CN110862772A - 一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂20‑40重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体5‑15重量份、助清洗的络合剂3‑8重量份、氧化剂1‑5重量份和去离子水50‑80重量份。本发明的抛光液，解决了传统硅溶胶抛光液在使用过程中易于干燥结晶，工件难以清洗的技术问题；同时，本发明的抛光液具有悬浮性能强，长期存储不分层，便于使用和抛光效率高等优异性能。本发明还公开了一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液的制备方法。

Description

一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液及其制备方法

技术领域

本发明涉及超精密表面的抛光材料技术领域，具体涉及一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液及其制备方法。

背景技术

现代制造业的发展目标是工业4.0的智能制造，智能制造的皇冠是超精密制造，而超精密表面皇冠的明珠就是超精密无损伤表面的加工。例如超大型集成电路芯片的制造已经进入7纳米节制成，在这种超精密制造过程中，器件的特征都在纳米级别，接近人类神经元系统。如果没有超精密表面加工的保证，最先进的超大型集成电路芯片的制造无法完成。目前超大型集成电路芯片的抛光，从设备、工艺到抛光液都已经形成了一个完整体系，确保了超大型集成电路芯片制造技术可以顺利延伸与发展。

硅溶胶由于其具有完美的球形结构、粒度以及粒度分布可塑性，及活性的表面基团等优点，是超精密抛光中使用最广泛的纳米磨料。但硅溶胶抛光液在使用过程中水份挥发快，硅溶胶容易干燥结晶，粘附在被抛光工件表面以及抛光机机台表面，工件在后道清洗工艺十分挑战，抛光机机台清洁更是繁重的工程，往往需要将机台拆卸，大动干戈，不仅影响周边机台生产，同时大大降低生产效率。

发明内容

鉴于以上现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，以解决传统硅溶胶抛光液在使用过程中易于干燥结晶，工件难以清洗的技术问题；同时，本发明的抛光液具有悬浮性能强，长期存储不分层，便于使用和抛光效率高等优异性能。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂20-40重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体5-15重量份、助清洗的络合剂3-8重量份、氧化剂1-5重量份和去离子水50-80重量份。

所述氧化硅抛光剂以核壳结构的纳米复合颗粒的方式添加至抛光液中，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为二氧化硅，外壳为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

优选的，所述水溶性载体为多元醇、聚合醇、聚合多元醇中的至少一种。

优选的，所述聚合醇为聚乙二醇和/或聚丙二醇，所述多元醇为丙三醇、乙二醇、二缩二乙二醇、三羟甲基丙烷中的至少一种。

优选的，所述络合剂为含氮有机小分子络合剂。

优选的，所述含氮有机小分子络合剂还含有羟基基团。

所述含氮有机小分子络合剂为氮氧自由基哌啶醇、羟基甲氧基4-甲基苯基-氮氧自由基、氮氧自由基,1,1-二羟基乙基3-甲基-1-氧代丁基、[(4-乙酰基苯基)(羟基)氨基]氧氮自由基中的至少一种。

优选的，所述氧化剂是氧化电位比被抛金属氧化电位大于0.01v的氧化剂。

优选的，所述氧化剂选用阳离子、阴离子、过氧根离子、自由基、含氧化性分子、分子聚合物或表面含有氧化活性的固体物质中的至少一种氧化性物质。

所述氧化剂为重铬酸钠、高锰酸钾、硝酸钠、铬酸钠、亚硝酸钠、过氧化钠、过氧化氢、过氧乙酸、过硫酸铵、次氯酸、羟基自由基、过氧化铅中的至少一种。

相应、如上述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：称取5-15重量份水溶性载体，加入到60-100重量份去离子水中，然后加入20-50重量份氧化硅抛光剂，搅拌混合均匀；

S2：再加入3-8重量份络合剂，进一步搅拌均匀，最后加入1-5重量份氧化剂，调整pH值到8-9，充分搅拌均匀后，得到所述不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液。

本发明的有益效果：

本发明的抛光液与传统硅溶胶抛光液相比，通过氧化剂中各组分的进一步作用，不仅可以提高不锈钢、铝合金，镁合金、钛合金等金属超精密抛光的抛光效率，而且使抛光液更加适用于中性或弱碱性pH条件下使用和清洗，从而避免抛光后的超精密抛光面在酸碱条件下会产生进一步的过腐蚀问题，导致产品质量下降。

本发明的抛光液与传统硅溶胶抛光液相比，通过氧化硅抛光剂和络合剂的协同作用，大大降低了抛光液中水份的挥发性，从而使硅溶胶不易干燥结晶，避免硅溶胶粘附在被抛光工件表面以及抛光机机台表面。

本发明的抛光液还具有悬浮性能强，长期存储不分层，便于使用和抛光效率高等优异性能。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

本发明的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂20-40重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体5-15重量份、助清洗的络合剂3-8重量份、氧化剂1-5重量份和去离子水50-80重量份。

