DE3012332C2

DE3012332C2 - Flüssiges Feinpoliermittel mit nichttrocknenden Eigenschaften

Info

Publication number: DE3012332C2
Application number: DE3012332A
Authority: DE
Inventors: Paul Joseph Matthews N.C. Yancey
Original assignee: La Pierre Synthetique Baikowski SA
Current assignee: La Pierre Synthetique Baikowski SA
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1980-03-29
Publication date: 1983-05-05
Also published as: US4242842A; JPS5757511B2; FR2463173B1; FR2463173A1; JPS5626971A; DE3012332A1

Description

Die Erfindung betrifft ein flüssiges Feinpoliermittel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Polieren und Schleifen werden üblicherweise unter Verwendung von Mitteln ausgeführt, die aus relativ kleinen anorganischen, als abrasives Agens dienenden Sandpartikehr sowie aus eipem Trägerraedmro for die Partikel bestehen, D}e Größe der verwendeten Sandpartikel bestimmt die Glätte der Oberflächengüte, wobei XO Mikrometer die gebräuchliche Korngröße zwischen ScWeifen und Polieren darstellt Das Feinpolieren von ZrB, optischen Teilen, Kunststoffen, Metallen, Edelsteinen, Halbleitern erfordert den Gebauch von noch feineren abrasiven Sandpartikeln und beinhaltet teilweise bislang ungelöste Probleme.

Üblicherweise enthalten in Verbindung mit dem Feinpolieren benutzte Läppmittel Suspensionen von sehr feinen, abrasiv wirkenden Sandpaitikeln in der Größenordnung von weniger als 5 Mikrometer. Gleichwohl ist es sehr schwierig, die abrasiven Partikel in homogener Suspension in dem Trägermittel zu halten, insbesondere in Anbetracht der relativ kleinen Zahl von abrasiven Partikeln im Verhältnis zu dem grünen Anteil des Trägermediums.

Dieses Problem ist besonders zu beobachten beim Gebrauch von Wasser als Trägermedium, das einerseits als allgemeines Medium fertig verfügbar ist, andererseits aber eine Suspension ergibt in der die in ihr gemischten abrasiven Partikel sehi schnell ausfallen und sich auf dem Beden des Behälters absetzen. Auch unterliegen wässerige Suspensionen einem relativ schnellen Feuchtigkeitsverlust während ihres Gebrauchs, was häufige Zusätze weiterer Flüssigkeit während eines Poliervorganges erforderlich macht um die gewünschten Eigenschaften des Poliermittels beizubehalten. Verschiedentlich wird Öl als Trägermedium einer Poliersuspension verwendet was jedoch wegen der das Werkzeug und das Werkstück betreffenden Probleme und der Tendenz des Öles, während des Poliervorganges zu Spülen, sowie auch wegen der Unbeständigkeit der Suspension, nicht sonderlich erwünscht ist

Es sind auch Feinpoliermittel bekannt, die als Hauptkomponente oder als Basis des Trägermediums Dihydroxyd-glykol (wie Äthylenglykol) verwenden. In Verbindung mit der Glykolbasis, die eine Glykol/Wasser-Mischung ist mit einem gegenüber Wasser höheren Gewichtsanteil Glykol wird eine geringe Menge an Karboxy-polymethylen-polymer mit hohem Molekulargewicht dem Trägermedium hinzugefügt um das Poliermittel einzudicken und die abrasiven Partikel besser in Suspension zu halten. Bei der Herstellung solcher Verbindungen ist es notwendig, dem säurebildenden Polymer ein neutralisierendes Agens hinzuzufügen, um die geeignete Viskosität des Trägermediums zu erreichen.

Solche auf Glykol basierenden Verbindungen sind den auf Wasser basierenden Verbindungen hinsichtlich Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit der Suspension gegen Austrocknen überlegen, können aber die vorbestehenden Unzulänglichkeiten nicht voll beheben und weisen tatsächlich weitere unerwünschte Eigenschaften auf. Beispielsweise sind Glykole im allgemeinen giftige Substanzen, so daß bei unter Verwendung von Poliermitteln auf Glykolbasis durchgeführten Poliervorgängen der menschliche Kontakt mit Umsicht zu erfolgen hat und zu überwachen ist, damit wiederholter Kontakt nicht zu unerwünschten Ergebnissen führt. Die toxischen Eigenschaften der Glykole machen darüberhinaus die Beseitigung unbrauchbarer Teile von Glykolverbindungen zu einem komplizierten und notwendigerweise kostspieligen Verfahren.

