CN114736654A - 一种球形磨料、制备方法、用途及包含其的蓝宝石研磨液 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球形磨料、制备方法、用途及包含其的蓝宝石研磨液。所述球形磨料由金刚石微粉、氧化铝粉和氧化硅粉混合烧结而成，将金刚石微粉固结在球形磨料中，增加金刚石切削锐角与蓝宝石晶片接触面积。本发明还公开了一种蓝宝石研磨液，包括上述球形磨料、金刚石磨料、悬浮剂、润滑剂、pH调节剂、润湿剂、分散剂、防锈剂和水。本发明蓝宝石研磨液，能在保证晶片表面质量的前提下，提高研磨效率，降低加工成本。采用本发明蓝宝石研磨液研磨得到的蓝宝石衬底表面粗糙度低、平整度好、无明显划痕。本发明蓝宝石研磨液具有非常良好的应用前景和大规模工业化推广潜力。

Description

一种球形磨料、制备方法、用途及包含其的蓝宝石研磨液

技术领域

本发明涉及蓝宝石晶体材料的加工技术，尤其涉及一种球形磨料、制备方法、用途及包含其的蓝宝石研磨液。

背景技术

蓝宝石又称Al₂O₃单晶，俗称刚玉，是一种简单配位型氧化物晶体。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al₂O₃发光二极管(LED)、大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。近年来，随着现代科学技术的发展，对蓝宝石晶体材料的尺寸、质量不断提出新的要求。

目前，通常采用单一的高硬度金刚石作为研磨蓝宝石晶片的磨料，研磨液和研磨方法的研究已有一些现有技术，例如可见如下：

CN113334148A公开了一种用于大尺寸蓝宝石板面的加工工艺，加工方法包括：用直径

粒度300至400金刚石砂轮进行粗磨，用直径

粒度2000金刚石砂轮进行半精磨，使用粒度4μm金刚石研磨液精研，使用二氧化硅抛光液进行抛光。满足大尺寸蓝宝石的加工要求。

CN104493685A公开了一种蓝宝石晶片加工方法，主要原理是利用粒度分布不同的两种金刚石研磨液结合不同的研磨工艺采用二段式单面研磨，先利用粒度较大的研磨液(粗液)进行晶片表面快速去厚，然后采用粒度较小的研磨液(细液)进行晶片表面平坦化，同时降低晶片表面的损伤层厚度和表面粗糙度。利用单面研磨后低损伤层和无划痕的蓝宝石研磨片减少抛光工序中移除量，从而简化抛光工序。

CN103013345A公开了一种油性金刚石研磨液及其制备方法，该研磨液含有以下组分：金刚石微粉、表面活性剂、分散剂、pH值调节剂、润湿剂和油，各组分的重量配比为：金刚石微粉：0.001-10％、表面活性剂0.001-20％、分散剂0-20％、pH值调节剂0-10％、润湿剂0-10％，其余为油。主要应用于碳化硅晶片、LED蓝宝石衬底片、陶瓷、光纤、模具及半导体化合物晶片等表面的研磨抛光。使用所述研磨液可大大提高抛光效率，分散性能好，可以长期保持均匀稳定状态，用其抛光后产品光洁度高，抛光效果好并且不含对人体有害成分，易于清洗，有利于环保。

现有技术公开了一些用于蓝宝石衬底的研磨液，但这些研磨液仍存在一些缺陷，例如：金刚石磨料容易沉降，研磨效果差，研磨后的蓝宝石晶片表面存在明显划痕，这在后道化学机械抛光过程中极难除去，并且研磨效率不高，研磨后的蓝宝石晶片平整度也较低。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前金刚石研磨料易沉降，包含其的研磨液研磨效果不佳，研磨效率低的问题，提出一种球形磨料，该磨料尺寸可控，形貌均匀，且该磨料通过将金刚石微粉固结在球形磨料中，增加了金刚石切削锐角与蓝宝石晶片接触面积；包含其的蓝宝石研磨液能保持稳定悬浮、研磨效率高、加工的晶片粗糙度值低、平整度好且无明显划痕，尤其适用于对蓝宝石晶片的双面和单面研磨减薄。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种球形磨料由以下方法制备而成：

