具有陽(yáng)離子表面活性劑的研磨漿料的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)基于并要求2013年8月23日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 13/974588的優(yōu)先權(quán)權(quán) 益。
技術(shù)領(lǐng)域 [0003] 與工業(yè)實(shí)用性
[0004] 本公開內(nèi)容大體涉及研磨化合物（lapping compound)及其生產(chǎn)方法，更具體地， 涉及工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中用于在工件和研磨設(shè)備上消除或最小化殘留物的研磨漿料（lapping s lurry )、化合物或凝膠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個(gè)實(shí)施方式中，研磨漿料可包含分散在載體中的磨料粒子，其中載體包含水、 乙二醇以及約〇. 5wt %至約60wt %之間的表面活性劑。
[0006] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，研磨組合物可包含超硬磨料材料;和陽(yáng)離子表面活性劑或 陽(yáng)離子聚合物，其中陽(yáng)離子表面活性劑或陽(yáng)離子聚合物吸附在超硬磨料材料的表面上。
[0007] 在又一個(gè)實(shí)施方式中，研磨漿料可包含當(dāng)分散在pH范圍為5至9的乙二醇中時(shí)帶正 電荷的磨料粒子，如ζ電位(zeta potential)所證明的；以及分散在乙二醇中的消泡劑。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將更好地理解前述
【發(fā)明內(nèi)容】
以及以下的【具體實(shí)施方式】。應(yīng)當(dāng) 理解的是，描述的實(shí)施方式不限于所示的精確布置和手段。
[0009] 圖1是根據(jù)一種實(shí)施方式的研磨工序期間帶負(fù)電荷的藍(lán)寶石表面的示意圖；
[0010]圖2是示出配方A、B、C和D之間材料去除速率的條形圖；
[0011] 圖3是示出用漿料A、B、C和D處理的晶片粗糙度Ra的條形圖；和
[0012] 圖4是示出用漿料A、B、C和D處理的晶片粗糙度Rz的條形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 在對(duì)本方法、系統(tǒng)和材料進(jìn)行說(shuō)明之前，要理解該公開內(nèi)容不限于描述的特定方 法論、體系和材料，因?yàn)檫@些可以變化。還要理解，說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述特定 版本或?qū)嵤┓绞降哪康模⒉灰鈭D限制范圍。例如，如本文中所用的，除非上下文明確表明 是另外的情況，否則單數(shù)形式"一個(gè)"、"一種"、"該"和"所述"包括復(fù)數(shù)形式。另外，本文中所 用的詞"包含"意在指"包括但不限于"。除非另有定義，否則本文中所用的所有技術(shù)和科學(xué) 術(shù)語(yǔ)都具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。
[0014] 除非另有說(shuō)明，否則說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的表示成分的量，性質(zhì)諸如尺寸、 重量，反應(yīng)條件等的所有數(shù)字都要理解為在所有情況下由術(shù)語(yǔ)"約"修飾。相應(yīng)地，除非表明 相反情況，否則在以下說(shuō)明書和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)值參數(shù)是近似值，其取決于本發(fā) 明尋求獲得的期望性能而變化。最起碼地，并且并不試圖應(yīng)用等同原則來(lái)限制權(quán)利要求書 的范圍，各個(gè)數(shù)值參數(shù)應(yīng)至少根據(jù)報(bào)道的有效數(shù)字的位數(shù)并且通過應(yīng)用普通的舍入技術(shù)來(lái) 理解。
[0015]在說(shuō)明和要求本發(fā)明時(shí)，將根據(jù)下面闡述的定義使用以下術(shù)語(yǔ)。
[0016]如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"約"是指所使用數(shù)的數(shù)值的±10%。因此，約50%指的是 在45%_55%的范圍內(nèi)。
[0017] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"磨料"指的是用于磨掉較軟質(zhì)材料的任意材料。
[0018] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"材料去除量"指的是在給定的時(shí)間段內(nèi)去除的工件的重 量，其以毫克、克等報(bào)道。
[0019] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"材料去除速率"指的是去除的材料除以時(shí)間間隔，其以 毫克每分鐘、克每小時(shí)或微米厚度每分鐘等報(bào)道。
[0020] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"單晶金剛石"指的是通過高壓/高溫合成形成的金剛石 或天然形成的金剛石。單晶金剛石的破裂沿著原子解理面進(jìn)行。單晶金剛石粒子在解理面 處相對(duì)容易地破裂。
[0021 ]如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"粒子"（particle或particles)指的是離散體。粒子還可 被認(rèn)為是晶體(crystal)或顆粒(grain)。
[0022] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"凹坑"（pit)指的是粒子中的壓痕或裂縫，為二維圖像中 的壓痕或裂縫或?yàn)槲矬w(object)中的壓痕或裂縫。
