專利名稱：冰粒型固結(jié)磨料拋光墊及快速制備方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷凍拋光墊及其制備方法和裝置，尤其是一種利用霧化后的液氮
和霧化后的拋光液經(jīng)對(duì)流換熱，快速凍結(jié)成含有磨料的冰粒，之后再用經(jīng)霧化后的常溫水 或去離子水作為粘結(jié)劑，通過振動(dòng)平臺(tái)將冰粒振實(shí)后制備所得到的拋光墊及其制備方法和 裝置。具體地說是一種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊及快速制備方法及制造裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，傳統(tǒng)的CMP (化學(xué)機(jī)械拋光法)系統(tǒng)是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的工件夾持裝置、承 載拋光墊的工作臺(tái)和拋光液(漿料)供給系統(tǒng)三大部分組成。拋光時(shí)，旋轉(zhuǎn)的工件以一定 的壓力壓在隨工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)的拋光墊上，而由亞微米或納米磨料和化學(xué)液組成的拋光液 在工件與拋光墊之間流動(dòng)，并在工件表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，工件表面形成的化學(xué)反應(yīng)物由磨 粒的機(jī)械摩擦作用去除。由于選用比工件軟或者與工件硬度相當(dāng)?shù)挠坞x磨料，在化學(xué)成膜 和機(jī)械成膜的交替過程中，通過化學(xué)和機(jī)械的共同作用從工件表面去除極薄的一層材料， 實(shí)現(xiàn)超精密表面加工。盡管這種傳統(tǒng)的CMP技術(shù)在超精密表面加工中得到廣泛應(yīng)用，但在 實(shí)際應(yīng)用中也顯現(xiàn)出一定的缺點(diǎn)(l)傳統(tǒng)的CMP是基于三體(游離磨料、拋光墊和硅片) 磨損機(jī)理，工藝參數(shù)多、加工過程不穩(wěn)定，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，生產(chǎn)效率低。(2)由于拋光墊 是具有一定彈性的有機(jī)織物，拋光時(shí)對(duì)材料去除的選擇性不高，導(dǎo)致產(chǎn)生過度拋光(Over polishing)、碟形凹陷(Dishing)、氮化物腐蝕(Nitride erosion)等缺陷。(3)拋光后一部
分游離磨料會(huì)鑲嵌在薄膜層表面，不易清洗。而且漿料成分復(fù)雜，拋光表面殘留漿料的清除 是CMP后清洗的難題。(4)由于在拋光墊和工件之間磨粒分布不均勻，工件各部分的材料去 除率不一致，影響表面平坦度。特別是對(duì)大尺寸工件，這種影響更突出。(5)拋光過程中，拋 光墊產(chǎn)生塑性變形而逐漸變得光滑，或拋光墊表面微孔表面發(fā)生堵塞使其容納漿料和排除 廢屑的能力降低，導(dǎo)致材料去除率隨時(shí)間下降。需要不斷地修整和潤(rùn)濕拋光墊以恢復(fù)其表 面粗糙度和多孔性。此外拋光墊的不均勻磨損，使得拋光過程不穩(wěn)定，很難進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。 (6) CMP漿料、拋光墊、修整盤等耗材的成本占CMP總成本的70%左右，而拋光漿料的成本就 占耗材的60% 80%。 (7)拋光漿料管理和廢料漿處理也相當(dāng)麻煩。 綜上所述，隨著對(duì)CMP平坦化的效率、成本、均勻性、可靠性、工藝控制能力等的要 求越來越高。目前在利用拋光墊進(jìn)行精加工時(shí)，急需一種適應(yīng)性強(qiáng)，制造方便，磨削熱小，采 用固結(jié)磨料的拋光墊代替?zhèn)鹘y(tǒng)CMP中的游離磨料和拋光墊供使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有冰凍固結(jié)磨料拋光墊在制備過程中效率低、磨料在低溫 下易沉降、均勻性和可靠性差等缺點(diǎn)，提供一種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊及快速制備方法和 裝置，以適應(yīng)目前既要保證工件拋光質(zhì)量又能提高經(jīng)濟(jì)效益的要求。