1)按下述质量比称取三种磨料，氧化铝粉:氧化硅粉:金刚石微粉＝1:1:20-1:1:5，将混合磨料加入到搅拌釜中，并加入乙醇搅拌，制成40-60wt％固含量的浆液；

2)向每1kg浆液中依次加入1-10g粘结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、10-100g聚乙二醇400，10-50g聚丙烯酸甲酯和1-10g十二烷基羟丙基磺基甜菜碱，搅拌制成混合浆料；

3)将步骤2)所得混合浆料球磨；

4)将步骤3)球磨后的混合浆料进行喷雾造粒，过筛得到球形磨料初品；

5)将步骤4)所得球形磨料初品烘干去除有机溶剂；

6)将步骤5)所得球形磨料初品放置在烧结炉内，首先在1800-2000℃真空烧结5-8h，高温作用使得氧化铝和氧化硅发生相变转化，形成致密的硅-氧-铝复合材料，将金刚石微粉紧密包覆，球形磨料硬度更高，然后在1000-1200℃空气中退火10-12h，氧化去除残余有机物，制备得到球形磨料。

进一步地，步骤1)中所述氧化铝粒径为100-500nm。

进一步地，步骤1)中所述氧化硅粒径为100-500nm。

进一步地，步骤1)中所述金刚石微粉粒径为200-1000nm。

进一步地，步骤1)中氧化铝粉:氧化硅粉:金刚石微粉质量比优选1:1:15-1:1:10。

进一步地，步骤1)制成50wt％固含量的浆液。

进一步地，步骤2)向每1kg浆液中优选加入5-10g粘结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。

进一步地，步骤2)向每1kg浆液中优选加入10-50g聚乙二醇400。

进一步地，步骤2)向每1kg浆液中优选加入10-30g聚丙烯酸甲酯。

进一步地，步骤2)向每1kg浆液中加入优选1-5g十二烷基羟丙基磺基甜菜碱。

进一步地，所述聚乙烯醇缩丁醛分子量为10000-100000。

进一步地，所述聚乙烯醇缩丁醛分子量优选为30000-50000。

进一步地，所述聚丙烯酸甲酯分子量为1000-5000。

进一步地，所述聚丙烯酸甲酯分子量优选为1000-3000。

进一步地，所述步骤3)球磨条件为：行星式球磨机，转速200-300rpm，磨球和球磨罐均选高纯氧化铝材质，浆料:球质量比＝1:1，球磨混合2-5h。

进一步地，步骤3)球磨混合优选2-4h。

进一步地，步骤4)喷雾造粒采用离心式喷雾干燥机。

喷雾干燥条件为：热空气进口温度70-100℃，出口温度40-60℃，进口风量3-4L/min，出口风量2-3L/min；离心雾化器转速8000-10000rpm；浆料泵送速率为10-20mL/min。

