CN106147705A - 硬质陶瓷研磨增效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于蓝宝石抛光的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：含有1)含极性分子且能发生水合反应的溶剂，2)硬质材料表面水合催化剂，3)防锈剂，4)悬浮剂，5)表面活性剂；该增效剂pH值为8.0-11.0。依次将硬质材料表面水合催化剂、防锈剂、悬浮剂、表面活性剂置于溶剂中，搅拌均匀，制得增效剂。该增效剂配制成研磨液使用。本发明利用表面水合催化剂加速蓝宝石表面水合过程，减弱蓝宝石表面化学键强度，不需要很强的机械摩擦力就可以快速研磨。

Description

硬质陶瓷研磨增效剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于蓝宝石抛光的研磨增效剂及其制备方法，特别涉及一种硬质氧化物陶瓷研磨增效剂及其制备方法。

背景技术

当前市场上的硬质材料的研磨材料多采用硬质研磨剂与水介质以及悬浮剂进行配制,其基本原理就是通过有效的分散剂将硬质研磨剂材料分散在水介质中，通过研磨剂与被研磨材料表面的机械摩擦去除硬质材料表面的损伤层以达到研磨目的。传统的研磨过程由于完全依赖机械研磨，表面损伤层深，研磨效率低，更容易产生严重划伤，增加了后续抛光工艺的负担以及加工成本。另外，传统研磨过程采用合成高分子的悬浮剂，以改善大颗粒硬质研磨剂在研磨过程中的悬浮性能。但是硬质研磨剂在使用过程中导致合成高分子的长链结构被破坏，在研磨液循环使用过程中，研磨剂的悬浮性能由于悬浮剂的结构破坏而不断恶化，降低研磨剂的使用效率同时导致被研磨物质表面的严重划伤。

本发明目的在于引入化学机械平化中的化学原理，通过催化剂增强机械摩擦过程中的化学水合过程，降低蓝宝石表面的硬度，提高表面研磨效率，减少深度表面损伤，增长研磨剂的使用寿命。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种用于蓝宝石抛光的研磨增效剂，目的是解决现有技术问题，提供一种在研磨时可以有效降低蓝宝石表面的硬度，从而降低研磨工艺所需压力，达到减少蓝宝石表面深度损伤的研磨液。本发明利用表面水合催化剂加速蓝宝石表面水合过程，减弱蓝宝石表面化学键强度，不需要很强的机械摩擦力就可以快速研磨。

本发明的第二个目的是提供一种制备上述研磨增效剂的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，含有1)含极性分子且能发生水合反应的溶剂，2)硬质材料表面水合催化剂，3)防锈剂，4)悬浮剂，5)表面活性剂；该增效剂pH值为8.0-11.0。

各组分在增效剂中质量百分比为，溶剂5-50％，水合催化剂0.01-25％，防锈剂1-35％，悬浮剂0.5-20％，表面活性剂0.001-1％。

所述溶剂选自水或四氢呋喃。

所述水合催化剂是含有极性基团的有机化合物，

优选的，所述水合催化剂是含有氮和/或氧基团的有机化合物或聚合物。

防锈剂选自选自亚硝酸盐，焦磷酸盐，乙二胺四甲叉膦酸盐中的一种或其多种的混合。

所述悬浮剂选自聚丙烯酸树脂、纤维树脂、多羟基聚合树脂、膨化蒙脱土的一种或多种的混合。

所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂用于对蓝宝石进行抛光。

所述的研磨增效剂的制备方法，包括以下步骤，依次将硬质材料表面水合催化剂、防锈剂、悬浮剂、表面活性剂置于溶剂中，搅拌均匀，后用PH调节剂将PH值调至8.0-11.0。

硬质氧化物陶瓷研磨液，包含有以上所述的研磨增效剂。

本发明的有益效果：通过水合催化剂增强机械摩擦过程中溶剂与蓝宝石表面的化学水合过程，减弱蓝宝石表面化学键强度，即降低蓝宝石表面的硬度，提高表面研磨效率，且可减少蓝宝石深度表面损伤，增长研磨剂的使用寿命。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，含有1)含极性分子且能发生水合反应的溶剂，2)硬质材料表面水合催化剂，3)防锈剂，4)悬浮剂，5)表面活性剂；该增效剂pH值为8.0-11.0。

实施例1：

制备一份如下硬质陶瓷研磨增效剂：在3000g水中，加入聚天冬氨酸钠2000g、乙二胺四甲叉膦酸钠3000g，硅酸铝膨润土1000g，以及50g聚乙二醇十二烷基醚表面活性剂，搅拌均匀,最后用碱将pH调到10.5，供蓝宝石研磨使用。

实施例2：

在7kg纯水中分别加入0.0kg，0.5kg，1.0kg，1.5kg，以及2.0kg实施例1的研磨增效剂，搅拌均匀，标记为2a，2b，2c，2d以及2e。在上述液体中加入2.5kg 320目碳化硼，搅拌均匀，得到含碳化硼的2a，2b，2c，2d以及2e研磨液。

将所制研磨液在圣高单面研磨机上研磨。下压：1psi，下盘以及载盘转速20RPM，研磨液流速：100ml/分钟，研磨盘材料：球墨铸铁600。研磨时间10分钟，每次研磨12片2”蓝宝石晶片。2”C-面蓝宝石线切割晶片用于研磨测试。该系列研磨液研磨速率分别为2.3、3.1、4.0、5.2、5.8微米/分钟。蓝宝石晶体表面表面粗糙度分布均匀，无深度划伤，研磨机以及研磨产料表面无沉积。

