一种可见光辅助金刚石化学机械抛光液及抛光方法

摘要

本发明提供了一种可见光辅助金刚石化学机械抛光方法，属于超硬材料超精密加工领域。抛光液由磨料、氧化剂、可见光光催化剂、去离子水构成。在可见光光源照射下，使用抛光液对金刚石进行化学机械抛光，可见光光源置于抛光盘正上方10‑20cm处，抛光盘(垫)为玻璃盘或者聚氨酯抛光垫，抛光盘(垫)转速50‑70r/min，抛光压力为1‑2MPa，抛光液流量为10‑20ml/min。抛光后金刚石表面粗糙度可达0.250‑0.354nm。本发明实现了金刚石的高效率超光滑化学机械抛光。相较于传统抛光方法，晶体表面粗糙度降低，抛光效率提升。相较于紫外光辅助化学机械方法，使用设备结构简单，实用性强。

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料超精密加工技术领域，涉及到一种可见光辅助金刚石化学机械抛光液及抛光方法。

背景技术

金刚石出色的力学、热学、光学、声学、电学和化学特性使它被应用于超精密加工以及光学、声学和微电子等领域。这些领域的应用都对金刚石的加工精度和表面质量有很高的要求，由于金刚石的高硬度、高脆性、高化学稳定性等特性，使其成为极难加工的材料。因此实现金刚石高效超精密加工制造显得至关重要。

目前提高金刚石表面质量的加工方法有机械抛光、热化学抛光、离子束抛光、化学机械抛光等。机械抛光的抛光效率低，表面损伤层厚度高，质量差。热化学抛光加工设备复杂，抛光盘磨损和热变形问题严重。等离子体蚀刻后，单晶金刚石表面表现出明显的凹坑。相比之下，化学机械抛光处理后的表面粗糙度低。化学机械抛光是目前抛光金刚石的最好方法。但目前化学机械抛光存在抛光质量差、抛光效率低、污染环境等问题。此外目前有金刚石晶片紫外光辅助化学机械抛光的加工装置及工艺，但此装置和工艺复杂，用于工业生产较为困难。因此，研制高质量、高效率、环保的金刚石化学机械抛光方法对相关产业具有重要的实际意义。

发明内容

为解决金刚石传统化学机械抛光方法抛光质量差、抛光效率低、污染环境等问题，本发明提供了一种可见光辅助金刚石化学机械抛光方法，实现了金刚石的高效率超光滑绿色化学机械抛光。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可见光辅助金刚石化学机械抛光液，其成分包含磨料、氧化剂、可见光催化剂和去离子水。室温下，将氧化剂、磨料和去离子水混合后搅拌均匀，超声设备中震荡10min得到抛光液的A组分，其中，A组分中：氧化剂的浓度为15wt％～25wt％，磨料浓度为0.04～0.08g/ml，粒径为0～0.25μm、0.5～1μm、1～3μm，去离子水的重量百分比为67％～81％。室温下，将可见光催化剂和去离子水混合后搅拌均匀，超声设备中震荡10min得到抛光液的B组分其中，B组分中：可见光催化剂的浓度为0.02667～0.2667g/l。AB组分同时滴加能够用于抛光金刚石。

进一步的，所述的氧化剂为过氧化氢。

进一步的，所述的磨料为二氧化硅、金刚石、氧化铈、氧化铝、氮化硼中的一种或几种。优选为金刚石。

进一步的，所述的可见光催化剂为ZnO-Fe

一种可见光辅助金刚石化学机械抛光方法，包含以下歩骤：

第一步，配置化学机械抛光液；

室温下，将氧化剂、磨料和去离子水混合后搅拌均匀，超声设备中震荡10min后得到抛光液的A组分。室温下，将可见光催化剂和去离子水混合后搅拌均匀，超声设备中震荡10min得到抛光液的B组分。

