Полировальная паста



Полировальная паста
Полировальная паста

 


Владельцы патента RU 2605118:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области изготовления паст для финишного полирования поверхности металлов и сплавов. Описана полировальная паста, содержащая абразивный материал, стеарин, парафин и поверхностно-активный компонент, в которой абразивным материалом является порошок синтетического минерального сплава на основе оксида кремния и оксида алюминия в количестве 64,5-71,9 мас. %, а поверхностно-активным компонентом - хозяйственное мыло в количестве 2-3,5 мас. %. Технический результат: улучшение эксплуатационных свойств полировальной пасты за счет уменьшения содержания токсичных веществ и снижения расхода пасты при финишном полировании материалов с сохранением высокой полирующей способности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области изготовления паст для финишного полирования поверхности металлов и сплавов.

Известна полировальная паста (CN 1041000 А, опубл. 02.12.1998 г.), в которой содержание олеиновой кислоты составляет от 70 до 80%, оксида хрома - от 5 до 15% и парафина - от 10 до 20%. Размер зерен оксида хрома составляет 1-2 мкм.

Недостатком указанного состава является использование высокотоксичного и дорогостоящего тонкодисперсного порошка оксида хрома в большом количестве. Кроме того, паста такого состава трудно поддается удалению с обрабатываемой поверхности из-за высокой концентрации олеиновой кислоты.

Известен также состав полировальной пасты (US 4064061 А, опубл. 20.12.1977 г.), включающий 48 галлонов минерального масла, 7,5 галлонов аммиака, 900 кг диоксида кремния, 900 стеариновой кислоты, 300 кг парафина. Данный состав обладает недостаточной полирующей способность из-за низкого содержания абразивного компонента, а также высокой токсичностью и плохой удаляемостью с поверхности по завершению полирования.

Известна паста для полирования (RU 2110546,опубл. 10.05.1998 г.), содержащая вазелиновое масло, аэросил, касторовое масло, парафин, уайт-спирит и абразивное вещество на основе окиси алюминия. Окись алюминия имеет частицы сферической формы размером 0,1-0,5 мкм. Паста имеет следующий компонентный состав, мас. %: 32,8-34,5 - окись алюминия, 1,3-1,5 - аэросил, 16,7-17,4 - вазелиновое масло, 4,6-4,8 - касторовое масло, 36-37 - парафин, остальное - уайт-спирит. Несмотря на высокое качество обработанной поверхности производительность применительно к черным металлам невысока, поскольку частицы абразива имеют сферическую, а не изометричную форму.

Известна полировальная паста (RU 1016347,опубл. 07.05.1983 г.), имеющая следующий состав, масс. %: 32,8-34,5 глинозем; 1,3-1,5 аэросил, 16,7-17,4 вазелиновое масло, 4,6-4,8 касторовое масло, 20-25 портландцемент, 15-17 парафин, остальное уайт-спирит. Использование известной полировальной пасты не обеспечивает высокую чистоту поверхности обрабатываемых изделий и наносится на полируемую поверхность неравномерно.

Наиболее близкой к заявляемой является полировальная паста (RU 25223551, опубл. 10.07.2014 г.), в состав которой входит абразивный микропорошок на основе гидроксида алюминия и оксида железа (II) в количестве 65%, парафин, стеарин, олеиновая кислота и жидкое синтетическое мыло.

Известно, что в своем составе жидкое синтетическое мыло содержит лаурилсульфат натрия в качестве синтетического анионактивного поверхностного компонента, которое может быть сильным аллергеном для человека и относится к раздражающим веществам (https://ru.wikipedia.org/).

Оксид железа, содержащийся в пасте в большом количестве, также вреден для человека, т.к. аэрозоли оксида железа (II) при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают сидероз (https://ru.wikipedia.org/).

Существенным недостатком указанной пасты является ее разбрызгивание и растекание в процессе полирования материалов, что повышает ее расход и вызывает неудобство в работе.

Таким образом, известная полирующая паста обладает низкими эксплуатационными свойствами из-за ее относительной токсичности и высокого расхода.

Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных свойств полировальной пасты за счет уменьшения содержания токсичных веществ и снижения расхода пасты при финишном полировании материалов с сохранением высокой полирующей способности.

Сущность изобретения заключается в том, что в полировальной пасте, содержащей абразивный материал, стеарин, парафин и поверхностно-активный компонент, согласно п. 1 формулы абразивным материалом служит порошок синтетического минерального сплава на основе оксида кремния и оксида алюминия в количестве 64,5-71,9 масс. %, а поверхностно-активным компонентом - хозяйственное мыло в количестве 2-3,5 масс. %.

Кроме того, порошок синтетического минерального сплава содержит 87-95 масс. % частиц размером 25-50 мкм.

Изобретение проиллюстрировано следующим образом.