Darüberhinaus trocknet das auf Glykol basierende Poliermittel während des Poliervorganges auf dem

Polierwerkzeug aus, obgleich eg weniger schnell ZUTO Austrocknen neigt als das auf Wasser basierende Mittel Dieses stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn fehFlUdbflUrtd

fea^gdtlppygWgbg, wobei unerwünschte FlQssigkeitszusätKeerforderlich werden, um den Polieryorgang zu vollenden. Außerdem zeigen auf GLykoI basierende Poliennjttel die Neigung, mit bestimmten polierten Oberflächen zu reagieren, Flecken zu bilden und diese anzugreifen, wenn sie nicht augenblicklich abgespült und abgewaschen werden. Diese unvollkommene Wirksamkeit scheint zu erklären, warum auf Glykol basierende Suspensionen oft außergewöhnliche Schwierigkeiten bei ihrem Entfernen von polierten Metalloberflächen bereiten.

Zusätzlich zu den obengenannten, die flüssigen \s Suspensionen betreffenden Unzulänglichkeiten der bestehenden Poliermittel sind weitere Mangel in Verbindung mit dem gebräuchlichen Poliermaterial bekannt. So ist es üblich; ein Schleifmittel aus Aluminiumoxyd oder Tonerde mit einer nominalen Korngröße von 3 Mikrometer oder weniger bei klassischen Feinpoliervorgängen zu benutzen. Gleicnwohl ist zu beobachten, daß Agglomerate in der Tonerde enthalten sind, so daß die effektive Teilchengröße des Schleifmittels in unerwünschter Weise wächst Das Ergebnis ist, daß der Gebrauch solcher agglomerierten Tonerde eine verkratzte Oberfläche nach dem Polieren ergeben kann, so daß zum Nachpolieren ein noch feineres Mittel zu verwenden ist, um eine relativ kratzerfreie Oberfläche zu erhalten.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die aufgeführten Mangel und Unzulänglichkeiten zu beheben und dementsprechend ein verbessertes, uiETJtiges, flüssiges Feinpoliermittel zu schaffen. F/rner wird angestrebt, ein auf Glyzerin basierendes dauerhaft Feinpoliermittel vorzusehen, das während des Poliervorganges nicht austrocknet und den zu polierenden Werkstoff nicht angreift

Der Lösungsweg zur Erreichung des Ziels ist in dem Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben.

Das erfindungsgemäße Feinpoliermittel ist insbesondere eine Suspension eines relativ feinen, abrasiv wirkenden Poliermaterials mit einer Korngröße von weniger als S Mikrometer in einem auf Glyzerin basierendem Medium, in dem weniger als 1 Teil Poliermaterial gegenüber 5 Teilen Lösungsmittel enthalten ist, so daß der Anteil an Poliermittel weniger als 20 Gew.·⁰/· der gesamten Mischung ausmacht

Das Poliermaterial kann z. B. Aluminiumoxyd, Diamantstaub, Siliziumkarbid, Silikate von der gewünschten Korngröße enthalten, wobei Aluminiumoxyden wegen ihrer Verfügbarkeit, Geeignetheit und relativen Billigkeit sowie ihres Vorkommens in üblicherweise kalzinierter Form gewöhnlich der Vorzug gegeben wird. Im Falle der Verwendung herkömmlicher kalzinierter Tonerde wie auch, wenn diese in der für das Feinpolieren erforderlichen nominalen Korngröße vorliegt, besteht durch Zusammenbacken der gemeinsamen Partikel die Neigung zum Agglomerieren. Dieses führt zu einem wesentlichen Anwachsen der effektiven Korn- μ größe des Poliermaterials über die gewünschte Korngröße hinaus, und zwar zu einer Größe von über IS bis 30 Mikrometer. Da Poliervorgänge mit solcher Tonerde häufig zu einem in unbeabsichtigter Weise zerkratztem Aussehen führen, ist ein erneutes Polieren mit einer feineren Tonerde erforderlich. Solchem Material ist deshalb, und das zusätzliche Polieren zwingt häufig dazu, den Gebrauch von kalzinierter Tonerde in deagglomerierter Fpnn vpmwiebeu, Deagglomerierte, kalzinierte Tonerde besteht aus einem Teil Tonerde nomt' naler Partikeigröße und einigen Agglomeraten daraus, worin die Agglomerate auf eine Korngröße von 4 Mikrometer oder weniger begrenzt sind. Eine solche deagglomerierte Tonerde ist binsicntiich der Psrtikelgröße in sich Praktisch feiner. Darüberninaus sind die verbliebenen Agglomerate von 4 Mikrometer oder weniger nur von losem Zusammenhalt, so daß sie während des Polieryorgangs dazu neigen, ihre Größe zu zerkleinem. Bei ihrer Verwendung ist das Ergebnis deshalb eine weitgehend kratzerfreie Oberfläche, die ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen Polierschrittes erzielbar ist Tatsächlich bewirkt der Gebrauch solcher deagglomerierter Tonerden in Verbindung mit dem erfinaungsgemäßen Feinpoliermittel eine unerwartet positive Ergänzung, die zu besten Ergebnissen führt

