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来源:竞技宝测速官网    发布时间:2025-03-25 17:25:07

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  在国内,α-氧化铝应用于研磨抛光领域始于上世纪八十年代末,随着中国的改革开放,当时的亚洲四小龙把劳动密集型的制造业逐步转移到中国,也给中国带来了α-氧化铝抛光研磨材料,中国才有了α-氧化铝研磨抛光的概念。

  α-氧化铝属六方紧密堆积晶体,晶格能较大,熔点高、硬度大,机械强度高,其制品耐酸、碱性好,基于其优良的物理、化学性能,使得其在抛光领域存在广泛的用途。而在抛光领域又细分了多个具体应用:汽车漆面抛光、蓝宝石抛光、玻璃镜片抛光、晶圆抛光等。那么上述四种具体应用对于α-氧化铝作为磨料时的粒径大小的要求有什么不同呢?

  汽车漆面经抛光后,为避免磨料对漆面的二次划损,因而要求α氧化铝磨料的棱角不能太尖锐,一般为球形或柱形,且要尽可能地均匀、避免团聚。

  一般来说,α氧化铝粉的粒径越大,切屑度越好,光面度越差。 反之粒径越小,切削度越差,光面度越好。 因此对于α氧化铝的粒径来说,汽车漆面的初抛要在60μm -----45μm范围内;中抛要在5.9μm----5μm范围内,精抛要在1-2μm范围内。

  蓝宝石,即单晶氧化铝,随着光电技术的快速的提升,光电产品对蓝宝石衬底材料需求量的日益增加,同时随着LED 元件的不断拓展,蓝宝石慢慢的变成了最重要的衬底材料之一,具有极大的国内外市场需求。蓝宝石作为衬底时需要很好的平整度,因而对蓝宝石表面抛光成为当下研究热点。

  在蓝宝石抛光过程中,蓝宝石表面的Al 和抛光浆料中的羟基反应形成一种莫氏硬度为 3 的勃姆石水化层。 当磨料粒径较小时,可能没办法完全穿透水化层,即抛光磨料不能有效参与机械抛光,导致抛光材料去除速率低。 随氧化铝粒径增大至 360 nm 时,材料去除速率逐渐增加,表面粗糙度降至最低。 氧化铝颗粒粒径增大,参与到抛光的有效磨料数增加,材料去除率增加,机械抛光与化学抛光达到动态平衡,即抛光后,蓝宝石晶片损伤全部被移除,表面平整,表面上的质量相比来说较高,使得材料表面粗糙度小。当磨料粒径增加至560 nm 时,材料去除速率达到峰值,但材料表面粗糙度也明显增大,抛光效果不理想。 因为,抛光磨料粒径较大时,机械抛光作用增强,致使材料去除率增大。 磨料的粒径不同,研磨所去除的深度不同,粒径越大,深度越大,对晶片造成的损伤就越严重。 当粒径增加至 1.5 μm后,抛光液的稳定性变差,在抛光过程中出现轻微分层,导致磨料的分散性差,使得抛光效果较差。

  图1及图2为不同粒径对材料去除速率以及表面粗糙度的影响。不难得知α氧化铝粒径为360nm抛光的综合效果最好。

  图3表示粒径为360nm的球形氧化铝对蓝宝石晶片抛光前后的表面形貌 AFM 图。能够准确的看出,抛光前的蓝宝石晶片表面凸凹不平且粗糙峰较多;抛光后划痕状况得到良好改善,去除了蓝宝石晶片表面较多的粗糙峰,表面也变得光滑、平坦,表面微观起伏较小。

  对于硅晶圆抛光,最好将α氧化铝粉制为平板状,这样研磨时颗粒就能贴合工件表面,产生滑动的研磨效果,避免了颗粒尖角对工件表面的划伤,且研磨压力均匀分布在颗粒表面,颗粒不易破碎,来提升了研磨效率和表面光洁度,能够大大减少磨削时间,大幅度提高研磨效率,减少磨片机的损耗,节省人工和磨削成本,将成品率提升在90%以上。

  当被抛光对象是碳化硅晶圆(莫氏硬度9.2)时,因为α氧化铝莫氏硬度仅为8.8,所以需将金刚石(莫氏硬度10)微粉与α氧化铝微粉混合制得磨料。 但由于金刚石磨料的形貌不规则且硬度高,在机械抛光后,碳化硅晶片表面粗糙度在10nm-20nm的范围内,而且在显微镜下观察可见若干条深浅不一的划痕,这说明表面损伤层较深,会导致后续的化学机械抛光很难完全去除机械抛光(MP)产生的损伤层。 所以要将α氧化铝微粉的粒径制为0.5μm -5μm范围内,比表面积制为为100-250㎡/g。 这样做才能够起降低碳化硅晶片表面粗糙度,减小亚表面损伤层深度的作用,能够在抛光过程中改善金刚石微粉作为磨料带来的划痕和损伤层的问题,获得基本无划痕、损伤层小、粗糙度低的碳化硅晶片表面,为后续进行化学机械抛光提供条件。如果制得的α氧化铝微粉粒径比上述范围大则易产生划痕和裂片,反之比上述范围小则起不到消除金刚石微粉损伤的效果。

  对于玻璃镜片抛光的抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成。由于氧化铈与硅酸盐玻璃的化学活性较高,硬度也相当,因此在玻璃镜片抛光中普遍的使用氧化铈作为磨料。有的氧化铈抛光粉中加入α氧化铝这种较硬的材料,反映出来的磨削率和耐磨性都会提高。因为硅酸盐玻璃莫氏硬度一般为6 - 6.5,且在该情况中α氧化铝作为磨料的比例较少,所以对α氧化铝的晶体的显微结构不做特别要求,正常来说粒径不宜过大,棱角不太尖锐都能满足要求。

  值得一提的是,在氧化铈表面掺铝可以明显提高其抛光光学玻璃的抛蚀量。将水合碳酸铈与硝酸铝和氨水共同进行机械球磨,使新形成的无定型氢氧化铝包覆在细小的碳酸铈颗粒表面,经脱水干燥和煅烧,这样可制备出表面掺杂有氧化铝的氧化铈。经实验根据结果得出:球磨中间产物仍然以水合碳酸铈为主,氢氧化铝的形成阻碍了碳酸铈的无定型化和向氢氧化铈的转化过程。在氧化铝掺杂量不超过10%的条件下,煅烧产物均具有立方萤石型结构。所有掺杂铝的氧化铈粉体对ZF7和K9光学玻璃的抛光速率均比纯氧化铈的有很大提高,证明铝的掺杂能够大幅度的提升氧化铈的抛光性能。其最佳掺杂量为0.6%,煅烧条件为在1000℃下煅烧2 h。此时的MRR值为纯氧化铈的两倍以上。

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