[0023] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"多晶金剛石"指的是通過產(chǎn)生多晶粒子結(jié)構(gòu)的爆炸合成 形成的金剛石。每個(gè)多晶金剛石粒子由大量的尺寸小于約1〇〇埃的微晶構(gòu)成。多晶金剛石粒 子不具有解理面。
[0024] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"超硬磨料"指的是具有出眾的硬度和耐磨性的磨料。金 剛石和立方氮化硼是超硬磨料的實(shí)例，并且具有超過3500的努氏壓痕硬度值。
[0025] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"重量損失"指的是粒子群在進(jìn)行改性處理前的重量與相 同質(zhì)量的金剛石粒子或磨料粒子在進(jìn)行改性處理之后的重量的差異。
[0026] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"工件"指的是通過磨削、拋光、研磨或其它材料去除方法 由其去除材料的零件或物體。
[0027] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"周界"（perimeter)指的是封閉平面圖的邊界或二維圖 像所有邊界的總和。
[0028] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"表面積"指的是粒子的外表面。當(dāng)在大量粒子即粉末的 情況下使用時(shí)，使用術(shù)語(yǔ)比表面積并且將其報(bào)道為每克粉末的表面積。
[0029] 術(shù)語(yǔ)"晶片粗糙度"，當(dāng)參考藍(lán)寶石的表面時(shí)，為晶片表面的特征。包含來(lái)自磨料拋 光的微細(xì)劃痕或痕跡標(biāo)記的這些特征，使用接觸式輪廓測(cè)量?jī)x或非接觸式輪廓測(cè)量?jī)x進(jìn)行 測(cè)定。
[0030] 術(shù)語(yǔ)金剛石粒子和金剛石粉末在本申請(qǐng)中同義地使用并且與上面定義的"粒子" 具有相同的含義。
[0031] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"超硬磨料"指的是具有大于約4000的努氏硬度的材料。 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"Ra"指的是從中心線偏離輪廓的算術(shù)平均值。如本文中所使用的， 術(shù)語(yǔ)"Rz"指的是十點(diǎn)高度測(cè)量并且在美國(guó)為平均峰谷高度。
[0032] 重要的是要注意，盡管上面定義的術(shù)語(yǔ)指的是使用顯微測(cè)量技術(shù)測(cè)量二維粒子輪 廓，但是要理解特征可以延伸至三維形式。粒子尺寸與形狀的自動(dòng)圖像分析被本領(lǐng)域技術(shù) 人員視為是可靠的、可重現(xiàn)的測(cè)量粒子特征的方法。雖然使用了 Wyko圖像分析儀，但是將重 現(xiàn)數(shù)據(jù)的類似裝置是可獲得的。
[0033] 在一個(gè)實(shí)施方式中，可使用單晶金剛石粒子。尺寸小于約100微米的單晶金剛石粒 子是有用的。然而，也可以使用尺寸大于約100微米的金剛石粒子。金剛石粒子的尺寸范圍 為約0.1微米至約1000微米。可使用的金剛石粒子的一個(gè)實(shí)例為由金剛石創(chuàng)新公司 (Diamond Innovations，Inc) (Worthington，俄亥俄，美國(guó)）生產(chǎn)的SJK-5 4-8微米合成工業(yè) 金剛石粒子。
[0034] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，天然金剛石粒子、燒結(jié)的多晶金剛石或沖擊合成的多晶金 剛石粒子可進(jìn)行下面討論的改性處理。
[0035]在一個(gè)實(shí)施方式中，可以對(duì)其它磨料進(jìn)行改性處理。磨料的實(shí)例包括任意材料，例 如用于對(duì)工件成型或精加工的礦石?？梢允褂贸材チ喜牧?，諸如天然和合成的金剛石和 硼、碳和氮化合物。合適的金剛石材料可以是結(jié)晶的或多晶的。磨料顆粒的其它實(shí)例可包括 碳酸鈣、金剛砂、密砂石、浮石土、鐵丹、沙、陶瓷、氧化鋁、玻璃、二氧化硅、碳化硅和氧化鋯 錯(cuò)（zirconia alumina)。
[0036]在另一個(gè)實(shí)施方式中，使用反應(yīng)性涂層改性磨料或超硬磨料粒子。這樣的反應(yīng)性 涂層包括但不限于堿金屬氫氧化物，例如氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀，碳酸鉀，過氧化 鈉，重鉻酸鉀和硝酸鉀，等。反應(yīng)性涂層還可包含堿金屬氫氧化物的組合。
[0037]研磨粒子在漿料和其它載體液體中也是有用的。典型的漿料溶液可包含分散在載 體中的磨料粒子。載體可包含水、乙二醇以及約〇. 5wt %至約60wt %之間的表面活性劑。磨 料粒子可選自立方氮化硼、金剛石、表面改性的金剛石和金剛石復(fù)合材料。磨料粒子的尺寸 可在約0.1微米至約100微米的范圍內(nèi)，可以以約0.2重量％至約50重量％的濃度存在。載體 可包括水類載體、二醇類載體、油類載體或烴類載體和其組合以及消泡劑、pH和顏色調(diào)節(jié)劑 以及粘度改性劑。
[0038]表面活性劑可為陽(yáng)離子表面活性劑或陽(yáng)離子聚合物中的至少一種。陽(yáng)離子表面活 性劑為在它們的頭基團(tuán)（head group)上具有正電荷的一組表面活性劑。分子的組成可以不 同，但是通常為脂肪酸衍生的、具有含氮頭基團(tuán)的疏水尾。當(dāng)這些表面活性劑或陽(yáng)離子聚合 物添加至具有金剛石的漿料時(shí)，陽(yáng)離子表面活性劑或陽(yáng)離子聚合物可吸附在超硬研磨材料 例如金剛石的表面上，使得超硬磨料粒子可帶正電荷。更具體地，可通過ζ電位證明在pH范 圍為5至9的乙二醇中分散的磨料粒子。分散在乙二醇中的消泡劑可以是在工業(yè)加工流體中 減小和阻止泡沫形成的化學(xué)添加劑。例如，在實(shí)施例中使用的具體消泡劑可以是聚二甲基 硅氧烷乳液。
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