第二步，采用玻璃盘或者聚氨酯抛光垫作为化学机械抛光盘(垫)；

第三步，在可见光光源照射下，同时向抛光盘(垫)表面滴加抛光液的A、B组分，对金刚石进行化学机械抛光，其中，抛光盘(垫)转速50-70r/min，抛光压力为1-2MPa，抛光液A、B组分的流量相同，为10-20ml/min，抛光后金刚石表面粗糙度可达0.250-0.354nm。其中，可见光光源置于抛光盘正上方10-20cm处。

进一步的，所述的抛光垫为玻璃盘。

上述技术方案也可以用于石英、蓝宝石晶体、硅片、钨合金材料的化学机械抛光。

本发明的效果和益处是：采用本发明的可见光辅助化学机械抛光方法抛光金刚石。1)相较于传统抛光方法，金刚石表面粗糙度降低，抛光速率快，绿色环保；2)相较于紫外光辅助化学机械抛光方法，装置简单，实用性强。

附图说明

图1为采用本发明用ZygoNewView 9000白光干涉仪测量的金刚石晶体抛光后的表面粗糙度图测量图。

图2为采用本发明用ZygoNewView 9000白光干涉仪测量的金刚石晶体抛光后的表面粗糙度图测量图。

图3为采用本发明用ZygoNewView 9000白光干涉仪测量的金刚石晶体抛光后的表面粗糙度图测量图。

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明作进一步阐述，但不应解释为限制本发明的范围。

实施例1：

1)配置抛光液A、B组分。其中，A组分中：过氧化氢的浓度为20wt％，金刚石微粉浓度为0.06g/ml，粒径为0.5～1μm，去离子水的重量百分比为74％，混合后搅拌均匀超声设备中震荡10min。其中，B组分中：ZnO-Fe

2)采用尺寸

3)用支架将100w白炽灯泡架在抛光盘正上方15cm处，在可见光光源照射下，抛光液A、B组分同时滴加对单晶金刚石晶体进行化学机械抛光；其中，抛光设备为自动压力研磨抛光机，设置抛光压力为1MPa，抛光盘转速50r/min，A、B组分的流量均为10ml/min。

抛光后金刚石表面粗糙度为0.282nm。(见附图1)

实施例2：

1)配置抛光液A、B组分。其中，A组分中：过氧化氢的浓度为15wt％，金刚石微粉浓度为0.04g/ml，粒径为0～0.25μm，去离子水的重量百分比为81％，混合后搅拌均匀超声设备中震荡10min。其中，B组分中：二氧化钛掺杂纳米金刚石的浓度为0.02667g/l，超声设备中震荡10min。

2)采用尺寸

3)用支架将100w白炽灯泡架在抛光盘正上方10cm处，在可见光光源照射下，抛光液A、B组分同时滴加对单晶金刚石晶体进行化学机械抛光；其中，抛光设备为自动压力研磨抛光机，设置抛光压力为1.5MPa，抛光盘转速60r/min，A、B组分的流量均为15ml/min。

抛光后金刚石表面粗糙度为0.250nm。(见附图2)

实施例3：

1)配置抛光液A、B组分。其中，A组分中：过氧化氢的浓度为25wt％，金刚石微粉浓度为0.08g/ml，粒径为1～3μm，去离子水的重量百分比为67％，混合后搅拌均匀超声设备中震荡10min。其中，B组分中：铜铁水滑石掺杂纳米金刚石的浓度为0.2667g/l，超声设备中震荡10min。

2)采用尺寸

3)用支架将100w白炽灯泡架在抛光盘正上方20cm处，在可见光光源照射下，抛光液A、B组分同时滴加对单晶金刚石晶体进行化学机械抛光；其中，抛光设备为自动压力研磨抛光机，设置抛光压力为2MPa，抛光盘转速70r/min，A、B组分的流量均为20ml/min。

抛光后金刚石表面粗糙度为0.354nm。(见附图3)

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。