FR2667606A1 - MECHANICAL CHEMICAL POLISHING ABRASIVE AND METHOD OF POLISHING A PART USING THE ABRASIVE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un abrasif de polissage mécano-chimique. L'abrasif de polissage mécano-chimique de l'invention comprend une suspension de silice colloïdale et un abrasif mécanique choisi entre une ou plusieurs matières du groupe comprenant Fe2 O3 , Fe3 O4 , MgO, BaCO3 , CaCO3 , MnO2 , CeO, SiO2 , CeO2 , Cr2 O3 et Al2 O3 Application de l'abrasif de polissage mécano-chimique: polissage peu coûteux et efficace de la surface d'une pièce usinée durcie.The invention relates to a chemical mechanical polishing abrasive. The chemical-mechanical polishing abrasive of the invention comprises a suspension of colloidal silica and a mechanical abrasive chosen from one or more materials from the group comprising Fe2 O3, Fe3 O4, MgO, BaCO3, CaCO3, MnO2, CeO, SiO2, CeO2 , Cr2 O3 and Al2 O3 Application of chemical mechanical polishing abrasive: inexpensive and efficient polishing of the surface of a hardened machined part.
Description
La présente invention concerne un abrasif de polissage mécano-chimiqueThe present invention relates to a chemical mechanical polishing abrasive
destiné à être utilisé dans le polissage de substrats durs tels que des céramiques, des matières cristallines, le verre et des matériaux similaires dont les surfaces doivent être polies à un haut degre. L'aspect financier du polissage et de l'usinage de céramiques peut souvent constituer la partie la plus coûteuse du procédé de production de céramiques Des considérations d'ordre économique pour le polissage de céramiques impliquent à la fois le temps et les produits for use in polishing hard substrates such as ceramics, crystalline materials, glass and similar materials whose surfaces must be polished to a high degree. The financial aspect of polishing and machining of ceramics can often be the most expensive part of the ceramic production process Economic considerations for polishing ceramics involve both time and products
consommables utilisés Pour le polissage final de cérami- consumables used For the final polishing of ceramics
ques, des abrasifs à base de diamant sont largement utilisés, ces abrasifs étant coûteux et le procédé de diamond-based abrasives are widely used, these abrasives being expensive and the process of
polissage qui les utilise étant long. polishing that uses them being long.
Inversement, l'usinage de céramiques peut être très préjudiciable Contrairement à l'usinage des métaux qui sont ductiles, les céramiques sont généralement très cassantes La nature cassante des céramiques les rend très sensibles à la cassure sous la surface Cette détérioration sous la surface affecte défavorablement des propriétés physiques importantes des céramiques Ces propriétés Conversely, the machining of ceramics can be very detrimental Unlike the machining of metals that are ductile, ceramics are generally very brittle The brittle nature of ceramics makes them very sensitive to breakage under the surface This deterioration under the surface adversely affects important physical properties of ceramics These properties
physiques affectées défavorablement par l'usinage compren- adversely affected by machining
nent une réduction de la résistance mécanique de la céramique, des variations de ses propriétés magnétiques et reduce the mechanical strength of the ceramic, variations in its magnetic properties and
même des modifications de ses propriétés électroniques. even changes in its electronic properties.
L'usinage de céramiques élaborées a été accompli traditionnellement par des abrasifs durs tels que le diamant et le carbure de silicium Bien que cela ait donné des surfaces qui sont acceptables dans certaines circonstances, il subsiste encore un certain degré de détérioration de la surface et de la partie sous-jacente lors de l'utilisation de ces composés L'utilisation d'abrasifs de polissage moins durs, tels que la silice colloïdale, pour l'usinage de céramiques élaborées a été prise en considération Il a été démontré que la silice The machining of elaborate ceramics has traditionally been accomplished by hard abrasives such as diamond and silicon carbide. Although this has resulted in surfaces that are acceptable in some circumstances, there is still some degree of surface deterioration and degradation. the underlying part when using these compounds The use of softer polishing abrasives, such as colloidal silica, for the machining of elaborate ceramics has been taken into consideration.
colloïdale polissait l'alumine, la silice et le silicium. colloidal polished alumina, silica and silicon.
En fait, la silice colloïdale a été abondamment utilisée pour polir des tranches de silicium Toutefois, In fact, colloidal silica has been used extensively for polishing silicon wafers.
l'utilisation de silice colloïdale pour polir des cérami- the use of colloidal silica to polish ceramics
ques élaborées tend à donner un produit céramique élaboré poli présentant un relief important de phase On suppose que le relief est dû à la dissolution chimique par la silice colloïdale de grains sélectifs sur les matières The elaborate techniques tend to give a polished, elaborated ceramic product with a significant phase relief. It is supposed that the relief is due to the chemical dissolution by colloidal silica of selective grains on the materials.
céramiques élaborées.elaborate ceramics.
