单晶金刚石抛光晶种粘结方法

技术领域

本发明属于高硬度材料精加工技术领域，具体涉及一种单晶金刚石抛光晶种粘结方法。

背景技术

金刚石材料具有优异的光学、热学、电学等物理性能，其中单晶金刚石性能最佳，广泛应用于超精密加工、航空航天、半导体等领域，例如超精密加工刀具、半导体微电子衬底、光学元件等零件材料均可选用单晶金刚石晶片。表面平整光滑、低损伤层厚度的金刚石晶片，有助于提高零件的服役性能及使用寿命。

单晶金刚石晶片常见加工方法有机械研磨、热化学抛光、化学机械抛光、电火花抛光等。其中机械研磨是单晶金刚石最早的加工方式，在研磨盘上涂抹混有金刚石微粉的研磨膏，对金刚石晶片进行研磨。此方法依靠高速旋转磨盘对金刚石进行磨抛，工作温度很高；一般采用有机胶水进行对金刚石晶片粘接；存在粘接强度不高，抛光过程中容易造成脱落的问题；另外抛光完成后，由于高温会使得机胶水固化难以去除。

发明内容

本发明提供了一种单晶金刚石抛光晶种粘结方法采用无机粘结剂，粘结强度高，不易形变，易于去除。

一种单晶金刚石抛光晶种粘结方法，包括以下步骤：

(1)混合：将硅溶胶和铝溶胶以7-13:1的质量比混合；

(2)涂抹：将混合后的溶胶涂抹在抛光卡具表面，将金刚石晶片放置于抛光卡具上并压平；

(3)干燥；将金刚石晶片连同抛光卡具放置于烘箱中干燥；

(4)烧结：将金刚石晶片连同抛光卡具放置于马弗炉烧结，然后自然冷却；

(5)抛光：冷却至室温，将装有金刚石晶片的抛光卡具放置于金刚石抛光机上进行抛光；

(6)溶解：将抛光后装有金刚石晶片的抛光卡具浸泡于二氧化硅缓蚀液中超声波处理；

(7)清洗：取出装有金刚石晶片的抛光卡具，利用超纯水冲洗；

(8)二次干燥：冲洗后置于烘箱中干燥，取出金刚石晶片。

特别地，步骤(1)混合中，所述硅溶胶的二氧化硅质量分数为35％-48％，粒度为15-50nm；所述铝溶胶中三氧化二铝质量分数为25％-35％，粒度为20-100nm。

特别地，步骤(2)涂抹中，压平的压力为4-20N/cm

特别地，步骤(3)干燥中，干燥温度为60-80℃，干燥时间4-8小时。

特别地，步骤(4)烧结中，升温速率为2-4℃/min，升温至600-650℃后保温1-1.5h。

特别地，步骤(6)溶解中，所述二氧化硅缓蚀液为含有HF酸的酸性腐蚀液；浸泡时间为2-3h。

特别地，步骤(7)清洗中，利用超纯水冲洗至少10次。

特别地，步骤(8)二次干燥中，干燥温度为100-120℃，干燥时间1-1.5小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过以特定配比混合的硅溶胶和铝溶胶作为金刚石单晶片的粘合剂；在烧结后粘结强度高，不易脱落；同时在抛光后浸泡在二氧化硅缓蚀液的去除效果好，无残留。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，其中实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，不构成对本发明保护范围的限制。

实施例一

(1)混合：将硅溶胶和铝溶胶以7:1的质量比混合；所述硅溶胶的二氧化硅质量分数为35％％，粒度为15-50nm；所述铝溶胶中三氧化二铝质量分数为35％，粒度为20-100nm。

(2)涂抹：将混合后的溶胶涂抹在抛光卡具表面，将金刚石晶片放置于抛光卡具上并压平；压平的压力为20N/cm

(3)干燥；将金刚石晶片连同抛光卡具放置于烘箱中干燥；

干燥温度为60℃，干燥时间8小时。

(4)烧结：将金刚石晶片连同抛光卡具放置于马弗炉烧结，然后自然冷却；升温速率为4℃/min，升温至650℃后保温1h。

(5)抛光：冷却至室温，将装有金刚石晶片的抛光卡具放置于金刚石抛光机上进行抛光；

(6)溶解：将抛光后装有金刚石晶片的抛光卡具浸泡于二氧化硅缓蚀液中超声波处理；

所述二氧化硅缓蚀液为含有HF酸的酸性腐蚀液；浸泡时间为2h。

(7)清洗：取出装有金刚石晶片的抛光卡具，利用超纯水冲洗至少10次；

(8)二次干燥：冲洗后置于烘箱中干燥，干燥温度为120℃，干燥时间1小时；取出金刚石晶片。

实施例二

(1)混合：将硅溶胶和铝溶胶以13:1的质量比混合；所述硅溶胶的二氧化硅质量分数为48％，粒度为15-50nm；所述铝溶胶中三氧化二铝质量分数为25％，粒度为20-100nm。

(2)涂抹：将混合后的溶胶涂抹在抛光卡具表面，将金刚石晶片放置于抛光卡具上并压平；压平的压力为5N/cm

(3)干燥；将金刚石晶片连同抛光卡具放置于烘箱中干燥；

干燥温度为80℃，干燥时间4小时。

(4)烧结：将金刚石晶片连同抛光卡具放置于马弗炉烧结，然后自然冷却；升温速率为2℃/min，升温至600℃后保温1.5h。

(5)抛光：冷却至室温，将装有金刚石晶片的抛光卡具放置于金刚石抛光机上进行抛光；

(6)溶解：将抛光后装有金刚石晶片的抛光卡具浸泡于二氧化硅缓蚀液中超声波处理；

所述二氧化硅缓蚀液为含有HF酸的酸性腐蚀液；浸泡时间为2h。

(7)清洗：取出装有金刚石晶片的抛光卡具，利用超纯水冲洗至少10次；

(8)二次干燥：冲洗后置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间1.5小时；取出金刚石晶片。

实施例三

(1)混合：将硅溶胶和铝溶胶以10:1的质量比混合；所述硅溶胶的二氧化硅质量分数为45％，粒度为15-50nm；所述铝溶胶中三氧化二铝质量分数为30％，粒度为20-100nm。

(2)涂抹：将混合后的溶胶涂抹在抛光卡具表面，将金刚石晶片放置于抛光卡具上并压平；压平的压力为4N/cm

(3)干燥；将金刚石晶片连同抛光卡具放置于烘箱中干燥；

干燥温度为70℃，干燥时间8小时。

(4)烧结：将金刚石晶片连同抛光卡具放置于马弗炉烧结，然后自然冷却；升温速率为4℃/min，升温至600℃后保温1.5h。

(5)抛光：冷却至室温，将装有金刚石晶片的抛光卡具放置于金刚石抛光机上进行抛光；

(6)溶解：将抛光后装有金刚石晶片的抛光卡具浸泡于二氧化硅缓蚀液中超声波处理；

所述二氧化硅缓蚀液为含有HF酸的酸性腐蚀液；浸泡时间为3h。

(7)清洗：取出装有金刚石晶片的抛光卡具，利用超纯水冲洗至少10次；

(8)二次干燥：冲洗后置于烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间1.5小时；取出金刚石晶片。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。