CN105017970A - 一种用于蓝宝石衬底的抛光液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于蓝宝石衬底的抛光液，由以下重量份数的组分制成：去离子水50-70份、纳米二氧化硅水溶胶20-40份、石墨烯微片4-6份、活性剂4-6份、硬脂酸3-5份、乙二醇3-5份、钨酸盐0.1-0.3份、茶叶碱1-2份、消光微粉蜡1.5-2.5份、纳米碳化钛4-6份、环氧大豆油1.5-2.5份、二苯基硅二醇2-4份、磷钨酸钾2-4份、甲基丙稀酸甲酯1-2份、乙二胺0.4-0.6份、丙二酸0.4-0.6份、聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.5份。本发明抛光液采用在传统硅溶胶中加入石墨烯微片，可有效提高抛光去除速率，保障抛光液pH的稳定性，解决了传统抛光液抛光速率低、效率低的技术问题，更加环保。
Description
技术领域
本发明涉及蓝宝石晶体材料加工技术领域，具体涉及一种用于蓝宝石衬底的抛光液及其制备方法。
背景技术
蓝宝石单晶(Sapphire)，又称白宝石，分子式为Al2O3，透明，与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能，有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，对红外线透过率高，有很好的耐磨性，硬度仅次于金刚石，达莫氏9级，在高温下仍具有较好的稳定性，熔点为2030℃，所以被广泛应用于工业、国防、科研等领域，越来越多地用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承等高技术领域中零件的制造材料。
作为继si、GaAs之后的第三代半导体材料的GaN，其在器件上的应用被视为20世纪90年代后半导体最重大的事件，使得半导体发光二极管(LED)和激光器上了一个新的台阶。由于GaN是很难制备的材料，必须在其它衬底材料上生长薄膜。作为GaN的衬底材料有多种，包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镁、氧化锌等，其中蓝宝石是最主要的衬底材料(90％)，目前已能在蓝宝石上外延出高质量的GaN材料，并已研制出GaN基蓝色发光二极管及激光二极管。
随着世界范围内节能减排任务的推进，冷光源被越来越多的国家所提倡并采用。但由于性价比较低，该技术发展放缓。低成本、高效率的实现LED衬底材料蓝宝石晶体的表面加工是提高性价比的关键因素之一，随着蓝宝石衬底材料需求量的日益增加及表面质量要求的日益提高，对蓝宝石衬底表面加工技术的研究显得尤为重要。
蓝宝石衬底同SiC和Si片一样，均是半导体工业中的重要材料，起初人们通过硬的材料如金刚石粉、A1203粉等来去除材料表面的物质。如中国专利(申请号为03141638.1)“光学蓝宝石晶体基片的研磨工艺”，主要包括粗磨、精磨和抛光等工艺步骤，虽然能够有效降低蓝宝石的表面粗糙度，但其采用的金刚石磨料在抛光过程中很容易损伤材料的表面层造成较深的划伤且抛光液的分散稳定性较差。以硅溶胶抛光蓝宝石可以达到很低的表面粗糙度Ra<O.5nm，但其抛光速率太慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种抛光效率高，环保污染物的用于蓝宝石衬底的抛光液及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种用于蓝宝石衬底的抛光液，由以下重量份数的组分制成：去离子水50-70份、纳米二氧化硅水溶胶20-40份、石墨烯微片4-6份、活性剂4-6份、硬脂酸3-5份、乙二醇3-5份、钨酸盐0.1-0.3份、茶叶碱1-2份、消光微粉蜡1.5-2.5份、纳米碳化钛4-6份、环氧大豆油1.5-2.5份、二苯基硅二醇2-4份、磷钨酸钾2-4份、甲基丙稀酸甲酯1-2份、乙二胺0.4-0.6份、丙二酸0.4-0.6份、聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.5份。
各组分的较佳重量份数为：去离子水60份、纳米二氧化硅水溶胶30份、石墨烯微片5份、活性剂5份、硬脂酸4份、乙二醇4份、钨酸盐0.2份、茶叶碱1.5份、消光微粉蜡2份、纳米碳化钛5份、环氧大豆油2份、二苯基硅二醇3份、磷钨酸钾3份、甲基丙稀酸甲酯1.5份、乙二胺0.5份、丙二酸0.5份、聚乙烯吡咯烷酮0.3份。
上述石墨烯微片是以立体的蜂窝方式长晶生成(如同金刚石矿类)，而每一个碳原子的四个价电子都形成共价键被束缚住了，不能形成定向移动的电子流，于是就不能导电，生成后石墨碳晶体利用湿式纳米研磨方式，以单一方向研磨,产生厚度为纳米化，面积为微米化的石墨烯微片；该石墨烯微片厚度最小化约为5nm，研制后的产品本身具有高电阻抗，不导电，不导热，与二氧化硅水溶胶相配合，能够大大提高抛光效率。
上述活性剂是由以下重量份数的组分制成：二甲基酮肟20份、花生油25份、大豆分离蛋白4份、壬二酸2份、乙酸异戊酯4份、硅油10份、棕榈油4份、液体石蜡3份、柠檬酸4份。
上述抛光液的制备方法为：把除乙二胺外的其它组分混合搅拌均匀，在研磨机连续研磨4小时，放出研磨后的液体至反应釜，加温至60℃，在转速为120-150转/分钟的情况下连续搅拌30分钟，得抛光液，最后加入乙二胺调节抛光液的pH值至9.0-13.0，即制得蓝宝石衬底抛光液。
本发明的有益效果是：本发明抛光液采用在传统硅溶胶中加入石墨烯微片，可有效提高抛光去除速率，保障抛光液pH的稳定性，解决了传统抛光液抛光速率低、效率低的技术问题，更加环保。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种用于蓝宝石衬底的抛光液，由以下重量份数的组分制成：去离子水60份、纳米二氧化硅水溶胶30份、石墨烯微片5份、活性剂5份、硬脂酸4份、乙二醇4份、钨酸盐0.2份、茶叶碱1.5份、消光微粉蜡2份、纳米碳化钛5份、环氧大豆油2份、二苯基硅二醇3份、磷钨酸钾3份、甲基丙稀酸甲酯1.5份、乙二胺0.5份、丙二酸0.5份、聚乙烯吡咯烷酮0.3份。
上述石墨烯微片是以立体的蜂窝方式长晶生成(如同金刚石矿类)，而每一个碳原子的四个价电子都形成共价键被束缚住了，不能形成定向移动的电子流，于是就不能导电，生成后石墨碳晶体利用湿式纳米研磨方式，以单一方向研磨,产生厚度为纳米化，面积为微米化的石墨烯微片；该石墨烯微片厚度最小化约为5nm，研制后的产品本身具有高电阻抗，不导电，不导热，与二氧化硅水溶胶相配合，能够大大提高抛光效率。
上述活性剂是由以下重量份数的组分制成：二甲基酮肟20份、花生油25份、大豆分离蛋白4份、壬二酸2份、乙酸异戊酯4份、硅油10份、棕榈油4份、液体石蜡3份、柠檬酸4份。
上述抛光液的制备方法为：把除乙二胺外的其它组分混合搅拌均匀，在研磨机连续研磨4小时，放出研磨后的液体至反应釜，加温至60℃，在转速为120-150转/分钟的情况下连续搅拌30分钟，得抛光液，最后加入乙二胺调节抛光液的pH值至9.0-13.0，即制得蓝宝石衬底抛光液。
实施例2
一种用于蓝宝石衬底的抛光液，由以下重量份数的组分制成：去离子水70份、纳米二氧化硅水溶胶20份、石墨烯微片6份、活性剂4份、硬脂酸5份、乙二醇3份、钨酸盐0.3份、茶叶碱1份、消光微粉蜡2.5份、纳米碳化钛4份、环氧大豆油2.5份、二苯基硅二醇2份、磷钨酸钾4份、甲基丙稀酸甲酯1份、乙二胺0.6份、丙二酸0.4份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份。
上述石墨烯微片是以立体的蜂窝方式长晶生成(如同金刚石矿类)，而每一个碳原子的四个价电子都形成共价键被束缚住了，不能形成定向移动的电子流，于是就不能导电，生成后石墨碳晶体利用湿式纳米研磨方式，以单一方向研磨,产生厚度为纳米化，面积为微米化的石墨烯微片；该石墨烯微片厚度最小化约为5nm，研制后的产品本身具有高电阻抗，不导电，不导热，与二氧化硅水溶胶相配合，能够大大提高抛光效率。
上述活性剂是由以下重量份数的组分制成：二甲基酮肟20份、花生油25份、大豆分离蛋白4份、壬二酸2份、乙酸异戊酯4份、硅油10份、棕榈油4份、液体石蜡3份、柠檬酸4份。
上述抛光液的制备方法为：把除乙二胺外的其它组分混合搅拌均匀，在研磨机连续研磨4小时，放出研磨后的液体至反应釜，加温至60℃，在转速为120-150转/分钟的情况下连续搅拌30分钟，得抛光液，最后加入乙二胺调节抛光液的pH值至9.0-13.0，即制得蓝宝石衬底抛光液。
实施例3
一种用于蓝宝石衬底的抛光液，由以下重量份数的组分制成：去离子水50份、纳米二氧化硅水溶胶40份、石墨烯微片4份、活性剂6份、硬脂酸3份、乙二醇5份、钨酸盐0.1份、茶叶碱2份、消光微粉蜡1.5份、纳米碳化钛6份、环氧大豆油1.5份、二苯基硅二醇4份、磷钨酸钾2份、甲基丙稀酸甲酯2份、乙二胺0.4份、丙二酸0.6份、聚乙烯吡咯烷酮0.2份。
上述石墨烯微片是以立体的蜂窝方式长晶生成(如同金刚石矿类)，而每一个碳原子的四个价电子都形成共价键被束缚住了，不能形成定向移动的电子流，于是就不能导电，生成后石墨碳晶体利用湿式纳米研磨方式，以单一方向研磨,产生厚度为纳米化，面积为微米化的石墨烯微片；该石墨烯微片厚度最小化约为5nm，研制后的产品本身具有高电阻抗，不导电，不导热，与二氧化硅水溶胶相配合，能够大大提高抛光效率。
上述活性剂是由以下重量份数的组分制成：二甲基酮肟20份、花生油25份、大豆分离蛋白4份、壬二酸2份、乙酸异戊酯4份、硅油10份、棕榈油4份、液体石蜡3份、柠檬酸4份。
上述抛光液的制备方法为：把除乙二胺外的其它组分混合搅拌均匀，在研磨机连续研磨4小时，放出研磨后的液体至反应釜，加温至60℃，在转速为120-150转/分钟的情况下连续搅拌30分钟，得抛光液，最后加入乙二胺调节抛光液的pH值至9.0-13.0，即制得蓝宝石衬底抛光液。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种用于蓝宝石衬底的抛光液，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：去离子水50-70份、纳米二氧化硅水溶胶20-40份、石墨烯微片4-6份、活性剂4-6份、硬脂酸3-5份、乙二醇3-5份、钨酸盐0.1-0.3份、茶叶碱1-2份、消光微粉蜡1.5-2.5份、纳米碳化钛4-6份、环氧大豆油1.5-2.5份、二苯基硅二醇2-4份、磷钨酸钾2-4份、甲基丙稀酸甲酯1-2份、乙二胺0.4-0.6份、丙二酸0.4-0.6份、聚乙烯吡咯烷酮0.2-0.5份；
上述活性剂是由以下重量份数的组分制成：二甲基酮肟20份、花生油25份、大豆分离蛋白4份、壬二酸2份、乙酸异戊酯4份、硅油10份、棕榈油4份、液体石蜡3份、柠檬酸4份。
2.根据权利要求1所述的一种用于蓝宝石衬底的抛光液，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：上述石墨烯微片是以立体的蜂窝方式长晶生成，生成后石墨碳晶体利用湿式纳米研磨方式，以单一方向研磨,产生厚度为纳米化，面积为微米化的石墨烯微片。
3.一种制备权利要求1所述抛光液的方法，其特征在于，方法为：把除乙二胺外的其它组分混合搅拌均匀，在研磨机连续研磨4小时，放出研磨后的液体至反应釜，加温至60℃，在转速为120-150转/分钟的情况下连续搅拌30分钟，得抛光液，最后加入乙二胺调节抛光液的pH值至9.0-13.0，即制得蓝宝石衬底抛光液。
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