进一步地，步骤4)将喷雾造粒收集得到的球形粉体，采用超声水筛，过270目和1250目筛网，取中间段球形磨料。

进一步地，步骤5)烘干温度为50-80℃。

进一步地，步骤5)烘干时间为1-10h。

进一步地，步骤5)烘干温度优选60-80℃。

进一步地，步骤5)烘干时间优选中烘干5-10h。

进一步地，所述球形磨料粒径为12-50μm。

进一步地，所述球形磨料粒径优选为12-20μm。

本发明将200-1000nm金刚石微粉、氧化铝粉和氧化硅粉混合烧结，所述球形磨料将金刚石微粉固结在球形磨料中，能有效增加金刚石切削锐角与蓝宝石晶片接触面积。

本发明的另一个目的还公开了一种蓝宝石研磨液，包括上述球形磨料。

进一步地，所述球形磨料占蓝宝石研磨液的质量百分含量为10-20％。

进一步地，所述蓝宝石研磨液包括重量配比如下的各组分：

进一步地，所述球形磨料优选为0.5-0.8份。

进一步地，所述金刚石磨料粒径为3-9μm。

进一步地，所述金刚石磨料粒径优选为3-6μm。

进一步地，所述金刚石磨料为多晶金刚石、类多晶金刚石和单晶金刚石中的一种或几种混合。

进一步地，所述金刚石磨料优选多晶金刚石。

进一步地，所述金刚石磨料优选为0.1-0.3份。

进一步地，所述球形磨料与金刚石磨料的质量比为10:1-1:1。

进一步地，所述球形磨料与金刚石磨料的质量比优选5:1-1:1。

进一步地，所述球形磨料与金刚石磨料占所述蓝宝石研磨液的质量百分比为0.5-2％。

进一步地，所述球形磨料与金刚石磨料占所述蓝宝石研磨液的质量百分比优选1.5-2％。

进一步地，所述悬浮剂为丙二醇海藻酸钠、羟丙基淀粉、***胶、果胶、琼脂、卡拉胶，甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、有机膨润土和羧基乙烯共聚物中的一种或几种。

进一步地，所述羧基乙烯共聚物分子量为5万-10万。

进一步地，所述羧基乙烯共聚物分子量优选为5万-8万。

进一步地，所述悬浮剂优选羟乙基纤维素。

进一步地，所述悬浮剂优选为1-3份。

进一步地，所述润滑剂为甘油、丙酮缩甘油、戊二醇、三丙二醇、己二醇、山梨糖醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、三乙二醇丁醚和新戊二醇中的一种或几种。

进一步地，所述润滑剂优选山梨糖醇。

进一步地，所述润滑剂优选为10-20份。

进一步地，所述pH调节剂为三乙醇胺、2,4-二甲基吡啶、二乙醇胺、二甘醇胺、三乙胺、乙二胺、异丙醇胺、对氨基苯酚、四甲基乙二胺、三乙烯二胺和四甲基氢氧化铵中的一种或几种。

进一步地，所述pH调节剂优选三乙烯二胺。

进一步地，所述pH调节剂优选为5-10份。

进一步地，所述润湿剂为吐温80、吐温60、烷基酚醚磺基琥珀酸酯钠、琥珀酸二异辛酯磺酸钠、壬基酚醚磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、磺基丁二酸钠二辛酯、磺基琥珀酸二乙基己酯钠、月桂醇磺基琥珀酸酯二钠、磺基琥珀酸钠二辛酯、烷基酚聚氧乙烯醚和壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或几种。

进一步地，所述润湿剂优选磺基琥珀酸二乙基己酯钠。

进一步地，所述润湿剂优选为0.5-2份。

进一步地，所述分散剂为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、三聚磷酸钠和乙烯吡咯烷酮/乙烯基咪唑共聚物(PVP/PVI)中的一种或几种。

进一步地，所述聚乙烯胺分子量5000-30000。

进一步地，所述聚乙烯胺分子量优选5000-10000。

进一步地，所述聚丙烯酰胺分子量3000-10000。

进一步地，所述聚丙烯酰胺分子量优选5000-10000。

进一步地，所述聚丙烯酸钠分子量3000-10000。

进一步地，所述聚丙烯酸钠分子量优选5000-10000。

进一步地，所述聚丙烯酸铵分子量3000-10000。

进一步地，所述聚丙烯酸铵分子量优选5000-10000。

进一步地，所述三聚磷酸钠和乙烯吡咯烷酮/乙烯基咪唑共聚物分子量5000-30000。

进一步地，所述三聚磷酸钠和乙烯吡咯烷酮/乙烯基咪唑共聚物分子量优选5000-10000。

进一步地，所述分散剂优选聚丙烯酸钠。

进一步地，所述分散剂优选为5-8份。

本发明采用悬浮剂和分散剂结合的方案，通过增加蓝宝石研磨液体系粘度，使得粒径12-50μm的球形磨料可以稳定悬浮，增加对蓝宝石的接触时间，提升研磨速率，同时润湿分散剂通过静电排斥和空间位阻的协同作用，使得粒径3-9μm的金刚石磨料在体系中充分分散，避免发生团聚和聚沉，有效消除蓝宝石表面的划痕，提升蓝宝石表面的研磨质量。例如本发明选用的聚丙烯酸钠分散剂和羟乙基纤维素悬浮剂，聚丙烯酸钠分散剂含有丰富的带电基团羧基，具有静电排斥作用，和网状结构的羟乙基纤维素中的羟基形成缠绕吸附状态，形成致密的空间位阻作用。