L'utilisation de silice colloïdale pour polir des surfaces de silicium, des métaux, le verre, des grenats et des saphirs est révélée dans l'article de H W Gutsche et J W Moody, intitulé "Polishing of Sapphire with Colloidal Silica", J Electrical Chemical Soc 125, no 1, pages 136-138 ( 1978) Cet article fait connaître que la silice colloïdale exerce un effet chimique sur le saphir qui est un matériau dur, permettant à la silice colloïdale de polir le saphir L'article ne dit rien concernant l'association de la silice colloïdale à d'autres substances The use of colloidal silica to polish surfaces of silicon, metals, glass, garnets and sapphires is disclosed in the article by HW Gutsche and JW Moody, entitled "Polishing of Sapphire with Colloidal Silica", J Electrical Chemical Soc. 125, No. 1, pages 136-138 (1978) This article discloses that colloidal silica exerts a chemical effect on sapphire which is a hard material, allowing colloidal silica to polish sapphire The article says nothing about the combination of colloidal silica with other substances
permettant de polir des matériaux durcis. for polishing hardened materials.
L'utilisation de Ca CO 3, Ba CO 3 et Mg O comme abrasifs de polissage mécano-chimique est révélée dans un article de H Bora et R J Stokes, publié dans Study of Mechanochemical Machining of Ceramics and the Effect on Thin Film Behavior, rapport du gouvernement des Etats-Unis d'Amérique N O 00014-80-C-0437-1 (du 30 Avril 1981) Ce rapport décrit en détail le polissage de minces couches de Mg O, A 1203 et Si par divers abrasifs comprenant le sel de roche, la calcite, la fluorite et divers autres abrasifs comprenant le verre à vitre Les trois composés mentionnés ci-dessus se sont montrés capables d'accomplir le polissage The use of CaCO 3, BaCO 3 and Mg O as chemical mechanical polishing abrasives is revealed in an article by H Bora and RJ Stokes, published in the Study of Mechanochemical Machining of Ceramics and the Effect on Thin Film Behavior, report No. 00014-80-C-0437-1 (of April 30, 1981) This report describes in detail the polishing of thin layers of Mg O, A 1203 and Si by various abrasives including rock, calcite, fluorite and various other abrasives including window glass The three compounds mentioned above have been shown to be able to accomplish polishing
mécano-chimique d'un ou plusieurs des matériaux ci-dessus. mechano-chemical of one or more of the above materials.
Aucun des abrasifs mécano-chimiques utilisés n'a été None of the mechanical-chemical abrasives used were
associé à de la silice colloïdale. associated with colloidal silica.
Le polissage mécano-chimique du saphir, du silicium et de cristaux de quartz est décrit par N. Mechano-chemical polishing of sapphire, silicon and quartz crystals is described by N.
Yasunaga, U Tarumi, A Obara dans "Mechanism and Applica- Yasunaga, U Tarumi, to Obara in "Mechanism and Applica-
tion of the Mechanochemical Polishing Method Using Soft Powder", The Science of Ceramic Machining and Surface Finishing II, publication spéciale NBS 562, U S Government Mechanism of the Mechanochemical Polishing Method Using Soft Powder, "The Science of Ceramic Machining and Surface Finishing II, Special Publication NBS 562, U S Government
Printing Office, Washington, D C, pages 171-183 ( 1979). Printing Office, Washington, DC, pages 171-183 (1979).
Le saphir, le silicium, le quartz ont été polis avec des Sapphire, silicon, quartz have been polished with
milieux mécano-chimiques par voie humide et par voie sèche. mechano-chemical mediums wet and dry.
Les milieux mécano-chimiques comprenaient Ba CO 3, Fe 3 04, Ca CO 3, Si O 2, Ce O 2, le diamant et Mn O 2 Le point essentiel Mechano-chemical environments included Ba CO 3, Fe 3 O 4, Ca CO 3, Si O 2, Ce O 2, diamond and Mn O 2.
de l'article est une description de la formation de of the article is a description of the formation of
matières constituées de silice cristalline dans l'abrasif en poudre mixte pendant le polissage d'une pièce Les matières cristallines ont été produites par polissage des matériaux durs décrits ci-dessus à de hautes températures et de hautes pressions avec l'utilisation de la poudre mixte L'article ne décrit pas l'utilisation de silice colloïdale d'une manière quelconque pour le polissage mécano-chimique. L'un des objectifs de la présente invention est de trouver un abrasif de polissage mécano-chimique peu coûteux qui soit capable de polir une pièce usinée durcie sans abrasion sélective des particules de surface de la Crystalline silica materials in the mixed powder abrasive during polishing of a workpiece Crystalline materials were produced by polishing the hard materials described above at high temperatures and high pressures with the use of the mixed powder The article does not disclose the use of colloidal silica in any way for chemical mechanical polishing. It is an object of the present invention to provide an inexpensive chemical mechanical polishing abrasive capable of polishing a cured workpiece without selective abrasion of the surface particles of the
pièce durcie.hardened part.