该实施例显示，随增效剂的使用量增加，碳化硼的研磨效率提高，达到15％以上后，研磨效率趋于平缓不变状态。

实施例3：

实施例2所配制的研磨液可以循环使用，其研磨速率在第15次时分别为：0.3、0.7、2.2、3.2、3.5微米/分钟。由此可以看出本发明研磨增效剂不仅可以加快研磨效率，同时可以延长研磨液的使用寿命。

实施例4：

制备一份如下硬质陶瓷研磨悬浮剂：在3000g水中，乙二胺四甲叉膦酸钠3000g，硅酸铝膨润土2000g，以及100g聚乙二醇十二烷基醚表面活性剂，搅拌均匀,最后用碱将pH调到10.5，供蓝宝石研磨使用。

实施例5：

在7kg纯水中加入2.0kg实施例4的研磨增效剂，搅拌均匀。在上述液体中加入2.5kg 320目碳化硼，搅拌均匀。

将所制样品在圣高单面研磨机上研磨。下压：1psi，下盘以及载盘转速20RPM，研磨液流速：100ml/分钟，研磨盘材料：球墨铸铁600。研磨时间10分钟，每次研磨12片2”蓝宝石晶片。2”C-面蓝宝石线切割晶片用于研磨测试。连续磨15次，切削率分别为：2.35，1.98,1.85,1.67，1.61,1.46,1.32,1.13,0.87,0.76,0.55,0.45,0.42,0.40,0.33。

相比较，在7kg纯水中加入2.0kg实施例1的研磨增效剂，搅拌均匀。在上述液体中加入2.5kg 320目碳化硼，搅拌均匀。将所制样品在圣高单面研磨机上研磨。下压：1psi，下盘以及载盘转速20RPM，研磨液流速：100ml/分钟，研磨盘材料：球墨铸铁600。研磨时间10分钟，每次研磨12片2”蓝宝石晶片。2”C-面蓝宝石线切割晶片用于研磨测试。连续磨15次，切削率分：5.78，5.35,5.12,5.07,4.86,4.77,4.52,4.30,4.05,3.96,3.85,3.80,3.62,3.55,3.50。可以看出水合催化剂对于研磨效率有明显提高。

实施例6

制备九份如下硬质陶瓷研磨增效剂：在300g水中，加入聚天冬氨酸钠200g、乙二胺四甲叉膦酸钠300g，硅酸铝膨润土100g，以及5g聚乙二醇十二烷基醚表面活性剂，搅拌均匀,最后用碱将pH依次调到7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5，供蓝宝石研磨使用。

将上述九份研磨增效剂分别以相同的配比制备研磨液，并将所制七份研磨液分别在圣高单面研磨机上研磨。下压：1psi，下盘以及载盘转速20RPM，研磨液流速：100ml/分钟，研磨盘材料：球墨铸铁600。研磨时间10分钟，每次研磨12片2”蓝宝石晶片。2”C-面蓝宝石线切割晶片用于研磨测试。该系列研磨液研磨速率分别为2.8、4.0、4.5、5.0、5.2、5.4、5.8、4.3、3.0微米/分钟。蓝宝石晶体表面表面粗糙度分布均匀，无深度划伤，研磨机以及研磨产料表面无沉积。

该实施例显示，随PH值的增加，其研磨速率越大，但当PH超过11时，研磨速率下降，PH值在8.5-10.5之间，研磨速率达到较大值。

Claims (10)

1.硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：含有1)含极性分子且能发生水合反应的溶剂，2)硬质材料表面水合催化剂，3)防锈剂，4)悬浮剂，5)表面活性剂；该增效剂pH值为8.0-11.0。

2.如权利要求1中所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：各组分在增效剂中质量百分比为，溶剂5-50％，水合催化剂0.01-25％，防锈剂1-35％，悬浮剂0.5-20％，表面活性剂0.001-1％。

3.如权利要求1或2中所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：所述溶剂选自水或四氢呋喃。

4.如权利要求1中所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：所述水合催化剂是含有极性基团的有机化合物。

5.如权利要求4中所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：优选的，所述水合催化剂是含有氮和/或氧基团的有机化合物或聚合物。

6.如权利要求1中所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：防锈剂选自选自亚硝酸盐、焦磷酸盐、乙二胺四甲叉膦酸盐中的一种或其多种的混合。

7.如权利要求1中所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂，其特征在于：所述悬浮剂选自聚丙烯酸树脂、纤维树脂、多羟基聚合树脂、膨化蒙脱土的一种或多种的混合。

8.如权利要求1-7中任一所述的硬质氧化物陶瓷研磨增效剂用于对蓝宝石进行抛光。

9.如权利要求1-8中所述的研磨增效剂的制备方法，其特征在于：依次将硬质材料表面水合催化剂、防锈剂、悬浮剂、表面活性剂置于溶剂中，搅拌均匀， 后用PH调节剂将PH值调至8.0-11.0。

10.硬质氧化物陶瓷研磨液，其特征在于：包含有上述权利要求1-9中所述的研磨增效剂。