本發(fā)明公開了一種綠色無毒化學機械拋光液的制備方法，屬于拋光液的制備技術領域。

背景技術：

拋光是指利用機械、化學或電化學的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。拋光種類大致分為：機械拋光、化學拋光、電解拋光、超聲波拋光、流體拋光及磁研磨拋光。機械拋光以手工為主，使用轉(zhuǎn)臺等輔助工具，浪費大量的人力物力；電解拋光依靠選擇性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面平滑，對于溶解材料的選擇性較高，成本較大；超聲波拋光以來超聲波的振蕩作用，使磨料在工件表面磨削拋光，加工宏觀力小，不會引起工件的變形，但是工裝制作和安裝較困難；流體拋光是由液壓驅(qū)動，對磨料的要求較高；磁研磨拋光在磁場狀態(tài)下工作，磁場強度不易控制?；瘜W拋光是讓材料在化學介質(zhì)中表面微觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解，從而得到平滑面。不需要復雜設備，效率高。化學機械拋光技術是迄今唯一可以提供整體平面化的表面精加工技術，已經(jīng)廣泛用于集成電路芯片、計算機硬磁盤、微型機械系統(tǒng)等表面的平坦化。隨著加工工件的尺寸越來越大，且加工精度逐漸提高，化學機械拋光作為適合這一需求的技術，既已發(fā)展成為拋光過程的必然選擇。

化學拋光的核心是拋光液的選擇。拋光液是化學機械拋光技術的關鍵之一，其性能直接影響著被拋光工件的表層質(zhì)量。拋光液的主要成分有磨料粒子、腐蝕介質(zhì)以及添加劑?；瘜W機械拋光集中了化學拋光和機械拋光的綜合優(yōu)點。單一化學拋光常力圖減緩不平整金屬表面凹陷處的溶解速度，而加快凸起處的溶解速度，其腐蝕性大，拋光速率快，損傷低，表面光潔度高。目前國內(nèi)常用的拋光液有二氧化硅膠體拋光液、二氧化鈰拋光液、氧化鋁拋光液、納米金剛石拋光液等。一般的，傳統(tǒng)拋光液中添加磨料，磨料粒子粒度較大，在介質(zhì)中分散穩(wěn)定性差、容易發(fā)生團聚，且拋光液中含有的氨、酸等有毒成分對環(huán)境和人體的傷害還很大，應用過程受到很大程度制約。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題：針對目前傳統(tǒng)拋光液中含有氨、酸等有毒成分，在使用過程中對環(huán)境和人體的傷害較大的缺陷，本發(fā)明取稻殼經(jīng)鹽酸浸泡煮沸，再與硅藻土混合進行炭化得到炭化混合物作為磨料粒子，再取稻殼粉碎后用氨水預處理活化，與尿素、硫酸鎂等混合，再用纖維素酶水解得到發(fā)酵底物，接種米根霉發(fā)酵得到混合發(fā)酵液作為腐蝕介質(zhì)，將其與炭化混合物于球磨機中球磨混合得到綠色無毒化學機械拋光液。本發(fā)明采用天然物質(zhì)為原料，所得產(chǎn)品無毒環(huán)保，磨料粒子與腐蝕介質(zhì)相容性好，產(chǎn)品分散穩(wěn)定性較好，可長期存放，具有廣闊的市場應用前景。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

（1）稱取30～50g稻殼，倒入盛有100～200mL質(zhì)量濃度為8～10%鹽酸的燒杯中，加熱煮沸20～30min，過濾，將煮沸后的稻殼轉(zhuǎn)入105～110℃烘箱中，干燥至恒重，再稱取50～60g硅藻土，與上述干燥后的稻殼混合后倒入坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中，以4～6mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以4～6℃/min速率加熱升溫至500～550℃，保溫炭化15～20min，繼續(xù)以6～8℃/min速率升溫至800～880℃，保溫炭化20～30min，隨爐冷卻至室溫，得炭化混合物，備用；

（2）稱取稻殼300～500g，倒入固體樣品粉碎機中，粉碎15～20min后，過80～120目篩，得稻殼粉，隨后將所得稻殼粉倒入盛有2～3L質(zhì)量濃度為10～12%氨水的燒杯中，再將燒杯轉(zhuǎn)入水浴磁力攪拌器中，于溫度為35～40℃，轉(zhuǎn)速為200～280r/min條件下，浸泡24～36h，抽濾，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再將濾餅置于烘箱中，于105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；

（3）在盛有1000～1200mL去離子水的發(fā)酵罐中，依次加入120～150g上述所得干燥濾餅，200～300mLpH為4.8濃度為0.08mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，10～12g尿素，0.2～0.4g硫酸鎂，0.6～0.8g磷酸二氫鉀，0.3～0.5g磷酸氫二銨，啟動發(fā)酵罐攪拌器，設定轉(zhuǎn)速至500～600r/min，開啟發(fā)酵罐加熱器，升溫至50～55℃，恒溫攪拌混合15～20min；

（4）待混合結(jié)束，再加入3～5g纖維素酶，于溫度為45～50℃，轉(zhuǎn)速為180～200r/min條件下，恒溫攪拌反應36～48h，待發(fā)酵罐內(nèi)溫度自然冷卻至35～38℃，按接種量的8～10%向發(fā)酵罐內(nèi)接入米根霉，恒溫攪拌發(fā)酵48～60h，待發(fā)酵結(jié)束，加熱升溫至80～85℃，滅菌滅酶處理8～10min，待發(fā)酵罐內(nèi)物料自然冷卻至室溫，出料，得混合發(fā)酵液；

（5）按重量份數(shù)計，在球磨機中依次加入80～100份步驟（1）備用炭化混合物，280～320份上述所得混合發(fā)酵液，按球料比為20：1～30：1加入氧化鋯球磨珠，以480～600r/min轉(zhuǎn)速球磨處理40～60min，出料，灌裝密封，即得綠色無毒化學機械拋光液。

本發(fā)明的應用方法是：將所需拋光的金屬材料置于研磨拋光機中，于壓力為17～18kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為70～80r/min條件下，研磨拋光5～6min，研磨后用清水清洗3～5次，并用壓縮空氣吹干，再將本發(fā)明所得化學機械拋光液均勻涂覆于所需拋光的部位，于拋光壓力為27～28kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為60～70r/min條件下，化學機械拋光30～45min，用去離子水清洗3～5次，再用壓縮空氣吹干，經(jīng)檢測，金屬表面材料去除速率為0.3～0.4μm/min，表面粗糙度為0.05～0.15μm。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明制得的綠色無毒化學機械拋光液，原料易于獲取，對人體無害，綠色環(huán)保；

（2）拋光液拋光后的金屬材料表面粗糙度較傳統(tǒng)拋光液使用后的表面粗糙度下降3～4倍，且拋光速率較傳統(tǒng)拋光液提高50～60%。

具體實施方式

首先稱取30～50g稻殼，倒入盛有100～200mL質(zhì)量濃度為8～10%鹽酸的燒杯中，加熱煮沸20～30min，過濾，將煮沸后的稻殼轉(zhuǎn)入105～110℃烘箱中，干燥至恒重，再稱取50～60g硅藻土，與上述干燥后的稻殼混合后倒入坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中，以4～6mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以4～6℃/min速率加熱升溫至500～550℃，保溫炭化15～20min，繼續(xù)以6～8℃/min速率升溫至800～880℃，保溫炭化20～30min，隨爐冷卻至室溫，得炭化混合物，備用；稱取稻殼300～500g，倒入固體樣品粉碎機中，粉碎15～20min后，過80～120目篩，得稻殼粉，隨后將所得稻殼粉倒入盛有2～3L質(zhì)量濃度為10～12%氨水的燒杯中，再將燒杯轉(zhuǎn)入水浴磁力攪拌器中，于溫度為35～40℃，轉(zhuǎn)速為200～280r/min條件下，浸泡24～36h，抽濾，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再將濾餅置于烘箱中，于105～110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；在盛有1000～1200mL去離子水的發(fā)酵罐中，依次加入120～150g上述所得干燥濾餅，200～300mLpH為4.8濃度為0.08mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，10～12g尿素，0.2～0.4g硫酸鎂，0.6～0.8g磷酸二氫鉀，0.3～0.5g磷酸氫二銨，啟動發(fā)酵罐攪拌器，設定轉(zhuǎn)速至500～600r/min，開啟發(fā)酵罐加熱器，升溫至50～55℃，恒溫攪拌混合15～20min；待混合結(jié)束，再加入3～5g纖維素酶，于溫度為45～50℃，轉(zhuǎn)速為180～200r/min條件下，恒溫攪拌反應36～48h，待發(fā)酵罐內(nèi)溫度自然冷卻至35～38℃，按接種量的8～10%向發(fā)酵罐內(nèi)接入米根霉，恒溫攪拌發(fā)酵48～60h，待發(fā)酵結(jié)束，加熱升溫至80～85℃，滅菌滅酶處理8～10min，待發(fā)酵罐內(nèi)物料自然冷卻至室溫，出料，得混合發(fā)酵液；按重量份數(shù)計，在球磨機中依次加入80～100份備用炭化混合物，280～320份上述所得混合發(fā)酵液，按球料比為20：1～30：1加入氧化鋯球磨珠，以480～600r/min轉(zhuǎn)速球磨處理40～60min，出料，灌裝密封，即得綠色無毒化學機械拋光液。

