Композиция для суперфинишной доводки поверхности материала

 

Сущность изобретения: композиция для суперфинишной доводки поверхности материалов содержит, мас.%: синтетический алмазосодержащий материал (САМ) с размером первичных частиц 4-6 нм, объединенных в агрегаты размером 20-500 нм с величиной удельной поверхности 250- 450 м²/г , объемом пор 0,6-2,0 см³/г - 5-10; глицерин или этиленгликоль 10-15; деионизированной воде остальное. Композиция может дополнительно включать перекись водорода 5-15 мас.%, этилендиамин-0,2-2,0 мас. % и щелочь 1-3 мас.%. Навеску САМ в воде диспергируют в ультразвуковой ванне, суспензию фильтруют и добавляют при перемешивании последовательно многоатомный спирт и, при необходимости другие добавки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к полирующим составам и может быть использовано для суперфинишной доводки поверхности различных материалов: полупроводниковых кристаллов (пластин), металлов, оптических материалов, минералов (в т. ч. драгоценных).

Как правило, известные полирующие составы содержат абразивные компоненты, основу и технологические добавки. Добавки могут быть как инертными по отношению к обрабатываемому материалу (стабилизаторы), так и химически активными (травители).

Известна композиция для полирования поверхности из полупроводниковых материалов (1), содержащая аморфный аэросил с размером частиц 1-50 нм, воду, глицерин, аминосоединения с константой диссоциации сопряженной кислоты рКа > 9 и перекись водорода.

Частицы аморфного аэросила, распределяясь по поверхности и адсорбируясь во впадинах микрорельефа, создают условия для преимущественного химического растворения пиков (выступов), способствуя тем самым избирательному травлению поверхности. Многоатомные спирты вводят для некоторого увеличения общей вязкости состава, необходимой для лучшего смачивания полировальника. Кроме того, они играют роль стабилизатора дисперсии. Аминосоединения придают составу щелочные свойства и вместе с тем препятствуют агрегации частиц, стабилизируя в дисперсии. При полировании полупроводниковых материалов с целью увеличения скорости съема дополнительно вводят окислитель перекись водорода.

Недостатком композиции является то, что невысокая твердость частиц аморфного аэросила ограничивает область применения аэросилсодержащих полировальных композиций полупроводниковыми материалами. При этом достигаемые значения шероховатости обработанной поверхности имеют предельное значение 10 нм, что обусловлено невозможностью, в силу ряда причин, дальнейшего уменьшения размера частиц аэросила.

В основу изобретения положена техническая задача создать универсальную полировальную композицию для суперфинишной доводки различных классов материалов до размера шероховатости поверхности в пределах нескольких нанометров.

Эта задача решается тем, что композиция для суперфинишной доводки поверхности материалов, включающая абразивный компонент глицерин или диэтиленгликоль и деионизированную воду в качестве абразивного компонента содержит синтетический алмазосодержащий материал с размером первичных частиц 4-6 нм, объединенных в агрегаты размером 20-500 нм, с величиной удельной поверхности 250-450 м³/г и объемом пор 0,6-1,0 см³/г, в количестве 5-10% мас.

Композиция может также включать перекись водорода, этилендиамин и щелочь.

Данный синтетический алмазосодержащий материал (САМ) получают путем детонации в замкнутом объеме в среде инертных по отношению к углероду газов взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом. После специальной химической очистки получают САМ с комплексом специфических свойств, позволяющих использовать его в качестве абразива в полирующих композициях.

Синтетический алмазосодержащий материал представляет собой порошок от светло-серого до темно-серого цвета и состоит из агрегатов частиц округлой и неправильной формы, средний диаметр которых не превышает 0,1 мкм. САМ представляет собой индивидуальное вещество и обладает следующими характеристиками: Элементный состав, мас. Углерод 75-90 Водород 0,6-1,5 Азот 1,0-4,5 Кислород Остальное.

Фазовый состав, мас. Рентгеноаморфная алмазоподобная фаза 10-30 Алмаз кубической модификации Остальное.

Пористая структура: Частицы материала обладают пористой структурой объем пор 0,6-1,0 см³/г, диаметр пор 7,5-12,5 нм.

4.10-30% поверхности материала занимают метильные, нитрильные, гидроксильные группы двух видов, оксикарбоновые группы общей формулы O P, где R COOH, COH, CO-C₆H₄O или их любые сочетания, кроме того, 1-2% поверхности занимают атомы углерода с некомпенсированными связями.

Параметр кристаллической решетки материала составляет 0,3562± 0,0004 нм. Зольность 0,1-5,0 мас. Площадь удельной поверхности 200-450 м²/г, Композиция для суперфинишной обработки поверхности материалов имеет следующий состав, мас. Синтетический алма- зосодержащий материал (САМ) 5-10 Глицерин или этиленгликоль 10-15 Вода деионизи- рованная Остальное.

Композиция может включать перекись водорода, этилендиамин и щелочь, при следующем соотношении компонентов, мас. САМ 5-10 Глицерин или этиленгликоль 10-15 Перекись водорода 5-15 Этилендиамин 0,1-1,0 Щелочь 1-3 Вода деионизированная Остальное.

Композицию готовят следующим образом.

Навеску САМ в воде диспергируют в ультразвуковой ванне в течение 10 мин. Полученную суспензию фильтруют через волокнистые фильтры. Затем в отфильтрованную суспензию при перемешивании последовательно вводят многоатомные спирт, аминосоединение, щелочь и перекись водорода. После 5-10 мин перемешивания композиция готова к употреблению.

Сравнительные характеристики разработанного состава и состава прототипа приведены в таблице.

Предлагаемая композиция для суперфинишной обработки материалов за счет использования в ее составе синтетического алмазосодержащего материала универсальна, проста в компановке, не содержит дефицитных составляющих и может быть легко внедрена в промышленность.

Формула изобретения

1. КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СУПЕРФИНИШНОЙ ДОВОДКИ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛА, включающая абразив, многоатомный спирт и деионизированную воду, отличающаяся тем, что в качестве абразива она содержит синтетический алмазосодержащий материал с размером первичных частиц 4 6 нм, объединенных в агрегаты размером 20 500 нм с величиной удельной поверхности 250 450 м²/г, объемом пор 0,6 - 1,0 см³/г, в качестве многоатомного спирта глицерин или диэтиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас.

Синтетический алмазосодержащий материал 5 10 Глицерин или диэтиленгликоль 10 15 Деионизированная вода Остальное 2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 5 15 мас. перекиси водорода, 0,1 1,0 мас. этилендиамина и 1 3 мас. щелочи.

РИСУНКИ

Рисунок 1