[发明专利]用于晶体加工的水基金刚石抛光液

说明书

技术领域

本发明属于精密抛光领域，特别设计用于晶体加工的水基金刚石抛光液。

背景技术

抛光液是晶体抛光技术中关键要素，其性能直接影响抛光后的表面质量。随着精密加工的迅速发展，近年来金刚石抛光液发展很快。金刚石抛光液与诸多普通磨料抛光液相比抛光效率提高几倍到几十倍，表面粗糙度显著降低。它不仅能抛光多种难加工的硬脆晶体材料，而且抛光中软的晶体亦有独到之处。例如：SiC、Al₂O₃、Si、SiO₂、CaF₂、BeF₂、Li₃AlO₃、Li₃GaO₃、Tb₃GaO₁₂、GeO₂、Si₃N₄、ZrO₂和钻石等多种晶体工件，对金刚石抛光液性能的要求是较严格的。它应具有研磨、抛光、浸润、黏附、润滑、冷却等多种性能。油性抛光液浸润、黏附、润滑的优点突出，但效率低，不易清洗、不利环保。水基金刚石抛光液应是今后发展的重点。其中的金刚石可以是单晶，也可以是多晶。单晶金刚石的成本较低；多晶金刚石具有良好的切削力和自锐性，在研磨抛光过程中能够保持高研磨力而同时不易产生划伤。目前常用的化学机械抛光(CMP)工艺中，以化学腐蚀为主，以机械磨损为辅；而用纳米金刚石抛光液后，将以机械为主，甚至将化学腐蚀降至0，这对环保极为有利。有的晶体不适宜用CMP，例如SiC。

CN1100104C是金刚石油基抛光液，成本高，抛光效率低，不易清洗。

CN1560161A所述的抛光液pH为2～12，酸碱性强，腐蚀机件，不利环保。

US20100233880抛光表面最佳Ra＝0.5nm，不能满足更高要求。

CN1940003A金刚石要置于浓硫酸中，超声剪切处理，而后在浓硫酸中加热200～300℃保温1到3小时，这对设备腐蚀严重，污染环境。

李颖等人(超硬材料工程2010(2)5～9)采用多种表面活性剂分散纳米金刚石，最佳效果只能使D50达到0.323nm，远未达到单颗粒分散。

吴任和等人(工具技术2006(1)18～20)只用中等粒度的纳米金刚石制作抛光液，因为他们用细粒度的纳米金刚石时不易制作。

发明内容

本发明提供一种制备水基金刚石抛光液的方法，该抛光液适宜抛光多种晶体。

本发明的特点之一在于使用高剪切乳化机，该设备的搅拌工作头直径不低于56mm，最高转速不低于15000rpm。它可使金刚石颗粒之间的软团聚充分分散，使多种试剂混合均匀，并使金刚石颗粒均匀地分散在抛光液中。转速控制在10000～15000rpm，处理时间10～60min。

本发明的另一特点是使用黏度调节剂，制成不同黏度的抛光液以满足诸多用户的不同需求。

本专利产品是水基金刚石抛光液，它具有抛光、润滑、冷却、除屑等功能。它的成分：水85～98％，金刚石0.1～10％，润湿剂0.2～3％，表面活性剂0.1～5％，黏度调节剂0.01～5％，防锈剂0～1％，润滑剂1～8％，消泡剂0.0005～0.1％，防腐杀菌剂0.02～1％；pH调节剂逐滴加入，用酸度计监测直至达到预期值，不计入总量。

所述的金刚石包括：用静压触媒法制造的亚毫米级金刚石经破碎、整形、粒度分级和提纯净化后获得的微米级和亚微米级单晶金刚石微粉；用爆轰法(负氧平衡法)制造的单晶纳米金刚石，本专利所用的是经超分散处理后的无硬团聚的纳米金刚石；以及用爆炸法制造的多晶纳米金刚石，它的粒度主要是微米级或亚微米级。本专利所用的金刚石粒度是D50(接近平均值)等于或小于2微米。它们的具体粒度号是D50等于2um，1um，0.5um，0.25um，0.125um，50nm，20nm，10nm，5nm。以下所述金刚石粒度号均指D50而言。这些金刚石是已经经过粒度分级并且无二次硬团聚的产品，本发明不涉及粒度分级和解硬团聚问题。

所述的润湿剂是指下列试剂中的一种或多种混合：去离子水、乙二醇、聚乙二醇、丙三醇。

所述的表面活性剂是指下列试剂中的一种或多种混合：聚乙二醇、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、丙三醇、1-缩二乙二醇、三乙醇胺。

所述的pH调节剂是指下列试剂中的一种或多种混合：氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠、三乙醇胺、六偏磷酸钠、氨水、磷酸、硝酸、氢氟酸。