进一步地，所述防锈剂为月桂二酸、聚天冬氨酸、甘氨酸、酒石酸、柠檬酸、谷氨酸、癸二酸、水杨酸、苯丙氨酸、8-羟基喹啉、乙二胺四乙酸(EDTA)和氨三乙酸(NTA)中的一种或几种。

进一步地，所述防锈剂优选癸二酸。

进一步地，所述防锈剂为0.1-0.3份。

本发明所述蓝宝石研磨液中包含粒径12-50μm的球形磨料和粒径3-9μm的金刚石磨料，金刚石磨料通过静电作用吸附在球形磨料表面，即蓝宝石研磨液中的球形磨料表面附有金刚石磨料，进一步增加与蓝宝石的接触面积，提升磨削速率。即，本发明用于蓝宝石晶片的研磨液中的球形磨料内部含有金刚石微粉，同时还包含金刚石磨料，在研磨时金刚石磨料优先参与磨削，随着球形磨料磨损，内部金刚石微粉逐步裸露出参与磨削。表面吸附有金刚石磨料的球形磨料使得本发明的蓝宝石研磨液具备含常规金刚石磨料的研磨液的磨削速率，同时避免对蓝宝石造成深划痕。

本发明的另一个目的还公开了一种蓝宝石研磨液的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)向搅拌釜中依次加入水、分散剂、润滑剂、润湿剂、防锈剂和pH调节剂，搅拌混合制得澄清透明溶液；

步骤(2)在50-100rpm搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中加入悬浮剂，加入完毕后，开启均质搅拌1000-3000rpm搅拌10-60min形成均匀乳状液体；

步骤(3)在50-100rpm搅拌条件下，向步骤(2)得到的溶液中加入球形磨料，搅拌10-60min，然后加入金刚石磨料，搅拌10-60min，形成均匀悬浮混合液，完成蓝宝石研磨液的制备。

进一步地，步骤(1)搅拌混合时间为10-20min。

进一步地，步骤(2)开启均质搅拌优选2000-3000rpm。

进一步地，步骤(2)搅拌时间优选20-40min。

进一步地，步骤(3)中加入球形磨料，搅拌时间优选30-60min。

进一步地，步骤(3)中加入金刚石磨料，搅拌时间优选30-60min。

进一步地，步骤(3)球形磨料在加入前经过表面处理，所述表面处理步骤如下：将球形磨料加入到5-40wt％的硫酸水溶液中，球形磨料与硫酸水溶液的质量比为1:10-1:40，在50-90℃浸泡1-4h，去除掉球形磨料表面的负电荷，使用去离子水清洗2-4遍。

进一步地，所述球形磨料表面处理步骤中，将球形磨料加入到5-10wt％的硫酸水溶液中。

进一步地，所述球形磨料表面处理步骤中，球形磨料与硫酸水溶液的质量比为＝1:10-1:20。

进一步地，所述球形磨料表面处理步骤中，浸泡温度优选70-90℃。

进一步地，所述球形磨料表面处理步骤中，浸泡时间优选2-4h。

本发明在制备蓝宝石研磨液前对球形磨料进行表面处理，通过强酸去除球形磨料表面的负电荷，使得球形磨料表面具有更多正电荷。

进一步地，步骤(3)金刚石磨料在加入前经过表面处理，所述表面处理步骤如下：将金刚石磨料加入到1-10wt％的KOH水溶液中，金刚石磨料与KOH水溶液的质量比为1:20-1:50，在50-90℃浸泡1-4h，使得金刚石磨料表面吸附负电荷，使用去离子水清洗2-4遍；将清洗后的金刚石磨料加入到0.5-2wt％的阴离子表面活性剂溶液中，10-40℃超声浸泡1-4h，使得金刚石磨料表面吸附足够的阴离子表面活性剂，使用去离子水清洗2-4遍，使金刚石磨料表面具有更多的负电荷。

