CN101368070A - 微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其包括磨料I、磨料II、表面活性剂、pH调节剂以及去离子水；各种组分所占的重量百分比为：磨料I为 10％至40％，磨料II为5％至20％，表面活性剂为0.01％至0.6％，pH调节剂为1％至6％，去离子水为余量；前述各组分混合液的pH值为10至11；所述磨料I是粒径为0.1至200nm的水溶性二氧化硅溶胶，该硅溶胶浓度在10％至40％；所述磨料II是粒径为0.1至200nm的二氧化硅粉末。

Description

微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液
技术领域
本发明涉及抛光液，尤其涉及一种微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液。
背景技术
微晶玻璃既是一种很好的光学材料，又是一种良好的结构材料，它具有良好力学物理性能和在较高温度下的化学稳定性能，因此引起人们广泛关注。
近年来，随着计算机技术的飞速发展，对计算机硬盘存储能力的要求也逐渐提高，原来的铝基板硬盘已经很难适应这种发展的要求，因此，该行业开始选用新材料来制备计算机的硬盘基板。目前很多从业者选用微晶玻璃作为制备计算机硬盘基板的材料，实践中证明微晶玻璃的计算机硬盘基板拥有比铝基板更高的机械强度、制造几何尺寸精度和亚纳米级的表面粗糙度，而且具有不变形、不易划伤以及抗冲击能力强的特点，因此成为硬盘基板制造的重要原材料。
同其他制备硬盘基板材料一样，微晶玻璃在用于制备硬盘基板时，其表面也需要经过超精密度的加工，使其形成超光滑表面，才能满足计算机存储的高精密要求。目前，微晶玻璃表面抛光的专用抛光液存在的问题，一是种类比较少，二是抛光后表面质量差，划伤多，抛光效率低，不能满足飞速发展的计算机行业对微晶玻璃表面质量的要求。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其可用于微晶玻璃的表面抛光加工中，有效减少微晶玻璃抛光后的表面划伤，降低微晶玻璃抛光后的表面粗糙度，而且抛光速率快，抛光液不腐蚀设备，使用的安全性能高。
本发明的目的是由以下技术方案实现的。
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：包括磨料I、磨料II、表面活性剂、PH调节剂以及去离子水；各种组分所占的重量百分比为：磨料I为10％至40％，磨料II为5％至20％，表面活性剂为0.01％至0.6％，PH调节剂为1％至6％，去离子水为余量；前述各组分混合液的PH值为10至11。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述磨料I是粒径为0.1至200nm的水溶性二氧化硅溶胶，该硅溶胶的重量百分比浓度在10％至40％；所述磨料II是粒径为0.1至200nm氧化硅粉末。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述磨料I的粒径优选10至80nm；所述磨料II的粒径优选50至150nm。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述表面活性剂为非离子型表面活性剂；所述非离子型表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺或失水山梨醇油酸单脂中的一种或它们的组合。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述脂肪醇聚氧乙烯醚是脂肪醇聚氧乙烯(3)醚、脂肪醇聚氧乙烯(5)醚、脂肪醇聚氧乙烯(7)醚、脂肪醇聚氧乙烯(9)醚、脂肪醇聚氧乙烯(15)醚、脂肪醇聚氧乙烯(20)醚、脂肪醇聚氧乙烯(25)醚或脂肪醇聚氧乙烯(40)醚；所述烷基酚聚氧乙烯醚是壬基酚聚氧乙烯(4)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(6)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(7)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(9)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(10)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(13)醚、辛基酚脂肪醇聚氧乙烯(20)醚、辛基酚脂肪醇聚氧乙烯(100)醚或十二烷基酚聚氧乙烯(10)醚，括号内的数字表示所述物质的聚合度。