CN102295888B - 导电性烃类流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工流体，其包含平均链长为8-16个碳的脂族烃组分，以及约0.0001-50.0重量％的路易斯活性组分。

Description

导电性烃类流体
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2006/035067，国际申请日为2006年9月8日，进入中国国家阶段的申请号为200680033023.6，发明名称为“导电性烃类流体”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及导电性烃类流体。
背景技术
制造商们越来越多地使用特异的金属和陶瓷来形成复杂的部件，具体来说，形成电子部件。在此方面，铱、镁、钴和铂之类的金属可用来形成部件，例如磁性存储装置的读-写头。
这些部件经常使用例如精研、研磨、抛光和清洁的工艺形成。这些工艺通常使用流体从部件的表面转移热量和切屑。但是，常规的加工流体是水基的，会导致金属和陶瓷形成的部件表面发生腐蚀和不希望出现的氧化。
为了防止腐蚀和氧化，制造商转而使用烃基流体制剂。但是，常规的烃基制剂具有低电导率，可能会导致正在形成的制品上累积静电。在此制品上的静电累积会导致部件损坏，或者使部件具有差的表面和性能质量。通常，人们将损坏的和性能差的部件抛弃，这导致生产成本升高。
因此，人们需要改进的加工流体(processing fluid)和形成部件的方法。
发明内容
在一个具体的实施方式中，本发明涉及一种加工流体，其包含具有8-16个碳的平均链长的脂族烃类组分，以及约0.0001-50.0重量％的路易斯活性组分。
在另一个示例性的实施方式中，本发明涉及一种精研流体，其包含至少约50.0重量％的非极性烃类组分和不大于约1.0重量％的水。所述精研流体(lappingfluid)的电导率(conductivity)至少约为10nS/m。
在另一个示例性的实施方式中，本发明涉及一种精研流体，其比重约为0.7-0.9，电导率至少约为10nS/m。
本发明还涉及一种形成制品的方法。该方法包括使加工工具的加工表面与制品的表面上的一定区域接触，当所述制品的表面与所述加工工具的加工表面相接触的时候，向所述区域提供加工流体。所述加工流体的比重约为0.7-0.9，电导率至少约为10nS/m。该方法还包括对所述加工处理之后的制品的表面进行清洁。
另外，本发明涉及一种加工流体，其包含至少约50.0重量％的脂族烃类组分，约1.0-25.0重量％的二醇醚组分，约0.005-5.0重量％的离子聚合物组分，以及约0.1-5.0重量％的羧酸官能组分。
优选实施方式
在一个具体的实施方式中，提供了一种加工流体，其包含烃类组分和路易斯活性组分。所述加工流体的示例性实施方式可包含一种以上的路易斯活性组分，具体来说，所述加工流体可包含至少一种路易斯酸和至少一种路易斯碱。另外，所述加工流体可以包含极性组分，例如二醇醚组分。所述加工流体还可包含磨粒。加工流体的特殊实施方式可用作精研流体或清洁流体。
在一个示例性的实施方式中，所述加工流体包含烃类组分，在一个例子中，所述烃类组分是极性烃类组分，例如二醇组分。或者，所述烃类组分是非极性烃类组分，例如脂族烃类组分。所述脂族烃类组分可包含至少8个碳原子。例如，所述脂族烃类组分可包含8-16个碳原子，例如10-14个碳原子或者10-12个碳原子。在一个例子中，所述脂族烃类组分是平均包含8-16个碳、例如平均包含10-14个碳或平均包含10-12个碳的脂族烃类的混合物。或者所述脂族烃类组分主要由链长为8-16个碳、例如10-14个碳或10-12个碳的单独的脂族烃类组成。所述脂族烃类组分可以是直链烃类组分。通常所述脂族烃类组分是直链或支链的分子，不含路易斯活性官能团。
