CN101368012A - 氧化铝/氧化铁复合磨粒及其制备方法 - Google Patents

氧化铝/氧化铁复合磨粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氧化铝/氧化铁复合磨粒及其制备方法。该复合磨粒的内核为α－Al2O3，而包覆层为氧化铁，其中氧化铁的质量为α－Al2O3的含量为2～40％。本发明方法制得的氧化铝/氧化铁复合磨料其内核为α－Al2O3，外壳的氧化铁包覆层，由于外壳硬度较低，从而降低了在加压、加速抛光条件下，抛光微区内无机α－Al2O3磨粒对工件表现的“硬冲击”，从而改善抛光划痕和表面损伤、改善抛光后表面的微观状况，并降低粗糙度。并且由于氧化铁具有较强的化学作用，该复合磨粒同时具有较高的抛光速率。

Description

氧化铝/氧化铁复合磨粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铝/氧化铁复合磨粒及其制备方法，属高精密抛光用磨料的制备工艺技术领域。
背景技术
近年来，随着存储器硬盘容量及存储密度的快速上升，计算机磁头的飞行高度已降低低到10nm左右。随着磁头与磁盘间运行如此接近，对磁盘表面质量的要求也越来越高。如果硬盘表面粗糙度、波纹度过大，在高速旋转的过程中，磁头就会与磁盘表面发生碰撞，损坏磁头或存储器硬盘表面上上的磁介质，从而导致磁盘设备发生故障或读写信息的错误。因此，在形成磁介质之前，必须对磁盘基片进行抛光，使基片表面粗糙度和波纹度降至最小，同时还必须完全去除微凸起、细小凹坑、划痕、抛光条痕等表面缺陷。
数字光盘技术中，玻璃基片作为数字光盘制造过程中的母盘基片，一般要求其粗糙度在，随着数字光盘存储密度、数据读取速度的不断提高，将对母盘玻璃基片表面质量提出更高的要求。
目前，普遍采用化学机械抛光技术对计算机硬盘基片、数字光盘母盘基片表面进行抛光。研磨剂是化学机械抛光液中的主要成分，α-Al2O3、氧化铁是目前广泛使用的研磨剂，α-Al2O3粒子硬度较大、市售的α-Al2O3粉体分散后粒子外形一般不规则，这样含有α-Al2O3粒子的抛光液易引起表面损伤，具体表现为抛光后表面粗糙度较大、划痕、波纹等表面缺陷较多；氧化铁粒子具有较强的化学作用，但粒子较软。这样单一的α-Al2O3、氧化铁粒子均不能达到满意的抛光性能。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有技术中单一磨料存在的缺陷，提供一种氧化铝/氧化铁复合磨粒。
本发明的目的之二在于提供该复合磨粒的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种氧化铝/氧化铁复合磨粒，其特征在于该复合磨粒的内核为α-Al2O3，而包覆层为氧化铁，其中氧化铁的质量为α-Al2O3的含量为2～40％。
上述的复合磨粒的的粒径为100～1000nm。
一种制备上述的氧化铝/氧化铁复合磨粒的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.将α-Al2O3，配制成重量百分比浓度为5～20％的水溶液；然后加入分散剂六偏磷酸钠或聚羧酸类有机分散剂，搅拌均匀后，再进行超声分散，最后进行球磨分散，制得α-Al2O3分散液；其中分散剂六偏磷酸钠的用量为α-Al2O3质量的10％。
b.在步骤a所得α-Al2O3分散液中，按上述比例关系加入可溶性铁盐，加热到95-100℃，滴加质量百分比浓度为10％的尿素溶液，尿素的用量是铁盐质量的30％；滴加速度为1毫升/分钟，滴完后，陈化1-2小时，然后离心分离、提纯、烘干、煅烧，最终得到包覆有氧化铁的氧化铝/氧化铁复合磨粒。
一种上述的氧化铝/氧化铁复合磨粒，在数字光盘母盘玻璃基片、计算机硬盘基片、光学玻璃、硅晶片、晶体或陶瓷材料表面的超精抛光中的应用。
与现有技术相比，本发明方法制得的氧化铝/氧化铁复合磨料其内核为α-Al2O3，外壳的氧化铁包覆层，由于外壳硬度较低，从而降低了在加压、加速抛光条件下，抛光微区内无机α-Al2O3磨粒对工件表现的“硬冲击”，从而改善抛光划痕和表面损伤、改善抛光后表面的微观状况，并降低粗糙度。并且由于氧化铁具有较强的化学作用，该复合磨粒同时具有较高的抛光速率。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例一：在2000毫升去离子水中，加入α-Al2O3，配制成5wt％的水溶液；市售α-Al2O3的平均粒径为0.3μm；然后加入4g分散剂六偏磷酸钠，用搅拌机搅拌均匀，然后进行超声分散，再进行球磨分散，制得α-Al2O3分散液2000毫升。
将上述α-Al2O3分散液中，加入10克硝酸铁，加热到100℃，滴加10％尿素溶液30g，30分钟滴完。陈化2小时、离心分离、提纯、烘干、600℃煅烧2小时，最终制得包覆有氧化铁2wt％的氧化铝/氧化铁复合磨粒。
实施例二：在2000毫升去离子水中，加入α-Al2O3，配制成5wt％的水溶液；市售α-Al2O3的平均粒径为0.3μm；然后加入4g分散剂六偏磷酸钠，用搅拌机搅拌均匀，然后进行超声分散，再进行球磨分散，制得α-Al2O3分散液2000毫升。
将上述α-Al2O3分散液中，加入50克硝酸铁，加热到100℃，滴加10％尿素溶液150g，150分钟滴完。陈化2小时、离心分离、提纯、烘干、600℃煅烧2小时，最终制得包覆有氧化铁10wt％的氧化铝/氧化铁复合磨粒。
实施例三：
本实施例与上述实施例1的步骤基本相同，不同的是：在2000毫升α-Al2O3分散液中加入硝酸铁为100克，10％尿素溶液为300g，300分钟滴完。最终制得包覆有氧化铁20wt％的氧化铝/氧化铁复合磨粒。
经激光粒度仪测得，以上制备的氧化铝/氧化铁复合磨粒的颗粒粒径范围为100～1000nm，平均颗粒粒径为200-700nm。
现将本实施例制得的氧化铝/氧化硅复合磨料的应用试验叙述于下：
(1)首先制备抛光液：在机械搅拌条件，将500克氧化铝/氧化铁复合磨粒加入到20升水中分散稀释，再加入150克的聚胺分散剂，充分搅拌均匀。用各实施例中不同氧化铁含量的α-Al2O3复合磨料配成相应的抛光液，并以未包覆氧化铁的纯α-Al2O3分散液制备的抛光液作为比较例，以作对比比较之用。
(2)抛光试验：使用上述抛光液在一定抛光条件下对数字光盘玻璃基片进行抛光试验。
抛光条件如下：
抛光机：SPEEDFAM双面抛光机
工件：φ170mm钠钙毛玻璃基片
抛光垫：聚氨酯材料
抛光压力：140公斤
抛光时间：10min，120min
下盘转速23rpm
抛光液流量：500～1000ml/min
抛光后，接着洗涤和干燥基片。用分析天平称重法测量各实施例的材料去除量，除以抛光时间(10分钟)为抛光速率，用WYKO表面形貌仪测试表面形貌特征。
光盘玻璃基片在各实施例的中的抛光速率(10分钟)见表1。可见氧化铝/氧化铁复合磨粒表现出显著高于纯氧化铝的抛光速率，并且氧化铁包覆量增加，抛光速率相应提高。
     表1  各实施例抛光液对玻璃基片的抛光速率
 
