉(zhuǎn)速為IOOOr/分的條件下，攪拌混合1小時(shí)，配制成陶瓷漿料，待用；(5)將海綿模板放入密閉容器中，用真空泵將容器中的真空度抽至10Pa，用導(dǎo)管 向容器中導(dǎo)入所述陶瓷漿料，當(dāng)漿料沒過海綿模板上表面時(shí)停止陶瓷漿料導(dǎo)入；在真空度 為10 的條件下，保壓0. 5小時(shí)，停止抽真空打開容器，取出浸漬有陶瓷漿料的海綿模板；(6)將海綿模板在室溫下干燥1小時(shí)，用棉布擦去海綿模板表面多余的陶瓷漿料， 再在室溫下干燥6小時(shí)；(7)依次重復(fù)步驟5、步驟6 ；再次依次重復(fù)步驟5、步驟6 ；得浸漬完全的海綿模 板；(8)將浸漬完全的海綿模板在80°C烘箱中干燥M小時(shí)，然后放入井式爐中，用 粒度為對0#的白剛玉完全掩埋，在N2保護(hù)下燒結(jié)，0°C -400°C的升溫速率為TC /分鐘， 4000C _700°C的升溫速率為為5°C /分鐘，在700°C保溫1小時(shí)，隨爐冷卻，得燒結(jié)后的砂輪 坯體；(9)將燒結(jié)后的砂輪坯體，在工具磨床上進(jìn)行外圓、內(nèi)圓和平面加工，使砂輪尺寸 符合使用要求，獲得單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪。
權(quán)利要求
1. 一種單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法，其特征是，該方法為(1)制備陶瓷漿料a.干粉料的重量百分比組成金剛石(粒徑10-40 μ m)48%-52%,硼玻璃粉(粒徑10-40 μ m)28%-32%,粘土粉(粒徑10-40 μ m)8% --12%,石英粉(粒徑10-40 μ m)8% --12% ；將上述各組分混合均勻，得干粉料；b.制備陶瓷漿料按重量百分比取68% -72%的干粉料與-32%的水玻璃溶液， 均勻混合，即得；(2)制備多孔金剛石砂輪將裁剪好的海綿模板在真空條件下反復(fù)浸漬加有所述陶瓷 漿料，浸漬體干燥后放入井式爐中，用粒度為的白剛玉完全掩埋，在乂保護(hù)下燒結(jié)， 0°C 400°C的升溫速率為1°C /分鐘，400°C 700°C的升溫速率為5°C /分鐘，在700°C保 溫1小時(shí)；然后隨爐冷卻，得燒結(jié)后的砂輪坯體；將燒結(jié)后的砂輪坯體在工具磨床上進(jìn)行外 圓、內(nèi)圓和平面加工，獲得加工單晶硅棒用多孔金剛石砂輪。
全文摘要
一種單晶硅棒拋光用高孔隙率陶瓷結(jié)合劑砂輪制備方法，步驟為將海綿板按所需砂輪規(guī)格裁剪，再清洗干燥待用；將金剛石磨料與硼玻璃粉、長石粉、石英粉按一定質(zhì)量比在球磨條件下混合均勻后，與水玻璃溶液按比例配成陶瓷漿料；將海綿板放入密閉容器中抽真空，用導(dǎo)管向容器中導(dǎo)入陶瓷漿料浸漬海綿板，保壓；取出浸漬有陶瓷漿料的海綿板，干燥，擦去表面多余漿料，再干燥；重復(fù)浸漬、干燥步驟2次；將浸漬完全的海綿板在80℃烘箱中干燥24小時(shí)，放入井式爐，用白剛玉完全掩埋，在N2保護(hù)下燒結(jié)，700℃保溫1小時(shí)，隨爐冷卻；將燒結(jié)后的砂輪坯體進(jìn)行外圓、內(nèi)圓和平面加工，即得。本方法可制備出組織結(jié)構(gòu)一致，孔隙含量高于60％的金剛石砂輪。
文檔編號B24D18/00GK102092010SQ20101057958
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者郭兵健 申請人:郭兵健