一種酸性拋光液及其在不同晶體拋光中應用的製作方法

2023-05-25 11:02:41

一種酸性拋光液及其在不同晶體拋光中應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種酸性拋光液及其在不同晶體拋光中應用，在含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸，實現機械拋光與化學拋光的結合，拋光後所得晶體表面粗糙度非常小，具有更好的光學性能，可以製備出性能更好的光學器件。本發明的拋光液和拋光方法適合不同莫氏硬度的晶體，應用範圍廣，設備要求低，易於產業化使用。
【專利說明】一種酸性拋光液及其在不同晶體拋光中應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於材料【技術領域】，特別涉及一種酸性拋光液及其在不同晶體拋光中應用。
【背景技術】
[0002]隨著光學技術的發展，人們對光學材料的要求逐漸提高，因此，科研單位和生產企業對光學材料的研究也越來越深入。隨著研究的不斷深入，無論是在光學材料的生產，加工，還是器件製作都遇到了一系列的問題。 [0003]各種晶體材料已經成為目前應用最為廣泛的光學材料。然而，與其他的材料一樣，晶體材料生長出來以後，要想製備出我們需要的光學器件，還有十分重要的環節，其中一環就是晶體材料的拋光。隨著近年來在這方面的研究，人們已經普遍認識到化學機械拋光已成為晶體拋光的趨勢。
[0004]目前，對於不同的莫氏硬度晶體，人們在拋光液中加入的酸或者鹼的種類不一樣，莫氏硬度低的晶體，一般加入草酸或者檸檬酸等弱酸，而對於莫氏硬度較高的晶體，比如藍寶石晶體則加入的是鹼性添加劑。同時，前人的研究表明，由於在拋光過程中有熱量的產生，會使拋光液的溫度升高，那麼，在較高溫度條件下，有較強揮發性的酸或者鹼是不能被使用的。現有技術的研究中還沒有發現一種酸或者鹼能夠對所有硬度的晶體起到有效的化學作用，實現良好的拋光效果。
[0005]所以，目前還沒有一種有效的方法能夠解決針對不同晶體需採用不同酸或者鹼的問題，需進一步的研究尋求普遍應用於不同晶體拋光的拋光液。