На фиг. 1 представлена фотография, на которой зерна (частицы) порошка синтетического минерального сплава имеют изометричную форму и ярко выраженные режущие края. На таблице 1 фиг. 2 представлены 5 различных составов полировальной пасты, на фиг. 3 - эксплуатационные характеристики полировальных паст разного состава.

Синтетический минеральный сплав получают плавлением и литьем. Порошок, получаемый из него, является многокомпонентным, т.е. каждое зерно порошка имеет следующий оксидный состав масс. %: 64,5-71,9 оксид кремния SiO2 + оксид алюминия Al2O3, 9-15 - оксид кальция CaO, 5-7 - оксид железа (II) FeO, 10-12 - оксид железа (III) Fe2O3, 10-15 - оксид магния MgO, 3-5 - оксид хрома (III) Cr2O3, остальное - оксид калия K2O и/или оксид натрия Na2O. Твердость зерна такого сплава, замеренная методом наноидентирования, составляет 10 ГПа.

Известно (Назаренко В.А., Илларионова Е.Д. К проблеме формы частиц абразивных материалов // Тр. Международной НТК «Шлифабразиф-2014». Волгоград: ВолгГАСУ, 2014, с. 20-25), что высокое качество обработки поверхности достигается с применением абразива, включающего зерна изометричной формы с режущим краем.

Растровой электронной микроскопией было доказано, что до 98% зерен синтетического минерального сплава, включающего 64,5-71,9 масс. % оксидов кремния и алюминия, обладали изометричной формой с развитым режущим краем, т.е. высокими абразивными свойствами, что и показано на фиг. 1.

Введение хозяйственного мыла в состав пасты в качестве компонента, содержащего поверхностно-активное вещество (ПАВ), обеспечивает равномерное распределение пасты без растекания по полируемой поверхности, увеличивая производительность и снижая расход.

В отличие от жидкого синтетического мыла в прототипе хозяйственное мыло содержит жирные кислоты в количестве более 72 масс. %, является натуральным продуктом и безопасным для здоровья (https://ru.wikipedia.org/).

Содержание хозяйственного мыла в составе пасты от 2 до 3,5 масс. % обеспечивает оптимальные эксплуатационные характеристики заявляемой пасты, что показано в таблице 1 на фиг. 2.

Если содержание указанного мыла будет менее 2 масс. %, то ПАВ будет недостаточно, это приведет к повышению трудоемкости и затруднению удаления средства с поверхности по завершению полирования. Если же содержание мыла будет более 3,5 масс. %, то это приведет к образованию излишней пены и растеканию средства.

Были изучены свойства полировальных паст с разным соотношением компонентов (фиг.2 Таблица 1).

Как представлено в таблице 1 на фиг. 2, при содержании оксидов кремния и алюминия < 64,5 масс. % (состав 1) наблюдалось снижение эксплуатационных характеристик пасты, т.е. увеличивался ее расход, и имело место разбрызгивание в процессе полирования. Содержание оксидов кремния и алюминия > 71,9 масс. % (состав 5) приводило к неравномерности покрытия обрабатываемой поверхности полировальной пастой, что снижало качество полирования.

Экспериментально доказано, что порошок синтетического минерального сплава на основе кремния и алюминия должен содержать 87-95 масс. % частиц размером 25-50 мкм (п. 2 формулы изобретения), что дает возможность получать максимальное количество зерен с режущими кромками, способствуя увеличению производительности процесса полирования с получением высокого качества полирования поверхности (Ra 0,04-0,10 мкм).

Более мелкий порошок (<25 мкм) не обладал необходимыми абразивными свойствами, а более крупный (>50 мкм) способствовал растеканию пасты.

Пример (состав 3)

Изготовление пасты в количестве 100 г осуществляли в специальной емкости-смесителе. В емкость-смеситель заливали 5,15 г стеарина и 7,25 г парафина, нагретых до температуры 55°С, затем засыпали 3,0 г стружки мыла и 68,5 г порошка синтетического минерального сплава. Компоненты перемешивали в течение 15 минут до получения однородной массы, после чего добавляли оставшуюся половину стеарина (5,15 г) и парафина (7,25 г), и все тщательно перемешивается в течение 90 мин с подогревом до 30°С.

Готовую пасту сливали в деревянную тару. Характеристики пасты оценивали согласно ГОСТу 25593-83. Шероховатость оценивали профилографом «Калибр».

При обработке пастой поверхности стали Ст3 с шероховатостью Ra 0,4 после полирования была получена шероховатость Ra 0,2, скорость съема составила 0,5 мкм/мин.

1. Полировальная паста, содержащая абразивный материал, стеарин, парафин и поверхностно-активный компонент,
отличающаяся тем, что абразивным материалом является порошок синтетического минерального сплава на основе оксида кремния и оксида алюминия в количестве 64,5-71,9 мас. %, а поверхностно-активным компонентом - хозяйственное мыло в количестве 2-3,5 мас. %.