Un autre objectif de la présente invention est de trouver un procédé de polissage d'une pièce usinée durcie utilisant un abrasif mécano-chimique peu coûteux La présente invention a trait d'une façon générale à un abrasif mécano-chimique L'abrasif mécano-chimique comprend une suspension de silice colloïdale contenant un ou Another object of the present invention is to find a method of polishing a cured machined part using an inexpensive mechanical-chemical abrasive. The present invention relates generally to a mechanical-chemical abrasive. The chemical-mechanical abrasive comprises a suspension of colloidal silica containing one or
plusieurs abrasifs mécaniques.several mechanical abrasives.
Selon une variante de cette forme de réalisa- According to a variant of this form of embodiment
tion, la présente invention réside dans un abrasif mécano- The present invention resides in a mechanical abrasive
chimique comprenant une suspension de silice colloïdale et d'un abrasif mécanique choisi entre une ou plusieurs des matières du groupe comprenant Fe 2 03, Fe 3 04, Mg O, Ba CO 3, chemical composition comprising a colloidal silica suspension and a mechanical abrasive selected from one or more of the group consisting of Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, Mg O, BaCO 3,
Ca CO 3, Mn O 2, Ce O, Si O 2, Ce O 2, Cr 2 03 et A 1203. Ca 3 CO 3, Mn O 2, Ce O, Si O 2, Ce O 2, Cr 2 O 3 and A 1203.
Dans une forme de réalisation appréciée, la présente invention réside dans un abrasif de polissage mécano-chimique comprenant environ 13 à environ 99,3 pour cent en poids d'une suspension de base formée de silice colloïdale et d'environ 0,7 à environ 2,0 pour cent en poids d'un abrasif mécanique L'abrasif mécanique est en In a preferred embodiment, the present invention resides in a chemical mechanical polishing abrasive comprising from about 13 to about 99.3 weight percent of a colloidal silica base slurry and from about 0.7 to about 2.0 percent by weight of a mechanical abrasive The mechanical abrasive is in
particules d'un diamètre d'environ 0,1 gm à environ 10 gm. particles having a diameter of about 0.1 gm to about 10 gm.
L'abrasif mécanique est choisi entre une ou plusieurs des matières appartenant à un groupe comprenant Fe 2 03, Fe 3 04, Mg O, Ba CO 3, Ca CO 3, Mn O 2, Ce O, Si O 2, Ce O 2, Cr 203 et A 1203. Dans une autre forme de réalisation, la présente invention concerne un procédé de polissage d'une ou plusieurs pièces usinées avec un abrasif de polissage mécano-chimique L'abrasif de polissage mécano-chimique The mechanical abrasive is selected from one or more of the materials belonging to a group comprising Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, Mg O, BaCO 3, CaCO 3, MnO 2, CeO, SiO 2, CeO 2. , Cr 203 and A 1203. In another embodiment, the present invention relates to a method of polishing one or more machined parts with a chemical mechanical polishing abrasive. The chemical mechanical polishing abrasive
comprend une suspension aqueuse de silice colloïdale et d'un abrasif mécanique choisi entre une ou plusieurs des matières entrant dans le groupe comprenant Fe 2 03, Fe 3 04,30 Mg O, Ba CO 3, Ca CO 3, Mn O 2, Ce O, Si O 2, Ce O 2, Cr 203 et A 1203. comprises an aqueous suspension of colloidal silica and a mechanical abrasive selected from one or more of the materials in the group comprising Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, 30 Mg O, Ba CO 3, Ca CO 3, Mn O 2, Ce O, Si O 2, Ce O 2, Cr 203 and A 1203.
La pièce usinée est polie par application de l'abrasif de polissage mécano-chimique à une pièce usinée directement, ou bien par l'intermédiaire d'un tampon de polissage et mise en contact du moyen de polissage avec une ou plusieurs pièces usinées pendant une période suffisante pour polir The machined part is polished by applying the chemical-mechanical polishing abrasive to a directly machined part, or by means of a polishing pad and placed in contact with the polishing means with one or more machined parts for a period of one year. enough time to polish
une surface de la pièce.a surface of the room.
La présente invention se rapporte à un abrasif de polissage mécanochimique et à un procédé de polissage The present invention relates to a mechanochemical polishing abrasive and a polishing method
d'une pièce usinée utilisant l'abrasif de polissage mécano- of a machined part using mechanical polishing abrasive
chimique L'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention comprend une matière constituée de The chemical mechanical polishing abrasive of the present invention comprises a material consisting of
silice colloïdale en association avec un abrasif mécanique. colloidal silica in combination with a mechanical abrasive.