Das vorgeschlagene Feihpoliermittel besteht im wesentlichen aus Glyzerin und. Wasser, wobei der Glyzerinanteil mindestens 25 Gew.-% der gesamten Lösung beträgt, um die gewünschten Suspensions- und Antitrocknungseigenschaften zu erzielen. Ungeachtet dessen, daß die gewünschte Viskosität des Poliermittels durch noch höhere Glyzerinkonzentration erreicht werden kann, sogar bei lOOprozentigem Anteil an Glyzerin, ist eine solche gewöhnlich nicht erwünscht, weil festgestellt wurde, daß unter den meisten Bedingungen genügend Glyzerin vorhanden ist, sogar wenn es gegenüber Wasser in geringeren Gewichstanteilen vorliegt Dies ist in Anbetracht der im Vergleich mit denen des Wassers höheren Kosten des Glyzerins erwünscht Dies steht im Gegensatz zu vergleichbaren auf Glykol basierenden Poliersuspensionen, die mehr Gewichtsanteile Glykol als Wasser in der fertigen Suspension erfordern.

Insbesondere bei Feinpoliermitteln macht die Glyzerinbasis das gewünschte Suspensionsmedium aus. Eine auf Glyzerin basierende Suspension ist besser gegenüber einer solchen auf Glykol- oder Wasserbasis, weil sie während des Poliervorganges ihre Viskosität dank des geringeren Dampfdruckes des Glyzerins und seiner höheren Hygroskopie beibehält Darüberhinaus stellt das Glyzerin anders als die auf Glykol, insbesondere den allgemeinen Glykolen, wie Äthylenglykol, basierenden Suspensionen einen ungiftigen Grundstoff dar. Das ist angesichts des bei Feinpoliervorgängen häufig erforderlichen menschlichen Kontaktes sowie der Probleme und Unkosten bei der Beseitigung von giftigen Polierabfällen ein entscheidender Vorteil.

Weiter bleibt das auf Glyzerin basierende Feinpoliermittel wegen seines gegenüber den meisten Glykolen wesentlich geringeren Dampfdruckes und seiner im Gebrauch wesentlich höheren Hygroskopie in der durch den Poliervorgang erzeugten Reibungswärme viel langer flüssig und funktionsfähig, sogar wenn sie mit entsprechend geringeren Anteilen im Verhältnis zu Glykol verwendet werden. Außerdem hat Glyzerin eine gegenüber Öl höhere Schmierwirkung, während es in Wasser beim Reinigen und Entfernen leicht löslich ist. Dafüberhinaus ist Glyzerin im Gegensatz zu Glykol im wesentlichen inert, so daß es aufpolierten Oberflächen ohne Angriff derselben längere Zeit verbleiben kann, während es gleichzeitig viskos genug ist um an der Oberfläche des Polierwekzeuges zu haften.

Zusätzlich zu den hauptsächlichen Suspensionskomponenten Glyzerin und Wasser ist es auch wünschenswert, daß eine geringe Menge an Verdickungsmittel zugesetzt wird, um Dauerhaftigkeit und Homo-

genjtät ζ« sichern, Dank der viskosen Natur des Glyzerins ist nur eine genringe Menge an Verdickungsmittel nötig, um die abrasives Partikel in Suspensionen zu halten,

D^ VerdickiwngsTnittel kann ein Karboxy-polyrnethylen-poiymer von hohem Molekulargewicht sein. Ein solches Polymer ist ζ,Β. als wasserlösliches Karboxyvinyl-polymef mit folgenden physikalischen Eigenschaften erhältlich:

Aussehen: Flockiges, saures, weißes Pulver

Fülldichte: ca. 0,2 kg/dm³

Spez. Gewicht: 1,41

Feuchtigfceitsgehfilt beim Versand: Maximal 2% Feuchtesättigung bei Raumtemperatur und

relativer Luftfeuchtigkeit von 50%: 8%
ph-Wert einer l%igen Y/asserlösung: 3.

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Das Karboxy-vinyl-polymer ist als trockenes, flockiges Pulver erhältlich, das durch Mischverfahren sorgfältig in den Trägerflüssigkeiten verteilt werden sollte. Darüberhinaus bewirkt das Neutralisieren der sauren Eigenschaft des Polymers mit einem organischen oder anorganischen Neutralisierungsmittel oder einer Base optimales Verdicken bei einem minimalen Bedarf an Polymer. Es können auch Gele mit auf Glyzerin basierenden Mitteln gebildet werden, und zwar durch Verwendung einer größeren Menge nichtneutralisierter Polymere. Das erfordert längeres und langsameres Mischen bis zu der angestrebten Verdickung.