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一是 —種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，其特征是由含有固結(jié)磨料的微小冰粒和成形粘結(jié)用常溫水或常溫去離子水相互凍結(jié)而成，其中微小冰粒點(diǎn)整個(gè)拋光墊總重量的90% 95% ; 所述的微小冰粒主要由納米或微米級(jí)磨料、添加劑和粘結(jié)劑組成，其中磨料占拋光墊總重 量的10% 70%，添加劑占拋光墊總重量的5% 9%，余量為粘結(jié)劑。各組份總和為 100%。 所述的添加劑由多羥基二胺、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸二鈉鹽和聚陰離子 纖維素組成，它們的配比關(guān)系為多羥基二胺占整個(gè)拋光墊重量的0.5% 2%、聚乙烯吡 咯烷酮占整個(gè)拋光墊重量的2% 3%、乙二胺四乙酸二鈉鹽占整個(gè)拋光墊重量的0. 5% 1 % ，聚陰離子纖維素占整個(gè)拋光墊重量的2% 3% 。 所述的納米或微米級(jí)磨料為A1203、 SiC、 Cr203、 Si02、 Ce02、 ZrO"金剛石粉或它們的組合。 所述的粘結(jié)劑為最終能結(jié)成冰的水或濃度為30% -60%的含水乙醇。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二是 —種權(quán)利要求1所述的拋光墊的快速制備方法，其特征是包括以下步驟
(1)首先，將占拋光墊總重量10% 70%的分散均勻、懸浮性好的納米或微米級(jí) 磨料、占拋光墊總重量的5% 9%的添加劑及余量的最終結(jié)成冰粒并起到粘結(jié)作用的粘 結(jié)劑配制成拋光液； (2)其次，利用霧化器將配制好的拋光液泵送到換熱器中進(jìn)行霧化；同時(shí)，液氮由 自增壓液氮罐輸送到換熱器中，經(jīng)霧化噴嘴進(jìn)行霧化，最終，經(jīng)霧化后的拋光液在換熱器中 經(jīng)液氮的吸熱作用快速冷卻成含有磨料的微小冰粒； (3)第三，使含有磨料的微小冰粒經(jīng)換熱器的下出口進(jìn)入置于振動(dòng)平臺(tái)上的成型 模具中，同時(shí)，將霧化后的常溫水或常溫去離子水對(duì)準(zhǔn)換熱器下出口噴灑使其附著在微小 冰粒的表面，以使松散的微小冰粒相互凍結(jié)在一起，從換熱器下出口出來的微小冰粒經(jīng)常 溫水或常溫去離子水及振動(dòng)平臺(tái)的雙重作用下相互凍結(jié)形成與成型模具型腔相一致的形 狀，卸模后即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。
本發(fā)明的技術(shù)方案之三是 —種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊的快速制備裝置，主要由自增壓液氮罐1、液氮霧化噴 嘴4、換熱器13、拋光液霧化噴嘴5、第一高壓泵6、拋光液儲(chǔ)罐7、成形模具12、儲(chǔ)水罐8、第 二高壓泵9和常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴10組成，自增壓液氮罐1的輸出端通過管道 與液氮霧化噴嘴4相連，液氮霧化噴嘴4伸入換熱器13中，第一高壓泵6的進(jìn)口端與拋光 液儲(chǔ)罐7相連，第一高壓泵6的出口端與拋光液霧化噴嘴5相連，拋光液霧化噴嘴5也伸入 換熱器13中，成形模具12置于換熱器13下部的下出口的正下方，成形模具12安裝在振動(dòng) 臺(tái)11上，常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴10置于成形模具12的一側(cè)并與換熱器13的下 出口相對(duì)，常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴10的進(jìn)口端與第二高壓泵9的出口端相連，第 二高壓泵9的進(jìn)口端與儲(chǔ)有常溫水或常溫去離子水的儲(chǔ)水罐8相連。
本發(fā)明的有益效果 1、磨料在拋光墊中均勻分布，避免了在低溫下沉降、分層的問題。
2、制造簡(jiǎn)單，成形容易，可制造成各種形狀。
3 、適合于各種材質(zhì)和粒度的磨粒成形。 4、加工過程中產(chǎn)生的磨削熱很小，有利于防止被磨削零部件熱應(yīng)力的產(chǎn)生。
5、粘結(jié)強(qiáng)度完全能滿足使用要求。當(dāng)液體結(jié)成冰后其硬度和強(qiáng)度相當(dāng)大，既確保 磨粒與冰結(jié)合的強(qiáng)度，冰本身也可參與一定的切削。 6、可實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑磨削，加工過程中可不添加潤(rùn)滑劑，有利于環(huán)境保護(hù)，適應(yīng)當(dāng)前綠 色制造的發(fā)展方向。 7、為超薄晶體材料的制造提供了行之有效的加工工具。 8、為軟性材料和非金屬材料零件的高精度表面加工提供了全新的加工工具，必將 引起材料加工方式的變革，有利于開拓這類材料的新的用途。
9 、使用方便，可現(xiàn)制現(xiàn)用。 10、操作過程簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)磨具的自修銳，沒有更換和修整拋光墊以及清理拋光漿 料所帶來的停工問題，沒有拋光液的維護(hù)和處理問題。 11、能在高速下工作，轉(zhuǎn)速可以打到幾百轉(zhuǎn)，有利于提高加工效率，克服了傳統(tǒng)的 CMP轉(zhuǎn)速過高磨料外溢的缺點(diǎn)。 12、由于采用固結(jié)磨料拋光墊，沒有游離磨粒，因此可認(rèn)為是基于兩體磨損機(jī)理。
13、具有優(yōu)越的平坦化能力，可以很快去除突出部分的氧化膜，而在低洼處的氧化 膜不受機(jī)械作用影響，對(duì)凹凸表面材料的選擇性去除能力強(qiáng)，表面形貌高度與平整化薄膜 厚度之比可達(dá)到200 : 1。 14、在芯片多層布線中使直接高密度等離子體(HDP)淺溝槽隔離(STI)拋光成為 可能，不再需要反應(yīng)離子刻蝕(RIE)過程。 15、可達(dá)到很小的晶片內(nèi)非均勻性(WIW-UN)和芯片內(nèi)非均勻性(WID-NU)。
16、具有拋光自停功能(Self-stopping)。由于對(duì)過拋很不敏感，只產(chǎn)生最小的碟 形凹陷和腐蝕，相當(dāng)于拋光行為自動(dòng)停止。 17、磨料利用率高，有效地減少雜質(zhì)微粒對(duì)拋光表面的污染，加工表面容易清洗， 廢液處理簡(jiǎn)單，可有效降低成本。 18、工藝變量少，加工過程穩(wěn)定，具有可重復(fù)性，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 19、根據(jù)添加劑的不同，其發(fā)明還可用于制造非CMP磨削用磨具，可用于水晶、玻
璃等行業(yè)的最終拋光。


圖1本發(fā)明的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊的快速制備裝置示意圖。
圖2本發(fā)明的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊模具示意圖。
圖3本發(fā)明的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例一。
如圖1、2、3所示。 —種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊的快速制備裝置，主要由自增壓液氮罐1、液氮霧化噴 嘴4、換熱器13、拋光液霧化噴嘴5、第一高壓泵6、拋光液儲(chǔ)罐7、成形模具12、儲(chǔ)水罐8、第 二高壓泵9和常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴IO組成，如圖1所示，換熱器13的內(nèi)壁材
5料為聚四氟乙烯，該材料可防止凍結(jié)后形成的冰粒粘附在內(nèi)壁上，外壁材料為不銹鋼制作 而成；霧化后的拋光液和霧化后的液氮在換熱器內(nèi)經(jīng)對(duì)流換熱后，最終形成含有磨料的冰 粒。自增壓液氮罐l的輸出端通過管道與液氮霧化噴嘴4相連，管道上安裝有壓力表2和 安全閥3，自增壓液氮罐1、壓力表2、安全閥3和液氮霧化噴嘴4組成了本發(fā)明的低溫發(fā)生 系統(tǒng)，液氮霧化噴嘴4伸入換熱器13中，液氮由液氮霧化噴嘴4噴出，形成霧狀液氮，作為 對(duì)拋光液進(jìn)行快速冷卻的冷源使用。第一高壓泵6的進(jìn)口端與拋光液儲(chǔ)罐7相連，第一高 壓泵6的出口端與拋光液霧化噴嘴5相連，拋光液霧化噴嘴5也伸入換熱器13中，成形模 具12(如圖2所示)置于換熱器13下部的下出口的正下方，成形模具12安裝在振動(dòng)臺(tái)11 上，常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴10置于成形模具12的一側(cè)并與換熱器13的下出口相 對(duì)，常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴10的進(jìn)口端與第二高壓泵9的出口端相連，第二高壓 泵9的進(jìn)口端與儲(chǔ)有常溫水或常溫去離子水的儲(chǔ)水罐8相連。儲(chǔ)水罐8(內(nèi)儲(chǔ)常溫水或常 溫去離子水)、第二高壓泵9、噴嘴10組成本發(fā)明的液體霧化器，常溫水或常溫去離子水經(jīng) 第二高壓泵9增壓后經(jīng)噴嘴IO霧化后均勻噴灑到最終落入成形模具12內(nèi)的含有磨料的微 小冰粒上，經(jīng)振實(shí)凍結(jié)形成圖3所示的拋光墊。
實(shí)施例二。 —種超薄材料拋光用冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，由400克的納米八1203(或納米Si02) 磨料、50克的添加劑(它由多羥基二胺5克、聚乙烯吡咯烷酮20克、乙二胺四乙酸二鈉鹽5 克、聚陰離子纖維素20克組合而成)及500克的水(或濃度為45的含水乙醇)組成。使 用前先將三者混合使之形成分散均勻、懸浮性好的拋光液，然后，利用高壓泵6將配制好的 拋光液泵送到換熱器13中經(jīng)霧化噴嘴5進(jìn)行霧化；同時(shí)，液氮由自增壓液氮罐1輸送到換 熱器13中，經(jīng)霧化噴嘴4進(jìn)行霧化，進(jìn)而，經(jīng)霧化后的拋光液在換熱器13中快速冷卻成含 有磨料的微小冰粒。接著，含有磨料的微小冰粒經(jīng)換熱器13的下出口進(jìn)入模具12中，同 時(shí)，將霧化后的50克常溫水(或濃度為45的含水乙醇)噴灑于含有磨料的微小冰粒表面， 微小冰粒經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)ll震實(shí)，卸模后即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。使用時(shí)應(yīng)先進(jìn)行脫 模，然后將其安裝在低溫超凈研拋系統(tǒng)的動(dòng)力頭上即可開機(jī)使用。采用此拋光墊加工單晶 硅片可使表面粗糙度值達(dá)到Ra = 0. 2nm，比傳統(tǒng)的CMP效率提高近10倍。
實(shí)施例三。 —種超軟材料拋光用冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，由200克的納米Ce02 (或納米Si02) 磨料、60克的添加劑(它由多羥基二胺10克、聚乙烯吡咯烷酮20克、乙二胺四乙酸二鈉鹽 5克、聚陰離子纖維素25克組合而成)及700克的水(或濃度為35的含水乙醇)組成。使 用前先將三者混合使之形成分散均勻、懸浮性好的拋光液，然后，利用高壓泵6將配制好的 拋光液泵送到換熱器13中經(jīng)霧化噴嘴5進(jìn)行霧化；同時(shí)，液氮由自增壓液氮罐1輸送到換 熱器13中，經(jīng)霧化噴嘴4進(jìn)行霧化，進(jìn)而，經(jīng)霧化后的拋光液在換熱器13中快速冷卻成含 有磨料的微小冰粒。接著，含有磨料的微小冰粒經(jīng)換熱器13的下出口進(jìn)入模具12中，同 時(shí)，將霧化后的40克常溫水(或濃度為45的含水乙醇)噴灑于含有磨料的微小冰粒表面， 微小冰粒經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)ll震實(shí)，卸模后即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。使用時(shí)應(yīng)先進(jìn)行脫 模，然后將其安裝在低溫超凈研拋系統(tǒng)的動(dòng)力頭上即可開機(jī)使用。采用此拋光墊加工厚為 lmm的鋁板可使表面粗糙度值達(dá)到Ra = 2. 05nm，比傳統(tǒng)的CMP效率提高近5倍。
實(shí)施例四。
—種超硬材料研拋用冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，由600克的微米金剛石磨料(或微 米A1203磨料、微米SiC磨料、微米Cr203磨料)、90克的添加劑(它由多羥基二胺20克、聚 乙烯吡咯烷酮30克、乙二胺四乙酸二鈉鹽10克、聚陰離子纖維素30克組合而成)及280 克的液體(或濃度為60的含水乙醇)組成。使用前先將三者混合使之形成分散均勻、懸浮 性好的拋光液，然后，利用高壓泵6將配制好的拋光液泵送到換熱器13中經(jīng)霧化噴嘴5進(jìn) 行霧化；同時(shí)，液氮由自增壓液氮罐1輸送到換熱器13中，經(jīng)霧化噴嘴4進(jìn)行霧化，進(jìn)而，經(jīng) 霧化后的拋光液在換熱器13中快速冷卻成含有磨料的微小冰粒。接著，含有磨料的微小冰 粒經(jīng)換熱器13的下出口進(jìn)入模具12中，同時(shí)，將霧化后的30克常溫水(或濃度為45的含 水乙醇)噴灑于含有磨料的微小冰粒表面，微小冰粒經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)ll振實(shí)，卸模后即可制成 冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。使用時(shí)應(yīng)先進(jìn)行脫模，然后將其安裝在低溫超凈研拋系統(tǒng)的動(dòng)力 頭上即可開機(jī)使用。采用此拋光墊加工CVD金剛石厚膜可使表面粗糙度值達(dá)到Ra二 15nm， 比傳統(tǒng)的CMP效率提高近7倍。
實(shí)施例五。 —種超薄材料拋光用冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，由100克的納米八1203(或納米Si02) 磨料、60克的添加劑(它由多羥基二胺5克、聚乙烯吡咯烷酮20克、乙二胺四乙酸二鈉鹽5 克、聚陰離子纖維素20克組合而成)及740克的水(或濃度為45的含水乙醇)組成。使 用前先將三者混合使之形成分散均勻、懸浮性好的拋光液，然后，利用高壓泵6將配制好的 拋光液泵送到換熱器(13)中經(jīng)霧化噴嘴5進(jìn)行霧化；同時(shí)，液氮由自增壓液氮罐1輸送到 換熱器13中，經(jīng)霧化噴嘴4進(jìn)行霧化，進(jìn)而，經(jīng)霧化后的拋光液在換熱器13中快速冷卻成 含有磨料的微小冰粒。接著，含有磨料的微小冰粒經(jīng)換熱器13的下出口進(jìn)入模具12中，同 時(shí)，將霧化后的100克常溫水(或濃度為45的含水乙醇或去常溫去離子水)噴灑于含有 磨料的微小冰粒表面，微小冰粒經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)11震實(shí)，卸模后即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光 墊。使用時(shí)應(yīng)先進(jìn)行脫模，然后將其安裝在低溫超凈研拋系統(tǒng)的動(dòng)力頭上即可開機(jī)使用。采 用此拋光墊加工單晶硅片可使表面粗糙度值達(dá)到Ra = 0. 8nm，比傳統(tǒng)的CMP效率提高近9 倍。 實(shí)施例六。 —種超軟材料拋光用冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，由700克的納米Ce02 (或納米Si02) 磨料、90克的添加劑(它由多羥基二胺10克、聚乙烯吡咯烷酮20克、乙二胺四乙酸二鈉鹽 5克、聚陰離子纖維素25克組合而成)及160克的水(或濃度為35的含水乙醇)組成。