La matière constituée de silice colloïdale contenue dans l'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention réagit chimiquement avec les divers composants de surface qui constituent les pièces usinées The colloidal silica material contained in the chemical mechanical polishing abrasive of the present invention chemically reacts with the various surface components that make up the machined parts.
durcies qui sont polies avec l'abrasif de polissage mécano- which are polished with the mechanical polishing abrasive
chimique La réaction chimique précise qui a lieu entre la silice colloïdale et les éléments et molécules à la surface The precise chemical reaction that takes place between colloidal silica and the elements and molecules on the surface
de la pièce usinée n'est pas entièrement élucidée. the machined part is not fully understood.
Toutefois, on considère que la silice colloïdale réagit avec la surface de la pièce usinée durcie en créant une matière de surface sur la pièce qui est plus tendre que l'abrasif mécanique Comme mentionné ci-dessus, l'un des inconvénients de la silice colloïdale réside dans le fait qu'elle attaque manifestement des grains préférentiels à la surface du substrat durci, en sorte qu'il peut en résulter un fini de surface en relief lorsque la surface de la pièce However, colloidal silica is believed to react with the surface of the cured workpiece by creating a surface material on the workpiece that is softer than the mechanical abrasive. As mentioned above, one of the disadvantages of colloidal silica resides in the fact that it obviously attacks preferential grains on the surface of the cured substrate, so that a raised surface finish may result when the surface of the piece
est chimiquement modifiée par la silice colloïdale. is chemically modified by colloidal silica.
La silice colloïdale est normalement présentée sous la forme d'une suspension aqueuse (contenant de l'eau) Colloidal silica is normally presented as an aqueous suspension (containing water)
contenant jusqu'à 50 % ou plus de 50 % de silice col- containing up to 50% or more than 50% silica
loïdale Une particularité intéressante de la suspension de silice colloïdale est que cette silice ne se sédimente pas à partir d'une suspension même après un grand laps de temps La silice colloïdale est généralement contenue dans An interesting feature of the colloidal silica suspension is that this silica does not sediment from a suspension even after a long period of time. Colloidal silica is generally contained in
une suspension aqueuse qui est mélangée avec de l'eau. an aqueous suspension which is mixed with water.
Toutefois, pour les besoins de l'abrasif de polissage de la présente invention, la silice colloïdale n'est pas nécessairement, et dans quelques cas ne doit pas, être en suspension dans l'eau, mais peut être en suspension dans un certain autre liquide tel qu'un alcool et un solvant organique ou une matière similaire L'eau n'est pas désirée sous forme d'une suspension de matière dans tous les cas, parce que l'eau peut réagir défavorablement avec certaines However, for the purposes of the polishing abrasive of the present invention, the colloidal silica is not necessarily, and in some cases should not, be suspended in water, but may be suspended in some other liquid such as an alcohol and an organic solvent or similar material Water is not desired in the form of a suspension of material in all cases, because the water may react adversely with certain
pièces usinées durcies en donnant un produit sans intérêt. machined parts hardened giving a product without interest.
La silice colloïdale dont on préconise l'utilisation est une suspension aqueuse de silice colloïdale Le pourcentage en poids de silice colloïdale The colloidal silica recommended for use is an aqueous suspension of colloidal silica. The percentage by weight of colloidal silica
dans la suspension aqueuse n'est pas déterminant Toute- in the aqueous suspension is not critical.
fois, il est préférable que la silice colloïdale soit présente dans la suspension aqueuse en une quantité allant It is preferable that the colloidal silica is present in the aqueous suspension in an amount
d'environ 15 à environ 50 pour cent en poids ou davantage. from about 15 to about 50 percent by weight or more.
D'autres propriétés de la suspension de silice colloïdale telles que le p H, le diamètre des particules, etc, ne sont pas absolument déterminantes pour son utilité dans la réaction chimique avec la surface d'une pièce usinée durcie Toutefois, il est préférable que le p H de la suspension de silice colloïdale soit supérieur à sept environ Une suspension colloïdale de silice ayant un p H supérieur à sept environ est une suspension basique, et on a observé qu'elle réagissait plus efficacement avec la surface des matériaux qui pouvaient être polis avec l'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente Other properties of the colloidal silica suspension such as p H, particle diameter, etc., are not absolutely critical for its usefulness in the chemical reaction with the surface of a cured machined workpiece. However, it is preferable that The colloidal silica suspension is greater than about seven times. A colloidal suspension of silica having a pH greater than about seven is a basic suspension, and has been found to react more effectively with the surface of the materials which may be present. polished with the chemical-mechanical polishing abrasive of this
invention.invention.
La suspension aqueuse de silice colloïdale peut être avantageusement n'importe quelle suspension connue de silice colloïdale En général, les silices colloïdales sont stabilisées à un p H d'environ 8 à 14 et plus souvent à un p H compris dans une plage d'environ 9 à 11 La silice colloïdale préférée a une plage de p H d'environ 9,8 à 10,2 The aqueous suspension of colloidal silica may advantageously be any known suspension of colloidal silica. In general, the colloidal silicas are stabilized at a pH of about 8 to 14 and more often at a pH in the range of about 9 to 11 The preferred colloidal silica has a pH range of about 9.8 to 10.2
et a un diamètre moyen des particules d'environ 0,06 gm. and has an average particle diameter of about 0.06 μm.
L'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention contient aussi un abrasif mécanique L'abrasif mécanique est en général une matière plus tendre que le matériau constituant la pièce usinée Toutefois, l'abrasif mécanique est généralement plus dur que la matière de surface de la pièce usinée résultant de la réaction chimique entre les composants formés de silice colloïdale de l'abrasif de polissage et la pièce durcie L'objectif de l'abrasif mécanique est d'enlever par abrasion les matières plus tendres ayant réagi de la surface de la pièce usinée The chemical mechanical polishing abrasive of the present invention also contains a mechanical abrasive The mechanical abrasive is generally a softer material than the material constituting the machined part However, the mechanical abrasive is generally harder than the surface material the machined part resulting from the chemical reaction between the colloidal silica components of the polishing abrasive and the hardened part The objective of the mechanical abrasive is to abrasion away the softer materials that have reacted from the surface of the abrasive the machined part
durcie en laissant une surface lisse Du fait de l'enlève- hardened by leaving a smooth surface Due to the removal of
ment par abrasion du produit réactionnel plus tendre de la surface de la pièce durcie, l'abrasif mécanique expose continuellement une surface durcie à la silice colloïdale qui réagit chimiquement avec la surface exposée De cette manière, la réaction sélective de la silice colloïdale avec divers grains sélectifs à la surface des pièces durcies peut être réduite à un minimum en produisant une surface By abrasion of the softer reaction product from the surface of the cured part, the mechanical abrasive continually exposes a colloidal silica-cured surface which chemically reacts with the exposed surface. In this way, the selective reaction of the colloidal silica with various grains selective on the surface of hardened parts can be reduced to a minimum by producing a surface
fortement polie du substrat durci.strongly polished hardened substrate.
L'abrasif mécanique utile dans l'abrasif mécano-chimique de la présente invention peut être n'importe quelle matière ou association de matières connues dans l'art antérieur comme pouvant être utilisées comme abrasif mécanique L'abrasif mécanique est normalement plus tendre, c'est-à-dire qu'il n'est pas aussi dur, que la matière qui constitue la pièce usinée L'abrasif mécanique peut par exemple être choisi parmi un ou plusieurs des composés suivants: Fe 2 03, Fe 3 04, Mg O, Ba CO 3, Ca CO 3, Mn O 2, Ce O, Si O 2, Ce O 2, Cr 2 03 et A 1203 Un abrasif mécanique apprécié est Fe 2 03 Il est également préférable que l'abrasif mécanique ait un diamètre moyen des particules d'environ 0,1 à environ 10 micromètres et notamment The mechanical abrasive useful in the chemical-mechanical abrasive of the present invention may be any material or combination of materials known in the prior art as being suitable for use as a mechanical abrasive. The mechanical abrasive is normally softer, c That is, it is not as hard as the material constituting the machined part. The mechanical abrasive may, for example, be chosen from one or more of the following compounds: Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, Mg O, Ba CO 3, CaCO 3, MnO 2, CeO 2, SiO 2, CeO 2, Cr 2 O 3 and A 1203. A preferred mechanical abrasive is Fe 2 O 3 mean diameter of the particles from about 0.1 to about 10 micrometers and especially
d'environ 0,5 à 5,0 micromètres.from about 0.5 to 5.0 micrometers.
Comme mentionné précédemment, l'abrasif de polissage mécanochimique de la présente invention comprend une suspension de silice colloïdale et un ou plusieurs abrasifs mécaniques L'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention contient normalement environ 0,1 gramme d'un abrasif mécanique en poudre avec 100 ml de silice colloïdale jusqu'à une quantité suffisante d'abrasif mécanique en association avec de la silice colloïdale pour que l'abrasif de polissage mécano-chimique devienne une suspension visqueuse La quantité d'abrasif mécanique nécessaire pour que l'abrasif mécano-chimique devienne une suspension visqueuse varie selon l'abrasif mécanique As previously mentioned, the mechanochemical polishing abrasive of the present invention comprises a colloidal silica suspension and one or more mechanical abrasives. The chemical mechanical polishing abrasive of the present invention normally contains about 0.1 gram of a mechanical abrasive. powder with 100 ml of colloidal silica to a sufficient amount of mechanical abrasive in combination with colloidal silica for the chemical mechanical polishing abrasive to become a viscous suspension The amount of mechanical abrasive required for the mechanical-chemical abrasive becomes a viscous suspension varies according to the mechanical abrasive
utilisé et selon la teneur en silice de la silice col- used and according to the silica content of the silica
loïdale. De l'eau ou d'autres diluants tels que des alcools, des solvants, etc, peuvent être ajoutés au mélange d'abrasifs mécaniques et de silice colloïdale pour réduire la viscosité de l'abrasif mécano-chimique Un abrasif mécano-chimique de faible viscosité est aisément appliqué à des pièces Il couvre uniformément les pièces et possède généralement de meilleures propriétés d'écoulement loïdale. Water or other diluents such as alcohols, solvents, etc. may be added to the mixture of mechanical abrasives and colloidal silica to reduce the viscosity of the mechanical-chemical abrasive. A low mechanical-chemical abrasive Viscosity is easily applied to parts It evenly covers parts and usually has better flow properties
et d'abrasion.and abrasion.
L'abrasif mécano-chimique de la présente invention comprend avantageusement environ 0,07 à environ 2,0 % en poids d'un abrasif mécanique en poudre, environ 13 à environ 99,2 % en poids de silice colloïdale et environ 0,7 à environ 85 % en poids d'eau L'eau est de préférence The chemical mechanical abrasive of the present invention advantageously comprises from about 0.07 to about 2.0% by weight of a powdered mechanical abrasive, from about 13 to about 99.2% by weight of colloidal silica and about 0.7% by weight. about 85% by weight of water Water is preferably
de l'eau désionisée.deionized water.
L'abrasif mécano-chimique de la présente invention est utile pour le polissage des surfaces de nombreuses pièces usinées durcies différentes L'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention peut être utilisé pour polir la surface de n'importe quel matériau qui est capable de réagir chimiquement avec une suspension de silice colloïdale Des exemples d'un tel matériau comprennent le silicium (tel que le silicium sous forme de tranches), le saphir, des métaux, le verre, l'alumine, le nitrure de silicium (Si 3 N 4), l'arséniure de gallium (Ga As), l'oxyde de magnésium (Mg O), l'oxyde de35 zirconium et d'autres matières céramiques et non céramiques durcies. L'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention peut être utilisé pour polir des pièces durcies par tout moyen de polissage connu dans l'art du polissage de pièces usinées durcies Le polissage peut être accompli par n'importe quels moyens de polissage y compris à la main, en utilisant un tampon et l'abrasif de polissage mécano-chimique, ou à la machine en utilisant l'abrasif de The chemical mechanical abrasive of the present invention is useful for polishing the surfaces of many different machined machined parts. The chemical mechanical polishing abrasive of the present invention can be used to polish the surface of any material that is capable of chemically reacting with a suspension of colloidal silica Examples of such a material include silicon (such as silicon in the form of slices), sapphire, metals, glass, alumina, silicon nitride (Si 3 N 4), gallium arsenide (GaAs), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide and other ceramic and non-ceramic cured materials. The chemical mechanical polishing abrasive of the present invention can be used to polish cured parts by any polishing means known in the art of polishing hardened machined parts Polishing can be accomplished by any polishing means therein. included by hand, using a pad and the chemical-mechanical polishing abrasive, or machine using the abrasive of
polissage mécano-chimique liquide de la présente invention. liquid chemical mechanical polishing of the present invention.
Il est préférable d'utiliser un tampon conjointement avec une machine pour polir des pièces usinées durcies avec l'abrasif de polissage de la présente invention L'abrasif de polissage est appliqué au tampon ou aux pièces usinées et le tampon est ensuite mis en contact par friction avec au moins une surface des pièces recouvertes d'abrasif pendant l'étape de polissage La pièce usinée est polie pendant une période suffisante pour que la surface de la It is preferable to use a pad in conjunction with a machine for polishing machined parts cured with the polishing abrasive of the present invention. The polishing abrasive is applied to the stamp or machined parts and the pad is then contacted by friction with at least one surface of the abrasive-coated parts during the polishing step The machined part is polished for a period of time sufficient for the surface of the
pièce soit polie jusqu'à un fini désiré. piece is polished to a desired finish.
Les conditions de polissage, comprenant la pression et la température, peuvent affecter la vitesse de polissage des pièces Toutefois, l'abrasif est efficace dans le polissage de pièces usinées dans une large plage de pressions et de températures Des pressions et des températures particulières ne sont pas exigées pour que Polishing conditions, including pressure and temperature, can affect the polishing speed of parts. However, the abrasive is effective in polishing machined parts over a wide range of pressures and temperatures. not required for
l'abrasif de polissage mécano-chimique soit efficace. the chemical mechanical polishing abrasive is effective.
Certains exemples appréciés de l'invention sont commentés ci-dessous Toutefois, de nombreux autres exemples entreraient aussi dans le cadre de la présente invention. Some preferred examples of the invention are discussed below. However, many other examples would also fall within the scope of the present invention.
EXEMPLESEXAMPLES
Exemple 1Example 1
Dans cet exemple, de l'alumine (A 1203) a été polie avec divers abrasifs comprenant des abrasifs mécani- In this example, alumina (A 1203) was polished with various abrasives including mechanical abrasives.
ques, des abrasifs chimiques et un abrasif mécano-chimique35 de la présente invention Les abrasifs ont été évalués quant à leur aptitude à enlever de la matière de surface de The abrasives have been evaluated for their ability to remove surface material from the surface of the present invention.
pièces usinées d'alumine, au cours du temps. machined parts of alumina, over time.
La surface des pièces d'alumine a été préparée The surface of the pieces of alumina has been prepared
par meulage avec des particules de diamant de 30 micro- by grinding with 30 micron diamond particles
mètres contenues dans une plaque composite en polymère dur, suivi d'un meulage avec des particules de diamant de 6 micromètres sur une plaque de composite en polymère tendre Après la préparation de la surface de l'alumine, une marque Knoop a été réalisée dans la pièce usinée durcie avec une charge de 5 kg, la marque étant effectuée à une vitesse de charge de 70 pm/seconde avec un temps de charge meters contained in a hard polymer composite plate, followed by grinding with 6 micrometer diamond particles on a soft polymer composite plate After the preparation of the surface of the alumina, a Knoop mark was made in the machined part hardened with a load of 5 kg, the mark being made at a load speed of 70 pm / second with a load time
de 15 secondes Les taux d'enlèvement de matière ont été déterminés par mesure de la réduction de la longueur diagonale de la marque Knoop au cours du temps.15 On a utilisé des appareils de polissage à vibrations et semi-automatiques Le polissage par vibra- 15 seconds Material removal rates were determined by measuring the Knoop brand's diagonal length reduction over time.15 Vibration and semi-automatic polishing machines were used Vibration polishing
tions a été utilisé pour minimiser la contribution mécanique Les essais ont été contrôlés pendant 24 heures. Des appareils de polissage semi-automatiques ont été20 utilisés pour accroître la contribution mécanique. It was used to minimize the mechanical contribution. The tests were monitored for 24 hours. Semi-automatic polishing apparatuses have been used to increase the mechanical contribution.
Le polissage a été effectué sur une toile de The polishing was done on a canvas of
polissage TEXMETQR)vendue par la firme Buehler. polishing TEXMETQR) sold by the firm Buehler.
Une récapitulation des résultats de polissage pour des pièces usinées en alumine est donnée sur le tableau I ci-dessous: il A summary of the polishing results for machined parts of alumina is given in Table I below:
TABLEAU ITABLE I
Taux de Polissage polissage Technique Abrasif (um/h) Polissage par Fe 2 03 0,002 vibrations Silice colloïdale 0,042 Fe 2 03 + (silice colloïdale) 0,125 (Micromètres/minute) Polissage mécanique Fe 2 03 néant rotatif Silice colloïdale 0,26 Diamant 1/4 gm néant Diamant 3 Mm 0,21 Fe 2 03 + (silice colloïdale) 0,35 Les résultats indiquent qu'avec le polissage par vibrations ou le polissage rotatif mécanique, l'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention Polishing rate Polishing Technique Abrasive (um / h) Polishing by Fe 2 03 0.002 vibrations Colloidal Silica 0.042 Fe 2 03 + (colloidal silica) 0.125 (Micrometers / minute) Mechanical polishing Fe 2 03 rotary nothing Colloidal silica 0.26 Diamond 1 / 4 gm none Diamond 3 μm 0.21 Fe 2 O 3 + (colloidal silica) 0.35 The results indicate that with vibration polishing or mechanical rotary polishing, the chemical mechanical polishing abrasive of the present invention
comprenant une suspension de silice colloïdale en associa- comprising a suspension of colloidal silica in combination with
tion avec l'abrasif mécanique Fe 2 03 est capable de polir de l'alumine à une plus grande vitesse de polissage que la silice colloïdale ou Fe 2 03 seul En outre, la vitesse de polissage de l'abrasif silice collo dale/Fe 2 03 est très supérieure aux vitesses de polissage cumulées de la silice colloïdale et de Fe 2 03 ( 0,125 gm/h contre 0,044 gm/h pour le polissage par vibrations et 0,35 gm/minute contre With mechanical abrasive Fe 2 03 is able to polish alumina at a higher polishing rate than colloidal silica or Fe 2 O 3 alone. In addition, the polishing speed of the colloidal silica abrasive / Fe 2 03 is much higher than the cumulative polishing rates of colloidal silica and Fe 2 O 3 (0.125 gm / h against 0.044 gm / h for vibration polishing and 0.35 gm / minute against
0,26 gm/minute pour le polissage rotatif. 0.26 gm / min for rotary polishing.
Cet exemple démontre clairement que l'abrasif de polissage mécanochimique de la présente invention a de façon inattendue une vitesse de polissage supérieure à This example clearly demonstrates that the mechanochemical polishing abrasive of the present invention unexpectedly has a higher polishing rate than
celle d'abrasifs à la silice colloïdale ou mécaniques, in- that of colloidal or mechanical silica abrasives,
dividuellement ou avec cumul.individually or cumulatively.
Exemple II:Example II
En utilisant le même procédé de polissage par vibrations que ci-dessus, on a poli des échantillons d'alumine, de nitrure de silicium et d'oxyde de zirconium présentant une marque Knoop utilisant de la silice colloïdale, divers abrasifs mécaniques et divers abrasifs Using the same vibration polishing method as above, polished Knoop brand alumina, silicon nitride, and zirconium oxide samples were buffed using colloidal silica, various mechanical abrasives, and various abrasives.
mécano-chimiques de la présente invention. mechano-chemicals of the present invention.
Les milieux de polissage mécano-chimique étaient constitués d'un litre de solution formée de grammes de A 1203, Ce O 2, Cr 203 ou Fe 2 03 conjointement avec 490 ml d'une silice colloïdale aqueuse La silice colloïdale aqueuse avait un p H d'environ 10,0, un diamètre moyen des particules d'environ 0,05 à 0,07 gm, une densité de 1,390 et contenait 50 % de matières solides 5 ml d'eau désionisée ont été ajoutés au mélange pour compléter la formule. Le polissage par vibrations a été utilisé pour polir les divers échantillons pendant une période de 24 heures La vitesse de polissage de chaque abrasif en gm/h a ensuite été déterminée Les résultats du polissage par vibrations des trois échantillons sont donnés sur le tableau II ci-dessous: The chemical mechanical polishing media consisted of one liter of solution of grams of A 1203, Ce O 2, Cr 203 or Fe 2 O 3 together with 490 ml of an aqueous colloidal silica. From about 10.0, an average particle diameter of about 0.05 to 0.07 gm, a density of 1.390 and contained 50% solids, 5 ml of deionized water was added to the mixture to complete the formula. . Vibration polishing was used to polish the various samples for a period of 24 hours. The polishing rate of each abrasive in gm / ha was then determined. The vibration polishing results of the three samples are given in Table II below. :
TABLEAU IITABLE II
Vitesse de polissage mécano-chimique (um/h) Milieux de Alumine Nitrure Oxyde de polissage de silicium zirconium A 1203 + silice colloïdale 0,045 0, 163 0,173 Ce 203 + silice colloïdale 0,027 0,300 0,1875 Ce 203 0,006 0,135 Fe 203 + silice colloidale 0,125 0,300 0,448 Fe 2 03 0,003 0,042 0,173 cr 203 + silice colloïdale 0,148 0,188 0,233 Cr 203 0,00 0,058 0,00 (CS) silice colloïdale 0,044 0,058 La silice colloïdale utilisée ci-dessus est la même silice colloïdale que celle qui est utilisée dans l'abrasif de polissage mécano-chimique De l'eau n'a pas été ajoutée à la silice colloïdale avant son utilisation Mechano-chemical polishing rate (um / h) Alumina Nitride media Silicon zirconium polishing oxide A 1203 + colloidal silica 0.045 0, 163 0.173 This 203 + colloidal silica 0.027 0.300 0.1875 This 203 0.006 0.135 Fe 203 + colloidal silica 0.125 0.300 0.448 Fe 2 03 0.003 0.042 0.173 cr 203 + colloidal silica 0.148 0.188 0.233 Cr 203 0.00 0.058 0.00 (CS) colloidal silica 0.044 0.058 The colloidal silica used above is the same colloidal silica as is used in chemical mechanical polishing abrasive Water was not added to the colloidal silica prior to its use
aux fins des essais.for testing purposes.
On a préparé une suspension de chacun des abrasifs mécaniques utilisés dans l'essai en ajoutant 5 ml d'eau désionisée à environ 20 g de l'abrasif mécanique en poudre. Les pressions et températures de polissage n'ont pas été déterminantes pour les résultats, mais elles ont été maintenues aussi uniformes que possible pendant toute la durée de l'essai La température de polissage a été maintenue à environ 25 C tandis que la pression de A suspension of each of the mechanical abrasives used in the test was prepared by adding 5 ml of deionized water to about 20 g of the powdered mechanical abrasive. The polishing pressures and temperatures were not critical to the results, but they were kept as uniform as possible throughout the test. The polishing temperature was maintained at approximately 25 ° C while the
polissage était maintenue à environ 50 g/cm 2. polishing was maintained at about 50 g / cm 2.
Dans la plupart des cas, l'abrasif de polissage mécano-chimique de la présente invention a poli chaque matière à une plus grande vitesse que la silice colloïdale ou que l'abrasif mécanique, seuls ou avec cumul Le Ce 203 joint à de la silice colloïdale a seul montré dans le polissage d'alumtine une plus faible vitesse de polissage In most cases, the chemical mechanical polishing abrasive of the present invention has polished each material at a higher speed than the colloidal silica or the mechanical abrasive, alone or with cumulative Ce 203 joined to silica. colloidal alone showed in polishing alumina a lower polishing speed
que la silice colloïdale seule.than colloidal silica alone.
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