Das Neutralisieren wird mit einer anorganischen Base, wie z.B. Natriumhydroxid oder Ammoniumhydroxid oder mit einer organischen Base, wie z. B. Diisopropanolamin, Tri-äthanolamin, durchgeführt. Die so der Mischung aus Glyzerinlösung und dem Polymer hinzugefügte Base bewirkt, daß die Neutralisierung unter Verdickung vor sich geht

Das zu suspendierende abrasive Pulver wird entweder in Wasser, Wasser/Glyzerin oder Glyzerin dispergiert und die Dispersion einem getrennt gebildeten Gel hinzugefügt und vollständig eingemischt, um eine dauerhafte Suspension zu gewinnen.

Die dabei erhaltene Suspension besteht hauptsächlich wie gewünscht aus einem deagglomerierten Tonerdepolierpulver, das in einem durch neutralisiertes oder nichtneutralisiertes Karbo^y-polymethylen-polymer eingedickten, glyzerinhaltigen Mittel suspendiert ist. Der sich so in der neutralisierten Suspension einstellende pH-Wert liegt zwischen 7 und 8 und höher, wenn etwas mehr Base hinzugefügt wird. Der pH-Wert der nichtneutralisierten Suspension liegt bei 4 bis 5 und hängt ab von der Art des abrasiven Pulvers, das in der Formulierung verwendet wurde. Abhängig von der Art des durchzuführenden Poliervorganges sowie von dem zu polierenden Werkstoff, kann eine Suspension mit einem erwünschten pH-Wert durch weitere Zusätze erforderlichenfalls eingestellt werden.

Es wurde festgestellt, daß die Verwendung der deagglomerierten Tonerde in Verbindung mit den hygroskopischen Glyzerinbeimengungen zu einem bo Poliermittel führt, das außergewöhnlich an dem Polierwerkzeug haftet und ein bemerkenswert glattes, kratzfreies Aussehen ergibt.

Aus den iti folgenden aufgerührten Beispielen ist ersichtlich, Welche unterschiedlichen Formen das vorstehend erläuterte Feinpoliermittel aufweisen kann und welche Methoden zu seiner Herstellung gegeben sind.

Beispiel I

Unter Penuteung eines Hocbleistungsscherplattmischers wurden 105 g deagglpmerierter Tonerde von 1 Mikrometer nominaler Partikelgröße in, 300 cm destilliertes Wasser eingemischt und beiseitegestellt In einem anderen Mischer wurden unter bober Scherbehandlung 1,5 g Karboxy-vmyl-polymer in einer Mischung von 200 cm³ Glyzerin und 100 cm³ Wasser dispergiert Diese Mischung wurde dann durch Zusatz von 15 cm³ einer 12-Vot-prozentigen Tri-äthanolamin-Lösung zwecks Bildung eines dicken Geles neutralisiert Der anfangs vorbereitete Pulver/Wasser-Brei wurde dann sofort dem Gel beigemengt, um eine gleichmäßige Suspension der Tonerde in der Flüssigkeit zu erhalten. Der pH-Wert der fertigen Suspension betrug 7,0 bis 7,2.

Beispiel 2

Es wurde die gleiche Methode wie in Beispiel 1 angewendet, ausgenommen, dal? >.ϋ5 g deagglomerierter Tonerde von 3 Mikrometer nomin tier Partikelgröße zugesetzt wurde. Der sich einstellende pH-Wert betrug 6,4 bis 6,8. '

Beispiel 3

Unter Benutzung des Hochleistungsscherblattmischers wurden 105 g deagglomerierter Tonerde (nominaler Korngröße 0,3 Mikrometer) in 300 cm³ destilliertes Wasser eingemischt in ßinem anderen Behälter wurden mittels eines Scherblattmischers 2 g Karboxy-vinyl-polymer in 100 cm³ Wasser und 200 cm³ Glyzerin dispergiert, worauf die Mixtur mit 20 cm³ einer 12-Vol.-prozentigen wässrigen Tri-äthanolamin-Lösung neutralisiert wurde, um ein dickes Gel zu erhalten. Die Pulver/Wasssr-Mischung wurde dann sofort zwecks Bildung einer gleichmäßigen, dauerhaften Suspension in das Gel eingemischt Die Zugabe einer größeren Menge von Polymer setzte eine viskose Suspension als die vorstehend beschriebene voraus. Der pH-Wert dieser Suspension betrug 7,2 bis 7,6.

