CN108219678A - 一种金刚石研磨液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金刚石研磨液及其制备方法。金刚石研磨液包括以下质量份的组分：类多晶钻石粉2～5份、分散剂0.02～2份、润湿剂0.2～6份、悬浮稳定剂5～30份、pH值调节剂0.1～0.5份，以及去离子水60～90份。本发明选择粒度范围为3～5μm类多晶钻石粉、通过加入分散剂使粉体在研磨液体系中分散均匀，从而达到较高的加工效率、减少一道粗磨加工工序，较好的加工后产品的平整度。通过加入润湿剂使研磨液在加工过程中分布均匀，从而达到较好的加工后表面粗糙度；且加工制备方法简单、成本低，是一种高切削效率和低粗糙度的蓝宝石抛光用金刚石研磨液。

Description

一种金刚石研磨液及其制备方法

技术领域

本发明涉及蓝宝石抛光技术领域，尤其是涉及一种金刚石研磨液及其制备方法。

背景技术

目前，蓝宝石(Sapphire)，又称白宝石，分子式为Al₂O₃，是一种多功能氧化物晶体，为六方晶体结构，莫氏硬度9级，仅次于金刚石，它具有优良的光学、物理和化学性能。与天然宝石相比，它具有硬度高、熔点高、透光性好、热传导性和电绝缘性优异、力学机械性能好、耐磨损性能好、抗腐蚀性能稳定等特性，因此在光电子、通讯、国防等领域有广泛的应用。

随着科技发展，市场对高精密度、大口径、低厚度的光学蓝宝石镜片的需求量越来越大。从而市场对于各种研磨抛光材料的需求量也与日俱增。金刚石硬度高，用金刚石粉配制成研磨液在提高蓝宝石加工效率的同时，研磨后的产品平整度、划伤程度都有较为理想的结果。能降低后工序抛光的加工难度，提高抛光工序的良品率。

目前随着越来越多的光学蓝宝石作为视窗镜片。视窗蓝宝石材料要求厚度超薄且加工尺寸公差管控严格、并要求在粗磨减薄工序加工效率高、无明显划伤及晶体损伤，再通过钻石液+铜盘加工后，而达到较好的加工后表面粗糙度。

我国的蓝宝石加工产业相对于美国、日本等发达国家还具有较大差距，目前蓝宝石加工所用研磨液还都只能依赖进口，国内稳定成熟的金刚石研磨液较少，且效率低。进口产品虽然效果好，但价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚石研磨液及其制备方法，以解决加工蓝宝石工件过程中普遍存在切削速率低、多道加工工序、晶片表面粗糙度高、成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种金刚石研磨液，包括以下质量份的组分：

类多晶钻石粉2～5份、分散剂0.02～2份、润湿剂0.2～6份、悬浮稳定剂5～30份、pH值调节剂0.1～0.5份，以及去离子水60～90份。

进一步地，所述金刚石研磨液包括以下质量份的组分：

类多晶钻石粉3～4份、分散剂0.08～1份、润湿剂0.9～3份、悬浮稳定剂12～20份、pH值调节剂0.2～0.4份，以及去离子水70～80份。

进一步地，所述类多晶钻石粉为3～5μm粉末，即类多晶钻石粉粒径大小为3～5μm，莫氏硬度为10。

进一步地，所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚乙二醇和六偏磷酸钠中的一种或几种的混合。

进一步地，所述润湿剂为乙二醇、丙二醇和甘油中的一种或几种的混合。

进一步地，所述悬浮稳定剂为聚丙烯酰胺、纤维素、高岭土和膨润土中的一种或几种的混合。

进一步地，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四甲基氢氧化铵和EDTA中的一种或几种的混合。

