本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光漿液，尤其涉及一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液，屬于化學(xué)機(jī)械拋光液領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石，也稱作白寶石，透明，尤其對(duì)紅外線透過(guò)率高；硬度高達(dá)莫氏9級(jí)，耐磨性好，且防化學(xué)腐蝕。其組成為α-a12o3，與天然寶石具有相同的光學(xué)特性和力學(xué)性能，熱特性、電氣及接點(diǎn)特性良好，熔點(diǎn)為2030℃，在高溫下仍具有較好的穩(wěn)定性。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此，越來(lái)越多地用于精密耐磨軸承、半導(dǎo)體芯片及發(fā)光二極管的襯底片、紅外窗口以及固體激光等高科技領(lǐng)域器件制造以及智能終端設(shè)備屏幕材料制備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、科研、民用等領(lǐng)域。
以上各種應(yīng)用，對(duì)藍(lán)寶石的加工質(zhì)量尤其是表面質(zhì)量提出了較高的要求。藍(lán)寶石由于脆性大、硬度高導(dǎo)致機(jī)械加工困難。又由于其化學(xué)惰性，常規(guī)濕法化學(xué)方法也難以加工。目前主流采用的是化學(xué)機(jī)械拋光工藝。其中，膠體二氧化硅基精拋液對(duì)最終的藍(lán)寶石表面質(zhì)量以及成品率，有著決定性的影響。
為提高硬度大、呈化學(xué)惰性藍(lán)寶石的拋光速率，目前國(guó)內(nèi)外的藍(lán)寶石精拋液產(chǎn)品均采用高濃度、高摩擦系數(shù)、大粒徑膠體二氧化硅基拋光液。此類精拋液能有效提高藍(lán)寶石拋光速率，但帶來(lái)的弊端是：高摩擦高溫下數(shù)小時(shí)的拋光加工，易導(dǎo)致加工后的藍(lán)寶石片表面中心和邊緣均勻性差、劃傷較嚴(yán)重，有相當(dāng)比例需返工、重新研磨拋光，這樣就大大提高了藍(lán)寶石襯底片加工的成本。從化學(xué)配方的角度如能有效提高藍(lán)寶石拋光速率，能有效避免上述強(qiáng)機(jī)械作用下的各種弊端。然而藍(lán)寶石呈化學(xué)惰性，利用化學(xué)成分提高藍(lán)寶石加工效率，存在相當(dāng)難度。
本專利發(fā)明人針對(duì)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，進(jìn)行了深入的文獻(xiàn)及專利檢索，相關(guān)度較高的文獻(xiàn)如下：
(1)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410857244.1，名稱為“一種化學(xué)機(jī)械拋光液”的專利保護(hù)一種氨基酸類添加劑，以所述化學(xué)機(jī)械拋光液的總質(zhì)量計(jì)，所述化學(xué)機(jī)械拋光液，其拋光速率是現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)機(jī)械拋光液的至少1.5倍；應(yīng)用于藍(lán)寶石襯底。
(2)2015年4月29日，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410837824.4，公開(kāi)了一種氧化鋁基化學(xué)機(jī)械拋光液，重點(diǎn)保護(hù)表面活性劑以提高氧化鋁顆粒懸浮穩(wěn)定性，用于藍(lán)寶石粗拋工藝。
(3)2012年2月8日，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110320294.2，公開(kāi)了一種藍(lán)寶石襯底材料的熱化學(xué)機(jī)械拋光法，通過(guò)在拋光過(guò)程中加熱鑄鐵拋光盤(pán)，提高藍(lán)寶石拋光效率。此專利主要涉及拋光工藝改進(jìn)。
(4)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610013981.9，名稱為“藍(lán)寶石襯底材料拋光液及其制備方法”，重點(diǎn)保護(hù)多羥多胺、醇醚活性劑拋光液組分及拋光液制備方法，拋光性能未涉及。
