[发明专利]金刚石复合磨料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石复合磨料及其制备方法，金刚石复合磨料包括金刚石芯、包覆在金刚石芯外围的硅溶胶颗粒层和设置在硅溶胶颗粒层外围的硅溶胶加固层。本发明能够发挥金刚石的超高硬度、抑制金刚石棱角和提升金刚石颗粒的化学活性。

技术领域

本发明涉及一种金刚石复合磨料及其制备方法，属于磨料制备技术领域。

背景技术

目前，超硬材料作为半导体衬底或者半导体本身使用得越来越广，如蓝宝石应用于发光二极管、碳化硅用于高速器件等，此类材料还有氮化镓、氮化硅和碳化硼等等。这些材料在作为衬底或器件之前需要精密的平坦化，常用的工艺是化学机械抛光。然而对于这些超硬材料的抛光，移除效率非常底下，需要数小时甚至十几小时才能加工完成，造成了产量不足和成本上升的问题。解决此类问题常常用两类方法，一类是提高材料的化学腐蚀。另一类是提高抛光液中的磨料硬度，增加摩擦力。对于第一类方法，效果往往不佳，很多超硬材料本身具有很强的化学惰性，如蓝宝石、碳化硅等，依靠化学腐蚀达到不应有的效果。第二类方法是一种可行的方法，但也有自身的问题。

众所周知，单晶金刚石硬度极高，经常被用于超硬材料的切割、研磨和抛光加工中。发明专利CN201080035212.3、CN20068000505.7公开金刚石作为单晶硅的切割线材使用，利用电镀可制备切割效率高的金刚线；发明专利CN201610474245.7、CN201310185203.8公开金刚石研磨片、切磨片的制备，提高磨削效果；发明专利CN201510913418.6公开了一种金刚石镀覆氧化的方法。该方法用热处理在金刚石表面镀氧化硅涂层，处理温度1000℃以上，需要在真空条件下进行，成本较高。专利CN201310446145.X、CN201410840747.8等利用溶胶凝胶法在金刚石表面制备氧化铁、氧化锆等材料，但这些材料没有考虑作为抛光材料的形貌和表面化学反应特性。金刚石锐利，虽然硬度高，在抛光中会造成比较严重的划伤，依然不能作为精密的抛光材料。另外，金刚石在水相中团聚严重，容易分散，也造成了金刚石实用的困难。因此利用金刚石的硬度但改变其表面形貌和化学特性仍然是研究和开发人员努力的方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种金刚石复合磨料，它能够发挥金刚石的超高硬度、抑制金刚石棱角和提升金刚石颗粒的化学活性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种金刚石复合磨料，它包括：

金刚石芯；

包覆在金刚石芯外围的硅溶胶颗粒层；

设置在硅溶胶颗粒层外围的硅溶胶加固层。

进一步，构成金刚石芯的金刚石颗粒为单晶金刚石颗粒、多晶金刚石颗粒和聚晶金刚石颗粒中的至少一种。

进一步，构成金刚石芯的金刚石颗粒的粒径为5～100nm。

进一步，构成金刚石芯的金刚石颗粒的粒径为10～60nm。

进一步，构成硅溶胶颗粒层的硅溶胶颗粒的粒径为5～40nm。

进一步，所述硅溶胶加固层的厚度为10～50nm。

进一步，构成硅溶胶颗粒层的硅溶胶颗粒和/或构成硅溶胶加固层的硅溶胶为胶体氧化硅。

本发明还提供了一种金刚石复合磨料的制备方法，方法的步骤中含有：

(a)将金刚石颗粒进行清洗处理，并配置包覆溶液；

(b)将清洗处理后的金刚石颗粒加入到包覆溶液中，加温至50℃～80℃并搅拌反应4～6小时，得到第一产物；

(c)在第一产物中加入硅溶胶颗粒，并升温至90℃，搅拌反应1～2小时，得到第二产物；

(d)将第二产物加入水后升温至沸腾进行老化处理，得到第三产物；