CN110340813B - 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法 - Google Patents

一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110340813B
CN110340813B CN201910463496.9A CN201910463496A CN110340813B CN 110340813 B CN110340813 B CN 110340813B CN 201910463496 A CN201910463496 A CN 201910463496A CN 110340813 B CN110340813 B CN 110340813B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grinding tool
single crystal
crystal sapphire
change material
abrasive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910463496.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110340813A (zh
Inventor
吴喆
王纯贤
郑梦龙
刘勇
汪嘉恒
章凯羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201910463496.9A priority Critical patent/CN110340813B/zh
Publication of CN110340813A publication Critical patent/CN110340813A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110340813B publication Critical patent/CN110340813B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0009—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for using moulds or presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
    • B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B24D3/342—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties incorporated in the bonding agent

Abstract

本发明公开一种单晶蓝宝石加工用磨具，涉及磨具加工技术领域，基于现有的单晶蓝宝石加工用磨具的环境友好性及自锐性较差的问题而提出的，本发明主要由以下质量百分比的原料制成：相变材料0.5‑5％、磨料50‑85％、增强相0.5‑2％、余量包括改性多糖结合剂；本发明还提供一种制备上述磨具的制备方法，本发明的有益效果在于：磨具配方及工艺绿色环保，可实现加工界面摩擦热量分配的调节，减小单晶蓝宝石表面热损伤。

Description

一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法
技术领域
本发明涉及磨具加工技术领域，具体涉及一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法。
背景技术
目前95％以上的LED衬底材料为单晶蓝宝石。单晶蓝宝石衬底材料的表面加工质量决定了外延层的质量，进而影响LED的效率与寿命。同时随着LED衬底产能的扩大，衬底材料的抛光工艺对环境的影响愈来愈不能被忽视。
当前单晶蓝宝石衬底材料的超精密抛光主要依赖化学机械抛光技术，但化学机械抛光技术存在材料去除效率低、硬质颗粒表面损伤以及化学抛光液的环境污染问题。而机械化学抛光利用衬底材料与软质磨料(磨粒硬度小于衬底材料)之间的机械力化学反应(如固相反应)实现单晶蓝宝石衬底材料的无损去除。其中，采用固着磨料机械化学干式抛光技术，已可实现单晶蓝宝石衬底材料的超精密抛光，但目前固着磨料机械化学抛光所采用的磨具存在以下问题：
(1)磨具所采用的酚醛树脂结合剂的自修锐性能不稳定：由于固着磨料机械化学抛光一般使用微细磨料，磨具表面磨粒凸出高度较小，容屑空间小，磨具表面易堵塞。因此，在加工过程中需要对磨具进行间隔修整，从而影响了抛光效率。
(2)磨具自锐性差导致磨具表面易堵塞，从而使加工区域摩擦系数增大，摩擦热增多。而单晶蓝宝石是热的不良导体，摩擦热进入单晶蓝宝石易导致单晶蓝宝石表面出现热损伤。
(3)磨具所采用结合剂主要为酚醛树脂以及不饱和树脂，其中酚醛树脂的制作基于苯酚、甲醛等挥发性有机溶剂，抛光过程中热分解会挥发苯及酚的同系物，其磨具制作和干式抛光过程均会对环境与操作人员健康造成负面影响。
为提高单晶蓝宝石机械化学抛光磨具的自锐性，程国良(程国良.超精密磨削单晶蓝宝石基片的软磨料砂轮磨削性能.大连理工大学,2008.)在磨具组份中加入无机碱，从而在磨具制作过程中在磨具内部形成气孔，提高磨具的自锐性，但是气孔的加入会减小磨具组织的导热系数，使更多的摩擦热量传入单晶蓝宝石工件。
因此，亟需一种新型的单晶蓝宝石加工用磨具，在实现加工界面热量传输的调节的同时提高磨具自锐性，并减小磨具配方对环境的影响，实现单晶蓝宝石的绿色抛光加工。
发明内容
本发明解决的技术问题之一在于现有的单晶蓝宝石加工用磨具的自锐性较差，提供一种单晶蓝宝石加工用磨具。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供一种单晶蓝宝石加工用磨具，主要由以下质量百分比的原料制成：相变材料0.5-5％、磨料50-85％、增强相0.5-2％、余量包括改性多糖结合剂。
优选的，以所述相变材料干基重量为基准，所述磨具中还包括干基重量计2-10％的湿润剂。
优选的，所述改性多糖结合剂包括预胶化多糖。
优选的，所述相变材料包括烷烃聚合物。
优选的，所述相变材料的相变温度范围为65-85℃，所述相变材料的中位粒径为5-10μm。
优选的，所述磨料为二氧化铈、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铁中的一种或多种。
