【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土材料，具体而言属于一种改性氧化铈纳米磨料的制备和使用方法。
技术介绍
1、随着半导体技术行业的快速推进， 对cmp抛光液的性能随之提出更高的要求，尤其高集成度的芯片中。发展更安全、更稳定、更高效、更环保的cmp抛光液提上日程。相比于其他溶剂而言，以水为溶剂的水基抛光液减少了挥发性有机化合物的使用及排放，对工件污染小，易清洗，尤其其低毒，对人体和环境友好等众多优势被认为是现在应用较多的环保型抛光液。然而，由于水基抛光液粘度较小及其磨料尺寸通常达到微米级，极易团聚，改善在水基抛光液的分散性和稳定悬浮性是关键问题所在。
2、相较于其他磨料。被誉为“抛光粉之王”的氧化铈在在碱性抛光条件下呈两性性质，能同时吸附阴、阳离子，在抛光效率及效果上均优于其他产品。但当前工艺技术路线下，工业生产出的ceo2磨粒形貌不规则、粒度分布范围大，使得抛光液悬浮稳定性及其抛光质量不稳定。以氧化铈抛光粉作为磨料制备抛光液，氧化铈由于其高表面能极易团聚易导致工件划伤；其次悬浮性能差，易粘附在工件表面，磨料沉底结块，导致抛光效率降低，这也为后续清洗带来困难。
3、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种改性氧化铈纳米磨料的制备方法，该方法工艺技术路线可操作性强，可批量规模化，利用率高；同时，该制备方法可使纳米氧化铈磨料的粒径均一，在无其他添加剂情况下配置成水系悬浮液中可提高其悬浮分散稳定性。
2、本专利技术的第二目的在于提供
3、为实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
4、本专利技术提供了一种改性氧化铈纳米磨料的制备方法，包括如下步骤：
5、将碳酸铈前处理，得到氧化铈纳米颗粒；
6、将氧化铈纳米颗粒与含有硅烷偶联剂的甲苯溶液混合，油浴并加热搅拌反应，离心、乙醇洗涤、干燥得到氧化铈中间体；
7、将短链有机酸配制成水溶液，将所述氧化铈中间体与短链有机酸水溶液混合，油浴加热搅拌反应，离心、乙醇洗涤、干燥，即得；
8、所述氧化铈纳米颗粒与所述硅烷偶联剂的质量比=（30:1）-（5:1）；
9、所述氧化铈中间体与所述短链有机酸的质量比=（30:1）-（5:1）。
10、在本专利技术中，含有硅烷偶联剂的甲苯溶液作为一种改性剂，可以通过化学反应将氧化铈纳米颗粒改性，其通过与氧化铈纳米颗粒牢固的结合，增加粒子之间的静电排斥力，有效的提高氧化铈纳米颗粒的分散能力，从而达到提高其悬浮稳定性的效果。
11、由于本专利技术的反应体系反应的时间较长，反应温度较高；使用传统的水浴加热时，难以超过100℃的反应温度，除此以外，长时间的水浴加热容易导致水分的蒸发，从而影响反应的进行。因此在本专利技术中选择能够达到较高的反应温度且反应过程中不易发生蒸发的油浴法进行反应。
12、在本专利技术中选择短链有机酸对氧化铈中间体进行改性，经过与硅烷偶联剂偶联后得到的氧化铈纳米磨料表面连接氨基，形成氧化铈中间体，短链有机酸能够与氧化铈中间体偶联，形成酰胺键；其表面的酰胺键能够使氨基酸偶联到以si-o-ce键的外围实现共修饰，从而对氧化铈纳米磨料进行改性，进一步提高其悬浮稳定性。
13、由于本专利技术所使用的硅烷偶联剂与短链有机酸水溶液均作为改性剂，因而需要对其用量进行限定，硅烷偶联剂的比例较低时，无法对氧化铈纳米磨料进行充分的改性，从而影响其性能；而当其含量过高时，除了造成不必要的浪费以外，还容易产生在长时间或高温条件下进行反应，所产生的不可控的其他反应。当短链有机酸的含量较低时，部分氧化铈中间体难以被修饰，会使最终产生的改性磨料质量参差不齐，不稳定；当短链有机酸的含量较高时，短链有机酸自身可能会发生氧化还原反应产生杂质，还会使氧化铈中间体无法得到充分的修饰，因此在本专利技术中限定氧化铈纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比=（30:1）-（5:1）；氧化铈中间体与短链有机酸的质量比=（30:1）-（5:1）以达到最优的反应条件。
14、优选地，作为进一步具体实施方式，所述氧化铈纳米颗粒与所述硅烷偶联剂的质量比=10:1；
15、优选地，所述氧化铈与所述短链有机酸的质量比=10:1。
16、在上述限定条件下做进一步摸索，优选氧化铈纳米颗粒与硅烷偶联剂的质量比=10:1，氧化铈与短链有机酸的质量比=10:1的条件下，能够使两种改性剂对于氧化铈进行更好的改性，使磨料更加的均一稳定，更易分散。
17、优选地，作为进一步具体实施方式，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（c9h23no3si，kh550）、γ-氨丙基三甲氧基硅烷（c6h17no3si，kh-540）、γ-（2,3 环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（c9h20o5si，kh560）、γ-巯丙基三甲氧基硅烷（c6h16o3ssi，kh590）、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（c10h22o4si，kh570）、3-巯丙基三乙氧基硅烷（c9h22o3ssi，kh580）、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷（c8n2h20o3si ，kh792）、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（c8h22n2o2si ,kh602）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷（c10h20o4si，kh571）的任意一种或多种的混合。