进一步地，所述金刚石磨料表面处理步骤中，将金刚石磨料加入到5-10wt％的KOH水溶液中。

进一步地，所述金刚石磨料表面处理步骤中，金刚石磨料与KOH水溶液的质量比为＝1:20-1:30。

进一步地，所述金刚石磨料表面处理步骤中，在70-90℃浸泡2-4h，使得金刚石磨料表面吸附足够的负电荷。

进一步地，所述金刚石磨料表面处理步骤中，将清洗后的金刚石磨料加入到1-2wt％的阴离子表面活性剂溶液中。

进一步地，所述金刚石磨料表面处理步骤中，超声温度优选15-35℃。

进一步地，所述金刚石磨料表面处理步骤中，超声时间优选1-4h。

本发明在制备蓝宝石研磨液前对金刚石磨料进行表面处理，金刚石磨料表面吸附足量的阴离子表面活性剂，表面具有更多负电荷。进一步地，所述阴离子表面活性剂为N-月桂酰基谷氨酸钾、月桂醇聚氧乙烯醚羧酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚硫酸镁、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸铵和十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。

本发明用于蓝宝石晶片的研磨液适用于对蓝宝石晶片的双面和单面研磨减薄，具体用法在实施例中体现。

本发明的蓝宝石研磨液同样适用于一般硬脆材料的研磨减薄工艺，如石英玻璃，陶瓷基板，砷化镓衬底、磷化铟衬底、集成电路芯片、各类宝石、金属材料、硬质合金等，可以有效提升研磨效率和研磨质量。

本发明蓝宝石研磨液用法及用量：

研磨设备：创技双面研磨机18b；

研磨液用量：每寸蓝宝石片1-5mL；

研磨蓝宝石晶片厚度：20-50μm；

转速：30-50rpm；

压力：800-1200kg；

盘面温度：25-35℃；

研磨时间：10-30min；

流量：10-50mL/min。

本发明的球形磨料和蓝宝石研磨液，与现有技术相比较具有以下优点：

1、本发明将金刚石微粉、氧化铝粉和氧化硅粉混合烧结，将金刚石微粉固结在球形磨料中，增加金刚石切削锐角与蓝宝石晶片接触面积。同时在研磨液中添加金刚石磨料，金刚石磨料通过静电作用吸附在球形磨料表面，进一步增加与蓝宝石的接触面积，提升磨削速率。即，本发明的蓝宝石研磨液中的球形磨料内部是金刚石微粉，外部是金刚石磨料，在研磨中金刚石磨料优先参与磨削，随着球形磨料磨损，球形磨料内部的金刚石微粉逐步裸露出参与磨削。表面吸附有金刚石磨料的球形磨料使得本发明蓝宝石研磨液具备含普通金刚石磨料研磨液的磨削速率，同时避免普通金刚石磨料对蓝宝石造成深划痕。

2、本发明在制备研磨液前球形磨料经过表面处理，通过强酸去除球形磨料表面的负电荷，使得球形磨料表面具有更多正电荷，同时金刚石磨料经过表面处理，金刚石磨料表面吸附足量的阴离子表面活性剂，表面具有更多负电荷，两者通过静电吸附作用，使得金刚石磨料吸附在球形磨料表面，研磨过程中，使得金刚石磨料及球形磨料充分接触蓝宝石磨削面，增加研磨速率。

3、采用悬浮剂和分散剂结合的方案，通过增加蓝宝石研磨液体系粘度，使得球形磨料可以稳定悬浮，增加对蓝宝石的接触时间，提升研磨速率，同时润湿分散剂通过静电排斥和空间位阻的协同作用，使得金刚石磨料在体系中充分分散，避免发生团聚和聚沉，有效消除蓝宝石表面的划痕，提升蓝宝石表面的研磨质量。例如本发明选用的聚丙烯酸钠分散剂和羟乙基纤维素悬浮剂，聚丙烯酸钠分散剂含有丰富的带电基团羧基，具有静电排斥作用，和网状结构的羟乙基纤维素中的羟基形成缠绕吸附状态，形成致密的空间位阻作用。

