一种碳化硅磨料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅制备技术领域，特别涉及一种碳化硅磨料及其制备方法。本发明专利技术实施例提供了一种碳化硅磨料的制备方法，包括：将石英砂、碳源和金属铝混合均匀，得到混合物；对所述混合物进行煅烧处理，得到所述碳化硅磨料。本发明专利技术实施例提供了一种碳化硅磨料及其制备方法，能够提供一种高硬度的碳化硅磨料。能够提供一种高硬度的碳化硅磨料。能够提供一种高硬度的碳化硅磨料。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅磨料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅制备
，特别涉及一种碳化硅磨料及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅磨料是一种高级耐磨材料，其硬度高、化学性质稳定、热传导性能好等特点使其在电子行业、金属加工、医疗行业、陶瓷行业等多个领域都有着广泛的应用。
[0003]但是，碳化硅磨料抛光硬度较高的晶圆时，其硬度不足导致磨损较快、使用寿命较短。
[0004]因此，针对上述不足，急需一种高硬度的碳化硅磨料。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种碳化硅磨料及其制备方法，能够提供一种高硬度的碳化硅磨料。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种碳化硅磨料的制备方法，包括：
[0007]将石英砂、碳源和金属铝混合均匀，得到混合物；
[0008]对所述混合物进行煅烧处理，得到所述碳化硅磨料。
[0009]在一种可能的设计中，所述金属铝占所述混合物质量的0.5～5％。
[0010]在一种可能的设计中，所述碳源包括石焦油。
[0011]在一种可能的设计中，所述混合物中，所述石英砂和所述石焦油的质量比为1：(1～5)。
[0012]在一种可能的设计中，所述碳源还包括木屑。
[0013]在一种可能的设计中，所述木屑的质量占所述混合物质量的2～8％。
[0014]在一种可能的设计中，所述煅烧处理的温度为1800～2000℃。
[0015]在一种可能的设计中，所述煅烧处理的时间为100～120h。
[0016]在一种可能的设计中，所述煅烧处理在惰性气体中进行；
[0017]所述煅烧处理包括如下步骤：
[0018]在1000～2000Pa下煅烧处理60～80h；
[0019]在8～12MPa下煅烧处理20～40h。
[0020]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种碳化硅磨料，根据上述中任一方法制备得到。
[0021]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0022]在本实施例中，石英砂的主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳源在高温下能够反应形成碳化硅。石英砂和碳源的原料丰富，成本较低，适于进行大规模的工业制备。在二氧化硅和碳源反应的过程中，混合物中的铝原子替代碳化硅中的部分硅原子，得到掺杂铝原子的碳化硅。铝原子的原子半径大于硅原子的半径，铝原子替代硅原子后会使晶格原子间隙减小，同时原胞内产生压缩应力，进而提高得到的碳化硅磨料的硬度。
[0023]需要说明的是，过多的铝原子掺杂碳化硅会破坏碳化硅的结构，反而会导致碳化硅的硬度下降。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术实施例提供的一种碳化硅磨料的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种碳化硅磨料的制备方法，包括：
[0028]将石英砂、碳源和金属铝混合均匀，得到混合物；
[0029]对混合物进行煅烧处理，得到碳化硅磨料。
[0030]在本实施例中，石英砂的主要成分为二氧化硅，二氧化硅和碳源在高温下能够反应形成碳化硅。石英砂和碳源的原料丰富，成本较低，适于进行大规模的工业制备。在二氧化硅和碳源反应的过程中，混合物中的铝原子替代碳化硅中的部分硅原子，得到掺杂铝原子的碳化硅。铝原子的原子半径大于硅原子的半径，铝原子替代硅原子后会使晶格原子间隙减小，同时原胞内产生压缩应力，进而提高得到的碳化硅磨料的硬度。
[0031]需要说明的是，过多的铝原子掺杂碳化硅会破坏碳化硅的结构，反而会导致碳化硅的硬度下降。
[0032]在本专利技术的一些实施例中，金属铝占混合物质量的0.5～5％(例如，可以是0.5％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.8％、2.0％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％或5.0％)。
[0033]在本实施例中，过少的金属铝(金属铝占混合物质量百分比少于0.5％)掺杂会导致碳化硅晶体中的铝含量较低，进而无法明显提升碳化硅磨料的硬度。过多的金属铝(金属铝占混合物质量百分比多于5％)掺杂会破坏碳化硅的结构进而导致其硬度降低。
[0034]在本专利技术的一些实施例中，碳源包括石焦油。
[0035]在本实施例中，石焦油除了能提供优质碳源外，其还具备成本低的优点。此外，石焦油常温下呈液体状，并且具有一定粘性，便于将石英砂包覆以使二者混合均匀。
[0036]需要说明的是，当混合物中包含其他固体物质时，石焦油同样能将包括石英砂在内的所有固体物质包覆并混合均匀。
[0037]在本专利技术的一些实施例中，混合物中，石英砂和石焦油的质量比为1：(1～5)(例如，可以是1：1、1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：3.5、1：4、1：4.5或1：5)。
[0038]在本实施例中，为了让石英砂与石焦油充分反应，需要让石英砂和石焦油混合均
匀，使每一颗石英砂均被石焦油包裹。为了达到上述效果，需要限定石英砂与石焦油的质量比在上述比例范围内，优选石英砂和石焦油质量比为1：3。石英砂和碳源的反应如下：
[0039]SiO2+3CSiC+2CO
[0040]在本专利技术的一些实施例中，碳源还包括木屑。
[0041]在本实施例中，在混合物中加入木屑，能够调节混合物的透气性能。这是因为木屑本身具有疏松结构，均匀分布在混合物中的木屑使混合物在煅烧的过程中形成多孔烧结体。由于二氧化硅和碳反应生成碳化硅的过程中会生成气体，多孔的烧结体能够使反应生成的气体及时排出，避免了生成的碳化硅磨料内部出现气孔气泡，同时，也避免了气体在烧结体内部富集产生内部压力差，进而导致形成的碳化硅磨料容易开裂。
[0042]在本专利技术的一些实施例中，木屑的质量占混合物质量的2～8％(例如，可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％或8％)。
[0043]在本实施例中，经过大量实验验证，木屑的质量占比需要限定在混合物质量的2％到8％之间，若木屑的质量占比少于2％，则烧结体无法形成有效的多孔结构。若木屑的质量占比高于8％，则烧结体孔洞过多，导致形成的碳化硅磨料较脆，易破裂。
[0044]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅磨料的制备方法，其特征在于，包括：将石英砂、碳源和金属铝混合均匀，得到混合物；对所述混合物进行煅烧处理，得到所述碳化硅磨料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属铝占所述混合物质量的0.5～5％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源包括石焦油。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中，所述石英砂和所述石焦油的质量比为1：(1～5)。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碳源还包括木屑。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述木...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽盛，杨蕾，
申请(专利权)人：北京晶格领域半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：