使 用前先將三者混合使之形成分散均勻、懸浮性好的拋光液，然后，利用高壓泵6將配制好的 拋光液泵送到換熱器13中經(jīng)霧化噴嘴5進(jìn)行霧化；同時(shí)，液氮由自增壓液氮罐1輸送到換 熱器13中，經(jīng)霧化噴嘴4進(jìn)行霧化，進(jìn)而，經(jīng)霧化后的拋光液在換熱器13中快速冷卻成含 有磨料的微小冰粒。接著，含有磨料的微小冰粒經(jīng)換熱器13的下出口進(jìn)入模具12中，同時(shí)， 將霧化后的80克常溫水(或濃度為45的含水乙醇或常溫去離子水)噴灑于含有磨料的微 小冰粒表面，微小冰粒經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)ll震實(shí)，卸模后即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。使用 時(shí)應(yīng)先進(jìn)行脫模，然后將其安裝在低溫超凈研拋系統(tǒng)的動(dòng)力頭上即可開機(jī)使用。采用此拋 光墊加工厚為lmm的鋁板可使表面粗糙度值達(dá)到Ra = 2. 8nm，比傳統(tǒng)的CMP效率提高近8 倍。 實(shí)施例七。
—種超硬材料研拋用冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，由500克的微米金剛石磨料(或微 米A1203磨料、微米SiC磨料、微米Cr203磨料)、70克的添加劑(它由多羥基二胺20克、聚 乙烯吡咯烷酮30克、乙二胺四乙酸二鈉鹽10克、聚陰離子纖維素30克組合而成)及360 克的液體(或濃度為60的含水乙醇)組成。使用前先將三者混合使之形成分散均勻、懸浮 性好的拋光液，然后，利用高壓泵6將配制好的拋光液泵送到換熱器13中經(jīng)霧化噴嘴5進(jìn) 行霧化；同時(shí)，液氮由自增壓液氮罐1輸送到換熱器13中，經(jīng)霧化噴嘴4進(jìn)行霧化，進(jìn)而，經(jīng) 霧化后的拋光液在換熱器13中快速冷卻成含有磨料的微小冰粒。接著，含有磨料的微小冰 粒經(jīng)換熱器13的下出口進(jìn)入成形模具12中，同時(shí)，將霧化后的70克常溫水(或濃度為45 的含水乙醇)噴灑于含有磨料的微小冰粒表面，微小冰粒經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)ll震實(shí)，卸模后即可 制成圖3所示的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。使用時(shí)應(yīng)先進(jìn)行脫模，然后將其安裝在低溫超凈 研拋系統(tǒng)的動(dòng)力頭上即可開機(jī)使用。采用此拋光墊加工CVD金剛石厚膜可使表面粗糙度值 達(dá)到Ra = 14nm，比傳統(tǒng)的CMP效率提高近6倍。
權(quán)利要求
一種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，其特征是由含有固結(jié)磨料的微小冰粒和成形粘結(jié)用常溫水或常溫去離子水相互凍結(jié)而成，其中微小冰粒點(diǎn)整個(gè)拋光墊總重量的90％～95％；所述的微小冰粒主要由納米或微米級(jí)磨料、添加劑和粘結(jié)劑組成，其中磨料占拋光墊總重量的10％～70％，添加劑占拋光墊總重量的5％～9％，余量為粘結(jié)劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，其特征是所述的添加劑由多羥基二 胺、聚乙烯吡咯烷酮、乙二胺四乙酸二鈉鹽和聚陰離子纖維素組成，它們的配比關(guān)系為多 羥基二胺占整個(gè)拋光墊重量的0. 5% 2%、聚乙烯吡咯烷酮占整個(gè)拋光墊重量的2% 3%、乙二胺四乙酸二鈉鹽占整個(gè)拋光墊重量的0.5% 1%，聚陰離子纖維素占整個(gè)拋光 墊重量的2% 3%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，其特征是所述的納米或微米級(jí)磨料 為A1203、 SiC、 Cr203、 Si02、 Ce02、 ZrOy金剛石粉或它們的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冰粒型固結(jié)磨料拋光墊，其特征是所述的粘結(jié)劑為最終能結(jié) 成冰的水或濃度為30% _60%的含水乙醇。
