單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法

2023-06-13 07:52:36 1

專利名稱：單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷結合劑砂輪製備方法，進一步是指用於單晶矽棒表面拋光的高孔 隙率陶瓷結合劑砂輪的製備技術，採用該砂輪在普通磨床上對粗磨後的單晶矽棒進行精磨 拋光，可以獲得高光潔度低殘餘應力的單晶矽加工面。
背景技術：
目前，單晶矽棒的表面拋光主要採用HF化學腐蝕法，少量的單晶矽棒使用金剛石 磨具拋光。磨具按結合劑的材質分為樹脂結合劑和陶瓷結合劑，其中樹脂結合劑砂輪加工 的單晶矽棒光潔度較好，但是砂輪結構為全緻密，磨削過程中磨削力和磨削髮熱均較大，加 工面的應力層很厚，在晶棒的後繼加工中容易崩邊。陶瓷結合劑砂輪採用普通的粉末幹壓 成型無壓燒結工藝，砂輪中含有30% -50%的氣孔，磨削單晶矽棒的效率高於樹脂砂輪，但 是氣孔率還是偏低，磨削應力層偏厚；另外由於氣孔分布不均造成砂輪硬度波動，加工的單 晶矽棒表面有磨削波紋。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的不足，提出一種單晶矽棒拋光 用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法，所製得的金剛石砂輪孔隙率可高達60%以上，孔結 構大小均勻可調，砂輪硬度波動小，可對單晶矽棒進行高效率低應力磨削加工。本發明的技術方案是，所述單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法包 括(1)製備陶瓷漿料a.乾粉料的重量百分比組成金剛石(粒徑10-40 μ m)48%-52%,
硼玻璃粉(粒徑10-40 μ m)28%-32%,
粘土粉(粒徑10-40 μ m)8% --12%,
石英粉(粒徑10-40 μ m)8% --12% ；
將上述各組分混合均勻，得乾粉料；b.製備陶瓷漿料按重量百分比取68% -72%的乾粉料與-32%的水玻璃溶 液，均勻混合，即得；(2)製備多孔金剛石砂輪將裁剪好的海綿板在真空條件下反覆浸漬加有所述陶 瓷漿料，浸漬體乾燥後放入井式爐中，用粒度為對0#的白剛玉完全掩埋，在隊保護下燒結， 0°C 400°C的升溫速率為1°C /分鐘，400°C 700°C的升溫速率為5°C /分鐘，在700°C保 溫1小時；然後隨爐冷卻，得燒結後的砂輪坯體；將燒結後的砂輪坯體在工具磨床上進行外 圓、內圓和平面加工，獲得加工單晶矽棒用多孔金剛石砂輪。本發明採用海綿板做為砂輪造孔模板劑，先將海綿板依據砂輪規格剪成所需形 狀，然後在真空條件下使用加入了細粒度金剛石的特製陶瓷漿料浸漬海綿板，反覆浸漬多次再在保護氣氛中燒結浸漬體，獲得高孔隙率金剛石砂輪。本發明採用混合了細粒度金剛石磨料的陶瓷漿料真空浸漬多空海綿體，在保護氣 氛下對浸漬體進行燒結。在燒結過程中高分子海綿體逐漸碳化去除，在砂輪中形成有序的 三維多孔結構，陶瓷粉末與金剛石磨料逐漸燒結結合，形成均勻的網絡結構，製備出高孔隙 率金剛石砂輪。同時可以選用不同結構的海綿材料做為造孔劑，實現對金剛石砂輪結構的 精確控制。由以上可知，本發明為單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法，它可 製備出組織結構一致，孔隙含量高於60%的金剛石砂輪(參見圖1)。利用該金剛石砂輪對 單晶矽棒進行表面加工，單晶矽棒的表面應力層厚度可控制在IOnm以下(參見圖2)。