Beispiel 4

In diesem Beispiel wird der Gebrauch eines vorgemischten Gels unter Verwendung eines langsamlaufenden Mischers des Propellertyps beschrieben.

Mittels eines dreiblättrigen Propellermischers von 5 cm Durchmesser bei einer Drehzahl von 1200 U/min wurden 2,25 g Karboxy-vinyl-polymer in 900 cm³ destilliertes Wasser dispergiert Die Mischung wurde etwa eine Stunde ruhiggestellt, um das Polymer feucht werden zu lassen und aufzulösen. Nach dem Einweichen wurde der Mischer erneut gestartet, worauf 27 cm³ efcef 12-Vol.-prozentigen wässrigen Tri-athanolamin-Lösung dem Gemisch hinzugefügt wurde, um bei der Neutralisation des Polymers ein klares, dickes Gel zu erzielen. Die Mischung wurde dann in einen Vorratsbehälter Tür den späteren Gebrauch gegeben.

Unter Gebrauch eines Hochleistungsschermischers wurden 118 g Tonerde (nominale Partikelgröße 3 Mikrometer) in einer Mischung von 100 era³ Wasser und 200 cm³ Glyzerin dispergiert. Dieser Mischung wurde dann 300 cm³ des vorbereiteten Geles unter Benutzung des langsamlaufenden Propellermischers bei 1200 U/min beigemengt. Die erhaltene Suspension wies ausgezeichnete Konstistenz und Fließeigenschaften auf. Die nach dieser Methode - Gebrauch eines langsamlaufenden Mischers zur Bereitung des Poly-

mers und dann noch einmal beim Mischen des Gels und der Dispersion - hergestellte Suspension war dickflüssiger als die vorstehend beschriebenen Suspensionen und erforderte über Vj mehr Polymer. Dieses Phänomen war im wesentlichen dem niedrig scherenden Mischen zuzuschreiben. Der pH-Wert dieser Suspension lag bei 7,2 bis 7,6.

Beispiel 5

In dem vorigen Beispiel wurde ein vorgemischtes Gel bereitet, wenngleich das Glyzerin/Wasser-Verhältnis in diesem Beispiel vorher auf jeden der Mischvorgänge eingestellt war.

Mittels des dreiblättrigen Propellers wurden bei einer Drehzahl von 1200 U/min 5 g Karboxy-vinyl-polymer in einer lOOO-cm'-Mischung von Vj Glyzerin und Vj Wasser dispergiert. Die Dispersion wurde zum

worauf der Mischer erneut gestartet und die Mischung mit 60 cm³ einer 12-Vol.-prozentigen wässrigen TriäthaneJamin-Lösung neutralisiert wurde, wodurch ein sehr dickes, klares Gel entstand.

In einem Hochleistungsmischer wurden 118 g Tonerde (nominale Partikelgröße 3 Mikrometer) in einer Lösung aus '/j Glyzerin und ²/, Wasser dispergiert. Diese Dispersion wurde dann einer Menge von 300 cm³ des vorgemischten Gels hinzugefügt und von Hand gemischt, dem ein kurzer Homogertisierungsvorgang mittels eines Mischers folgte. Es ergab sich eine sehr gleichmäßige dicke Suspension, deren pH-Wert bei 7,0 bis 7,2 lag.

Beispiel 6

Dieses Beispiel wird aufgeführt, um zu zeigen, daß eine dauerhafte Suspension mit nichtneutralisiertem Polymerformulierungen hergestellt werden kann. Mittels des Hochleistungsmischers wurden 2 g Karboxyvinyl-polymer in 400 cm³ einer 50-Vol.-prozentigen wässrigen Glyzerinlösung dispergiert. Die Dispersion wurde dann in einen anderen Behälter gegeben und während zwei Stunden mit dem Propellermischer bei über 300 U/min kontinuierlich gerührt. Das Polymer dickte durch Wirkung der Wasserstoffbindung in Verbindung mit dem Glyzerin ein. Nach zwei Stunden wurde die eingedickte Lösung in den Hochleistungsmischer zurückgegeben, worauf 70 g deagglomerierte Tonerde (Partikelgröße nominal 1 Mikrometer) in die eingedickte Mischung durch mehrminütiges Mischen bei niedriger Mischrfischwindigkeit (zwischen 4500 und 6000 U/min unter Belastung) dispergiert. Es wurde eine sehr dickflüssige Dispersion mit einem pH-Wert von 4,5 bis 5 erzielt Obgleich in diesem Beispiel im Vergleich zu den anderen Beispielen ein höherer Anteil an Glyzerin gegenüber Wasser benutzt wurde, konnten geringere Anteile an Glyzerin in Verbindung mit nichtneutralisierten Verbindungen benutzt und noch befriedigende Ergebnisse erzielt werden. Beispielsweise konnte sogar bei einem Glyzerin-Gewichtsanteil von weniger als 30% der Gesamtverbindung bei gleichen Mengen der anderen Komponenten eine ausreichend nichtneutralisierte Verbindung erhalten werden.