2. Полировальная паста по п. 1, отличающаяся тем, что порошок синтетического минерального сплава содержит 87-95 мас. % частиц размером 25-50 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение в основном относится к чистящим средствам для твердых поверхностей и, в частности, к способу контроля характера распыла распыляемой композиции жидкого абразивного чистящего средства, которая распыляется из ручного куркового распылителя.

Изобретение главным образом относится к композиции для химико-механического полирования (ХМП) и ее применению в полирующих субстратах полупроводниковой промышленности.

Изобретение относится к абразивной обработке деталей из черных металлов и твердых сплавов. Полировальная паста включает абразивный материал, в качестве которого используют шламовые отходы шлифовального производства с содержанием карбида кремния 74 мас.%, парафин, стеарин, олеиновую кислоту и керосин, при следующем соотношении компонентов, мас.%: шламовые отходы шлифовального производства с содержанием карбида кремния 74 мас.% - 58, парафин - 12, стеарин - 22, олеиновая кислота - 6, керосин - остальное.
Изобретение относится к полирующей композиции, применяющейся для полировки объекта, который необходимо отполировать, состоящего из твердого и хрупкого материала, обладающего твердостью по Викерсу, равной 1500 Hv или более.

Изобретение направлено на новую полирующую композицию, которая особенно хорошо подходит для полирования подложек, имеющих структурированные или неструктурированные диэлектрические слои с низкой или ультранизкой диэлектрической постоянной.

Изобретение относится к новым водным полирующим композициям, которые особенно подходят для полирования полупроводниковых подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния, необязательно содержащих пленки на основе нитрида кремния.

Изобретение относится к композиции для химико-механической полировки, применяемой при изготовлении интегральных схем и микроэлектромеханических устройств. Композиция содержит (А) по меньшей мере один тип неорганических частиц, которые диспергированы в жидкой среде (В), (Б) по меньшей мере один тип полимерных частиц, которые диспергированы в жидкой среде (В), (В) жидкую среду, где дзета-потенциал неорганических частиц (А) в жидкой среде (В) и дзета-потенциал полимерных частиц в жидкой среде (В) являются положительными.
Изобретение направлено на водную полирующую композицию, которая особенно подходит для полирования материалов подложек для электрических, механических и оптических устройств.

Изобретение относится к новой водной полирующей композиции для полирования полупроводниковых подложек, содержащих пленки диэлектрика оксида кремния и поликремния, а также необязательно содержащих пленки нитрида кремния.

Изобретение относится к агломерированному абразивному зерну и способу его изготовления. Агломерированное абразивное зерно с открытой пористостью от 5 до 40% по объему содержит множество отдельных абразивных зерен, выбранных из группы, состоящей из корунда, электрокорунда, спеченного корунда, оксида алюминия, циркония, карбида кремния, карбида бора, кубического нитрида бора, алмаза и их смесей, которые включены в матрицу связующего.

Изобретение относится к композиции для химико-механического полирования (ХМП) и к ее применению для полирования подложек для полупроводниковой промышленности. Способ изготовления полупроводниковых устройств включает химико-механическое полирование элементарного германия и/или материала Si1-xGex, в котором 0,1≤x<1, в присутствии композиции для химико-механического полирования (ХМП), включающей: (A) неорганические частицы, органические частицы или их смесь или их композит, (B) по меньшей мере один тип окислительного реагента, (C) по меньшей мере один тип органического соединения, выбранного из группы, состоящей из альфа-аминокислоты или ее соли, органического соединения, включающего от двух до пяти карбоксигрупп (-СООН), или его соли, моно-, ди-, триалканоламина или его соли, простого аминоэфира, включающего дополнительную аминогруппу, гидроксигруппу, алкоксигруппу, карбоксильный фрагмент, или его соли, органического соединения, включающего от двух до четырех гидроксигрупп (-ОН), или его соли, гетероциклического соединения, включающего 5- или 6-членное кольцо, содержащее от 1 до 3 атомов азота в качестве атомов-элементов кольца, или его соли, N,N,N′,N′-тетракис(2-гидроксипропил)этилендиамина, 4-(2-гидроксиэтил)морфолина, пентаметилдиэтилентриамина, соли или аддукта триэтаноламина (2,2′,2″-нитрилотрис(этанола)) и 4-[(2-этилгексил)амино]-4-оксоизокротоновой кислоты и 2,2′-диморфолинодиэтилового эфира, и (D) водную среду, в котором значение рН ХМП композиции находится в диапазоне от 2,5 до 5,5. Предложенная композиция для ХМП обеспечивает улучшенные характеристики полировки. 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 35 пр.
Наверх