综上，本发明的蓝宝石研磨液分散均匀，化学稳定性好。采用所述研磨液对蓝宝石晶片进行研磨，能在保证晶片表面质量的前提下，提高研磨效率，有效降低加工成本。采用所述研磨液研磨得到的蓝宝石衬底表面粗糙度低、平整度好、无明显划痕，具备对铸铁盘良好的防锈效果，易于清洗。本发明的蓝宝石研磨液具有非常良好的应用前景和大规模工业化推广潜力。

附图说明

图1为实施例3制备的球形磨料的SEM图。

图2为实施例3制备的球形磨料的EDS能谱和元素含量，其中(a)为球形磨料扫描范围示意图，(b)为各元素含量。

图3为实施例3研磨液在显微镜下放大300倍的照片。

图4为实施例3研磨液在显微镜下放大100倍的照片。

图5为蓝宝石研磨后，在显微镜下放大500倍观察的蓝宝石表面划伤照片，其中(c)是对比例1，(d)是实施例3。

图6为蓝宝石研磨后，在显微镜下放大500倍观察的蓝宝石表面凹坑或凸点的照片，其中(e)是对比例1，(f)是实施例3。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1-12

实施例1-12公开了多种蓝宝石研磨液，其组分及重量配比如表1所示：

表1实施例1-12蓝宝石研磨液的组分及重量配比

实施例1-12采用的球形磨料由以下制备方法制备而成：

1)首先按表2称量三种磨料：氧化铝粉:氧化硅粉:金刚石微粉，三种磨料合计1kg，加入搅拌釜中，加入1kg乙醇，搅拌10min制成均匀浆液；

2)每1kg浆液中依次加入表2所述PVB、聚乙二醇400、聚丙烯酸甲酯和十二烷基羟丙基磺基甜菜碱，在80rpm转速下搅拌30min制备混合浆料；

3)将步骤2)所得混合浆料加入行星式球磨机中，球磨转速设定300rpm，磨球和球磨罐均选高纯氧化铝材质，浆料:球质量比＝1:1，球磨混合3h，制得混合浆料；

4)采用离心式喷雾干燥机(TR120AT-6HOP，日本PRECI株式会社)将步骤3)所得混合浆料进行喷雾造粒；喷雾干燥条件为：热空气进口温度70℃，出口温度50℃，进口风量3L/min，出口风量4L/min；离心雾化器转速10000rpm；浆料泵送速率为20mL/min，将收集得到的球形粉体过270目和1250目筛网，取中间段球形磨料；

5)将步骤4)所得球形磨料在50℃烘箱中烘干8h，烘干有机溶剂；

6)将步骤5)所得球形磨料放置烧结炉内，1800℃真空烧结5h，最后在1200℃空气中退火10h，制备得到球形磨料。

表2实施例1-12球形磨料制备采用的组分及质量

图1为实施例3制备的球形磨料SEM图；可见材料呈球形，且金刚石微粉均匀被包覆在球形中。图2为实施例3制备的球形磨料的EDS能谱和元素含量，其中(a)为球形磨料扫描范围示意图，(b)为各元素含量，表明球形磨料含硅、铝和碳元素，是氧化硅、氧化铝和金刚石微粉的复合球体。如表3所示，球形磨料中含有金刚石的碳元素、氧化铝和氧化硅的铝元素和硅元素，印证了球形磨料合成。

表3球形磨料的元素含量

元素	重量％	原子％
			C K	54.97	64.36
O K	35.03	30.78
			Na K	0.32	0.20
Al K	3.40	1.77
			Si K	5.37	2.69
K K	0.41	0.15
			Ba L	0.50	0.05
总量	100.00

实施例1-12蓝宝石研磨液的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)按照配比向搅拌釜中依次加入水、分散剂、润滑剂、润湿剂、防锈剂和pH调节剂，搅拌15min混合均匀，制得澄清透明溶液；