Beispiel 7

Dieses Beispiel dient dazu, neben einem vorgemisch ten Gel auch den Gebrauch eines anderen Amins, z. B. Di-isopropanol-amin, als Neutralisierungsmittel zu zeigen.

Eine vorbereitete Lösung aus Vj Glyzerin und ²/₃ Wasser wurde als Basis für die Herstellung von Suspensionen gemischt. Davon wurden 1000 cm³ genommen und 5 g Karboxy-vinyl-polymer unter Benutzung eines Propellermischers beigemengt. Diese Mischung wurde etwa eine Stunde lang ruhiggestellt., wonach erneut gemischt wurde, um das befeuchtete Polymer vollständig zu verteilen. Während des Mischens wurde die Lösung durch Hinzufügen von 60 cm³ einer 10 VoI.-prozentigen, wässrigen Lösung von Di-isopropanolamin zu der Polymer/V» asser/Glyzerin-Lösung neutralisiert. Es bildete sich sofort ein dickes Gel.

Eine Suspension wurde durch Beimischen von 118 g deagglomerierter Tonerde (nominale Korngröße 0,3 Mikrometer) in 300 cm³ der obengenannten Glyzerin/Wasser-Lösung hergestellt, worauf diese in 300 cm³ dp« vorgenannten Gels eingemischt wurde. Die Mischung wurde zunächst von Hand gemischt und dann kurz in dem Hochleistungsmischer zu einer homogenen-cremigen Konsistenz nachgemischt. Der pH-Wert dieser Suspension betrug 7,6 bis 8. Es schien kein Unterschied in den Suspensionseigenschaften zwischen dieser Suspension und einer mit Tri-äthanol-amin als Neutralisationsmittel formulierten vorhanden zu

sein.

Beispiel 8

Dieses Beispiel soll eine andere Methode zur Herstellung einer Poliersuspension zeigen, die speziell gewünscht wird, wenn relativ hohe Konzentration des fraglichen Polymers gebraucht werden. Solche hohen

'' Konzentrationen kann man in Herstellungsprozessen antreffen, wo gemäß den dargelegten Beispielen zunächst ein Gel vorbereitet wird, das lediglich zu 50% oder einer Teilmenge des endgültigen Volumens verwendet wird, oder wenn relativ hohe Konzentrationen

^Jl> von Polymer zur Unterdrückung der Wirkung hoher lonenkonzentrationen in bestimmten abrasiven Materialien gebraucht werden.

Demgemäß wurden 3 g Karboxy-vinyl-polymer in einer Mischung von 200 cm³ Glyzerin und 400 cm³

^l"· Wasser unter Verwendung eines Propellermischers dispergiert. Dieser Dispersion wurden 75 g Tonerde von 0,06 Mikrometer nominaler Partikelgröße hinzugefügt, um eine ziemlich dicke, cremige Mischung zu erhalten. Diese Mischung wurde in einen Hochleistungsmischer

■■'■ gegeben, worauf 36 cm³ einer 10-Vol.-prozentigen Di- isopropanol-amin-Lösung während des Mischens be' gemengt wurden, so daß das Polymer neutralisierte. Es wurde eine sehr gleichmäßige Suspension erzielt In dem Fall, daß sehr feinkörnige Tonerde (weniger als 0,1 Mikrometer nominale Korngröße) bei der Herstellung von Poliermitteln verwendet wird, ist es sehr schwierig, solche Partikel in Flüssigkeiten in geeigneter Weise zu dispergieren. Sie enthalten auch eine relativ große Menge an Verunreinigungen durch Sulfat-Ionen, die in den Polymer-Formulierungen schädlich sind, wenn nicht eine relativ hohe Konzentration an Polymer verwendet wird. Die Technik dieses Beispieles ist brauchbar bei der Herstellung solch problematischer Verbindungen, da es schließlich das Eindicken und meistens den Verdünnungszustand der Formulierung ermöglicht

Die Gewichtsprozente der Bestandteile der obigen Poliermittel gehen aus der folgenden Tabelle hervor.