优选的，所述磨料的中位粒径为W2-W20。
优选的，所述增强相为微晶纤维素、木质纤维素、木质素磺酸钙中的一种或多种。
优选的，所述单晶蓝宝石加工用磨具的制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，将改性多糖结合剂加入无水乙醇中，搅拌后加入磨料和增强相，所述无水乙醇添加的质量为结合剂干基计1-5％；
(2)将湿润剂加入至去离子水中，将相变材料加入至含有湿润剂的去离子水中乳化，所述湿润剂添加的质量量为相变材料干基计2-10％；
(3)在水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于2-4℃条件下放置24h后，将磨具放入酒精中浸泡2-30d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
本发明解决的技术问题之二在于现有的单晶蓝宝石加工用磨具的自锐性较差，提供一种单晶蓝宝石加工用磨具的制备方法。
本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：
本发明提供一种单晶蓝宝石加工用磨具的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，将改性多糖结合剂加入无水乙醇中，搅拌后加入磨料和增强相，所述无水乙醇添加的质量为结合剂干基计1-5％；
(2)将湿润剂加入至去离子水中，将相变材料加入至含有湿润剂的去离子水中乳化，所述湿润剂添加的质量为相变材料干基计2-10％；
(3)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于2-4℃条件下放置24h后，将磨具放入酒精中浸泡2-30d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
优选的，所述改性多糖的改性工艺为预胶化、酸解、酶解或膨化。
优选的，所述改性多糖结合剂包括预胶化多糖。
优选的，所述相变材料包括烷烃聚合物。
优选的，所述相变材料的相变温度范围为65-85℃，所述相变材料的中位粒径为5-10μm。
优选的，所述磨料包括二氧化铈、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铁中的一种或多种。
优选的，所述磨料的中位粒径为W2-W20。
优选的，所述增强相为微晶纤维素、木质纤维素、木质素磺酸钙中的一种或多种。
优选的，所述润湿剂为磺基琥珀酸二异辛酯钠盐。
本发明的有益效果在于：
(1)在磨具中分散了相变材料，单晶蓝宝石加工过程中，当磨具表面堵塞时，摩擦温升增大，当温度达到相变材料相变温度时，堵塞层中的相变材料发生相变，由固态相变至液态。由于相变材料的相变潜热较大，因此相变过程中相变材料会吸收大量摩擦热，从而使更多热量传入磨具，实现摩擦界面热量分配的调节，减小单晶蓝宝石工件表面的热损伤；
(2)单晶蓝宝石加工过程中，当磨具表面堵塞时，摩擦温升增大；当温度达到相变材料相变温度时，堵塞层中的相变材料发生相变，由固态相变至液态，从而使堵塞层组织变的疏松，有利于堵塞层的脱落；
(3)磨具使用预胶化改性多糖结合剂，在常温水性体系中即可进行磨具制作。磨具配方均使用无毒环保材料，磨具制作及使用过程中对环境影响较小；增强相可以实现磨具组织结构的增强，增加磨具的磨粒把持力。
附图说明
图1为本发明对比例与实施例加工后单晶蓝宝石晶片加工前后表面粗糙度Rq值降幅变化图；
图2为本发明对比例与实施例加工后单晶蓝宝石表面材料去除效率图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
其中预胶化玉米淀粉购自河南建杰实业(集团)有限公司。
表1为对比例1-3、实施例1-6中磨具的各原料配比
Figure BDA0002078759160000051
对比例1
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅19.5g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，600rpm/min条件下搅拌15min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素；无水乙醇添加的质量为结合剂干基计的2％；
(2)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物倒入模具中，压制成型；
(3)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
对比例2
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅26g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化多糖结合剂加入无水乙醇中，700rpm/min条件下搅拌20min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物倒入模具中，压制成型；
(4)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
对比例3
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅32.5g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化多糖结合剂加入无水乙醇中，800rpm/min条件下搅拌15min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物倒入模具中，压制成型；
(3)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例1
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅19.5g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0.325g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，700rpm/min条件下搅拌20min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计的2％；
