CN108148507A - 一种用于熔石英的抛光组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于熔石英的抛光组合物，属于光学先进制造技术领域。本发明所述组合物包括磨料、抛光促进剂、抛光平衡剂、pH调节剂和水，所述磨料为氧化硅或\和氧化铝,所述抛光促进剂为带羟基的一元或多元酸及其盐，所述抛光平衡剂为纤维素类和芳基磺酸类的混合物，所述pH调节剂为无机酸类,所述抛光组合物的pH值为0.5‑5。本发明提供的抛光液主要适用于光学先进制造中熔石英超精表面抛光，具有抛光去除速率高、抛光稳定性好的特点，经其抛光后的熔石英表面超光滑，无划痕、凹坑等表面缺陷，表面粗糙度Rq小于0.1纳米。

Description

一种用于熔石英的抛光组合物
技术领域
本发明属于光学先进制造技术领域，特别涉及一种用于熔石英的抛光组合物。
背景技术
光学技术被广泛应用于激光技术、电子通信、医疗保健等领域，在现代军事和民用高科技领域发挥着重要作用。熔石英，因为其热导率低、热膨胀系数小及优良的紫外光透射性等特性，成为大型高功率激光系统中极其重要的光学材料。
熔石英的加工，通常包括切割、磨削、研磨和抛光过程。抛光后表面质量对光学元件的使用寿命、成像质量和激光损伤阈值具有至关重要的作用。随着对高功率、高能量激光器的需求，对光学元件抛光表面质量和表面状况的要求也日趋严苛。
目前，熔石英抛光工序中，不论是采用化学机械抛光，还是采用磁流变抛光，主流都使用氧化铈作为磨料，但抛光后表面会存在铈等金属元素残留扩散，以致于元件的激光损伤阈值被降低，易产生激光损伤。同时，氧化铈抛光液抛光后的熔石英表面质量一般，还会在材料表面/亚表面区域产生各种缺陷。何祥等在《强激光与粒子束》(2016年10期101007-1～101007-5页)上报道，使用商用氧化铈抛光液抛光熔石英后，其表面粗糙度Rq约为0.8nm。
因此，针对熔石英加工存在的问题，亟待寻求一种更好平衡化学与机械作用的抛光组合物，以实现光学元件极端制造中超光滑、极低损伤表面的更高需求。
发明内容
本发明针对目前熔石英抛光的技术瓶颈，提出一种用于熔石英的抛光组合物。
一种用于熔石英的抛光组合物，其特征在于，所述组合物包括磨料、抛光促进剂、抛光平衡剂、pH调节剂和水，所述磨料为氧化硅或\和氧化铝,所述抛光促进剂为带羟基的一元或多元酸及其盐，所述抛光平衡剂为纤维素类和芳基磺酸类的混合物，所述pH调节剂为无机酸类,所述抛光组合物的pH值为0.5-5。
本发明所述各组分重量百分含量为：
所述纤维素类和芳基磺酸类的重量比为1:0.05～1:20,所述氧化硅的平均粒径为20-200纳米。
所述磨料优选5-15wt％，所述抛光促进剂优先0.1-2wt％，所述抛光平衡剂优先0.15-0.6wt％，所述pH调节剂优先0.2-5wt％
所述抛光促进剂为乳酸、酒石酸、乙醇酸、苹果酸、柠檬酸、α-羟基异丁酸、甘油酸、葡糖酸、水杨酸、乙二胺四乙酸、五倍子酸及其盐中的一种或几种。
所述纤维素类为甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素、醋酸纤维素及其钠盐中的一种或几种。
所述芳基磺酸类为苯磺酸、对甲苯磺酸、2-甲酰苯磺酸、4-羟基苯磺酸、3-氨基-4-羟基苯磺酸、6-氨基甲苯-3-磺酸、联苯胺-3-磺酸、二苯基胺-4-磺酸、对二甲苯-2-磺酸、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉二磺酸中的一种或几种。
所述pH调节剂为硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、氨基磺酸、次磷酸、亚磷酸或焦磷酸中的一种或几种。
本发明提供的抛光液主要适用于光学先进制造中熔石英超精表面抛光，经其抛光后的熔石英表面超光滑，无划痕、凹坑等表面缺陷，AFM所测的表面粗糙度Ra可达到0.1纳米以下，远低于目前报道；与此同时，具有抛光去除速率高、抛光性能稳定的特点，抛光去除速率可达到90纳米/分钟以上，高于目前报道。
附图说明
图1是本发明抛光液(实施例1)抛光熔石英后的表面原子力显微镜(AFM)图，表面粗糙度Rq为0.098nm。
图2是(比较例2)抛光熔石英后的表面原子力显微镜(AFM)图，表面粗糙度Rq为0.288nm。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
一种用于熔石英的抛光组合物，包含磨料、抛光促进剂、抛光平衡剂、pH调节剂和水。表1各实施例、比较例的抛光组合物及其抛光效果
将制备的抛光组合物用于熔石英抛光，抛光条件如下：
抛光机：单面抛光机；
被抛光的晶片：4英寸熔石英；
抛光垫：聚氨酯抛光垫；
抛光压力：0.9psi；
工件转速：60转/分钟；
下盘转速：140转/分钟；
抛光液流量：50毫升/分钟
抛光时间：10分钟
抛光后，对熔石英表面进行洗涤和干燥，然后测量熔石英的去除速率和表面质量。用高精度电子天平测量抛光前后熔石英的重量差，将重量换算成去除厚度后与抛光时间的比值来求出去除速率；表面粗糙度Rq用原子力显微镜(AFM)测定。
实施例1～8及对比例1～3的抛光组合物及经其抛光熔石英后的表面粗糙度Rq及其去除速率如表1所示。
由表1的抛光效果可见，实施例1～8抛光组合物与比较例1～3相比较，熔石英的抛光去除速率更高，抛光去除速率可达到90纳米分钟以上；与之同时，经其抛光后的熔石英表面超光滑，无划痕、凹坑等表面缺陷，AFM所测的表面粗糙度Rq可达到0.1纳米以下。
比较例1抛光组合物中无抛光促进剂，熔石英的去除速率大幅降低。比较例2、比较例3抛光组合物中无某种抛光平衡剂，熔石英的去除速率均出现明显下降，且表面质量变差，表面粗糙度Rq显著变大。
采用本发明的抛光组合物进行熔石英的超精表面抛光，具有去除速率高、抛光性能稳定的特点；被抛光表面超光滑，表面无划痕、凹坑等缺陷，表面粗糙度Ra可达到约0.1纳米以下，可用于大型高功率激光系统等先进光学制造中。