實例1

首先稱取30g稻殼，倒入盛有100mL質(zhì)量濃度為8%鹽酸的燒杯中，加熱煮沸20min，過濾，將煮沸后的稻殼轉(zhuǎn)入105℃烘箱中，干燥至恒重，再稱取50g硅藻土，與上述干燥后的稻殼混合后倒入坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中，以4mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以4℃/min速率加熱升溫至500℃，保溫炭化15min，繼續(xù)以6℃/min速率升溫至800℃，保溫炭化20min，隨爐冷卻至室溫，得炭化混合物，備用；稱取稻殼300g，倒入固體樣品粉碎機中，粉碎15min后，過80目篩，得稻殼粉，隨后將所得稻殼粉倒入盛有2L質(zhì)量濃度為10%氨水的燒杯中，再將燒杯轉(zhuǎn)入水浴磁力攪拌器中，于溫度為35℃，轉(zhuǎn)速為200r/min條件下，浸泡24h，抽濾，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再將濾餅置于烘箱中，于105℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；在盛有1000mL去離子水的發(fā)酵罐中，依次加入120g上述所得干燥濾餅，200mLpH為4.8濃度為0.08mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，10g尿素，0.2g硫酸鎂，0.6g磷酸二氫鉀，0.3g磷酸氫二銨，啟動發(fā)酵罐攪拌器，設定轉(zhuǎn)速至500r/min，開啟發(fā)酵罐加熱器，升溫至50℃，恒溫攪拌混合15min；待混合結(jié)束，再加入3g纖維素酶，于溫度為45℃，轉(zhuǎn)速為180/min條件下，恒溫攪拌反應36h，待發(fā)酵罐內(nèi)溫度自然冷卻至35℃，按接種量的8%向發(fā)酵罐內(nèi)接入米根霉，恒溫攪拌發(fā)酵48h，待發(fā)酵結(jié)束，加熱升溫至80℃，滅菌滅酶處理8min，待發(fā)酵罐內(nèi)物料自然冷卻至室溫，出料，得混合發(fā)酵液；按重量份數(shù)計，在球磨機中依次加入80份備用炭化混合物，280份上述所得混合發(fā)酵液，按球料比為20：1加入氧化鋯球磨珠，以480r/min轉(zhuǎn)速球磨處理40min，出料，灌裝密封，即得綠色無毒化學機械拋光液。

將所需拋光的金屬材料置于研磨拋光機中，于壓力為17kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為70r/min條件下，研磨拋光5min，研磨后用清水清洗3次，并用壓縮空氣吹干，再將本發(fā)明所得化學機械拋光液均勻涂覆于所需拋光的部位，于拋光壓力為27kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為60r/min條件下，化學機械拋光30min，用去離子水清洗3次，再用壓縮空氣吹干，經(jīng)檢測，金屬表面材料去除速率為0.3μm/min，表面粗糙度為0.05μm。

實例2

首先稱取40g稻殼，倒入盛有150mL質(zhì)量濃度為9%鹽酸的燒杯中，加熱煮沸25min，過濾，將煮沸后的稻殼轉(zhuǎn)入107℃烘箱中，干燥至恒重，再稱取55g硅藻土，與上述干燥后的稻殼混合后倒入坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中，以5mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以5℃/min速率加熱升溫至530℃，保溫炭化17min，繼續(xù)以7℃/min速率升溫至840℃，保溫炭化25min，隨爐冷卻至室溫，得炭化混合物，備用；稱取稻殼400g，倒入固體樣品粉碎機中，粉碎17min后，過100目篩，得稻殼粉，隨后將所得稻殼粉倒入盛有2.5L質(zhì)量濃度為11%氨水的燒杯中，再將燒杯轉(zhuǎn)入水浴磁力攪拌器中，于溫度為37℃，轉(zhuǎn)速為240r/min條件下，浸泡30h，抽濾，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再將濾餅置于烘箱中，于107℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；在盛有1500mL去離子水的發(fā)酵罐中，依次加入140g上述所得干燥濾餅，250mLpH為4.8濃度為0.08mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，11g尿素，0.3g硫酸鎂，0.7g磷酸二氫鉀，0.4g磷酸氫二銨，啟動發(fā)酵罐攪拌器，設定轉(zhuǎn)速至550r/min，開啟發(fā)酵罐加熱器，升溫至53℃，恒溫攪拌混合17min；待混合結(jié)束，再加入4g纖維素酶，于溫度為47℃，轉(zhuǎn)速為190r/min條件下，恒溫攪拌反應42h，待發(fā)酵罐內(nèi)溫度自然冷卻至37℃，按接種量的9%向發(fā)酵罐內(nèi)接入米根霉，恒溫攪拌發(fā)酵54h，待發(fā)酵結(jié)束，加熱升溫至83℃，滅菌滅酶處理9min，待發(fā)酵罐內(nèi)物料自然冷卻至室溫，出料，得混合發(fā)酵液；按重量份數(shù)計，在球磨機中依次加入90份備用炭化混合物，300份上述所得混合發(fā)酵液，按球料比為25：1加入氧化鋯球磨珠，以540r/min轉(zhuǎn)速球磨處理50min，出料，灌裝密封，即得綠色無毒化學機械拋光液。

將所需拋光的金屬材料置于研磨拋光機中，于壓力為17.5kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為75r/min條件下，研磨拋光5min，研磨后用清水清洗4次，并用壓縮空氣吹干，再將本發(fā)明所得化學機械拋光液均勻涂覆于所需拋光的部位，于拋光壓力為27kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為65r/min條件下，化學機械拋光38min，用去離子水清洗4次，再用壓縮空氣吹干，經(jīng)檢測，金屬表面材料去除速率為0.3μm/min，表面粗糙度為0.1μm。

實例3

首先稱取50g稻殼，倒入盛有200mL質(zhì)量濃度為10%鹽酸的燒杯中，加熱煮沸30min，過濾，將煮沸后的稻殼轉(zhuǎn)入110℃烘箱中，干燥至恒重，再稱取60g硅藻土，與上述干燥后的稻殼混合后倒入坩堝中，再將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中，以6mL/min速率向爐內(nèi)通入氬氣，在氬氣保護狀態(tài)下，以6℃/min速率加熱升溫至550℃，保溫炭化20min，繼續(xù)以8℃/min速率升溫至880℃，保溫炭化30min，隨爐冷卻至室溫，得炭化混合物，備用；稱取稻殼500g，倒入固體樣品粉碎機中，粉碎20min后，過120目篩，得稻殼粉，隨后將所得稻殼粉倒入盛有3L質(zhì)量濃度為12%氨水的燒杯中，再將燒杯轉(zhuǎn)入水浴磁力攪拌器中，于溫度為40℃，轉(zhuǎn)速為280r/min條件下，浸泡36h，抽濾，用去離子水洗滌濾餅直至洗滌液呈中性，再將濾餅置于烘箱中，于110℃條件下干燥至恒重，得干燥濾餅；在盛有1200mL去離子水的發(fā)酵罐中，依次加入150g上述所得干燥濾餅，300mLpH為4.8濃度為0.08mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，12g尿素，0.4g硫酸鎂，0.8g磷酸二氫鉀，0.5g磷酸氫二銨，啟動發(fā)酵罐攪拌器，設定轉(zhuǎn)速至600r/min，開啟發(fā)酵罐加熱器，升溫至55℃，恒溫攪拌混合20min；待混合結(jié)束，再加入5g纖維素酶，于溫度為50℃，轉(zhuǎn)速為200r/min條件下，恒溫攪拌反應48h，待發(fā)酵罐內(nèi)溫度自然冷卻至38℃，按接種量的10%向發(fā)酵罐內(nèi)接入米根霉，恒溫攪拌發(fā)酵60h，待發(fā)酵結(jié)束，加熱升溫至85℃，滅菌滅酶處理10min，待發(fā)酵罐內(nèi)物料自然冷卻至室溫，出料，得混合發(fā)酵液；按重量份數(shù)計，在球磨機中依次加入100份備用炭化混合物，320份上述所得混合發(fā)酵液，按球料比為30：1加入氧化鋯球磨珠，以600r/min轉(zhuǎn)速球磨處理60min，出料，灌裝密封，即得綠色無毒化學機械拋光液。

將所需拋光的金屬材料置于研磨拋光機中，于壓力為18kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為80r/min條件下，研磨拋光6min，研磨后用清水清洗5次，并用壓縮空氣吹干，再將本發(fā)明所得化學機械拋光液均勻涂覆于所需拋光的部位，于拋光壓力為28kPa，拋光盤與拋光墊轉(zhuǎn)速為70r/min條件下，化學機械拋光45min，用去離子水清洗5次，再用壓縮空氣吹干，經(jīng)檢測，金屬表面材料去除速率為0.4μm/min，表面粗糙度為0.15μm。