一种新型固结纳米钻石烯研磨盘及其制备工艺制造技术

一种新型固结纳米钻石烯研磨盘，由基础原料添加纳米钻石烯制成，所述基础原料由以下重量百分比的组分制成：改性E‑54环氧树脂和甲基四氢苯酐55～60%、N,N‑二甲基苄胺0.5～1%、增塑剂3.5～4%、填料30～35%、造孔剂5～6%，纳米钻石烯的添加量为基础原料的15～33wt%，E‑54环氧树脂和甲基四氢苯酐的质量比为10:9。本发明专利技术固结纳米钻石烯研磨盘研磨加工效率高；固结纳米钻石烯研磨盘研磨过程中磨料利用率高，成本低，对环境污染小；固结纳米钻石烯研磨盘研磨后磨料不会嵌入被加工工件表面，后续的工件清洗和加工方便。

New compact nano diamond lapping disc and its preparation process

A new type of nano diamond grinding wheel by consolidation, by adding basic raw materials made of nano diamond in graphene, the basic material consists of the following components by weight percent: made of modified epoxy resin and 54 E MTHPA 55 ~ 60%, N two, N methylbenzylamine 0.5 ~ 1%, 3.5 ~ 4%, plasticizer packing 30 ~ 35%, 5 ~ 6% pore forming agent, the addition of nano diamond graphene based materials of 15 ~ 33wt%, the quality of E 54 epoxy resin and MTHPA is 10:9. The consolidation of nano diamond graphene plates lapping high processing efficiency; consolidation of nano diamond graphene plates lapping process by abrasive high rate, low cost, little pollution to the environment; consolidation of nano diamond graphene plates lapping after abrasive workpiece surface processing is not embedded, subsequent work piece cleaning and convenient processing.