在一个示例性的实施方式中，以所述加工流体的总重量为基准计，所述加工流体包含至少约50.0重量％的脂族烃类组分。例如，所述加工流体可以包含约50.0-99.5重量％的脂族烃类组分，例如约65.0-95.0重量％。所述加工流体的特殊实施方式包含约80.0-90.0重量％的脂族烃类组分。
路易斯活性组分的示例性实施方式包括路易斯酸和路易斯碱，具体来说包括具有路易斯活性官能团(例如能够作为路易斯酸的官能团或者能够作为路易斯碱的官能团)的有机组分。一般来说，路易斯活性官能团被设计成能够接受电子对(即路易斯酸)或供给电子对(即路易斯碱)。路易斯活性组分可以是例如布伦斯台德-洛里酸或碱或者阿伦尼乌斯酸或碱。例如，路易斯活性组分可以是布伦斯台德-洛里活性组分，例如布伦斯台德-洛里酸或布伦斯台德-洛里碱。具体来说，布伦斯台德-洛里酸可以是例如有机羧酸，布伦斯台德-洛里碱可以是例如具有胺官能团的有机组分。
在一个示例性的实施方式中，所述路易斯活性组分是具有路易斯活性官能团的有机组分。所述有机组分可具有选自以下的官能团：羧酸，胺，咪唑，咪唑啉，磷酸类基团(phosphate)，膦酸类基团(phosphonate)，硫酸类基团(sulfate)，磺酸类基团(sulfonate)，烯烃，以及它们相关的盐。路易斯活性组分的一个特殊的实施方式包括离子官能团，例如羧酸，胺，磷酸类基团，膦酸类基团，硫酸类基团或磺酸类基团官能团。
在一个具体的实施方式中，所述路易斯活性组分在25℃的pKa或pKb(取决于所述路易斯活性组分是路易斯酸或路易斯碱)分别不大于14.0。例如，路易斯酸组分在25℃的pKa可以至少约为0.0且不大于14.0，例如不大于12.0，不大于11.0，或者不大于10.0。当所述路易斯酸组分是布伦斯台德-洛里酸的时候，pKa是酸解离常数Ka的负对数，(即pKa＝-logKa)。相反，醇和亚甲基之类的官能团不是路易斯酸官能团，这是因为它们的pKa值大于14.0。在另一个实施例中，路易斯碱组分在25℃的pKb可至少约为0.0且不大于14.0，例如不大于12.0，不大于11.0，或者不大于10.0。当路易斯碱组分是布伦斯台德-洛里碱的时候，解离常数可以例如根据以下反应得自共轭酸B+H2O<->BH++OH-。pKb由例如公式pKb＝pK水-pKa计算，其中在25℃下pK水＝14.0。相反，酰胺、醚和酮之类的官能团并不被看作是路易斯碱官能组分，这是因为它们的pKb值大于14.0。但是，包含这些官能团的组分如果还包含至少一种路易斯活性官能团(例如羧酸、胺、咪唑、咪唑啉、磷酸类基团、膦酸类基团、硫酸类基团、磺酸类基团或其相关的盐)，会被看作路易斯活性组分。在另一个例子中，所述路易斯活性组分可以是包含一种以上路易斯活性官能团的有机组分。
一种示例性的路易斯活性组分可以是包含羧酸官能团的有机组分，具体来说，可以是包含至少六个碳的羧酸官能有机组分，例如辛酸、9-十八烷酸、苯甲酸或聚丙烯酸。包含胺基官能团的示例性有机组分可以是1-氨基己烷，N-己基己胺，1-氨基-2-丙醇，二乙醇胺，三乙醇胺，或者聚乙烯基胺。示例性的咪唑啉官能有机组分可以是1-羟基乙基-2-辛基咪唑啉，示例性的咪唑啉组分可以是2-甲基咪唑。示例性的磷酸类基团和膦酸类基团组分包括烷基磷酸酯，磷酸二癸酯，癸基膦酸癸基酯，1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸(HEDP)，氨基三(亚甲基膦酸)(ATMP)，N-(2-羟基乙基)-N，N-二(亚甲基膦酸)(HEMPA)，或者2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)。磷酸类基团和膦酸类基团官能有机组分的具体实施方式可包含至少六个碳。具体来说，所述路易斯活性组分可包括含有至少六个碳以及烷基磷酸酯官能团的分子。包含磺酸类基团官能团的有机组分可包含至少六个碳，例如为十二烷基苯磺酸，甲苯磺酸，二壬基萘磺酸，或者磺化的聚丙烯酸。