实施例1 实施例2 实施例3 比较例1
10min去除量，克    0.1005 0.167 0.1748 0.0628
抛光速率毫克/分钟 10.05 16.7 17.48 6.28
光盘玻璃基片在各实施例中抛光120min后的表面平均粗糙度(Ra)见表2。可见，采用本发明方法所制得的α-氧化铝/氧化铁复合磨料的抛光液，当氧化铁达到一定含量后，数字光盘玻璃基片表面抛光后的平均粗糙度(Ra)显著小于未改性的纯氧化铝抛光液抛光后表面的Ra。并且在WYKO形貌仪下，采用含α-氧化铝/氧化铁复合磨粒抛光后的表面也表现出比对比例更小的表面起伏变化。
表2 各实施例抛光液对玻璃基片的抛光效果
 
实施例1 实施例2 实施例3 比较例1
粗糙度Ra，nm 22.27 6.80 5.82 13.81

Claims (4)

1.一种氧化铝/氧化铁复合磨粒，其特征在于该复合磨粒的内核为α-Al2O3，而包覆层为氧化铁，其中氧化铁的质量为α-Al2O3的含量为2～40％。
2.根据权利要求1所述的氧化铝/氧化铁复合磨粒，其特征在于该复合磨粒的的粒径为100～1000nm。
3.一种制备根据权利要求1所述的氧化铝/氧化铁复合磨粒的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.将α-Al2O3，配制成重量百分比浓度为5～20％的水溶液；然后加入分散剂六偏磷酸钠或聚羧酸类有机分散剂，搅拌均匀后，再进行超声分散，最后进行球磨分散，制得α-Al2O3分散液；其中分散剂六偏磷酸钠的用量为α-Al2O3质量的10％。
b.在步骤a所得α-Al2O3分散液中，按上述比例关系加入可溶性铁盐，加热到95-100℃，滴加质量分比浓度为10％的尿素溶液，尿素的用量是铁盐质量的30％；滴加速度为1毫升/分钟，滴完后，陈化1-2小时，然后离心分离、提纯、烘干、煅烧，最终得到包覆有氧化铁的氧化铝/氧化铁复合磨粒。
4.一种根据权利要求1或2所述的氧化铝/氧化铁复合磨粒，在数字光盘母盘玻璃基片、计算机硬盘基片、光学玻璃、硅晶片、晶体或陶瓷材料表面的超精抛光中的应用。
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