(2)将磺基琥珀酸二异辛酯钠盐加入至20ml去离子水中，将聚乙烯蜡加入至含有磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的去离子水中乳化，磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的加入量为相变材料干基计的2％；磺基琥珀酸二异辛酯钠盐可以使相变材料均匀分散到液体中，提高相变材料在磨具组织中分散的均匀性；
(3)在40℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例2
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅19.5g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0.65g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，600rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)将磺基琥珀酸二异辛酯钠盐加入至20ml去离子水中，将聚乙烯蜡加入至含有磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的去离子水中乳化，磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的加入量为相变材料干基计2％；磺基琥珀酸二异辛酯钠盐可以使相变材料均匀分散到液体中，提高相变材料在磨具组织中分散的均匀性；
(3)在水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例3
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅26g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0.325g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，600rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)将磺基琥珀酸二异辛酯钠盐加入至20ml去离子水中，将聚乙烯蜡加入至含有磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的去离子水中乳化，磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的加入量为相变材料干基计2％；磺基琥珀酸二异辛酯钠盐可以使相变材料均匀分散到液体中，提高相变材料在磨具组织中分散的均匀性；
(3)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例4
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅26g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0.65g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，600rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)将磺基琥珀酸二异辛酯钠盐加入至20ml去离子水中，将聚乙烯蜡加入至含有磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的去离子水中乳化，磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的加入量为相变材料干基计2％；磺基琥珀酸二异辛酯钠盐可以使相变材料均匀分散到液体中，提高相变材料在磨具组织中分散的均匀性；
(3)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例5
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅32.5g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0.325g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，600rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)将磺基琥珀酸二异辛酯钠盐加入至20ml去离子水中，将聚乙烯蜡加入至含有磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的去离子水中乳化，磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的加入量为相变材料干基计2％；
(3)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例6
各原料配比如下：
结合剂：预胶化玉米淀粉6.5g
磨料：W10二氧化硅32.5g
增强相：微晶纤维素0.25g
相变材料：聚乙烯蜡0.65g
本实施例中磨具的制备方法：
(1)将预胶化玉米淀粉加入无水乙醇中，600rpm/min条件下搅拌30min，搅拌后加入二氧化硅和微晶纤维素，无水乙醇添加的质量为结合剂干基计2％；
(2)将磺基琥珀酸二异辛酯钠盐加入至20ml去离子水中，将聚乙烯蜡加入至含有磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的去离子水中乳化，磺基琥珀酸二异辛酯钠盐的加入量为相变材料干基计2％；
(3)在50℃水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于3℃条件下放置24h后，将磨具放入95％酒精中浸泡7d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
实施例7
本实施例为针对对比例1-3、实施例1-6中制备的磨具进行检测与加工实验：
磨具的粘接：
将经过机械特性检测的磨具试样切割为若干小块，使用环氧树脂AB胶粘结工艺将磨具按照圆周分布于砂轮基体面。粘结好的磨具放置在鼓风干燥箱中，设置温度为60℃，时间为30min。干燥完成后，完成磨具的粘结。