Tabelle I Beispiel

Gewichtsbestandteile in Prozent Tonerde Wasser GIy- PoIy-

Amine

zerin

mer

1 n?:d 2	13,6	53,4	32,5	0,19	0,19
3	13,5	53,5	32,3	0,25	0,25
4	15,1	52,4	32,3	0,10	0,12
5	14,9	52,8	31,9	0,19	0,23
6	13,3	38,2	48,1	0,38	0,0
7	14,9	52,8	31,9	0,19	0,23
8	9,8	56,5	32,7	0,39	0,47

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Wie aus den Beispielen und der Tabelle hervorgeht, bestehen die Beispiele der Poliermittel aus 9,8% bis 15.1% Tonerde mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikrometer; aus 38,2% bis 56,5% Wasser; aus 30% bis 48,1% Glyzerin; aus 0,10% bis 0,39% Karboxy-polymethylcn-polymer; und aus 0 bis 0,47% organischer Amine. Betrachtet man diese Beispiele, die eine Base zur Neutralisierung des Polymers verwenden, so sind die Bereiche reduziert von 0,8 % bis 15,1 % Tonerde; von 52,4% bis 56,5% Wasser; von 31,9% bis 32,7% Glyzerin; von 0,10% bis 0,39% Karboxy-polymethylenpolymer; und von 0,12% bis 0,47% organischer Amin-Basen.

In den vorstehenden Beispielen, in denen das Polymer neutralisiert wurde, wurde lediglich ein schwacher Auszug eines neutralisierenden Mittels verwendet, das die Suspensionen im neutralen oder sehr schwach alkalischen Zustand beließ. Den organischen Neutralisierungsmitteln wurde üblicherweise der Vorzug gegeben js vor den stärker anorganischen Basen, da die organischen Mittel nicht zu Ionen-Konzentrationen in den Suspensionen führen, die beim Polieren von Elektronik- und Halbleiter-Substraten schädlich sein können.

Die folgenden, zusätzlichen Beispiele befassen sich mit dem Gebrauch und der Herstellung der vorgeschlagenen Poliermittel im Vergleich zu bekannten Mitteln.

Beispiel 9

Die polierten Proben waren kleine Zylinder mit einem Durchmesser von 2,54 cm aus schweißbarem Stahl, die an einem Ende mit dem getesteten Mittel poliert wurden. Die Proben wurden über gleiche Zeitabschnitte, bei gleichem Drücken und auf gleichem so Polierkissen poliert und dann unter 20facher und 40-facher Vergrößerung bei schräg reflektierender Beleuchtung verglichen.

Hier wurden zwei Polierproben zubereitet, indem zunächst ein relativ grobes 6-Mikrometer-Aussehen unter Verwendung einer Diamantpaste hergestellt wurde. Die Proben wurden dann einzeln aufgetrennten, gleichermaßen vorgefeuchteten Polierkissen poliert. Bei einer Probe wurde ein Poliermittel verwendet, das aus konventioneller kalzinierter Tonerde einer Korngröße von nominal 0,3 Mikrometer bestand und das in einem Mittel aus hauptsächlich Äthylen-glykol und Wasser mit mehr Gew.-prozenten Glykol als Wasser bestand und das mit neutralisiertem Polymer eingedickt ■ wurde. Bei der anderen Probe wurde das neue, im Beispiel 3 vorgesehene Mittel mit deagglomerierter, kalzinierter Tonerde von 0,3 Mikrometer nominaler Korngröße benutzt.

Beide Proben wurden mit den entsprechenden Mitteln vier Minuten lang poliert, dann gewaschen und unter dem Mikroskop betrachtet. Das Aussehen der Probe, die mit dem neuen Mittel poliert worden war, war von hoher Qualität mit nur einem Kratzer auf der Hintergrundpolitur, während die andere Probe viele Kratzer aufwies, die die gesamte Oberfläche bedeckten. Diese zerkratzte Probe wurde dann 55 Sekunden lang auf dem Kissen, das das neue Poliermittel enthielt, poliert, wonach es das gleiche Qualitätsaussehen wie die erste Probe aufwies.

Fünf Minuten nach dem Polieren wurden die Polierkissen verglichen. Das Kissen mit dem konventionellen Mittel hatte zu trocken begonnen und war zusammengebackt; das Kissen mit dem neuen Mittel war dagegen noch sehr feucht, und es war leicht, das Mittel von dem Kissen abzuwaschen.

Beispiel 10

Hier wurde ein Versuch gemacht, um die relativen Korrosionseigenschaften des neuen Poliermittels im Vergleich zu einer konventionellen, auf Glykol/Wasser basierenden Tonerde-Poliersuspension zu bestimmen. Insbesondere wurde eine Probenmenge von 2 cm³ des entsprechend in Beispiel 7 vorbereiteten Poliermittels auf die Oberfläche einer polierten Aluminiumplatte aufgebracht. Eine entsprechende Menge des Mittels, welche Äthylen-Glykol anstelle von Glyzerin verwendet, wurde ebenso auf der Oberfläche der Platte aufgebracht.

