CN105368398A - Led蓝宝石衬底加工用新型金刚石磨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED蓝宝石衬底加工用新型金刚石磨料,所述的新型金刚石磨料颗粒表面具有大量锋利的切削刃,其切削力为传统单晶金刚石微粉的2~4倍;生产成本为多晶金刚石微粉的1/2;由下述原料按照质量百分比组成:金刚石磨料为40~60%、金属粉末:50~65%,上述原料之和为百分之一百。本发明产品新型金刚石磨料的颗粒表面具有很大的自锐性和韧性,在研磨和抛光过程中能适时自动剥落而显现出新的切削刃.既保证了加工的高精度、高效率也不会划伤工件。
Description
技术领域
本发明属于精密研磨加工领域用的金刚石磨料,具体应用于光电行业蓝宝石衬底、手机盖板等精密高效研磨抛光的新型金刚石磨料及其制备方法。
技术背景
蓝宝石的硬度非常高,在自然材料中其硬度仅次于金刚石,但是在LED衬底片、手机盖板等制作过程中必须对其表面进行极其精密的研磨抛光,加工质量要求非常高,如表面粗糙度值Ra须达到纳米级且表面无微小划痕等,为了达到这种要求通常采用金刚石研磨液研磨的方法。
金刚石是世界上硬度最高的物质,用其作为磨料研磨LED衬底可以实现高效的研磨抛光,但是传统的金刚石微粉是单晶结构,颗粒表面较为平滑,切削刃数量少,切削力弱;单个颗粒切削刃大而硬,划伤严重;同时受到外力冲击时沿解理面碎裂,粒度很快变小,研磨寿命短,LED行业中蓝宝石衬底片的研磨抛光,不但要求很强的切削力,而且要求晶片表面无划痕,这些要求传统的单晶金刚石微粉已经无法实现。
多晶金刚石(微粉)通常是利用独特的定向爆破法由石墨转化而得,其颗粒晶体结构与天然的Carbonado极为相似,通过不饱和键结合多晶体结构,具有很好的韧性和自锐性,在抛光过程,粗颗粒会破碎成更小的颗粒,可避免对工件表面造成划伤,既保证了工件表面质量,又提高了研磨切削力效率,在产品加工过程中显示出它独特的优越性,具有高耐磨性和使用寿命长的优点,由于其生产条件的特殊性,造成加工成本较高,是普通金刚石磨料的几十倍。
因此,为了满足LED衬底的加工要求,寻求新的LED蓝宝石衬底加工用金刚石磨料及其制备方法,已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述传统单晶金刚石微粉及爆破法生产的多晶金刚石微粉在蓝宝石衬底片、手机盖板等光电行业的精密研磨与抛光中存在的不足之处,本发明提供一种LED蓝宝石衬底加工用的新型金刚石磨料及其制备方法,利用本发明技术方案制备的新型金刚石磨料,实现传统金刚石微粉和多晶金刚石微粉在加工LED衬底材料方面的优势互补,从而解决目前传统金刚石微粉在加工LED衬底片过程中出现的表面粗糙度值较高、有划痕、去除率低等表面加工缺陷及多晶金刚石微粉加工成本过高的缺点。
本发明的目的是这样实现的:
一种LED蓝宝石衬底加工用新型金刚石磨料,所述的新型金刚石磨料颗粒表面具有大量锋利的切削刃,其切削力为传统单晶金刚石微粉的2~4倍;生产成本为多晶金刚石微粉的1/2;由下述原料按照质量百分比组成:金刚石磨料为40~60%.金属粉末:50~65%,上述原料之和为百分之一百;
所述新型金刚石磨料的粒度为:6um~100um;金属粉末为铁、钛和锰它们其中一种或混合物或合金;
所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:在金刚石表面包覆一层金属粉末,金属粉末含量为:50~65%,表面包覆采用目前较成熟化学镀、电镀或真空镀技术;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入高温炉中,然后加热至505~645℃的条件下保温1~8小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的物料净化处理后,该石墨成分会被全部或部分去除,石墨被去除的部位则形成微米或纳米金刚石颗粒间的缝隙和空洞,即得到本发明产品蓝宝石加工用金刚石磨料;所采用净化技术可与目前较成熟的单晶金刚石磨料净化技术相同。
所述的新型金刚石磨料的粒度中值为:6um~100um;
积极有益效果:1.本发明获得的新型金刚石磨料,表面粗糙,拥有更多的磨削面角,当颗粒承受应力时,其脆性导致颗粒碎裂,从而产生新的尖锐切削刃,自锐性更好;2.本发明获得的新型金刚石磨料,其切削力强、使用寿命长,研磨抛光后工件表面划伤少,满足了现代工业对研磨抛光高效率、高精度的要求,将会促进精密研磨抛光技术的发展;3.利用本发明技术方案制备新型金刚石磨料,其生产成本低,有利于产品的大面积推广应用;4.利用本发明技术方案制备新型金刚石磨料,其原材料充足,生产周期短,适合批量生产,可以满足工业生产对大批量研磨材料的需求;5.本发明产品主要适用于光电行业蓝宝石衬底、手机盖板、光学行业等精密高效研磨抛光。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明做进一步的说明:
