CN117817578A - 一种打磨块及其制备方法及打磨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磨料领域，提供了一种打磨块及其制备方法及打磨方法。所述打磨块包括基座与附着于基座上的碳化硅磨粒层；所述碳化硅磨粒层的粗糙度为2μm‑4.5μm；所述基座的粗糙度为1μm‑3μm。本发明提供的打磨块适用于打磨SiC材料，打磨效率高且在打磨过程中基本不会对待打磨部造成不期望的损伤如较大程度的划痕等，同时不会引入杂质元素。
Description
技术领域
本发明涉及磨料领域，具体涉及一种打磨块、打磨块的制备方法及打磨方法。
背景技术
目前用来打磨碳化硅的打磨块使用较多的为金刚石打磨块，金刚石打磨块纯度较低，在打磨过程中易给待打磨部引入杂质，使待打磨部的纯度降低，而达不到高精密设备的打磨需求。
金刚石打磨块因硬度大所以具有较好的打磨效果，但是硬度太大也易使打磨块在对待打磨部进行打磨处理的过程中由于摩擦接触而留下打磨印记，对待打磨部造成损伤。
金刚石打磨块在打磨过程中会产生大量的热量，过多的热量会影响打磨的精度甚至导致工件或打磨块的损坏，且金刚石打磨块在高温下容易氧化，也会影响其磨削性能。因而亟需提供一种具有较好打磨效果的打磨块。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种打磨块、打磨块的制备方法及打磨方法。本发明提供的打磨块包括基座与附着于基座上的碳化硅磨粒层，适用于打磨SiC材料，打磨效率高且在打磨过程中基本不会对待打磨部造成不期望的损伤如较大程度的划痕等，同时不会引入杂质元素。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种打磨块，所述打磨块包括基座与附着于基座上的碳化硅磨粒层；
所述碳化硅磨粒层的粗糙度为2μm-4.5μm；
所述基座的粗糙度为1μm-3μm。
优选地，所述基座设置有第一边缘区域及第一中心区域，且所述第一边缘区域的粗糙度大于第一中心区域的粗糙度。
本发明第二方面提供了一种制备如上所述的打磨块的方法，该方法包括通过化学气相沉积在基座上沉积碳化硅磨粒层，得到所述打磨块。
本发明第三方面提供了一种打磨方法，包括使用第一方面所述的打磨块打磨待打磨部。
本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
本发明的打磨块适用于打磨SiC材料，使得打磨块在打磨过程中打磨效率更高，且基本不会对待打磨部造成不期望的损伤如较大程度的划痕等，还能避免对待打磨部引入杂质。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本文中，在没有特别说明的情况下，数据范围均包括端点。
附图说明
图1所示为碳化硅磨粒层的SEM图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
除非另有定义，本发明中所使用的所有科学和技术术语具有与本发明涉及技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。
本发明第一方面提供了一种打磨块，包括基座与附着于基座上的碳化硅磨粒层；所述碳化硅磨粒层的粗糙度为2μm-4.5μm；所述基座的粗糙度为1μm-3μm。
所述基座可以为任意形状，如圆柱形、长方体或正方体等各种形状。
在一些实施例中，所述基座的硬度为8GPA-30GPA，例如可以为8GPA、10GPA、12GPA、15GPA、18GPA、20GPA、25GPA、27GPA及30GPA。
在一些实施例中，所述基座的硬度为14GPA-26GPA。基座的硬度在上述范围时，在打磨过程中基本不会对待打磨部造成不期望的损伤如较大程度的划痕。
在一些实施例中，所述基座为碳基基座或硅基基座。
在一些实施例中，所述碳基基座为石墨基座。
在一些实施例中，所述硅基基座为纯硅基座或含硅化合物基座。
在一些实施例中，所述含硅化合物基座包括硅锗(SiGe)、碳化硅(SiC)和硅氮化物(Si3N4)中的至少一种。
在一些具体的实施例中，所述基座为石墨基座。
本发明中，所述基座的粗糙度为1μm-3μm，例如可以为1μm、1.4μm、1.8μm、2μm、2.4μm、2.8μm及3μm。
本发明中，材料的粗糙度通过粗糙度检测仪检测，硬度通过维氏硬度计测定。
在一些实施例中，所述基座设置有第一边缘区域及第一中心区域，且所述第一边缘区域的粗糙度大于第一中心区域的粗糙度。需要说明的是，本发明所述边缘区域是相对于中心区域而言，中心区域位于基座的中心位置处，所述边缘区域为基座中除中心区域外的其他区域。所述第一边缘区域的粗糙度大于第一中心区域的粗糙度，有利于使碳化硅打磨块对待打磨部有更好的打磨效果。
在一些实施例中，所述第一边缘区域的粗糙度为2μm-3μm，例如，可以为2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm及3μm。
在一些实施例中，所述第一中心区域的粗糙度为1μm-2.5μm，例如，可以为1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm及2.5μm。
在一些实施例中，所述第一中心区域与第一边缘区域的面积比为(1-4):1，例如可以为1:1、2:1、3:1及4:1。
在一些实施例中，所述第一边缘区域的粗糙度与第一中心区域的粗糙度的差值为0.5μm-2μm，例如，可以为0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm及2μm。
本发明中，所述碳化硅磨粒层的粗糙度为2μm-4.5μm；例如，可以为2μm、2.4μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.6μm、4μm、4.2μm及4.5μm。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层设置有第二中心区域和第二边缘区域，且所述第二边缘区域的粗糙度大于第二中心区域的粗糙度。所述碳化硅磨粒层的第二中心区域是沉积于基座的第一中心区域上的碳化硅磨粒层，所述碳化硅磨粒层的第二边缘区域是沉积于基座的第一边缘区域上的碳化硅磨粒层。
在一些实施例中，所述第二中心区域的粗糙度为2.8μm-3.5μm，例如，可以为2.8μm、3μm、3.2μm、3.4μm及3.5μm。
在一些实施例中，所述第二边缘区域的粗糙度为3.5μm-4.5μm，例如，可以为3.5μm、3.8μm、4μm、4.2μm、4.4μm及4.5μm。
在一些实施例中，所述第二边缘区域的粗糙度与所述第二中心区域的粗糙度的差值为0.7μm-1.7μm，例如，可以为0.7μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm及1.7μm。
在一些实施例中，所述第二中心区域与第二边缘区域的面积比为(1-4):1，例如可以为1:1、2:1、3:1及4:1。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层具有较高的纯度，纯度可以大于99.9995％，纯度的测试方法为GDMS。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的硬度为25GPA-38GPA，例如可以为25GPA、30GPA、32GPA、34GPA、36GPA及38GPA。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的硬度为28GPA-35GPA。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的密度为2.9g/cm3-3.2g/cm3，例如可以为2.9g/cm3、3g/cm3、3.1g/cm3、3.11g/cm3、3.12g/cm3、3.13g/cm3、3.14g/cm3、3.15g/cm3、3.16g/cm3、3.17g/cm3、3.18g/cm3、3.19g/cm3及3.2g/cm3。
本发明中，所述碳化硅磨粒层的密度的测试方法为排水法。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的厚度为150μm-200μm，例如，可以为150μm、160μm、170μm、180μm、190μm及200μm。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的气孔率为6％-8％，例如，可以为6％、7％及8％。
本发明中，所述碳化硅磨粒层的气孔率的测试方法为排水法。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层中碳化硅磨粒的平均粒径为10μm-50μm，例如，可以为10μm、20μm、30μm、35μm、40μm、45μm及50μm，优选为30μm-50μm。
本发明中，所述碳化硅磨粒层中碳化硅磨粒的平均粒径的测试方法为SEM。
本发明第二方面提供了一种制备上述打磨块的方法，该方法包括通过化学气相沉积在基座上沉积碳化硅磨粒层，得到所述打磨块。
在一些实施例中，沉积过程中使用的气体包括碳硅气源和还原性气体。
在一些实施例中，所述碳硅气源和还原性气体的流量比为1:(2-20)，例如，可以为1:2、1:4、1:5、1:6、1:8、1:10、1:14、1:18及1:20，优选为1:(4-10)。
在一些实施例中，所述碳硅气源包括碳原子数为C1-C4的碳硅烷和/或氯硅烷。
在一些实施例中，所述碳硅烷包括甲硅烷、乙硅烷和丙硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，所述氯硅烷包括甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷和三氯甲基硅烷中的至少一种。
在一些具体实施例中，所述碳硅气源为三氯甲基硅烷。
在一些实施例中，所述还原性气体包括氢气。
在一些实施例中，所述稀释气体的种类不受具体限制，可以为各种惰性气体，例如可以为氩气、氦气及氖气等。
在一些实施例中，所述稀释气体的体积分数为15％-50％，此处稀释气体的体积分数为稀释气体的体积占总参与气体体积的百分数。
在一些实施例中，沉积的工艺参数包括：沉积温度为1150℃-1400℃，例如，可以为1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃及1400℃，优选为1200℃-1300℃；沉积压力为6kPaPa-18kPaPa，例如，可以为6kPa、8kPa、10kPa、12kPa、14kPa、16kPa及18kPa，优选为9kPa-12kPa；沉积时间为4h-12h，例如可以为4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h及12h，优选为5h-8h。
本发明第三方面提供了一种打磨方法，包括使用第一方面所述打磨块打磨待打磨部。
在一些实施例中，所述打磨块的表面可以为任意形状，例如可以为圆形、方形及长条形等形状，使用过程中，可以先用圆形打磨块进行打磨，打磨部的边角处可以使用方形或长条形的打磨块进行打磨。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的硬度为待打磨部的硬度的1-1.25倍，例如可以为1倍、1.05倍、1.1倍、1.2倍及1.25倍，优选为1-1.2倍。
在一些实施例中，所述碳化硅磨粒层的粗糙度为待打磨部的粗糙度的1-2倍，例如可以为1倍、1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.5倍、1.6倍、1.8倍及2倍，优选为1.2-1.8倍。
在一些实施例中，所述待打磨部的材质为碳化硅，打磨块在打磨过程中基本不会对待打磨部造成不期望的损伤如较大程度的划痕等。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合具体实施例详细描述本发明，这些实施例用于理解而不是限制本发明。
下述实施例和对比例的打磨块均按照下述方法进行制备。
实施例1
本实施例用于说明本发明所述的打磨块的制备。
(1)将粗糙度为2.978μm，硬度为20GPA的石墨基座置于化学气相沉积设备中，抽真空，加热至1250℃，保温10min。
(2)以稀释气体Ar将CH3SiCl3气体和H2带入化学气相沉积设备，其中，CH3SiCl3气体和H2流量比为1:4，稀释气体Ar流量为混合气体的20％，保持温度1250℃，设置压力为10kpa，沉积时间480min。化学气相沉积完成后，停止通入CH3SiCl3、H2及Ar，冷却至室温，得到含碳化硅磨粒层的打磨块。
图1所示为碳化硅磨粒层的SEM图。
实施例2
本实施例用于说明石墨基座的不同粗糙度大小。
实施例2-1
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座的粗糙度为2.323μm。
实施例2-2
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座的粗糙度为1.097μm。
实施例3
本实施例用于说明石墨基座的不同硬度大小。
实施例3-1
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座的硬度为16GPA。
实施例3-2
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座的硬度为9GPA。
实施例3-3
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座的硬度为27GPA。
实施例4
本实施例用于说明石墨基座分为中心区域和边缘区域时，石墨基座中心区域的粗糙度边缘区域的粗糙度不同，以及中心区域和边缘区域面积大小不同。
实施例4-1
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座分为中心区域和边缘区域，所述石墨基座第一中心区域和第一边缘区域的面积比为3:1，中心区域的粗糙度为2.054μm，边缘区域的粗糙度为2.951μm。所述中心区域的形状与打磨块的整体形状基本一致。
实施例4-2
按照实施例4-1所述的方法进行操作，不同的是，中心区域的粗糙度为1.058μm，边缘区域的粗糙度为2.125μm。
实施例4-3
按照实施例4-1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座第一中心区域和第一边缘区域的面积比为1:1。
实施例5
本实施例用于说明沉积温度对打磨块的影响。
实施例5-1
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积温度为1285℃。
实施例5-2
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积温度为1180℃。
实施例5-3
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积温度为1395℃。
实施例6
本实施例用于说明沉积压力对打磨块的影响。
实施例6-1
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积压力为11.5kPa。
实施例6-2
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积压力为6.5kPa。
实施例6-3
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积压力为15kPa。
实施例7
本实施例用于说明碳硅气源和还原性气体的流量比对打磨块的影响。
实施例7-1
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述CH3SiCl3气体和H2的流量比为1:8。
实施例7-2
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述CH3SiCl3气体和H2的流量比为1:2。
实施例7-3
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述CH3SiCl3气体和H2的流量比为1:16。
实施例8
本实施例用于说明沉积时间对打磨块的影响。
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积时间为600min。
对比例1
本对比例用于说明不适于石墨基座的粗糙度的打磨块。
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述石墨基座的粗糙度为0.511μm。
对比例2
本对比例用于说明沉积条件不适时，制备得到的不适于所述碳化硅磨粒层的粗糙度的打磨块。
按照实施例1所述的方法进行操作，不同的是，所述沉积温度为1420℃，沉积压力为5050Pa，碳硅气源和还原性气体的流量比为1:20，沉积时间为1080min，得到的碳化硅磨粒层的粗糙度为1.139μm。
测试例
(1)测试实施例和制备例制备得到的打磨块中碳化硅磨粒层粗糙度、硬度、厚度和平均粒径，结果见表1。
粗糙度通过手持式粗糙度检测仪检测；硬度通过维氏硬度计；厚度的测试方法为X射线反射法，平均粒径的测试方法为SEM。
(2)研磨时间
取在同样的沉积条件下沉积得到的直径为300mm，碳化硅晶粒的平均高度为1mm(特指在同一光滑表面凸出的晶粒的平均高度)的碳化硅待打磨部，将其研磨到0.3mm，记录研磨时间，结果见表1。
表1
本发明的碳化硅打磨块具有较好的打磨效果，能够在较短时间内将一定高度的目标打磨部打磨到预定高度，打磨效率高，与此同时，相比于对比例，上述实施例中打磨块在打磨过程中基本不会对待打磨部造成不期望的损伤如较大程度的划痕等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种打磨块，其特征在于，包括基座与附着于基座上的碳化硅磨粒层；
所述碳化硅磨粒层的粗糙度为2μm-4.5μm；
所述基座的粗糙度为1μm-3μm。
2.根据权利要求1所述的打磨块，其特征在于，所述碳化硅磨粒层的硬度为25GPA-38GPA，和/或，
所述碳化硅磨粒层的密度为2.9g/cm3-3.2g/cm3；和/或，
所述碳化硅磨粒层的厚度为150μm-200μm，和/或，
所述碳化硅磨粒层的气孔率为6％-8％，和/或，
所述碳化硅磨粒层中碳化硅磨粒的平均粒径为10μm-50μm。
3.根据权利要求1所述的打磨块，其特征在于，所述基座设置有第一边缘区域及第一中心区域，且所述第一边缘区域的粗糙度大于第一中心区域的粗糙度，所述第一中心区域与第一边缘区域的面积比为(1-4):1，和/或，
所述碳化硅磨粒层设置有第二中心区域和第二边缘区域，且所述第二边缘区域的粗糙度大于第二中心区域的粗糙度，所述第二中心区域与第二边缘区域的面积比为(1-4):1。
4.根据权利要求3所述的打磨块，其特征在于，所述第一边缘区域的粗糙度为2μm-3μm；和/或，
所述第一中心区域的粗糙度为1μm-2.5μm；和/或，
所述第二中心区域的粗糙度为2.8μm-3.5μm；和/或，
所述第二边缘区域的粗糙度为3.5μm-4.5μm。
5.一种制备权利要求1-4中任意一项所述打磨块的方法，其特征在于，该方法包括通过化学气相沉积在基座上沉积碳化硅磨粒层，得到所述打磨块。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沉积过程中使用的气体包括碳硅烷烃和还原性气体；所述碳硅气源和还原性气体的流量比为1:(2-20)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碳硅气源包括碳原子数为C1-C4的碳硅烷和/或氯硅烷；和/或，
所述还原性气体包括氢气。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，沉积的工艺参数包括：沉积温度为1150℃-1400℃，沉积压力为6kPa-18kPa，沉积时间为4h-12h。
9.一种打磨方法，其特征在于，包括使用权利要求1-4中任意一项所述的打磨块打磨待打磨部。
10.根据权利要求9所述的打磨方法，其特征在于，所述碳化硅磨粒层的硬度为待打磨部的硬度的1-1.25倍；和/或，
所述碳化硅磨粒层的粗糙度为待打磨部的粗糙度的1-2倍。
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