【發明內容】

[0006]鑑於現有技術存在的技術問題，通過大量的實驗研究發現，得到一種可普遍應用於不同晶體拋光的拋光液。
[0007]本發明通過以下技術方案解決現有技術存在的問題:
[0008]本發明目的之一在於提供一種酸性拋光液，其中，在含有二氧化鈰的拋光液中加入硫Ife。
[0009]通過在含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸，實現機械拋光與化學拋光的結合，在實現機械拋光的同時，使拋光液產生不同程度的化學反應，具有良好的拋光效果。
[0010]相對於現有技術採用弱酸、揮發性酸、以及鹼均具有更好的拋光效果。採用弱酸，很難達到化學與機械拋光的結合，揮發性酸則很難控制其濃度，對拋光不利，而鹼則不能應用於多種晶體的拋光。
[0011]所述二氧化鈰的拋光液的優選為重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，易於配置和使用，拋光液具有良好的機械拋光性能。
[0012]在上述含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸，控制溶液的pH在5~7之間，拋光液具有良好的化學拋光性能。[0013]其中，為了適合不同莫氏硬度的晶體，在上述含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸，優選硫酸的體積比濃度為20% — 40%，既避免濃度過高造成的過化學拋光，又避免濃度過低導致的以機械拋光為主，容易劃傷晶體。
[0014]本發明另一目的是基於前述關於拋光液研究基礎上而進行的簡化處理工藝，具體拋光方法包括如下技術方案:
[0015]一種晶體的拋光方法，採用前述的拋光液，按照現有技術的拋光工藝步驟進行拋光，可以得到良好拋光質量的晶體。
[0016]上述拋光液的適用範圍廣，特別是莫氏硬度5級一9級的晶體。
[0017]所述晶體包括白寶石晶體、單晶娃晶體、銀酸裡晶體、神化嫁晶體等。
[0018]其中，設備和材料要求低，例如採用Rodel_suba600型拋光布即可實現。
[0019]對拋光後的晶體，我們測試其表面粗糙度，根據其大小確定拋光質量，然後通過顯微鏡觀察其表面形貌，可以輔助表面粗糙度確定拋光質量。採用本發明的拋光液拋光後的晶體表面粗糖度非常小，在0.35nm以下，相對於現有技術大幅提聞廣品質量。
[0020]本發明所述的重量/體積比為溶質重量g與溶劑體積ml的比，例如重量/體積比為3% 二氧化鋪的水溶液為3g 二氧化鋪和100ml水的比；所述體積比為有機溶劑ml和溶液總體積ml的比，例如體積比30%的硫酸為30ml硫酸和70ml水的比。
[0021] 相比現有技術，本發明的優點在於:
[0022]1、本發明提供的加入了硫酸限定pH值的酸性拋光液，相對於現有技術採用其他酸、鹼拋光液，拋光後的晶體表面粗糙度更小，具有更好的晶體質量。
[0023]2、本發明的拋光液通過硫酸濃度的選擇，保證拋光效果的同時減少拋光液對晶體的腐蝕，可以廣泛應用於不同莫氏硬度晶體的拋光，且減小拋光液的體積，便於運輸，具有更廣的使用範圍，大大的減輕了生產實踐中對拋光液的選擇。
[0024]3、採用所發明的酸性拋光液對不同晶體進行拋光的方法，明顯提高拋光後晶體的質量，設備要求低，易於產業化使用。
[0025]4、本發明可以實現機械拋光與化學拋光的最佳結合，以獲得我們所需性能的光學材料，製備出性能更好的器件。
【具體實施方式】
[0026]下面結合實施例對本發明作進一步說明:
[0027]實施例1
[0028]將白寶石晶體(硬度值莫氏9級)進行加工成所需的晶片，尺寸:20mmX 20mmX 1.5mm,採用拋光液——重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，加入體積比濃度為40%的硫酸，控制拋光液的pH在5，採用Rodel-Suba600型拋光布拋光完成之後，通過光學測試其表面質量(測試晶體表面粗糙度，得到拋光後的晶體表面粗糙度為0.27nm，並通過顯微鏡觀察晶體表面形貌)。
[0029]實施例2
[0030]將單晶矽晶體(硬度值莫氏7級)進行加工成所需的晶片，尺寸:20mmX 20mmX 1.5mm，採用拋光液——重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，加入體積比濃度為30%的硫酸，控制拋光液的pH在5.5，採用Rodel-Suba600型拋光布拋光完成之後，通過光學測試其表面質量(測試晶體表面粗糙度，得到拋光後的晶體表面粗糙度為0.31nm，並通過顯微鏡觀察晶體表面形貌。
[0031]實施例3
[0032]將鈮酸鋰晶體(硬度值莫氏5級)進行加工成所需的晶片，尺寸:20mmX 20mmX 1.5mm,採用拋光液——重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，加入體積比濃度為20%的硫酸，控制拋光液的pH在7，採用Rodel-Suba600型拋光布拋光完成之後，通過光學測試其表面質量(測試晶體表面粗糙度，得到拋光後的晶體表面粗糙度為0.25nm，並通過顯微鏡觀察晶體表面形貌。
[0033]實施例4
[0034]將砷化鎵晶體(硬度值莫氏6級)進行加工成所需的晶片，尺寸:20mmX 20mmX 1.5mm,採用拋光液——重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，加入體積比濃度為25%的硫酸，控制拋光液的pH在6，採用Rodel-Suba600型拋光布拋光完成之後，通過光學測試其表面質量(測試晶體表面粗糙度，得到拋光後的晶體表面粗糙度為0.28nm，並通過顯微鏡觀察晶體表面形貌。
[0035]對比實施例1 [0036]將白寶石晶體(硬度值莫氏9級)進行加工成所需的晶片，尺寸:20mmX 20mmX 1.5mm,採用拋光液——重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，加入草酸，控制拋光液的pH在7，採用Rodel-Suba600型拋光布，得到拋光後的晶體表面粗糙度為
0.62nm，通過顯微鏡觀察到晶體表面有大量被劃傷的痕跡，這說明草酸在拋光過程中並沒有起到化學腐蝕的作用，只有二氧化鈰顆粒的磨削作用。
[0037]對比實施例2
[0038]將鈮酸鋰晶體(硬度值莫氏5級)進行加工成所需的晶片，尺寸:20mmX 20mmX 1.5mm,採用拋光液——重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液，加入體積比濃度為40%鹽酸，控制拋光液的pH在5，採用Rodel-Suba600型拋光布，得到拋光後的晶體表面粗糙度為0.77nm，通過顯微鏡觀察到晶體表面有大量凹坑，這說明在整個拋光過程中，鹽酸大量腐蝕了晶體的表面，使其形成凹坑，而並沒有是二氧化鈰起到很好的拋光效果。
[0039]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種酸性拋光液，其中，在含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸。
2.根據權利要求1所述的酸性拋光液，其特徵在於，所述二氧化鈰的拋光液為重量/體積比為3% 二氧化鈰的水溶液。
3.根據權利要求1所述的酸性拋光液，其特徵在於，在含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸，控制拋光液的pH在5~7之間。
4.根據權利要求2所述的酸性拋光液，其特徵在於，在含有二氧化鈰的拋光液中加入硫酸，控制拋光液的pH在5~7之間。
5.根據權利要求3或4所述的酸性拋光液，其特徵在於，硫酸的體積比濃度為20%—40%。
6.一種晶體的拋光方法，其特徵在於，使用權利要求1一5任一權利要求所述的酸性拋光液進行拋光。
7.根據權利要求6所述的拋光方法，其特徵在於，根據晶體的莫氏硬度在5—9。
8.根據權利要求6所述的拋光方法，其特徵在於，所述晶體包括白寶石晶體、單晶矽晶體、鈮酸鋰晶體、砷化鎵晶體。
9.根據權利要求7所述的拋光方法，其特徵在於，所述晶體包括白寶石晶體、單晶矽晶體、鈮酸鋰晶體、砷化鎵晶體。
10.根據權利要求6—9任一權利要求所述的拋光方法，其特徵在於，採用Rodel-suba600型拋光 布拋光後的晶體表面粗糙度在0.35nm以下。
【文檔編號】C09G1/02GK103666277SQ201310698733
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】劉向力, 羅政純, 吳凌 申請人:哈爾濱工業大學深圳研究生院