Die Mengen wurden 19 Stunden lang auf dem Aluminium belassen und dann in heißem Wasser abgewaschen und die Platte getrocknet.

Die auf Äthylen-Glykol basierende Probe hatte die Aluminiumplatte sichtbar stark geätzt, während die Probe mit dem neuen Mittel lediglich eine schwache Ätzung bewirkt hatte. Es wurde festgestellt, daß sogar ein Kontakt von 30 Sekunden mit Poliermitteln a«f Äthylenglykol-Basis ausreichte, polierte Metalloberflächen so stark zu ätzen, daß ein Nachpolieren erforderlich ist, um ein gewünschtes spiegelähnliches Aussehen zu erhalten. Ein so kurzer Kontakt mit dem neuen Poliermittel bewirkte keine solche Ätzung.

Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, Suspensionen mit entweder sehr hohem oder sehr niedrigem pH-Wert zu haben. Dies kann mit den neuen polymer-neutralisierten Suspensionen erreicht werden, solange der pH-Wert eingestellt wird, nach dem das Polymer-Gel neutralisiert und bevor die abrasive Mischung endgültig beigemengt wurde, um die Suspensionen zu erhaltem.

In den obigen Beispielen 1 bis 8 wurden Tonerden in verschiedenen Formen und Korngrößen als abrasive Substanzen verwendet Während diese allgemein wegen ihrer Verfügbarkeit vorgezogen werden, können auch andere abrasive Substanzen von geeigneter Korngröße eingesetzt werden. Beim Polieren von Kunststoffen und optischen Teilen aus Kunststoff werden insbesondere die Suspensionen mit deagglomen«rter Tonerde vorgezogen, da Kunststoff ein relativ weicher Werkstoff ist, der sehr leicht zerkratzt werden kann, sogar bei lose zusammenhängenden Agglomerated

Claims

Patentansprüche;

L Ein iro wesentlichen nicbttoxiscbes, flüssiges Feinpoliermittel mit nichttrocknenden Eigenschaften, in dem ein feines, abrasiv wirkendes Polierpulver von einer nominalen Korngröße von weniger als ca. 5 Mikrometer im wesentlichen dauerhaft in einer viskosen Flüssigkeit suspendiert ist, die Glyzerin und ein eindickendes Karboxy-polymethylen- to polymer-Agens enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver weniger als ca. 20 Gewichtsanteile und das Glyzerin mindestens ca. 25 Gewichtsanteile der gesamten Mischung ausmacht
2. Feinpoliermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver ein deagglomeriertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikrometer ist
3. Feinpoliermittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zusätzlich Wasser enthält, wobei der Gewichtsanteil des Wassers an der gesamten Mischung größer als der des Glyzerins ist
4. Feinpoliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich ein neutralisierendes Mittel aus der Gruppe der anorganischen Hydroxide und organischen Amine enthält
5. Feinpoliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver ein deagglomeriertes, kalziniertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 5 Mikrometer ist, das mit einem Anteil von ca. 9,8 •äis 15,1 Gew.-% vorliegt daß Wasser mit einem Anteil von ca. 38,2 bis 56,5 Gew.-%, Glyzerin mit einem Anteil von ca. 30 bis 48,1 Gew.-%, daß Karboxy-polymethylen-polymer mit einem Anteil von ca. 0,1 bis 0,39 Gew.-% und die organischen Amine mit einem Anteil von 0 bis 0,47 Gew.-% vorhanden sind.
6. Feinpoliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver ein deagglomeriertes, kalziniertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikrometer ist, das mit einem Anteil von ca. 15 Gew.-·/« vorliegt, das Wasser mit einem Anteil von ca. 53 Gew.-%, Glyzerin mit einem Anteil von 32 Gew.-%, daß Kafboxy-polymethylen-polymer mit einem Anteil von ca. 0,2 Gew.-% und die organischen Amine mit ca. 0,2 Gew.-% vorhanden sind.
7. Feinpoliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver ein deagglomeriertes, kalziniertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikrometer ist, das mit einem Anteil von ca. 5s 13 Gew.*"/» vorliegt daß Wasser mit einem Anteil von ca. 38 bis 56 Gew.-%, Glyzerin mit einem Anteil von ca. 30 bis 48 Gew.'*/· und daß Karboxy-polymethylen-polymer mit einem Anteil von weniger als 1 Gew.-% vorhanden sind.