磨具的整形：
使用金刚石磨盘对磨具端面进行修整。
(1)磨具机械特性检测
a.使用XQY-Ⅱ型智能型砂强度仪检测磨具试样的三点抗弯强度试验；
b.使用LXD型邵氏硬度计检测磨具试样的表面HD邵氏硬度。每个试样取4个点测量表面硬度，取其算术平均值作为表面硬度值。
加工试验参数：
加工工件为直径2英寸的单晶蓝宝石研磨片0001面。磨具磨削面与单晶蓝宝石平面偏心布置，单晶蓝宝石工件圆心位于磨具外边缘。磨具转速为566RPM，单晶蓝宝石工件转速为150RPM，加工载荷30N，加工时间为10min。加工完成后使用日本三丰CV-3200表面轮廓仪检测加工面的表面粗糙度(评定标准JIS B0601:2001，评定长度0.04mm，采用轮廓均方根值作为粗糙度值，其标识为Rq)。通过测量加工区域与未加工区域表面轮廓高点平均值的高度差(评定长度2.6mm)表征加工的材料去除效率。
磨具机械特性检测结果如表2所示：
表2为磨具机械特性检测结果
Figure BDA0002078759160000131
由表2可以看出，随着磨料与结合剂质量比(下文简称砂结比)的增大，磨具试样的表面硬度先增大后减小。与未添加相变材料的磨具对比例相比，添加相变材料的磨具实施例的机械特性检测结果值略有下降。添加有相变材料的试样表面硬度相差不大，其中砂结比3:1、添加相变材料的实施例3磨具具有最高的表面硬度。随着砂结比的增大，磨具试样的抗弯强度亦呈现先增大后减小的变化趋势，在添加有相变材料的试样中，实施例3制备的磨具具有最高的抗弯强度。
(2)加工实验结果：
a.各对比例与实施例加工后单晶蓝宝石晶圆试样完整性如表3所示：
表3为各对比例与实施例加工后单晶蓝宝石晶圆试样完整性结果
Figure BDA0002078759160000141
由表3可以看出，对比例1、对比例2试样均出现开裂，对比例3未出现开裂是由于其较大的砂结比降低了结合剂对磨粒的把持力，降低了磨具的加工能力，工件表面温度较低。添加了相变材料的试样中，实施例1、实施例2号均出现开裂，这是由于砂结比较低，磨具加工能力较差，磨具表面更容易堵塞，导致摩擦温度升高。与贯穿开裂的对比例2相比，添加有相变材料的实施例3所加工的蓝宝石片形状完整，说明磨具添加相变材料可以在加工过程中减小蓝宝石片内部热应力与热损伤。
b.各对比例与实施例加工前后单晶蓝宝石晶片表面粗糙度Rq值变化如表4所示：评定轮廓粗糙度使用的是轮廓的均方根值(即RMS值)，其标识为Rq；
表4为各对比例与实施例加工前后单晶蓝宝石晶片表面粗糙度Rq值变化结果
Figure BDA0002078759160000142
Figure BDA0002078759160000151
如图1所示，图1为加工后单晶蓝宝石晶片加工前后表面粗糙度Rq值降幅变化图，可以看出随着相变材料添加量的增大，磨具试样加工的单晶蓝宝石晶圆表面粗糙度Rq值降幅逐渐减小，原因为相变材料的增加影响了磨具结合剂对磨粒的把持力，造成磨具试样材料去除能力的减弱；添加有改性多糖结合剂质量5％相变材料的实施例具有与对比例相近的蓝宝石表面粗糙度降幅。在添加相变材料的磨具实施例中，实施例3制备的磨具加工的单晶蓝宝石晶圆具有最高的表面粗糙度降幅。
c.各对比例与实施例加工后单晶蓝宝石表面材料去除效率如图2所示：
从图2可以看出，随着砂结比的增大，磨具的材料去除效率先增大后减小。这是因为砂结比过大会影响磨具结合剂对磨粒的把持力，影响磨具加工能力。相变材料添加比例过大也会严重影响磨具结合剂对磨粒把持力，其中实施例3中制备的磨具加工的单晶蓝宝石晶圆具有最高的材料去除效率。
综上，实施例3为最佳实施例，该实施例的磨具配方为预胶化玉米淀粉6.5g，W10二氧化硅26g，微晶纤维素0.25g，烷烃聚合物0.325g。按照此实施例的磨具配方与加工工艺，制作出磨具试样并进行单晶蓝宝石抛光试验：
经过10分钟表面抛光加工，单晶蓝宝石晶圆表面粗糙度Rq值降幅为71.9％，材料去除率为0.11μm/min，且工件形状完整，未出现开裂情况。试验结果表明磨具中添加相变材料可以在保持磨具机械特性与加工性能的同时抑制加工区域的摩擦温升，减小工件热损伤。本发明采用的多糖结合剂磨具配方均为环保无毒组分，在磨具制作与抛光加工过程中均未对环境产生不良影响，证实本发明可实现单晶蓝宝石晶片表面的绿色高效加工。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，与本发明构思无实质性差异的各种工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种单晶蓝宝石加工用磨具，其特征在于：所述磨具主要由以下质量百分比的原料制成：相变材料0.5-5％、磨料50-85％、增强相0.5-2％、余量包括预胶化改性多糖结合剂；所述磨具中还包括以干基重量计2-10％的湿润剂，所述相变材料为聚乙烯蜡。
2.根据权利要求1所述的单晶蓝宝石加工用磨具，其特征在于：所述磨料包括二氧化铈、二氧化硅、氧化镁、三氧化二铁中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的单晶蓝宝石加工用磨具，其特征在于：所述增强相为微晶纤维素、木质纤维素、木质素磺酸钙中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的单晶蓝宝石加工用磨具，其特征在于：所述单晶蓝宝石加工用磨具的制备方法包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，将改性多糖结合剂加入无水乙醇中，搅拌后加入磨料和增强相，所述无水乙醇的含量为结合剂干基计1-5％；
(2)将湿润剂加入至去离子水中，将相变材料加入至含有湿润剂的去离子水中乳化，所述湿润剂的加入量为相变材料干基计2-10％；
(3)在水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于2-4℃条件下放置24h后，将磨具放入酒精中浸泡2-30d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
5.一种制备如权利要求1所述的单晶蓝宝石加工用磨具的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，将改性多糖结合剂加入无水乙醇中，搅拌后加入磨料和增强相，所述无水乙醇的含量为结合剂干基计1-5％；
(2)将湿润剂加入至去离子水中，将相变材料加入至含有湿润剂的去离子水中乳化，所述湿润剂的加入量为相变材料干基计2-10％；