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述PH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述无机碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠或氨水；所述有机碱为多羟多胺和胺中的一种或它们的组合。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述多羟多胺为三乙醇胺、四羟基乙二胺或六羟基丙基丙二胺；所述的胺为乙二胺或四甲基氢氧化铵。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的制备方法，其特征在于，先将所需重量的磨料II均匀分散于放置在容器罐内的去离子水中，然后在至少千级净化室的环境内，在真空负压的动力下，通过质量流量计将溶解的磨料I液体输入容器罐中，与容器罐内的所需重量的磨料II进行混合并充分搅拌，混合均匀后将抛光液的其余组分加入容器罐内再继续充分搅拌，混合均匀即制备成成品抛光液。
前述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的制备方法，其特征在于：所述至少千级净化室的环境温度为20至25摄氏度；所述真空压力为10-1至0Mpa。
本发明用于微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的有益效果，该抛光液使用合理粒径的水溶性二氧化硅溶胶和二氧化硅粉末混合作为磨料，既可以提高磨料的分散性能，减少抛光后微晶玻璃表面划伤，而且可以使抛光后的微晶玻璃表面的粗糙度和波纹度降低；另外，可以大大提高抛光速率；再者，本发明的抛光液为碱性，化学稳定性好，不腐蚀设备，使用的安全性能理想。
具体实施方式
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其包括磨料I、磨料II、表面活性剂、PH调节剂以及去离子水；各种组分所占的重量百分比为：磨料I为10％至40％，磨料II为5％至20％，表面活性剂为0.01％至0.6％，PH调节剂为1％至6％，去离子水为余量；前述各组分混合液的PH值为10至11。
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其磨料I是粒径为0.1至200nm的水溶性二氧化硅溶胶，二氧化硅水溶胶是二氧化硅以胶体的性质悬浮在溶液中，但是可以有不同的浓度，微电子抛光液中所使用的硅溶胶液的重量百分比浓度在10％至40％左右，本发明的二氧化硅可以是以水玻璃为原料利用离子交换的方法制备；磨料II是粒径为0.1至200nm的二氧化硅粉末；该磨料I的粒径优选10至80nm，该磨料II的粒径优选50至150nm。
为了控制抛光过程中的金属离子粘污，在本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液中，其表面活性剂优选为非离子型表面活性剂；所述非离子型表面活性剂优选是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺或失水山梨醇油酸单脂中的一种或它们的组合；优选所述脂肪醇聚氧乙烯醚是脂肪醇聚氧乙烯醚；所述烷基酚聚氧乙烯醚是辛基酚聚氧乙烯醚或者任基酚聚氧乙烯醚，其中上述物质中的脂肪醇和烷基酚部分的碳原子数优选为12至18。更优选该脂肪醇聚氧乙烯醚是的脂肪醇聚氧乙烯(3)醚、脂肪醇聚氧乙烯(5)醚、脂肪醇聚氧乙烯(7)醚、脂肪醇聚氧乙烯(9)醚、脂肪醇聚氧乙烯(15)醚、脂肪醇聚氧乙烯(20)醚、脂肪醇聚氧乙烯(25)醚或脂肪醇聚氧乙烯(40)醚；烷基酚聚氧乙烯醚优选是壬基酚聚氧乙烯(4)醚、壬基酚聚氧乙烯(6)醚、壬基酚聚氧乙烯(7)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(9)醚、壬基酚脂肪醇聚氧乙烯(10)醚、壬基酚聚氧乙烯(13)醚、辛基酚聚氧乙烯(20)醚、辛基酚聚氧乙烯(100)醚或十二烷基酚聚氧乙烯(10)醚，括号内的数字表示聚合度，上述物质中的脂肪醇部分优选碳原子数为12至18。
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其PH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合；该无机碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠或氨水，该有机碱为多羟多胺和胺中的一种或它们的组合；该多羟多胺是三乙醇胺、四羟基乙二胺或六羟基丙基丙二胺，胺为乙二胺或四甲基氢氧化铵。
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的制备方法，其是先将所需重量的磨料II均匀分散于放置在容器罐内的去离子水中，然后在至少千级净化室的环境内，在真空负压的动力下，通过质量流量计将溶解的磨料I液体输入容器罐中，与容器罐内的所需重量的磨料II进行混合并充分搅拌，混合均匀后将抛光液的其余组分加入容器罐内再继续充分搅拌，混合均匀即制备成为成品抛光液。
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的制备中，至少千级净化室的环境温度为20至25摄氏度；真空压力为10-1至0Mpa，本发明实施例采用0.1MPa真空压力。
实施例1：
称取30克10nm水溶性二氧化硅溶胶液体，重量浓度为20％，5克120nm二氧化硅粉末，0.2克聚合度为20的脂肪醇聚氧乙烯醚(其商品名为平平加0—20，结构为RO(CH2CH2O)20H，R＝C12-18H25-37)，3克氢氧化钾和61.8克去离子水，备用。
先将5克二氧化硅粉末均匀分散于放置在容器罐内的61.8克的去离子水中，然后在至少千级净化室的环境内，20℃条件下，在0.1MPa真空负压动力下，通过质量流量计将水溶性二氧化硅溶胶输入容器罐中，与预先放置在容器罐中的二氧化硅粉末混合并充分搅拌，待混合均匀后将0.2克脂肪醇聚氧乙烯醚(20)和3克氢氧化钾加入容器罐中并继续充分搅拌，混合均匀即成为本发明的抛光液成品。
该抛光液的PH值为11，比重为1.1g/cm3。
实验效果分析：利用上述抛光液，与去离子水按1:100稀释，使用风雷C6382I/JY型抛光机，在压力100g/cm2、抛光盘转速为50rpm、流量900ml/min的条件下，对微晶玻璃磁盘片抛光8分钟，利用XRF1020厚度测试系统(MICROPIONEER公司生产的XRF-2000H)测量抛光前后残存膜厚差，求得平均去除速率为380nm/min，利用轮廓仪(Zego公司的Newview6000系列)在550nm×410nm的面积内测得该微晶玻璃磁盘片表面粗糙度为0.4nm。
目前制备计算机硬盘基板要求的微晶玻璃材料表面粗糙度通常为亚纳米级，因此使用本发明抛光液加工的微晶玻璃磁盘片表面粗糙度，符合本行业规定标准。
实施例2：
称取25克30nm水溶性二氧化硅溶胶液体，重量浓度为30％，15克 80nm二氧化硅粉末，0.3克十二烷基酚聚氧乙烯(10)醚，1克四甲基氢氧化铵和58.7克去离子水备用。
先将15克二氧化硅粉末均匀分散于放置在容器罐内的58.7克的去离子水中，然后在至少千级净化室的环境内，25℃条件下，在0.1Mpa真空负压动力下，通过质量流量计将25克水溶性二氧化硅溶胶输入容器罐中，与预先放置在容器罐中的15克二氧化硅粉末混合并充分搅拌，待混合均匀后将0.3克十二烷基酚聚氧乙烯(10)醚和1克四甲基氢氧化铵加入容器罐中并继续充分搅拌，混合均匀即成为本发明的抛光液成品。
该抛光液的PH值为10，比重为1.1g/cm3。
实验效果分析：利用上述抛光液，与去离子水按1:100稀释，使用风雷C6382I/JY型抛光机，在压力100g/cm2、抛光盘转速为50rpm、流量900ml/min的条件下，对微晶玻璃磁盘片抛光8分钟，利用XRF1020厚度测试系统(MICROPIONEER公司生产的XRF-2000H)测量抛光前后残存膜厚差，求得平均去除速率为410nm/min，利用轮廓仪(Zego公司的Newview6000系列)在550nm×410nm的面积内测得该微晶玻璃磁盘片表面粗糙度为0.45nm。
上述实施例中，磨料选用粒径为0.1至200nm以下的水溶性二氧化硅溶胶液(重量百分比浓度为20％至40％)和二氧化硅粉末；表面活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯(3)醚、脂肪醇聚氧乙烯(5)醚、脂肪醇聚氧乙烯(7)醚、脂肪醇聚氧乙烯(9)醚、脂肪醇聚氧乙烯(15)醚、脂肪醇聚氧乙烯(25)醚、脂肪醇聚氧乙烯(40)醚、烷基酚聚氧乙烯醚是壬基酚聚氧乙烯(4)醚、壬基酚聚氧乙烯(6)醚、壬基酚聚氧乙烯(7)醚、壬基酚聚氧乙烯(9)醚、壬基酚聚氧乙烯(10)醚、壬基酚聚氧乙烯(13)醚、辛基酚聚氧乙烯(20)醚、辛基酚聚氧乙烯(100)醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺或失水山梨醇油酸单脂；PH调节剂选用氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、氨水、三乙醇胺、四羟基乙二胺、六羟基丙基丙二胺或乙二胺时，采用上述实施例相同的制备方法得到的抛光液，用于微晶玻璃磁盘片的抛光，可以达到与上述实施例相同的效果。