Claims (7)

1.一种用于熔石英的抛光组合物，其特征在于，所述组合物包括由磨料、抛光促进剂、抛光平衡剂、pH调节剂和水混合而成，所述磨料为氧化硅或\和氧化铝,所述抛光促进剂为带羟基的一元或多元酸及其盐，所述抛光平衡剂为纤维素类和芳基磺酸类的混合物，所述pH调节剂为无机酸类,该抛光组合物的pH值为0.5-5。
2.根据权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于，所述各组分重量百分含量为：
所述纤维素类和芳基磺酸类的重量比为1:0.05～1:20,所述氧化硅的平均粒径为20-200纳米。
3.根据权利要求2所述的抛光组合物，其特征在于，所述磨料优选5-15wt％，所述抛光促进剂优先0.1-2wt％，所述抛光平衡剂优先0.15-0.6wt％，所述pH调节剂优先0.2-5wt％。
4.根据权利要求1、2或3所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光促进剂为乳酸、酒石酸、乙醇酸、苹果酸、柠檬酸、α-羟基异丁酸、甘油酸、葡糖酸、水杨酸、乙二胺四乙酸、五倍子酸及其盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1、2或3所述的抛光组合物，其特征在于，所述纤维素类为甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素、醋酸纤维素及其钠盐中的一种或几种。
6.根据权利要求1、2或3所述的抛光组合物，其特征在于，所述芳基磺酸类为苯磺酸、对甲苯磺酸、2-甲酰苯磺酸、4-羟基苯磺酸、3-氨基-4-羟基苯磺酸、6-氨基甲苯-3-磺酸、联苯胺-3-磺酸、二苯基胺-4-磺酸、对二甲苯-2-磺酸、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉二磺酸中的一种或几种。
7.根据权利要求1、2或3所述的抛光组合物，其特征在于，所述pH调节剂为硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、氨基磺酸、次磷酸、亚磷酸或焦磷酸中的一种或几种。
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