(3)在水浴条件下，将步骤(1)中的产物加入到步骤(2)中形成的乳液中，边加入边搅拌，形成凝胶状产物；
(4)将步骤(3)中形成的凝胶状产物倒入模具中，压制成型；
(5)将压制成型的磨具置于2-4℃条件下放置24h后，将磨具放入酒精中浸泡2-30d；将浸泡后的磨具从酒精中取出，并干燥至恒重。
CN201910463496.9A 2019-05-30 2019-05-30 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法 Active CN110340813B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910463496.9A CN110340813B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910463496.9A CN110340813B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110340813A CN110340813A (zh) 2019-10-18
CN110340813B true CN110340813B (zh) 2021-09-07

Family

ID=68174504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910463496.9A Active CN110340813B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110340813B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114479674B (zh) * 2022-03-01 2023-04-07 北京通美晶体技术股份有限公司 一种用于锗晶片化学机械抛光的精抛光液和精抛光方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2678286B1 (fr) * 1991-06-28 1994-06-17 Sandvik Hard Materials Sa Cermets a base de borures des metaux de transition, leur fabrication et leurs applications.
KR20050107539A (ko) * 2004-05-07 2005-11-11 이달호 상변화 물질을 이용한 연삭휠
CN102179774B (zh) * 2011-03-29 2013-07-03 珠海大象磨料磨具有限公司 一种复合型多用途树脂磨具及其制备方法
CN105598860A (zh) * 2015-12-25 2016-05-25 江苏锋芒复合材料科技集团有限公司 一种有色金属磨削用抗堵塞磨具及其制造方法
CN107775547A (zh) * 2016-08-26 2018-03-09 青岛天地铸造有限公司 发泡树脂砂轮的制备方法
CN109648487A (zh) * 2019-01-04 2019-04-19 合肥工业大学 一种单晶碳化硅绿色、高效抛光磨具及其抛光单晶碳化硅的方法
CN110757352A (zh) * 2019-11-12 2020-02-07 宫海燕 一种陶瓷结合剂磨料制品的免干燥制备配方及工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN110340813A (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10286524B2 (en) Ultrafine abrasive biopolymer soft polishing film and manufacturing method thereof
CN107722935B (zh) 一种球形金刚石堆积磨料及其制造方法
CN108393792B (zh) 活性填料造孔剂、含此造孔剂的树脂磨具及其制作方法
CN100500375C (zh) 平面不锈钢的半固着磨粒抛光方法
CN113683962B (zh) 二氧化硅研磨抛光剂的制备方法
CN110759734B (zh) 一种单晶硅片背面减薄用砂轮及其制备方法
CN110340813B (zh) 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备方法
CN105817976A (zh) 一种纳米深度损伤层高效超精密磨削方法
JP2022031743A (ja) 窒化アルミニウムウェハの製造方法およびその窒化アルミニウムウェハ
CN111548737A (zh) 一种金刚石研磨液及其制备方法
CN109702639A (zh) 一种SiC单晶片磨抛方法
CN112608717A (zh) 一种粗磨液及其制备方法
CN107652899B (zh) 一种陶瓷蓝宝石抛光用钻石液及其制造方法
CN108098569B (zh) 一种抛光蓝宝石晶片的内含钕化物软质磨料固着磨具及其制作方法
CN109531454A (zh) 一种橡胶磨具的制备方法
CN113480942B (zh) 一种多晶yag陶瓷化学机械抛光液
CN109679506A (zh) 一种SiC单晶片精抛用水基抛光液及其制备方法
JPS63150162A (ja) 半導体ウエハ−研磨用砥石
CN112296889B (zh) 用于sic晶片的减薄多孔陶瓷复合结合剂、金刚石刀头、砂轮及其制造方法
CN110561284B (zh) 一种单晶蓝宝石加工用磨具及其制备工艺
Feng et al. Fabrication and application of gel forming ultrafine diamond abrasive tools
Zhang et al. Effect of fabrication conditions on ultra-fine abrasive polishing pad
TWI782854B (zh) 無燒結或低溫燒結砂輪及其製法
CN113618646B (zh) 一种pva/cbn复合纤维磨料及用其制备的树脂砂轮
CN115042101A (zh) 一种诱导工件摩擦化学反应的砂轮结块及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant