[发明专利]抛光浆料及其使用方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种抛光浆料以及抛光工件或零件的方法，特别涉及混入液体介质和微粒磨料的抛光浆料及其使用方法。

背景技术

抛光浆料跨越广阔的工业范围，普遍适用于机器工件或零件，包括金属或陶瓷零件，以及复合零件。一个成熟的和深入研究的工业领域包括用一种称为化学机械抛光(CMP)的方法来抛光半导体基材，其中浆液用机械或化学方法都能从半导体基材除去沉积材料。其他技术领域仅仅集中在通过使用研磨浆料(也通称为自由磨料(free abrasive))的机械去除，该研磨浆料含有研磨颗粒材料如金刚石，以及陶瓷氧化和非氧化物质基质(host)。

在许多种经受后成型机械加工的陶瓷和金属零件中，由硬陶瓷材料例如碳化硅形成的零件表现出了特别的挑战。已经发现这样的零件可大量用于各种工业用途，包括建筑的、耐火的和半导体加工零件。由于受到与常规的陶瓷加工相关的处理技术的限制，包括自然加工误差，陶瓷零件例如碳化硅零件经常需要后成形机械加工，其中零件处于致密形式，但需要表面抛光。如果是常规陶瓷零件的硬度，实现最终步骤的机械加工通常是费力的、昂贵的和费时的，该机械加工常包括抛光。

根据上述内容，许多研究在继续寻找抛光浆料或自由磨料以及相应的加工工艺，所述抛光浆料或自由磨料以及相应的加工工艺同时得到高度的材料清除率(MRR)，以及适宜的精抛光，例如低表面粗糙度以及高度平面性和表面平行性。这样的需求对陶瓷零件来说是特别急需的，特别包括上面提到的硬陶瓷。

发明内容

根据一个方面，提供一种抛光浆料，包括液体介质和颗粒磨料，该颗粒磨料包括软磨粒、硬磨粒和胶态氧化硅颗粒的组合。软磨粒可以具有不大于8的Mohs硬度，硬磨粒可以具有不小于8的Mohs硬度。软磨粒的用量通常大于硬磨粒，例如相比于硬磨粒的重量比为2∶1。

根据另一种实施方式，抛光浆料包括一种液体介质和颗粒磨料，该颗粒磨料包括铈土颗粒、金刚石颗粒和胶态氧化硅颗粒。铈土颗粒的量占微粒磨料的50wt％或更高。

根据另一方面，抛光浆料包括液体介质和颗粒磨料，该颗粒磨料包括软磨粒、硬磨粒和胶态氧化硅颗粒。颗粒用量分别为x wt％、ywt％和z wt％，其中x+z≥2y。

根据另一种实施方式，抛光浆料包括液体介质和颗粒磨料，该颗粒磨料包括软磨粒、硬磨粒和胶态氧化硅颗粒。硬磨粒具有比软磨粒高的Mohs硬度，软磨粒和硬磨粒至少一种具有正的表面电荷，从而使胶态氧化硅颗粒絮凝化。

根据另一方面，提供一种抛光陶瓷零件的方法，包括在陶瓷零件和机械工具之间提供一种如上所述的抛光浆料，陶瓷零件和机械工具相对移动，从而使材料从陶瓷零件表面除去。

附图说明

图1-4举例说明了在单晶SiC上不同浆料的抛光率。

具体实施方式

根据一种实施方式，提供一种抛光浆料，包括液体介质，其中具有颗粒磨料。颗粒磨料通常具有复合结构，包括几种不同种类的磨粒。在一种实施方式中，颗粒磨料包括软磨粒、硬磨粒和胶态氧化硅颗粒。通常，硬磨粒具有高于软磨粒的Mohs硬度。例如，硬磨粒的Mohs硬度可以不小于8，例如不小于9，实际上可以具有10的硬度。与此相反，软磨粒可以具有不大于8的硬度，例如不大于7，或甚至不大于6。在一个优选的实施方式中，软磨粒主要由铈土形成，而硬磨粒主要由金刚石形成。其它硬磨粒包括碳化硼、碳化硅和氧化铝。

在本文中使用铈土作为软磨粒材料的实施方式可以考虑形成CMP浆料，在机械方法和化学方法上都有作用。在抛光操作中，本文中的铈土可以作为氧化剂，有助于材料的去除。

通常颗粒磨料包括含量明显大于硬磨粒的软磨粒，例如软颗粒：硬颗粒的重量比不小于2∶1，例如不小于5∶1、10∶1或甚至15∶1。实际上，某些实施方式具有十分高的软磨粒装载量，例如按重量比不小于约20∶1。

软磨粒可以在颗粒磨料中作为主要组分，占颗粒磨料的50重量％或更高。在另一种实施方式中，颗粒磨料含有x wt％软磨粒、y wt％硬磨粒和z wt％胶态氧化硅颗粒，其中x+z≥2y。例如，某些实施方式甚至可以具有比硬磨粒浓度更高的软磨粒和胶态氧化硅颗粒，关系表示为x+z≥3y或甚至5y、8y、10y，或甚至12y。实际上，某些实施方式甚至可以具有比硬磨粒装载量更高的软磨粒和胶态氧化硅颗粒，例如关系表示为x+z≥15y，或甚至20y。