所述氧化硅抛光剂以核壳结构的纳米复合颗粒的方式添加至抛光液中，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为二氧化硅，外壳为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

通过磺化三聚氰胺甲醛树脂作为抛光剂的外壳，提高了抛光颗粒的分散性，降低了抛光颗粒的硬度，在加压、加速抛光的条件下，外壳起到了缓冲作用，从而避免了抛光划痕和表面损伤；磺化三聚氰胺甲醛树脂中所含的亲水基极性很强，可提高抛光剂的润湿性，降低抛光剂颗粒间的滑动阻力，从而使抛光液的流动性进一步提高，提高了抛光效率。

优选的，所述水溶性载体为多元醇、聚合醇、聚合多元醇中的至少一种。更优选的，所述水溶性载体为多元醇和聚合多元醇的组合物，或聚合醇和聚合多元醇的组合物。

优选的，所述聚合醇为聚乙二醇和/或聚丙二醇，所述多元醇为丙三醇、乙二醇、二缩二乙二醇、三羟甲基丙烷中的至少一种。

采用聚合多元醇作为抛光剂的水溶性载体，不仅使抛光剂在抛光液中的分散效果好，降低抛光液的挥发性，而且还可以起到增强氧化硅抛光剂的抛光抛光作用；将其代替传统抛光液中的醇类物质作为水溶性载体，从而使得抛光液制造成本更低、性能更优、适应性更强。

优选的，所述络合剂为含氮有机小分子络合剂。

优选的，所述含氮有机小分子络合剂还含有羟基基团。

所述含氮有机小分子络合剂为氮氧自由基哌啶醇、羟基甲氧基4-甲基苯基-氮氧自由基、氮氧自由基,1,1-二羟基乙基3-甲基-1-氧代丁基、[(4-乙酰基苯基)(羟基)氨基]氧氮自由基中的至少一种。更优选的，所述含氮有机小分子络合剂为氮氧自由基哌啶醇。

通过含氮有机小分子络合剂的添加，使抛光后的杂质得以被包裹在络合剂中，不会二次吸附在抛光工件的表面，降低了工件表面的清洗要求。

优选的，所述氧化剂是氧化电位比被抛金属氧化电位大于0.01v的氧化剂。

优选的，所述氧化剂选用阳离子、阴离子、过氧根离子、自由基、含氧化性分子、分子聚合物或表面含有氧化活性的固体物质中的至少一种氧化性物质。

所述氧化剂为重铬酸钠、高锰酸钾、硝酸钠、铬酸钠、亚硝酸钠、过氧化钠、过氧化氢、过氧乙酸、过硫酸铵、次氯酸、羟基自由基、过氧化铅中的至少一种。更优选的，所述氧化剂为羟基自由基和高锰酸钾的组合物，或羟基自由基与硝酸钠的组合物。

通过抛光液中不同类型的氧化剂的添加，可以加速金属材质的氧化，提高抛光液在金属表面的抛光效率，并可有效控制抛光工件的表面粗糙度。

相应、如上述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：称取5-15重量份水溶性载体，加入到60-100重量份去离子水中，然后加入20-50重量份氧化硅抛光剂，搅拌混合均匀；

S2：再加入3-8重量份络合剂，进一步搅拌均匀，最后加入1-5重量份氧化剂，调整pH值到8-9，充分搅拌均匀后，得到所述不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液。

本发明磺化三聚氰胺甲醛树脂具有优异的润湿和分散性能，减少了抛光液中去离子水的加入量，从而保证了抛光液在使用过程中由于水分的快速挥发而导致硅溶胶结晶，并吸附在抛光工件的表面，进而使工件表面清洗困难；通过与氧化剂的协同作用，使得抛光液适合于在中性或弱碱性条件下进行抛光操作，提高不锈钢、铝合金，镁合金、钛合金等金属超精密抛光的抛光效率。

本发明的抛光液，大大降低了抛光液中水份的挥发性，从而使硅溶胶不易干燥结晶，避免硅溶胶粘附在被抛光工件表面以及抛光机机台表面。

本发明的抛光液具有悬浮性能强，长期存储不分层，便于使用和抛光效率高等优异性能。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明， 本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

本实施例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂30重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体10重量份、助清洗的络合剂5重量份、氧化剂3重量份和去离子水60重量份。

所述氧化硅抛光剂以核壳结构的纳米复合颗粒的方式添加至抛光液中，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为二氧化硅，外壳为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

所述水溶性载体为质量比为3：1的丙三醇和聚合多元醇的组合物。

所述含氮有机小分子络合剂为氮氧自由基哌啶醇。

所述氧化剂为摩尔比为2：1的羟基自由基和高锰酸钾的组合物。

实施例2

本实施例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂20重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体5重量份、助清洗的络合剂3重量份、氧化剂1重量份和去离子水50重量份。

所述氧化硅抛光剂以核壳结构的纳米复合颗粒的方式添加至抛光液中，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为二氧化硅，外壳为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

所述水溶性载体为质量比为2.5：1的二缩二乙二醇和聚合多元醇的组合物。

所述含氮有机小分子络合剂为质量比为1：1的羟基甲氧基4-甲基苯基-氮氧自由基和氮氧自由基哌啶醇的组合物。

所述氧化剂为摩尔比为1.5：1的羟基自由基与硝酸钠的组合物。

实施例3

本实施例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂40重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体15重量份、助清洗的络合剂8重量份、氧化剂5重量份和去离子水80重量份。

所述氧化硅抛光剂以核壳结构的纳米复合颗粒的方式添加至抛光液中，所述核壳结构的纳米复合颗粒，其内核为二氧化硅，外壳为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

所述水溶性载体为质量比为1：1：2的聚乙二醇、乙二醇和聚合多元醇的组合物。

所述含氮有机小分子络合剂为质量比为1：1的氮氧自由基哌啶醇和氮氧自由基,1,1-二羟基乙基3-甲基-1-氧代丁基的组合物。

所述氧化剂为摩尔比为2：1的羟基自由基和过硫酸铵的组合物。

实施例4

本实施例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂25重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体7重量份、助清洗的络合剂4重量份、氧化剂2重量份和去离子水50重量份。

所述含氮有机小分子络合剂为质量比为1.5：1的氮氧自由基哌啶醇和[(4-乙酰基苯基)(羟基)氨基]氧氮自由基的组合物。

实施例5

本实施例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂25重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体7重量份、助清洗的络合剂4重量份、氧化剂2重量份和去离子水50重量份。

所述含氮有机小分子络合剂为质量比为1.5：1的氮氧自由基哌啶醇和[(4-乙酰基苯基)(羟基)氨基]氧氮自由基的组合物。

对比例1

本对比例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述氧化硅抛光剂以硅溶胶的方式添加至抛光液中。

对比例2

本对比例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述氧化硅抛光剂以硅溶胶的方式添加至抛光液中。

所述水溶性载体为丙三醇。

对比例3

本对比例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述氧化硅抛光剂以硅溶胶的方式添加至抛光液中。

所述络合剂为二乙醇胺。

对比例4

本对比例的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其配方与实施例1的基本相似，其主要不同之处在于，所述氧化硅抛光剂以硅溶胶的方式添加至抛光液中。

所述氧化剂为双氧水。

将实施例1-5和对比例1-4制备得到的抛光液，进行性能测试，其结果如表1所示：

外观观察：通过肉眼观察的方式，判断各表面外观的瑕疵情况和沉积情况；采用光泽仪测试各工件表面的光泽度。

清洗效果测试：分别以抛光工件达到清洗完成所需的水洗次数和碱洗次数，表示在相同条件下，工件被实施例1-5和对比例1-4的抛光液抛光后的清洗难易程度，所述碱洗是指采用pH值为8的氢氧化钠溶液进行清洗，所述相同条件是指抛光工件在相同的尺寸和液体流速的冲击下进行清洗的条件，同时模拟沉积一定量的硅溶胶在工件表面，以便清洗效果测试。

抛光效率测试：将所制样品在圣高单面抛光机上抛光。其测试条件如下：下压：5psi，下盘以及载盘转速50 RPM，抛光液流速：100 ml/分钟，抛光垫材料：黑色阻尼布；抛光时间20分钟。长15mm，宽7mm316不锈钢用于抛光测试。以抛光液在金属表面的切削率来判断抛光效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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的范围内。

Claims (8)

1.一种不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述硅溶胶抛光液由以下重量份数的原料组成：氧化硅抛光剂20-40重量份、降低抛光液挥发性的水溶性载体5-15重量份、助清洗的络合剂3-8重量份、氧化剂1-5重量份和去离子水50-80重量份。

2.如权利要求1所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述水溶性载体为多元醇、聚合醇、聚合多元醇中的至少一种。

3.如权利要求2所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述聚合醇为聚乙二醇和/或聚丙二醇，所述多元醇为丙三醇、乙二醇、二缩二乙二醇、三羟甲基丙烷中的至少一种。

4.如权利要求1所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述络合剂为含氮有机小分子络合剂。

5.如权利要求4所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述含氮有机小分子络合剂还含有羟基基团。

6.如权利要求1所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述氧化剂是氧化电位比被抛金属氧化电位大于0.01v的氧化剂。

7.如权利要求6所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液，其特征在于，所述氧化剂选用阳离子、阴离子、过氧根离子、自由基、含氧化性分子、分子聚合物或表面含有氧化活性的固体物质中的至少一种氧化性物质。

8.如权利要求1-7任一项所述的不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1：称取5-15重量份水溶性载体，加入到60-100重量份去离子水中，然后加入20-50重量份氧化硅抛光剂，搅拌混合均匀；

S2：再加入3-8重量份络合剂，进一步搅拌均匀，最后加入1-5重量份氧化剂，调整pH值到8-9，充分搅拌均匀后，得到所述不易结晶易清洗的高效硅溶胶抛光液。