实施例1
步骤(1)表面包覆:取粒度为10—20um金刚石磨料为原材料.采用燕山大学超硬材料研究室真空微蒸发镀钛技术和设备在金刚石磨料表面镀一层金属粉末钛,质量比为:金刚石磨料为:60%;金属粉末钛为:40%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至505℃的条件下保温1小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为15微米。
实施例2
步骤(1)表面包覆:取粒度为40--60um金刚石磨料为原材料.采用燕山大学超硬材料研究室真空微蒸发镀钛技术和设备在金刚石磨料表面镀一层金属粉末钛,质量比为:金刚石磨料为:40%;金属粉末钛为:60%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至530℃的条件下保温2.5小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为50微米。
实施例3
步骤(1)表面包覆:取粒度为5--7um金刚石磨料为原材料.采用电镀方法在金刚石磨料表面镀一层金属粉末铁,质量比为:金刚石磨料为:50%;金属粉末为:50%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至560℃的条件下保温5小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(4)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为6微米。
实施例4
步骤(1)表面包覆:取粒度为8--16um金刚石磨料为原材料.采用电镀方法在金刚石磨料表面镀一层金属粉末铁,质量比为:金刚石磨料为:60%;金属粉末为:40%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至600℃的条件下保温7小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为11微米。
实施例5
步骤(1)表面包覆:取粒度为100um金刚石磨料为原材料.采用电镀方法在金刚石磨料表面镀一层金属粉末铁,质量比为:金刚石磨料为:30%;金属粉末为:70%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至645℃的条件下保温8小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为70微米。
在本发明技术方案中,不同粒度的金刚石磨料处理温度不同,一般情况下粒度越细需要的处理温度越低,需要的处理时间也越短,因此生产不同粒度的产品所用工艺条件不尽相同,其中原材料金刚石磨料,是以天然或人工合成的金刚石磨料,粒度为:6um~100um,生产过程中真空度一般要达到10-3Pa,如果真空度过低,导致反应不易控制。
根据上述的新型金刚石磨料的制备方法,所述本发明产品新型金刚石磨料的颗粒表面具有很大的自锐性和韧性,在研磨和抛光过程中能适时自动剥落而显现出新的切削刃.既保证了加工的高精度、高效率也不会划伤工件。
本发明采用金属粉末的作用是:添加金属粉末作为抑制金刚石磨料被过度碳化的抑制剂,其可适当减少金刚石磨料的碳化量,从而使金刚石表面变粗糙。
本发明具有如下几种有益效果:1.本发明获得的新型金刚石磨料,表面粗糙,拥有更多的磨削面角,当颗粒承受应力时,其脆性导致颗粒碎裂,从而产生新的尖锐切削刃,自锐性更好;2.本发明获得的新型金刚石磨料,其切削力强、使用寿命长,研磨抛光后工件表面划伤少,满足了现代工业对研磨抛光高效率、高精度的要求,将会促进精密研磨抛光技术的发展;3.利用本发明技术方案制备新型金刚石磨料,其生产成本低,有利于产品的大面积推广应用;4.利用本发明技术方案制备新型金刚石磨料,其原材料充足,生产周期短,适合批量生产,可以满足工业生产对大批量研磨材料的需求;5.本发明产品主要适用于光电行业蓝宝石衬底、手机盖板、光学行业等精密高效研磨抛光。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内,本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
Claims (9)
1.一种LED蓝宝石衬底加工用新型金刚石磨料,其特征在于:新型金刚石磨料颗粒表面具有大量锋利的切削刃,其切削力为传统单晶金刚石微粉的2~4倍;生产成本为多晶金刚石微粉的1/2;由下述原料按照质量百分比组成:金刚石磨料为40~60%.金属粉末:50~65%,上述原料之和为百分之一百。
2.根据权利要求1所述的LED蓝宝石衬底加工用新型金刚石磨料,其特征在于:所述新型金刚石磨料的粒度为:6um~100um;金属粉末为铁、钛和锰它们其中一种或混合物或合金。
3.如权利要求1所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:在金刚石表面包覆一层金属粉末,金属粉末含量为:50~65%,表面包覆采用目前较成熟化学镀、电镀或真空镀技术;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入高温炉中,然后加热至505~645℃的条件下保温1~8小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的物料净化处理后,该石墨成分会被全部或部分去除,石墨被去除的部位则形成微米或纳米金刚石颗粒间的缝隙和空洞,即得到本发明产品蓝宝石加工用金刚石磨料;所采用净化技术可与目前较成熟的单晶金刚石磨料净化技术相同。
4.根据权利要求3所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,其特征在于:所述的新型金刚石磨料的粒度中值为:6um~100um。
5.根据权利要求3所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:取粒度为10—20um金刚石磨料为原材料.采用燕山大学超硬材料研究室真空微蒸发镀钛技术和设备在金刚石磨料表面镀一层金属粉末钛,质量比为:金刚石磨料为:60%;金属粉末钛为:40%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至505℃的条件下保温1小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为15微米。
6.根据权利要求3所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:取粒度为40--60um金刚石磨料为原材料.采用燕山大学超硬材料研究室真空微蒸发镀钛技术和设备在金刚石磨料表面镀一层金属粉末钛,质量比为:金刚石磨料为:40%;金属粉末钛为:60%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至530℃的条件下保温2.5小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为50微米。
7.根据权利要求3所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:取粒度为5--7um金刚石磨料为原材料.采用电镀方法在金刚石磨料表面镀一层金属粉末铁,质量比为:金刚石磨料为:50%;金属粉末为:50%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至560℃的条件下保温5小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(4)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为6微米。
8.根据权利要求3所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:取粒度为8--16um金刚石磨料为原材料.采用电镀方法在金刚石磨料表面镀一层金属粉末铁,质量比为:金刚石磨料为:60%;金属粉末为:40%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至600℃的条件下保温7小时,保温结束后冷却至室温;
步骤(3)净化处理:将步骤(2)得到的氧化后的物料经过酸洗除去所得产物颗粒表面的非金刚石碳.再用去离子水清洗粉体,即得到本发明产品新型金刚石磨料;
通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为11微米。
9.根据权利要求3所述的一种LED蓝宝石加工用新型金刚石磨料的制备方法,具备步骤如下:
步骤(1)表面包覆:取粒度为100um金刚石磨料为原材料.采用电镀方法在金刚石磨料表面镀一层金属粉末铁,质量比为:金刚石磨料为:30%;金属粉末为:70%;
步骤(2)氧化烧结处理:将步骤(1)得到的物料装入坩埚中,连同坩埚放入管式炉中,并抽真空度至10-3Pa;然后加热至645℃的条件下保温8小时,保温结束后冷却至室温;
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通过上述方法制得的金刚石磨料粒度中值为70微米。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160302 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |