[发明专利]一种自修整冻干凝胶砂轮及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种自修整冻干凝胶砂轮及其制备方法与应用。具体的，以海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、芳纶粉末、玻璃纤维粉末、金刚石磨料、水为原料制备凝胶体，然后将凝胶体依次经过真空干燥、冷冻干燥，得到自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块；再与基体结合，得到自修整冻干凝胶砂轮。本发明首次以冻干凝胶块为磨削工具，较现有磨削金刚石晶圆的方法，取得粗糙度低、良品率高的优点。

技术领域

本发明属于磨削技术，具体涉及一种自修整冻干凝胶砂轮及其制备方法与应用。

背景技术

金刚石晶圆作为第三代半导体的代表材料，具有超高的热导性，超宽带隙等诸多优良特点，被认为是第三代半导体的“明星材料“。但同时，由于金刚石晶圆本身具有超高硬度及超大脆性，本身材料的加工难度限制了其快速发展，其晶圆的加工技术已成为制约其发展的瓶颈之一。研磨是金刚石晶圆加工过程中的重要一环，是现有晶圆加工的必要工序。但由于金刚石晶圆材料的难加工性，现有的传统对晶圆加工的研磨砂轮加工金刚石晶圆时效率极低，并且在加工过程中非常容易导致金刚石晶圆破片，导致极高的报废率，成为制约其快速产业化的发展瓶颈。

发明内容

针对金刚石加工，本发明设计了一种新型的自修整冻干凝胶砂轮，区别于传统的陶瓷结合剂或树脂结合剂砂轮，本砂轮工具利用生物溶胶凝胶技术，将磨料分散在溶胶体中，通过凝胶及冻干手段，制备成具有一定柔性及多气孔的砂轮结块，然后将结块按照所需形状固定在不锈钢基体上，最终制备成磨抛砂轮。

本发明采用如下技术方案：

一种自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块，其制备方法为，将混合物2加入混合物1中，再加入混合物3，搅拌得到混合液；将混合液倒入模具后浸入钙盐溶液中，得到凝胶体；然后将凝胶体依次经过真空干燥、冷冻干燥，得到自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块。

一种自修整冻干凝胶砂轮，其制备方法为，将混合物2加入混合物1中，再加入混合物3，搅拌得到混合液；将混合液倒入模具后浸入钙盐溶液中，得到凝胶体；然后将凝胶体依次经过真空干燥、冷冻干燥，得到冻干体；将冻干体与基体结合，得到自修整冻干凝胶砂轮。

本发明中，将海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、水混合，得到混合物1；将芳纶粉末与水混合，得到混合物2；将玻璃纤维粉末、金刚石磨料与水混合，得到混合物3。优选的，混合液中，海藻酸钠、羧甲基壳聚糖、芳纶粉末、玻璃纤维粉末、金刚石磨料、水的质量比为（15～25）∶（3～8）∶（80～110）∶（180～230）∶（50～100）∶1200，优选为（15～25）∶（3～8）∶（90～105）∶（190～210）∶（70～90）∶1200。金刚石磨料为W10～W63的金刚石磨料，其余原料都为凝胶研磨工具领域常规原料。

本发明中，钙盐溶液为氯化钙水溶液；浸入钙盐溶液的时间为100～150分钟；钙盐溶液中，钙盐浓度为0.1～1wt%。

本发明中，搅拌的转速为800～1500rpm，时间为1～15小时；优选的，搅拌的转速为900～1200rpm，时间为2～10小时。

本发明中，真空干燥时，真空度为500～1000Pa，时间为1～2小时，温度为40～60℃；冷冻干燥时，真空度为1～50 Pa，5～7小时降至-80～-60℃，然后保持20～30小时；优选的，冷冻干燥时，真空度为1～5 Pa，5.5～6.5小时降至-75～-65℃，然后保持21～27小时。冷冻干燥前，将真空干燥后的凝胶体于-30～-10℃冰冻3～5小时，再进行冷冻干燥。

本发明公开了上述自修整凝胶砂轮用冻干凝胶块在制备凝胶磨削工具中的应用以及上述自修整冻干凝胶砂轮在磨抛金刚石工件中的应用。金刚石工件优选为金刚石晶圆。