在一个示例性的实施方式中，所述路易斯活性组分是包含一种或多种路易斯活性官能团的聚合物，例如离子聚合物，或者包含具有能够输送电子电荷的重复碳-碳双键的主链的聚合物。在一个例子中，离子聚合物包含以下的官能团，例如包含氮的路易斯活性官能团，包含氧的路易斯活性官能团，或者包含硫的路易斯活性官能团。路易斯活性聚合物的具体实施方式可以是包含含氧、氮、硫或其组合的路易斯活性官能团的单体的聚合物、聚合物掺混物，或者共聚物。或者，可以对所述聚合物进行改性或处理，以形成路易斯活性位点。在一个示例性的实施方式中，所述聚合物是聚丙烯酸、聚烯烃、聚乙烯基胺或者磺化的聚丙烯酸。路易斯活性聚合物的一个具体的实施方式可以参见购自英国切塞的奥克太性能化学公司(Octel Performance Chemicals，Chesire，UK)的Octastat产品，例如Octastat 2000，Octastat 3000或Octastat 4065。
所述有机组分的另一个示例性实施方式可以是包含至少一种路易斯活性官能团的组分，例如辛酸，9-十八烷酸，苯甲酸，聚丙烯酸，聚丁二炔，2-氨基十六烷酸，1-氨基己烷，N-己基己胺，1-氨基-2-丙醇，聚乙烯基胺，三乙醇胺，1-羟基乙基-2-辛基咪唑啉，2-甲基咪唑，膦酸二癸酯，癸基膦酸癸酯，癸基苯磺酸，甲苯磺酸，二壬基萘磺酸，磺化的聚丙烯酸，甘油单油酸酯，或者它们的盐。
在一个示例性的实施方式中，所述加工流体包含至少一种路易斯酸和至少一种路易斯碱。例如，所述加工流体可以包含具有羧酸官能团的有机组分以及包含胺官能团的有机组分。在另一个示例性的实施方式中，所述加工流体可包含聚合物的掺混物，其中一种聚合物包含路易斯酸官能团，另一种聚合物包含路易斯碱官能团。在另一个例子中，所述加工流体可以包含具有路易斯碱官能团的聚合物以及包含路易斯酸官能团的有机组分。在一个具体的实施方式中，所述加工流体可以包含路易斯酸组分和路易斯碱组分形成的有机盐。另外，示例性的加工流体可以包含阿伦尼乌斯酸和阿伦尼乌斯碱或者可包含布伦斯台德-洛里酸和布伦斯台德-洛里碱。
以所述加工流体的总重量为基准计，所述路易斯活性组分可占所述加工流体的大约0.0001-50.0重量％。例如，所述加工流体可以包含约0.005-10.0重量％的路易斯活性组分，例如约0.01-5.0重量％的路易斯活性组分。
所述加工流体还可包含极性有机组分。具体的极性组分提高了路易斯活性有机组分的混溶性，可以提高加工流体混合物的稳定性和均一性。所述极性组分的一个示例性实施方式包括酰胺、醇、醚或二烷基硫醚官能团。例如，所述极性组分可以是包含醇官能团或醚官能团且具有至少六个碳的有机组分。在另一个例子中，所述极性组分是包含至少六个碳的有机二醇醚组分。示例性的极性组分可以是2-乙基-1-己醇，2-丁氧基乙醇，1-丁氧基-2-丙醇，2-癸基巯基乙醇，壬基苯酚-2，2-二甲基丙二醇醚，十八烯醇四甘醇醚，二丙二醇单丁基醚，乙二醇单己基醚，大豆酰胺，乙氧基化的辛基苯酚，或者乙氧基化的壬基苯酚。在一个特殊的实施方式中，所述极性有机组分在25℃的pKa或pKb值大于14.0。
在一个示例性的实施方式中，以所述加工流体的总重量为基准计，所述加工流体包含约0.1-50.0重量％的极性组分。例如，所述加工流体可包含约1.0-25.0重量％的极性组分，例如约1.0-15.0重量％的极性组分，或者约1.0-8.0重量％的极性组分。
所述加工流体的具体实施方式可用于固定式研磨工艺中。或者所述加工流体可设计用于自由式研磨工艺，因此可包含磨粒。例如，以加工流体为基准计，所述加工流体可包含约0.05-5.0重量％的磨粒。在一个例子中，所述加工流体可以包含约0.1-1.0重量％的磨粒。在一个示例性的实施方式中，所述磨粒的平均粒度约为10-500nm，例如约50-200nm，或者约50-100nm。一种示例性的磨粒可以是金刚石颗粒或涂敷的金刚石颗粒，例如涂敷了无定形碳的金刚石颗粒。另一种示例性的磨粒包括陶瓷，例如碳化物、氮化物或氧化物陶瓷。示例性的碳化物陶瓷包括碳化硅或碳化硼。一种示例性的氮化物包括氮化硅、氮化硼，一种示例性的氧化物包括氧化铝、二氧化硅、氧化铈或氧化锆。在一些实施方式中，所述磨粒(例如金刚石颗粒)减小了电导率。因此，所述磨粒的量会影响含有特定量路易斯活性组分的流体的电导率。
所述加工流体是基于烃类的，通常水含量不大于约10.0重量％。例如，所述加工流体中的水含量可不大于约5.5重量％，例如不大于约1.0重量％。加工流体的示例性实施方式中水含量约小于1.0重量％，例如不大于约0.5重量％。在特定的实施方式中，所述加工流体除了由于加工流体或其组分通过吸潮而吸收的水分以外，不含添加的水。
在一个示例性的实施方式中，所述加工流体包含至少约50重量％的脂族烃类组分，约1.0-25.0重量％的极性组分(例如二醇醚)，约0.005-5.0重量％的离子聚合物组分，以及约0.1-5.0重量％的羧酸官能组分。所述示例性的加工流体可以包含不大于约1.0重量％的水。另外，示例性的加工流体可包含0.1重量％至约5.0重量％的磨粒。
在另一个示例性的实施方式中，所述加工流体包含约65-95重量％的脂族烃类，约1.0-15.0重量％的极性组分(例如二醇醚)，约0.05-5.0重量％的羧酸官能单体，约0.05-5.0重量％的脂肪酸酰胺，以及约0.05-5.0重量％的咪唑啉。示例性的加工流体可包含不大于约10.0重量％的水，例如不大于约5.5重量％的水。
在另一个示例性的实施方式中，所述加工流体包含约50-99.9重量％的乙二醇，约0.01-5.0重量％的羧酸官能组分，约0.01-5.0重量％的三唑组分，约0.01-10.0重量％的胺官能组分，以及约0.1-5.0重量％的极性组分。
所述加工流体通常具有静电耗散性质。在一个示例性的实施方式中，所述加工流体的电导率至少约为10pS/m，例如至少约100pS/m或至少约1.0pS/m。在一个特殊的实施方式中，所述加工流体的电导率至少约为10nS/m。例如，所述加工流体的电导率可至少约为50nS/m，例如至少约为100nS/m。
另外，所述加工流体可具有能用于精研、切削、抛光或清洁之类的工艺的加工流体的性质，例如粘性、表面张力、润滑性和比重。在一个示例性的实施方式中，所述加工流体的坎农(Cannon)粘度约为0.5-5cp。例如，所述加工流体的坎农粘度可约为1.0-1.6cp。在另一个示例性的实施方式中，所述加工流体的表面张力约为10-35.0dyne/cm。例如，所述加工流体的表面张力可约为20.0-25.0dyne/cm。通常所述加工流体的比重约为0.7-0.9。例如，所述加工流体的比重可约为0.75-0.77。
所述流体可用于例如机械加工制造制品的方法中。例如，所述流体可用于机械加工工艺，例如用于研磨工艺、精研工艺或抛光工艺，或者可用于清洁工艺。在一个例子中，所述机械加工工艺包括抛光。在一个具体的例子中，所述机械加工工艺包括精研。在一个示例性的实施方式中，所述方法包括使得加工工具的加工表面与制品表面的一部分区域相接触。例如，加工工具可以对将要形成制造部件(例如电子部件)的制品的表面上的一定区域施加压力。在一个具体的例子中，所述加工工具是精研工具。在加工工具与所述制品的表面接触、或者与制品表面紧密相邻的时候，向所述区域提供所述加工流体。
在一个示例性的实施方式中，所述加工流体的比重约为0.7-0.9，电导率至少约为10nS/m。在固定式研磨工艺中，加工工具可包括固定的研磨表面。在自由式研磨工艺中，所述加工流体可包含磨粒，例如金刚石颗粒。
所述方法还可包括对所述加工的制品的表面进行清洁。例如，可以用不含磨粒的第二流体或加工流体除去残留的切屑、碎屑和磨粒。
所揭示的具有电导性的流体的具体实施方式可有效地用来防止在加工过程中在部件内累积静电。另外，所揭示的流体的具体实施方式具有用于例如精研和研磨的工艺中的流体所需的物理性质，例如粘度和比重，以便在这些工艺中提供改进的去除速率。因此，使用所述加工流体的具体实施方式的工艺制得的部件表现出提高的表面性质、减少的腐蚀、提高的电学性能稳定性、以及所需的电学响应。
实施例
为示例性的加工流体组合物提供了预期的电导率数值。这些电导率数值可以例如在标准的条件(即25℃)下，使用电导计(例如Emcee Electronics1152型电导计或Orion162A型电导计)进行测定。在一些例子中，将加工流体电导率与缺少路易斯活性组分的组合物相比较。
实施例I
在一个例子中，制备了包含以下组分的加工流体：89.95重量％的非极性脂族烃类组分，9.0重量％的二丙二醇单丁基醚(二醇醚DPMB)，0.05重量％的Octastat 4065，以及1.0重量％的9-十八烷酸。所述示例性的加工流体在20℃下的比重为0.767，在20℃下的表面张力为23.3dyne/cm，在25℃下的坎农粘度为1.38cP。所述加工流体中的水含量不大于0.05重量％。
所述示例性的加工流体的电导率为118nS/m±16nS/m。相反地，包含90.0重量％非极性脂族烃类和10.0重量％二醇醚DPMB的组合物的电导率小于电导计的灵敏度。
实施例2
在另一个例子中，制备了包含以下组分的加工流体：75.9重量％的非极性脂族烃类组分，12.2重量％的乙二醇单己基醚(乙二醇EH)，2.6重量％的辛酸，0.5重量％的大豆酰胺，3.8重量％的1-羟基乙基-2-辛基咪唑啉和5.0重量％的水。
所述示例性的加工流体的电导率为2.44×106nS/m。相反，包含86.2重量％的脂族烃类和13.8重量％的二醇醚EH的组合物的电导率小于电导计的灵敏度。
实施例3
在另一个例子中，制备了包含以下组分的加工流体：96.7重量％的乙二醇，0.1重量％的苯甲酸，0.1重量％的苯并三唑，3.0重量％的三乙醇胺，以及0.1重量％的乙氧基化的辛基苯酚。所述示例性的加工流体的电导率为3.616×103μS/m。
实施例4
在另一个实施例中，制备了包含99.201重量％的实施例1的加工流体以及0.799重量％的0.12微米的热处理过的金刚石颗粒的加工流体。在制备过程中，对所述混合物进行超声处理，混合30分钟。所述示例性的加工流体在20℃的比重为0.767，在20℃的表面张力为23.3dyne/cm，在25℃的坎农粘度为1.38cP。该示例性的加工流体的水含量不大于0.1重量％，电导率为60nS/m±10nS/m。
实施例5
在另一个实施例中，制备了包含99.085重量％的实施例1的加工流体以及0.915重量％的0.05微米的热处理过的金刚石颗粒的加工流体。在制备过程中，对所述混合物进行30分钟的超声处理和混合。所述示例性的加工流体在20℃的比重为0.767，在20℃的表面张力为23.3dyne/cm，在25℃下的坎农粘度为1.38cP。所述示例性的加工流体的水含量不大于0.1重量％，电导率为65nS/m±10nS/m。
尽管已经在具体实施方式中说明和描述了本发明，但是本发明并不限于此，因为可以在不背离本发明范围的前提下进行各种改良和替代。例如，可以提供另外的或等效的替代形式，可以使用另外的或等效的制造步骤。因此，本领域技术人员可以仅通过日常性的试验即可得到本发明的进一步的改良和等效形式，所有这些改良和等效形式都包括在以下权利要求限定的本发明范围内。

Claims (22)

1.一种用于机械加工的加工流体，所述加工流体包含至少50重量％的平均链长为8-16个碳的脂族烃类，以及0.005-10.0重量％的路易斯活性组分，以及不超过1.0重量％的水，所述路易斯活性组分包括路易斯酸和路易斯碱，所述加工流体具有至少10nS／m的电导率和在25℃0.5—5cp的坎农粘度。
2.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述加工流体在20℃的比重是0.7—0.9。