【技术实现步骤摘要】
一种新型固结纳米钻石烯研磨盘及其制备工艺
本专利技术属于研磨抛光
，具体涉及一种新型固结纳米钻石烯研磨盘及其制备工艺。
技术介绍
进入21世纪以来，以IC产业为代表的信息产业进入了飞速发展阶段，IC芯片的特征线宽也从微米级迈入了纳米级，目前IC芯片的特征线宽仅为22nm，晶圆尺寸也进入了300mm和400mm时代，并向更大尺寸发展，以满足提高IC芯片产量的需要，同时随着电子通讯产品的日益轻便化、复合化和智能化，要求IC芯片厚度微小化，而芯片表表面状态将直接影响器件的线宽容量。目前IC芯片表面平整化采用的是化学机械研磨抛光技术，而传统的化学机械研磨抛光是以碳化硅、氧化硅等为磨料，采用游离磨料的研磨技术对工件表面进行微加工，从而获得高质量的加工表面，但是这种游离磨料的研磨技术加工后的工件易出现亚表面损伤层，较难获得超光滑表面，影响产品的使用性能，且这种游离磨料的研磨抛光方法在研磨抛光加工后的磨料无法回收，容易造成磨料的浪费，同时会对环境产生污染。游离磨料研磨抛光加工原理如附图1所示，在加工过程中，磨料1以游离方式参与研磨加工，磨料1随机分布在研磨垫3上，与被加工件2整个表面接触，造成了被加工件2表面不需要加工的区域也被研磨，容易导致工件几何尺寸偏离目标尺寸，再者由于游离磨料研磨中磨料1是游离的，容易导致研磨盘中的微孔被堵塞，导致研磨盘出现釉化现象，同时在研磨过程中需要不停地添加含有磨料的研磨液，造成了磨料的浪费，大量的研磨液携带磨料和废屑排出，污染环境。综上所述，游离磨料研磨加工主要存在以下缺点：1)研磨过程中对被加工工件表面的选择性加工较差，全局平坦化效果差；2)加工效率偏低，加工工艺不易控制；3)磨料利用率低，浪费严重，成本高，对环境污染大；4)研磨后易造成磨料嵌入被加工工件表面，给工件清洗和后续加工带来麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型固结纳米钻石烯研磨盘，同时提供其制备方法是本专利技术的又一专利技术目的。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种新型固结纳米钻石烯研磨盘，由基础原料添加纳米钻石烯制成，所述基础原料由以下重量百分比的组分制成：改性E-54环氧树脂和甲基四氢苯酐55～60%、N,N-二甲基苄胺0.5～1%、增塑剂3.5～4%、填料30～35%、造孔剂5～6%，纳米钻石烯的添加量为基础原料的15～33wt%，E-54环氧树脂和甲基四氢苯酐的质量比为10:9。纳米钻石烯的添加量为基础原料的30～33wt%。纳米钻石烯的添加量为基础原料的30wt%。所述造孔剂为石墨和食盐的混合物，二者的混合比例为1:1～2。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，填料为改性硅灰石。所述纳米钻石烯为由50nm、100nm、200nm、250nm四种不同粒度的纳米钻石烯按质量比(1~2)：(2~3)：(3~4)：(4~5)混合后经以下处理得到：①超声碱洗：将混合后的纳米钻石烯置于碱洗槽超声碱洗并搅拌，超声频率为30～40KHz，碱洗液为浓度10%～15%的NaOH溶液，碱洗液温度为45～55℃，搅拌速度为25～35rpm，碱洗时间为25～35min；该步骤目的是将纳米钻石烯表面附着的油污去除；②超声清洗：将碱洗后的纳米钻石烯置于去离子水中超声清洗并搅拌，超声频率为30～35KHz，搅拌速度为15～25rpm，搅拌时间为20～25min，反复清洗直至上层清液pH=7；③酸洗活化：将清洗后的纳米钻石烯置于酸洗液中酸洗活化并搅拌，酸洗液为体积比为1:10的浓盐酸和浓硫酸混合液，温度为常温，旋转转速为10～15rpm，搅拌时间为10～15min，该步骤目的是达到将原料表面活化的目的；④超声水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯置于去离子水超声水洗并搅拌，超声频率为30～35KHz，搅拌速度为15～25rpm，搅拌时间为10～15min，反复水洗直至上层清液pH=7；⑤烘干：采用阶梯式烘烤，具体是先以速率为2℃/min升温至70℃，保温30min后，再升温至90℃，保温30min，继续升温至120℃，保温3h，之后自然冷却到室温待用。烘干的目的是将处理过的原料中的水分去除。所述的新型固结纳米钻石烯研磨盘的制备方法，包括以下步骤：1)前处理将填料、造孔剂放入烘箱中于100℃下烘烤1h，将原材料中的水分去除，防止磨盘固化加热时水分汽化造成气孔；2)混料将E-54环氧树脂和甲基四氢苯酐置于温控混料装置中于80℃下混合，再添加促进剂混合，维持体系温度，依次将填料、纳米钻石烯、造孔剂加入到温控混料装置中搅拌制得成型浆料，搅拌频率为20～40rpm，搅拌时间为10min～1h；3)真空排泡利用真空设备于真空度为0.1MPa下抽气排泡10～30min，目的是排出浆料中的气泡；4)模具前处理将研磨盘采用的模具的内表面涂覆脱模剂后放入烘箱中于80℃预热2～10min；5)浇筑将步骤3）真空排泡后的浆料浇筑在预热后的模具中，涂抹均匀并刮平；6)二次排泡将浇筑后的模板放入真空设备中于真空度为0.1MPa下抽气排泡10～30min；7)树脂固化将经过二次排泡后的模板放入烘箱中采用阶梯型烘烤工艺烘烤，具体工艺是：先以升温速率为2℃/min由常温升至40℃保温30min，再升温至90℃保温1h，继续升温到110℃保温1h，升温到120～150℃，保温2～10h，保温结束后自然冷却到常温；8)脱模固化完成后将研磨盘从模具上剥离，并在反面贴上双面胶（后续使用时粘接目的），完成研磨盘的制备。步骤4）中的模具由硫化硅橡胶制成。本申请中，填料、造孔剂和纳米钻石烯均已经烘烤去除水份，这样的目的是防止磨盘固化加热时水分汽化造成气孔。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、加入纳米钻石烯后，研磨盘的硬度高，耐磨性强，研磨效率高；2、纳米钻石烯具有无毒副作用，对人身体无毒害作用；3、固结纳米钻石烯研磨盘研磨后的玻璃表面粗糙度低，表面质量高；4、固结纳米钻石烯研磨盘研磨加工效率高；5、固结纳米钻石烯研磨盘研磨过程中磨料利用率高，成本低，对环境污染小；6、固结纳米钻石烯研磨盘研磨后磨料不会嵌入被加工工件表面，后续的工件清洗和加工方便。说明书附图图1是游离磨料研磨抛光加工原理图；图2是不同纳米钻石烯含量的研磨盘的硬度变化示意图；图3为不同纳米钻石烯含量的研磨盘的研磨磨削效率变化示意图；图4为不同纳米钻石烯含量的玻璃加工数量示意图；图5为不同纳米钻石烯含量的研磨盘研磨玻璃表面粗糙度的示意图。具体实施方式需要说明的是，本专利技术中所述的常温和室温均定义为20～30℃。其中，改性E-54环氧树脂为市售，购自无锡化工厂；甲基四氢苯酐(MTHPA)为市售，购自无锡化工厂；N,N-二甲基苄胺为市售，购自国药集团化学试剂有限公司；增塑剂邻苯二甲酸二丁酯为市售，购自国药集团化学试剂有限公司；填料改性硅灰石为市售，江西奥特矿物材料有限公司；脱模剂为环氧树脂专用脱模剂QV5110，市售。下面以具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1一种新型固结纳米钻石烯研磨盘，由基础原料添加纳米钻石烯制成，所述基础原料由以下重量百分比的组分制成：改性E-54环氧树脂和甲基四氢苯酐(MTHPA)55%、N,N-二甲基苄胺0.5%、增塑剂（邻苯二甲酸二丁酯）3.5%、填料（改性硅灰石）35%、造孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，由基础原料添加纳米钻石烯制成，所述基础原料由以下重量百分比的组分制成： 改性E‑54环氧树脂和甲基四氢苯酐55～60%、N,N‑二甲基苄胺0.5～1%、增塑剂3.5～4%、填料30～35%、造孔剂5～6%，纳米钻石烯的添加量为基础原料的15～33wt%，E‑54环氧树脂和甲基四氢苯酐的质量比为10:9。