步骤(2)将步骤(1)得到的溶液，在80rpm搅拌下加入悬浮剂，加入完毕后，开启均质搅拌，2000rpm搅拌30min至形成均匀乳状液体；

步骤(3)在70rpm搅拌条件下，向步骤(2)得到的溶液中逐步加入经过表面处理后的球形磨料和金刚石磨料，搅拌40min，直至混合均匀，形成均匀悬浮混合液，完成蓝宝石研磨液的制备；

其中：

球形磨料的表面处理步骤如下：将球形磨料加入到10wt％的硫酸水溶液中，球形磨料与硫酸水溶液的质量比为1:20，在80℃浸泡3h，去除掉球形磨料表面的负电荷，使用去离子水清洗3遍。

金刚石磨料的表面处理步骤如下：将金刚石磨料加入到8wt％的KOH水溶液中，金刚石磨料与KOH水溶液的质量比为1:25，在80℃浸泡3h，使得金刚石磨料表面吸附足够的负电荷，使用去离子水清洗3遍；将清洗后的金刚石磨料加入到1wt％的N-月桂酰基谷氨酸钾溶液中，20℃超声浸泡3h，使得金刚石磨料表面吸附足够的阴离子表面活性剂，使用去离子水清洗3遍。

图3为实施例3用于蓝宝石晶片的研磨液在显微镜放大300倍的照片，金刚石磨料吸附在球形磨料表面。图4为实施例3研磨液在显微镜下放大100倍的照片。由图3和图4可见，球形磨料表面吸附有金刚石磨料，球形磨料和金刚石磨料均匀悬浮的分布在研磨液体系中，可增加与对蓝宝石的接触时间和受力，提升研磨效率。

对比例1-8

对比例1-8所述研磨液的组分及重量配比如表4所示：

表4对比例1-8研磨液的组分及重量配比

对比例2-4采用的球形磨料与实施例3制备的球形磨料相同，对比例5采用的磨料为20μm氧化锆，对比例采用的磨料6为二氧化铈包覆金刚石的硬核软壳复合磨料，对比例7采用的磨料为20μm氧化硅，对比例8采用的磨料为二氧化硅溶胶。

实施例1-12和对比例1-8性能测试结果如表5所示：

表5实施例1-12和对比例1-8性能测试结果

实施例和对比例的分析测试方法如下：

对上述实施例1-12和对比例1-8制备得到的研磨液，采用2寸蓝宝石片进行研磨测试，对比移除率、TTV、最大划痕宽度、表面坑点、表面粗糙度；以及长时间静置(>30天)的悬浮性。

清洗后表面质量观察：先使用3％浓度清洗液两段70℃超声清洗10min，再使用去离子水80℃超声清洗3min，吹干后，在显微镜下观察表面质量。

研磨后最大划痕宽度测试：将清洗后的蓝宝石片，使用显微镜下，在相同放大倍数和视野下，测试最大划痕宽度，分别测3次取平均值。

研磨后坑点测试：将清洗后的蓝宝石片，使用显微镜观察蓝宝石表面坑点状况，存在10μm以上的小坑则视为不合格，并统计坑点百分含量。

研磨工艺：

研磨设备：创技双面研磨机18b；

尺寸：2寸蓝宝石片；

试验片数：160片/盘；

转速：30rpm；

压力：800kg；

盘面温度：25-35℃；

研磨时间：20min；

流量：20mL/min。

研磨测试结果：

从表5中的测试数据可以看出，实施例1-12的移除率更高，约为对比例1-8的1.5-2倍；实施例1-12研磨后TTV、Ra、最大划痕宽度，以及10μm坑点百分比都低于对比例1-8，说明实施例1-12具有更优的研磨效果；并且实施例1-12在放置30天后仍能保持悬浮，而对比例1-8放置30天后，形成完全沉底硬沉淀，无法保持悬浮，说明实施例1-12的悬浮性更好。