进一步地，所述金刚石研磨液用于C向蓝宝石抛光。

本发明还公开上述金刚石研磨液的制备方法。

所述金刚石研磨液的制备方法，主要包括如下步骤：

S1.按配比，将金刚石粉加入去离子水中，利用超声振荡加机械搅拌的方法搅拌均匀获得金刚石粉末溶液；

S2.以0.5～2.0L/min的流速向所述金刚石粉末溶液内依次加入分散剂和润湿剂，搅拌至混合均匀获得第一混合溶液；

S3.以0.5～2.0L/min的流速向所述混合溶液内悬浮稳定剂，搅拌至混合均匀获得第二混合溶液；

S4.继续搅拌所述第二混合溶液1.5小时以上；

S5.以0.5～2.0L/min的流速向所述第二混合溶液内加入pH值调节剂，并调节所述第二混合溶液的pH值至8.5～9.5；即得金刚石研磨液成品。

进一步地，步骤S1中，向去离子水中加入金刚石粉末时，以400～600rpm的速度搅拌去离子水，缓慢加入金刚石粉末。

进一步地，步骤S1-5在超声波搅拌釜中进行。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开了一种新型高切削速率金刚石研磨液及其制备方法，选择粒度范围为3～5μm类多晶钻石粉、通过加入分散剂使粉体在研磨液体系中分散均匀，从而达到较高的加工效率、减少一道粗磨加工工序，较好的加工后产品的平整度。通过加入润湿剂使研磨液在加工过程中分布均匀，从而达到较好的加工后表面粗糙度；且加工制备方法简单、成本低，是一种高切削效率和低粗糙度的蓝宝石抛光用金刚石研磨液。

本发明金刚石抛光液相比于对比实施例而言，本申请制得的金刚石抛光液进行蓝宝石晶片抛光时，产品的平均表观良率＞98％，平均切削速率控制在3.8～4μm/min之间，表面粗糙度Ra＜5nm，不仅完全满足蓝宝石粗抛工艺制程中对于抛光速率和表观质量的要求，而且提高了抛光质量；节省了生产成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的金刚石研磨液的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种金刚石研磨液，其包括以下质量份的组分：

类多晶钻石粉2～5份、分散剂0.02～2份、润湿剂0.2～6份、悬浮稳定剂5～30份、pH值调节剂0.1～0.5份，以及去离子水60～90份。

其中，类多晶钻石粉为3～5μm粉末，即类多晶钻石粉粒径大小为3～5μm，莫氏硬度为10。分散剂为聚丙烯酸钠、聚乙二醇和六偏磷酸钠中的一种或几种的混合。润湿剂为乙二醇、丙二醇和甘油中的一种或几种的混合。悬浮稳定剂为聚丙烯酰胺、纤维素、高岭土和膨润土中的一种或几种的混合。pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四甲基氢氧化铵和EDTA中的一种或几种的混合。

本发明选择粒度范围为3～5μm类多晶钻石粉、通过加入分散剂使粉体在研磨液体系中分散均匀，从而达到较高的加工效率、减少一道粗磨加工工序，较好的加工后产品的平整度。通过加入润湿剂使研磨液在加工过程中分布均匀，从而达到较好的加工后表面粗糙度；且加工制备方法简单、成本低，是一种高切削效率和低粗糙度的蓝宝石抛光用金刚石研磨液。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