本发明和实施例中涉及和使用的脂肪醇聚氧乙烯醚中的脂肪醇部分优选碳原子数为12至18。
本发明微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，选用的磨料I为粒径较小的水溶性二氧化硅溶胶，其具有较好的分散性，粒度分布均匀，能够有效减少微晶玻璃抛光后的表面划伤，同时降低微晶玻璃表面粗糙度和波纹度；选用磨料II为粒径较大的二氧化硅粉末，其能够有效提高抛光速率，提高生产效率；选用的表面活性剂为非离子型表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚，该非离子型表面活性剂的加入能够有效控制加工过程中抛光的均匀性，减少表面缺陷，并提高抛光效率；该抛光液中加入PH值调节剂能够保证抛光液的稳定性，减少对设备的腐蚀，也能起到提高抛光速率的作用。
因此本发明具有的优点在于：以合理粒径的水溶性二氧化硅溶胶和二氧化硅粉末混合作为磨料，既提高了磨料的分散性能，减少抛光后微晶玻璃表面划伤，而且使抛光后的微晶玻璃表面的粗糙度和波纹度降低；另外，可以大大提高抛光速率；再者，本发明的抛光液为碱性，化学稳定性好，不腐蚀设备，使用的安全性能理想。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：包括磨料I、磨料II、表面活性剂、PH调节剂以及去离子水；各种组分所占的重量百分比为：磨料I为10％至40％，磨料II为5％至20％，表面活性剂为0.01％至0.6％，PH调节剂为1％至6％，去离子水为余量；
所述磨料I是粒径为0.1至200nm的水溶性二氧化硅溶胶液体，该硅溶胶的重量百分比浓度在10％至40％；所述磨料II是粒径为0.1至200nm的二氧化硅粉末。
2.根据权利要求1所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述磨料I的粒径10至80nm；所述磨料II的粒径50至150nm。
3.根据权利要求1所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述表面活性剂为非离子型表面活性剂；所述非离子型表面活性剂是脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、三乙醇胺油酸皂、十二烷基二甲基氧化胺或失水山梨醇油酸单脂中的一种或它们的组合。
4.根据权利要求3所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述脂肪醇聚氧乙烯醚是脂肪醇聚氧乙烯(3)醚、脂肪醇聚氧乙烯(5)醚、脂肪醇聚氧乙烯(7)醚、脂肪醇聚氧乙烯(9)醚、脂肪醇聚氧乙烯(15)醚、脂肪醇聚氧乙烯(20)醚、脂肪醇聚氧乙烯(25)醚或脂肪醇聚氧乙烯(40)醚；所述烷基酚聚氧乙烯醚是壬基酚聚氧乙烯(4)醚、壬基酚聚氧乙烯(6)醚、壬基酚聚氧乙烯(7)醚、壬基酚聚氧乙烯(9)醚、壬基酚聚氧乙烯(10)醚、壬基酚聚氧乙烯(13)醚、辛基酚聚氧乙烯(20)醚、辛基酚聚氧乙烯(100)醚或十二烷基酚聚氧乙烯(10)醚，括号内的数字表示所述物质的聚合度。
5.根据权利要求1所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述PH值调节剂为无机碱、有机碱或它们的组合。
6.根据权利要求5所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述有机碱为多羟多胺和胺中的一种或它们的组合。
7.根据权利要求6所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液，其特征在于：所述无机碱为氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠或氨水；所述有机碱为三乙醇胺、四羟基乙二胺、六羟基丙基丙二胺、乙二胺或四甲基氢氧化铵。
8.权利要求1所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的制备方法，其特征在于，先将所需重量的磨料II均匀分散于放置在容器罐内的去离子水中，然后在至少千级净化室的环境内，在真空负压的动力下，通过质量流量计将溶解的磨料I输入容器罐中，与容器罐内的所需重量的磨料II进行混合并充分搅拌，混合均匀后将抛光液的其余组分加入容器罐内再继续充分搅拌，混合均匀即制备成成品抛光液。
9.根据权利要求8所述的微晶玻璃加工用的纳米二氧化硅磨料抛光液的制备方法，其特征在于：所述至少千级净化室的环境温度为20至25摄氏度；所述真空压力为10-1至0Mpa。
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