18、选择偶联剂时，优选带有硅烷的偶联剂，其原因在于硅烷偶联剂易与氧化铈生成si-o-ce化学键，可以使硅烷偶联剂桥连在氧化铈表面，能够形成稳定且便于后续修饰的氧化铈中间体，有助于提高改性氧化铈纳米磨料的稳定性。
19、优选地，作为进一步具体实施方式，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和/或γ-巯丙基三甲氧基硅烷混合的同时，再添加γ-（2,3 环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或3-巯丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
20、在本专利技术中，硅烷偶联剂在与氧化铈纳米磨料反应过程中自身也会发生水解，水解过程中也会伴随着硅烷基的自缩合，自缩合形成的化学基团能够与氧化铈中间体表面上的基团形成氢键，在加热条件下脱水缩合转化成共价键。因而在此过程中选择不同的硅烷偶联剂使其自身发生自缩合，能够与氧化铈磨料表面更好的化学结合形成si-o基团，形成的涂层更为稳定，能够更好、更合理的提供空间位阻，从而提高改性氧化铈纳米磨料的分散性。
21、优选地，作为进一步具体实施方式，所述短链有机酸为谷氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、苏氨酸、组氨酸、甘氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、异亮氨酸、脯氨酸天冬酰胺酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸的任意一种或多种的混合；
22、优选地，所述短链有机酸为谷氨酸。
23、在本专利技术中，由于要对空间位阻进行考虑，因而选择短链的有机酸与氧化铈中间体进行反应。长链有机酸不仅会影响空间位阻，增大偶联难度或者无法偶联成功本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述氧化铈纳米颗粒与所述硅烷偶联剂的质量比=10:1；
3.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-（2,3 环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或多种的混合。
4.根据权利要求3所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和/或γ-巯丙基三甲氧基硅烷混合的同时，再添加γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或3-巯丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述短链有机酸为谷氨酸、天冬氨酸、半胱
6.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述氧化铈纳米颗粒与含有硅烷偶联剂的甲苯溶液混合，油浴并加热搅拌反应的步骤中，所述油浴的温度为40 °C-110 °C，所述油浴的时间为2h-12h；
7.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述氧化铈中间体与短链有机酸混合，油浴加热搅拌反应的步骤中，所述油浴的温度为40°C-120 °C，所述油浴的时间为2h-12h；
8.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述前处理的步骤中包括煅烧，所述煅烧的温度为400°C-1200°C，所述煅烧的时间为6h-48h；
9.一种如权利要求1-8任一项所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法所制备得到的改性氧化铈纳米磨料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述氧化铈纳米颗粒与所述硅烷偶联剂的质量比=10:1；
3.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-（2,3 环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或多种的混合。
4.根据权利要求3所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和/或γ-巯丙基三甲氧基硅烷混合的同时，再添加γ-（2,3环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷或3-巯丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的改性氧化铈纳米磨料的制备方法，其特征在于，所述短链...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凡，路方伟，胥清华，贺晓海，李思敏，沈慧，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：
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