本实施例提供的一种金刚石研磨液，包括以下质量百分比的组分：

类多晶钻石粉3％、分散剂0.15％、润湿剂5％、悬浮稳定剂10％、pH值调节剂0.5％，余量为去离子水。

其中，类多晶钻石粉为3.5μm粉末，即类多晶钻石粉粒径大小为3.5μm。

分散剂为聚丙烯酸钠。

润湿剂为乙二醇。悬浮稳定剂为纤维素。

pH值调节剂为氢氧化钠。

实施例2

本实施例提供的一种金刚石研磨液，包括以下质量％的组分：

类多晶钻石粉4％、分散剂0.8％、润湿剂2％、悬浮稳定剂15％、pH值调节剂0.4％，余量为去离子水。

其中，所述类多晶钻石粉为5μm粉末，即类多晶钻石粉粒径大小为5μm，莫氏硬度为10。

分散剂为聚乙二醇和六偏磷酸钠的组合。

润湿剂为丙二醇和甘油的组合。

悬浮稳定剂为聚丙烯酰胺。

pH值调节剂为三乙醇胺。

对比实施例1

本实施例提供的一种金刚石研磨液，包括以下质量％的组分：

类多晶钻石粉3％、脂肪醇聚氧乙烯醚1.2％、0.8％的聚乙二醇400、葡萄糖酸钠0.5％、氢氧化钠0.6％，余量为去离子水。

其中，类多晶钻石粉的粒径为3.5μm。

上述实施例的配方中使用的具体物质和质量百分比分别如下表所示，余量为去离子水。

实施例3

本实施例提供了实施例1和2中金刚石研磨液的制备方法。

如图1所示，金刚石研磨液的制备方法，主要包括如下步骤：

S1.开启超声波搅拌釜，向去离子水中加入金刚石粉末，并搅拌均匀获得金刚石粉末溶液；

S2.以0.5～2.0L/min的流速向金刚石粉末溶液内依次加入分散剂和润湿剂，搅拌至混合均匀获得第一混合溶液；

S3.以0.5～2.0L/min的流速向混合溶液内悬浮稳定剂，搅拌至混合均匀获得第二混合溶液；

S4.继续搅拌第二混合溶液1.5小时以上；

S5.以0.5～2.0L/min的流速向第二混合溶液内加入pH值调节剂，并调节第二混合溶液的pH值至8.5～9.5；即得金刚石研磨液成品。

步骤S1中，向去离子水中加入金刚石粉末时，以400～600rpm的速度搅拌去离子水，缓慢加入金刚石粉末。

另外，对比实施例1采用现有技术制成金刚石研磨液。

现在将上述实施例1-2与对比实施例1制备出的金刚石研磨液进行C向蓝宝石抛光效果实验，金刚石研磨液实验过程采用相同的抛光条件如下：

抛光机：16B双面铜盘机；

被抛光的晶片：蓝宝石晶片；

被抛光晶片片数：90pcs；

研磨盘：树脂铜盘(开槽)；

抛光压力：320kg；

下盘抛光转速：65rpm；

上盘抛光转速：57rpm；

抛光时间：60min；

钻石液流量：0.5-1ml/min。

抛光后，对抛光蓝宝石晶片进行超声波清洗、干燥后，检测其表观状态；用厚度仪测量蓝宝石晶片的厚度差来计算抛光速率，对所有90pcs被抛光晶片进行测量，求平均值得到抛光速率；用粗糙度测试仪对90pcs被抛光晶片进行测量，求平均值得到晶片表面粗糙度。

上述各个实施例所得到的实验数据如下表所示：

由上述实验结果的对比表格可知：

本发明抛光液相比于对比实施例1而言，本申请制得的金刚石研磨液进行蓝宝石晶片抛光时，产品的平均表观良率＞98％，平均抛光速率控制在3.8～4μm/min之间，表面粗糙度Ra＜5nm，不仅完全满足蓝宝石抛光工艺制程中对于抛光速率和表观质量的要求，而且提高了抛光质量，节省了生产成本。总之，技术效果突出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种金刚石研磨液，其特征在于，包括以下质量份的组分：

类多晶钻石粉2～5份、分散剂0.02～2份、润湿剂0.2～6份、悬浮稳定剂5～30份、pH值调节剂0.1～0.5份，以及去离子水60～90份。

2.根据权利要求1所述的金刚石研磨液，其特征在于，所述金刚石研磨液包括以下质量份的组分：

类多晶钻石粉3～4份、分散剂0.08～1份、润湿剂0.9～3份、悬浮稳定剂12～20份、pH值调节剂0.2～0.4份，以及去离子水70～80份。

3.根据权利要求1所述的金刚石研磨液，其特征在于，所述类多晶钻石粉为3～5μm粉末，即类多晶钻石粉粒径大小为3～5μm，莫氏硬度为10。

4.根据权利要求1所述的金刚石研磨液，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚乙二醇和六偏磷酸钠中的一种或几种的混合。

5.根据权利要求1所述的金刚石研磨液，其特征在于，所述润湿剂为乙二醇、丙二醇和甘油中的一种或几种的混合。

6.根据权利要求1所述的金刚石研磨液，其特征在于，所述悬浮稳定剂为聚丙烯酰胺、纤维素、高岭土和膨润土中的一种或几种的混合。

7.根据权利要求1所述的金刚石研磨液，其特征在于，所述pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、四甲基氢氧化铵和EDTA中的一种或几种的混合。

8.一种权利要求1-7任一项所述的金刚石研磨液的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

S1.按配比，将金刚石粉加入去离子水中，利用超声振荡加机械搅拌的方法搅拌均匀获得金刚石粉末溶液；

S2.以0.5～2.0L/min的流速向所述金刚石粉末溶液内依次加入分散剂和润湿剂，搅拌至混合均匀获得第一混合溶液；

S3.以0.5～2.0L/min的流速向所述混合溶液内悬浮稳定剂，搅拌至混合均匀获得第二混合溶液；

S4.继续搅拌所述第二混合溶液1.5小时以上；

S5.以0.5～2.0L/min的流速向所述第二混合溶液内加入pH值调节剂，并调节所述第二混合溶液的pH值至8.5～9.5；即得金刚石研磨液成品。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，向去离子水中加入金刚石粉末时，以400～600rpm的速度搅拌去离子水，缓慢加入金刚石粉末。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S1-5在超声波搅拌釜中进行。