3.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述路易斯酸和路易斯碱分别是具有羧酸官能团的有机组分和具有胺官能团的有机组分。
4.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述路易斯酸和路易斯碱是聚合物的混合物，所述聚合物分别是一种具有路易斯酸官能团的聚合物和另一种具有路易斯碱官能团的聚合物。
5.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述路易斯酸和路易斯碱分别是包括路易斯酸官能团的有机组分和具有路易斯碱官能团的聚合物。
6.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述路易斯酸和路易斯碱分别是由路易斯酸组分和路易斯碱组分形成的有机盐。
7.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述脂族烃类占所述加工流体的50.0—99.95重量％。
8.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述路易斯活性组分占所述加工流体的0.01-5.0重量％。
9.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述路易斯活性组分包含选自以下的官能团：羧酸，胺，咪唑，咪唑啉，磷酸类基团，膦酸类基团，硫酸类基团，磺酸类基团，聚烯烃和它们的盐。
10.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述加工流体包括不超过0.5重量％的水。
11.如权利要求10所述的加工流体，其特征在于，所述加工流体不包括添加的水。
12.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述加工流体还包含磨粒。
13.如权利要求12所述的加工流体，其特征在于，所述磨粒占所述加工流体的0.01-5.0重量％。
14.如权利要求12所述的加工流体，其特征在于，所述磨粒包括金刚石颗粒。
15.如权利要求14所述的加工流体，其特征在于，所述金刚石颗粒包括涂敷的金刚石颗粒。
16.如权利要求12所述的加工流体，其特征在于，所述磨粒的平均粒度为5—200纳米。
17.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述电导率至少为50nS／m。
18.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述加工流体在20℃具有10—35.0dynes／cm的表面张力。
19.如权利要求1所述的加工流体，其特征在于，所述加工流体还包含0.1—50.0重量％的极性有机组分。
20.一种对制品进行机械加工的方法，所述方法包括：
使得加工工具的加工表面与制品表面上的区域接触；
在所述制品的表面与所述加工工具的加工表面接触的同时，向所述区域提供加工流体，所述加工流体包括至少50重量％的平均链长为8-16个碳的脂肪烃类、0.005-10.0重量％的路易斯活性组分、和不超过1.0重量％的水，所述路易斯活性组分包括路易斯酸和路易斯碱，所述加工流体具有至少为10nS／m的电导率和在25℃0.5—5cp的坎农粘度；
对所述加工过的制品的表面进行清洁。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述加工工具是固定的研磨工具。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述加工流体包括自由磨粒。
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