(5)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110380077.2，本發(fā)明屬于化學(xué)機(jī)械拋光液領(lǐng)域，具體涉及一種聚苯乙烯/二氧化硅核殼型復(fù)合磨料及其制備方法，以及在藍(lán)寶石襯底材料的拋光液中的應(yīng)用。本發(fā)明重點(diǎn)保護(hù)聚苯乙烯/二氧化硅核殼型復(fù)合磨料制備方法，結(jié)合硅酸乙酯水解制備硅溶膠以苯乙烯單體聚合反應(yīng)，制備聚苯乙烯內(nèi)核、無(wú)定型二氧化硅殼層的復(fù)合磨料。該復(fù)合磨料用于藍(lán)寶石拋光能減小拋光后的表面粗糙度，但拋光速率低下(<2um/h)。
(6)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110433696.3，本發(fā)明公開(kāi)了一種高拋光速率的用于藍(lán)寶石襯底的化學(xué)機(jī)械拋光液，重點(diǎn)保護(hù)烷基三甲基溴化銨、聚氧乙烯月桂醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚丙烯酸鹽等表面活性劑，拋光速率大于5um/h。
本發(fā)明人經(jīng)廣泛研究發(fā)現(xiàn)，使用異氰酸硅烷類化合物作為拋光促進(jìn)劑，可顯著提高藍(lán)寶石拋光速率、避免高機(jī)械摩擦作用下的種種弊端。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有化學(xué)類型添加劑存在的均勻性差、加工難度大以及加工效率低的技術(shù)缺陷，提出一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液的制備方法。
此拋光液包含膠體二氧化硅納米磨料以及拋光速率促進(jìn)劑。
本發(fā)明提供的藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液包含拋光速率促進(jìn)劑。所述的拋光速率促進(jìn)劑選自異氰酸硅烷類化合物。藍(lán)寶石拋光過(guò)程中，通過(guò)“拋光墊-納米磨料-藍(lán)寶石表面”三體接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)寶石表面分子級(jí)別的去除。拋光墊主要成分為聚氨酯，包含n＝c＝o結(jié)構(gòu)；而納米磨料表面主要為si-oh結(jié)構(gòu)。藍(lán)寶石拋光液中包含異氰酸硅烷類化合物時(shí)，異氰酸基可與拋光墊表面的n＝c＝o基團(tuán)形成有效氫鍵作用；而硅烷基水解后即為si-oh，也可與納米磨料表面的si-oh形成有效氫鍵作用。因此拋光液中異氰酸硅烷類化合物的存在，可有效促進(jìn)藍(lán)寶石拋光中“拋光墊-納米磨料-藍(lán)寶石表面”三體接觸中“拋光墊-納米磨料”的有效接觸，從而顯著促進(jìn)藍(lán)寶石拋光速率。
本發(fā)明提供的藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液，所述的拋光速率促進(jìn)劑優(yōu)選自異氰酸丙基三乙氧基硅烷、3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷、3-脲丙基三乙氧基硅烷。所述拋光速率促進(jìn)劑含量為0-10000ppm。
本發(fā)明提供的藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液，所述的納米磨料包含燒結(jié)二氧化硅或膠體二氧化硅。使用其它納米磨料時(shí)，硬度太大會(huì)明顯降低拋光后藍(lán)寶石表面質(zhì)量，硬度太小則拋光效率太低。
本發(fā)明提供的藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液，所述的納米磨料重量百分含量為0.01-50.0wt％。
有益效果
本發(fā)明提出了一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液，具有如下有益效果：
1.本發(fā)明提出的一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液使用異氰酸硅烷類化合物作為拋光促進(jìn)劑，能顯著提高藍(lán)寶石拋光速率；
2.本發(fā)明提出的一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液能夠有效避免高機(jī)械摩擦作用，避免了加工后的藍(lán)寶石表面中心及邊緣均勻性差的問(wèn)題；
3.本發(fā)明提出的一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液中包含燒結(jié)二氧化硅或膠體二氧化硅的納米磨料，其硬度適中，能夠有效提升拋光后藍(lán)寶石的表面質(zhì)量；