【技术特征摘要】
1.一种新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，由基础原料添加纳米钻石烯制成，所述基础原料由以下重量百分比的组分制成：改性E-54环氧树脂和甲基四氢苯酐55～60%、N,N-二甲基苄胺0.5～1%、增塑剂3.5～4%、填料30～35%、造孔剂5～6%，纳米钻石烯的添加量为基础原料的15～33wt%，E-54环氧树脂和甲基四氢苯酐的质量比为10:9。2.如权利要求1所述的新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，纳米钻石烯的添加量为基础原料的30～33wt%。3.如权利要求1所述的新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，纳米钻石烯的添加量为基础原料的30wt%。4.如权利要求1所述的新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，所述造孔剂为石墨和食盐的混合物，二者的混合比例为1:1～2。5.如权利要求1所述的新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，填料为改性硅灰石。6.如权利要求1所述的新型固结纳米钻石烯研磨盘，其特征在于，所述纳米钻石烯为由50nm、100nm、200nm、250nm四种不同粒度的纳米钻石烯按质量比(1~2)：(2~3)：(3~4)：(4~5)混合后经以下处理得到：①超声碱洗：将混合后的纳米钻石烯置于碱洗槽超声碱洗并搅拌，超声频率为30～40KHz，碱洗液为浓度10%～15%的NaOH溶液，碱洗液温度为45～55℃，搅拌速度为25～35rpm，碱洗时间为25～35min；②超声清洗：将碱洗后的纳米钻石烯置于去离子水中超声清洗并搅拌，超声频率为30～35KHz，搅拌速度为15～25rpm，搅拌时间为20～25min，反复清洗直至上层清液pH=7；③酸洗活化：将清洗后的纳米钻石烯置于酸洗液中酸洗活化并搅拌，酸洗液为体积比为1:10的浓盐酸和浓硫酸混合液，温度为常温，旋转转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永奇，张召，武艳强，邵静茹，刘创勋，尹维召，李盟，穆小娜，
申请(专利权)人：郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41