如图5和图6所示，采用实施例3和对比例1的研磨液对2寸蓝宝石片进行研磨，图5为蓝宝石研磨后，在显微镜下放大300倍观察的蓝宝石表面划伤照片，其中(c)是对比例1，有明显划伤；(d)是实施例3，划伤明显轻微。图6为蓝宝石研磨后，在显微镜下放大500倍观察的蓝宝石表面凹坑或凸点的照片，其中(e)是对比例1，可以明显观察出凹坑，(f)是实施例3，表面平整，无明显凹坑。

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)

1.一种球形磨料，其特征在于，由以下方法制备而成：

1)按下述质量比称取三种磨料，氧化铝粉:氧化硅粉:金刚石微粉＝1:1:20-1:1:5，将混合磨料加入到搅拌釜中，并加入乙醇，搅拌制成浆液；

2)向每1kg浆液中依次加入1-10g粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、10-100g聚乙二醇400，10-50g聚丙烯酸甲酯和1-10g十二烷基羟丙基磺基甜菜碱，搅拌制成混合浆料；

3)将步骤2)所得混合浆料球磨；

4)将步骤3)球磨后的混合浆料进行喷雾造粒，过筛得到球形磨料初品；

5)将步骤4)所得球形磨料初品烘干去除有机溶剂；

6)将步骤5)所得球形磨料初品放置在烧结炉内，首先在1800-2000℃真空烧结5-8h，然后在1000-1200℃空气中退火10-12h，制备得到球形磨料。

2.根据权利要求1所述球形磨料，其特征在于，所述球形磨料粒径为12-50μm。

3.一种蓝宝石研磨液，其特征在于，包括权利要求1或2所述球形磨料。

4.根据权利要求3所述蓝宝石研磨液，其特征在于，包括重量配比如下的各组分：

5.根据权利要求4所述用于蓝宝石晶片的研磨液，其特征在于，所述悬浮剂为丙二醇海藻酸钠、羟丙基淀粉、***胶、果胶、琼脂、卡拉胶，甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、有机膨润土和羧基乙烯共聚物中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述用于蓝宝石晶片的研磨液，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、三聚磷酸钠和乙烯吡咯烷酮/乙烯基咪唑共聚物中的一种或几种。

7.根据权利要求4所述蓝宝石研磨液，其特征在于，所述金刚石磨料粒径为3-9μm。

8.一种权利要求3-7任意一项所述蓝宝石研磨液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)向搅拌釜中依次加入水、分散剂、润滑剂、润湿剂、防锈剂和pH调节剂，搅拌混合制得澄清透明溶液；

步骤(2)在50-100rpm搅拌条件下，向步骤(1)得到的溶液中加入悬浮剂，加入完毕后，开启均质搅拌1000-3000rpm搅拌10-60min形成均匀乳状液体；

步骤(3)在50-100rpm搅拌条件下，向步骤(2)得到的溶液中加入球形磨料，搅拌10-60min，然后加入金刚石磨料，搅拌10-60min直至混合均匀，形成均匀悬浮混合液，完成蓝宝石研磨液的制备。

9.根据权利要求8所述蓝宝石研磨液的制备方法，其特征在于，步骤(3)球形磨料在加入前经过表面处理，所述表面处理步骤如下：将球形磨料加入到5-40wt％的硫酸水溶液中，球形磨料与硫酸水溶液的质量比为＝1:10-1:40，在50-90℃浸泡1-4h，去除掉球形磨料表面的负电荷，使用去离子水清洗2-4遍。

10.根据权利要求8所述蓝宝石研磨液的制备方法，其特征在于，步骤(3)金刚石磨料在加入前经过表面处理，所述表面处理步骤如下：将金刚石磨料加入到1-10wt％的KOH水溶液中，金刚石粉与KOH水溶液的质量比为＝1:20-1:50，在50-90℃浸泡1-4h，使得金刚石磨料表面吸附足够的负电荷，使用去离子水清洗2-4遍；将清洗后的金刚石磨料加入到0.5-2wt％的阴离子表面活性剂溶液中，10-40℃超声浸泡1-4h，使得金刚石磨料表面吸附足够的阴离子表面活性剂，使用去离子水清洗2-4遍。

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