4.本發(fā)明提出的一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液通過(guò)“拋光墊-納米磨料-藍(lán)寶石表面”三體接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)寶石表面分子級(jí)別的去除，有效提升藍(lán)寶石整體拋光效果，即，通過(guò)向拋光液中加入優(yōu)選的拋光速率促進(jìn)劑，可有效促進(jìn)藍(lán)寶石拋光中三體的有效接觸，顯著提高藍(lán)寶石拋光速率、表面質(zhì)量以及拋后藍(lán)寶石中心和邊緣厚度均勻性。
具體實(shí)施方式
下面將通過(guò)下列實(shí)施例進(jìn)一步加以詳細(xì)描述，下列實(shí)施例僅用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明，而不對(duì)本發(fā)明的范圍作任何限制，任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員可以輕易實(shí)現(xiàn)的修改和變化均包括在本發(fā)明及所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
若干實(shí)施例的實(shí)施前提條件：2英寸c向藍(lán)寶石襯底拋光測(cè)試。
儀器：brookcp-4拋光機(jī)
條件：拋光墊：suba800
壓力(downforce)：5psi
拋光墊轉(zhuǎn)速(padspeed):100rpm
拋光頭轉(zhuǎn)速(carrierspeed):100rpm
溫度：25℃
拋光液流速(feedrate)：50ml/min
拋光時(shí)間：2h
拋光液：見(jiàn)實(shí)施例，ph值均為9.6，循環(huán)使用。
拋光結(jié)果測(cè)試：拋光前后采用測(cè)厚儀(mitutoyo)測(cè)量厚度變化以計(jì)算拋光速率、以及藍(lán)寶石片中心和邊緣厚度差異；采用原子力顯微鏡afm測(cè)試表面粗糙度。
實(shí)施例1
二氧化硅種類：100nm燒結(jié)sio2
二氧化硅固含量：20wt％
促進(jìn)劑種類及含量：無(wú)
拋光測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例2
二氧化硅種類：100nm膠體sio2
二氧化硅固含量：20wt％
促進(jìn)劑種類及含量：無(wú)
拋光測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例3
二氧化硅種類：100nm膠體sio2
二氧化硅固含量：20wt％
促進(jìn)劑種類及含量：3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷5000ppm
拋光測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例4
二氧化硅種類：100nm膠體sio2
二氧化硅固含量：20wt％
促進(jìn)劑種類及含量：異氰酸丙基三乙氧基硅烷3000ppm
拋光測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例5
二氧化硅種類：100nm膠體sio2
二氧化硅固含量：20wt％
促進(jìn)劑種類及含量：3-脲丙基三乙氧基硅烷5000ppm
拋光測(cè)試結(jié)果如表1所示。
實(shí)施例6
二氧化硅種類：100nm燒結(jié)sio2
二氧化硅固含量：20wt％
促進(jìn)劑種類及含量：3-硫氰基丙基三乙氧基硅烷5000ppm
拋光測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1實(shí)施例1至6不同拋光率促進(jìn)劑條件下的拋光速率對(duì)比
由表1可以看出，實(shí)施例1和2使用燒結(jié)、及膠體二氧化硅純磨料時(shí)，藍(lán)寶石拋光速率較低，分別為2.5um/h和2.2um/h；表面粗糙度較大(3-4a)；拋光后藍(lán)寶石中心和邊緣厚度差異也較大(3-4um)。而從實(shí)施例3-6則可以看出，使用異氰酸硅烷類化合物作為促進(jìn)劑時(shí)，藍(lán)寶石拋光速率可顯著提升至4-6.5um/h(實(shí)施例5中藍(lán)寶石拋光速率只有4.0um/h，主要源于異氰酸硅烷類化合物使用量過(guò)多，拋光中在拋光墊表面形成了多層吸附層，某種程度上抑制了拋光速率的上升)，表面粗糙度可降低至1-2a，拋光后藍(lán)寶石中心和邊緣厚度差異也可以降至2um以內(nèi)。
整體而言，使用本發(fā)明提供的異氰酸硅烷類化合物作為拋光促進(jìn)劑，可明顯提升藍(lán)寶石拋光速率。
以上所述的實(shí)施例為本發(fā)明一種藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。