圖1是本發明方法製得的砂輪顯微照片；圖2是用本發明製得的金剛石砂輪加工單晶矽棒的表面應力層照片。
具體實施例方式單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法的步驟為(1)根據所需砂輪規格將普通商用海綿板裁剪成相應尺寸而成為海綿模板海綿 模板外徑為砂輪直徑的1. 2倍，海綿模板內孔直徑為砂輪內孔直徑的0. 8倍，海綿模板厚度 為砂輪厚度的1. 1倍，備用；(2)將裁好的海綿模板浸泡於濃度為30%的乙醇溶液中用超聲波清洗一小時，超 聲波頻率為2000Hz，功率200W ；擠出海綿中溶液後，將海綿在80°C烘箱中乾燥M小時；(3)將粒度為10_40μπι的金剛石磨料與硼玻璃粉、粘土粉、石英粉按質量比 50 30 10 10的比例在球磨條件下混合均勻，球石為塑料，球磨壇直徑500mm，轉速為 50轉/分，球磨時間1小時；(4)將混合均勻的粉末與模數為2. 8的水玻璃溶液按質量比70 30的比例混合， 在轉速為IOOOr/分的條件下，攪拌混合1小時，配製成陶瓷漿料，待用；(5)將海綿模板放入密閉容器中，用真空泵將容器中的真空度抽至10Pa，用導管 向容器中導入所述陶瓷漿料，當漿料沒過海綿模板上表面時停止陶瓷漿料導入；在真空度 為10 的條件下，保壓0. 5小時，停止抽真空打開容器，取出浸漬有陶瓷漿料的海綿模板；(6)將海綿模板在室溫下乾燥1小時，用棉布擦去海綿模板表面多餘的陶瓷漿料， 再在室溫下乾燥6小時；(7)依次重複步驟5、步驟6 ；再次依次重複步驟5、步驟6 ；得浸漬完全的海綿模 板；(8)將浸漬完全的海綿模板在80°C烘箱中乾燥M小時，然後放入井式爐中，用 粒度為對0#的白剛玉完全掩埋，在N2保護下燒結，0°C -400°C的升溫速率為TC /分鐘， 4000C _700°C的升溫速率為為5°C /分鐘，在700°C保溫1小時，隨爐冷卻，得燒結後的砂輪 坯體；(9)將燒結後的砂輪坯體，在工具磨床上進行外圓、內圓和平面加工，使砂輪尺寸 符合使用要求，獲得單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪。
權利要求
1. 一種單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法，其特徵是，該方法為(1)製備陶瓷漿料a.乾粉料的重量百分比組成金剛石(粒徑10-40 μ m)48%-52%,硼玻璃粉(粒徑10-40 μ m)28%-32%,粘土粉(粒徑10-40 μ m)8% --12%,石英粉(粒徑10-40 μ m)8% --12% ；將上述各組分混合均勻，得乾粉料；b.製備陶瓷漿料按重量百分比取68% -72%的乾粉料與-32%的水玻璃溶液， 均勻混合，即得；(2)製備多孔金剛石砂輪將裁剪好的海綿模板在真空條件下反覆浸漬加有所述陶瓷 漿料，浸漬體乾燥後放入井式爐中，用粒度為的白剛玉完全掩埋，在乂保護下燒結， 0°C 400°C的升溫速率為1°C /分鐘，400°C 700°C的升溫速率為5°C /分鐘，在700°C保 溫1小時；然後隨爐冷卻，得燒結後的砂輪坯體；將燒結後的砂輪坯體在工具磨床上進行外 圓、內圓和平面加工，獲得加工單晶矽棒用多孔金剛石砂輪。
全文摘要
一種單晶矽棒拋光用高孔隙率陶瓷結合劑砂輪製備方法，步驟為將海綿板按所需砂輪規格裁剪，再清洗乾燥待用；將金剛石磨料與硼玻璃粉、長石粉、石英粉按一定質量比在球磨條件下混合均勻後，與水玻璃溶液按比例配成陶瓷漿料；將海綿板放入密閉容器中抽真空，用導管向容器中導入陶瓷漿料浸漬海綿板，保壓；取出浸漬有陶瓷漿料的海綿板，乾燥，擦去表面多餘漿料，再乾燥；重複浸漬、乾燥步驟2次；將浸漬完全的海綿板在80℃烘箱中乾燥24小時，放入井式爐，用白剛玉完全掩埋，在N2保護下燒結，700℃保溫1小時，隨爐冷卻；將燒結後的砂輪坯體進行外圓、內圓和平面加工，即得。本方法可製備出組織結構一致，孔隙含量高於60％的金剛石砂輪。
文檔編號B24D18/00GK102092010SQ20101057958
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者郭兵健 申請人:郭兵健