5. —種權(quán)利要求1所述的拋光墊的快速制備方法，其特征是包括以下步驟(1) 首先，將占拋光墊總重量10% 70%的分散均勻、懸浮性好的納米或微米級(jí)磨料、 占拋光墊總重量的5% 9%的添加劑及余量的最終結(jié)成冰粒并起到粘結(jié)作用的粘結(jié)劑配 制成拋光液；(2) 其次，利用霧化器將配制好的拋光液泵送到換熱器中進(jìn)行霧化；同時(shí)，液氮由自增 壓液氮罐輸送到換熱器中，經(jīng)霧化噴嘴進(jìn)行霧化，最終，經(jīng)霧化后的拋光液在換熱器中經(jīng)液 氮的吸熱作用快速冷卻成含有磨料的微小冰粒；(3) 第三，使含有磨料的微小冰粒經(jīng)換熱器的下出口進(jìn)入置于振動(dòng)平臺(tái)上的成型模具 中，同時(shí)，將霧化后的常溫水或常溫去離子水對(duì)準(zhǔn)換熱器下出口噴灑使其附著在微小冰粒 的表面，以使松散的微小冰粒相互凍結(jié)在一起，從換熱器下出口出來的微小冰粒經(jīng)常溫水 或常溫去離子水及振動(dòng)平臺(tái)的雙重作用下相互凍結(jié)形成與成型模具型腔相一致的形狀，卸 模后即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。
6. —種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊的快速制備裝置，主要由自增壓液氮罐(1)、液氮霧化 噴嘴(4)、換熱器(13)、拋光液霧化噴嘴(5)、第一高壓泵(6)、拋光液儲(chǔ)罐(7)、成形模具(12) 、儲(chǔ)水罐(8)、第二高壓泵(9)和常溫水或常溫去離子水霧化噴嘴(10)組成，自增壓液 氮罐(1)的輸出端通過管道與液氮霧化噴嘴(4)相連，液氮霧化噴嘴(4)伸入換熱器(13) 中，第一高壓泵(6)的進(jìn)口端與拋光液儲(chǔ)罐(7)相連，第一高壓泵(6)的出口端與拋光液 霧化噴嘴(5)相連，拋光液霧化噴嘴(5)也伸入換熱器(13)中，成形模具(12)置于換熱器(13) 下部的下出口的正下方，成形模具(12)安裝在振動(dòng)臺(tái)(11)上，常溫水或常溫去離子水 霧化噴嘴(10)置于成形模具(12)的一側(cè)并與換熱器(13)的下出口相對(duì)，常溫水或常溫去 離子水霧化噴嘴(10)的進(jìn)口端與第二高壓泵(9)的出口端相連，第二高壓泵(9)的進(jìn)口端 與儲(chǔ)有常溫水或常溫去離子水的儲(chǔ)水罐(8)相連。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)已有冰凍固結(jié)磨料拋光墊在制備過程中效率低、均勻性和可靠性差等缺點(diǎn)，提出了一種冰粒型固結(jié)磨料拋光墊及其快速制備方法和裝置，以適應(yīng)目前既要保證工件拋光質(zhì)量又能提高經(jīng)濟(jì)效益的要求。本發(fā)明首先將磨料均勻分散于去離子水中，制成拋光液，然后利用霧化器將拋光液霧化成均勻微小的液滴，之后快速低溫冷卻成含有磨料的細(xì)小冰粒，再將霧化后的常溫去離子水噴灑于冰粒表面，置于模具中，經(jīng)振動(dòng)平臺(tái)震實(shí)即可制成冰粒型固結(jié)磨料拋光墊。該拋光墊可用于拋光加工各種薄形工件，尤其適于加工熱敏性材料、軟材料、晶體材料等。具有制造簡(jiǎn)單、加工成本低、加工效率高、工藝控制能力強(qiáng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B24D18/00GK101774160SQ20101902612
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者于守鑫, 盧文壯, 孫玉利, 左敦穩(wěn), 朱永偉, 李軍, 祝曉亮 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)