一种清香型蓝宝石粗抛光液及其制备方法
阅读：78发布：2020-05-12
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1.一种清香型蓝宝石粗抛光液，其特征在于所述粗抛光液包括：
磨料介质：氧化铝颗粒，8-15wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧，2-5wt.%
防腐剂：甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮的一种或多种，0.1-0.5wt.%
水溶性香精：柠檬精或葡萄精，0.01-0.05wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.1-1wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.05-0.1wt.%；
去离子水：75-90wt.%；
pH调节剂：柠檬酸或酒石酸中的一种或多种，调节抛光液pH=3.5-5，
其中，所述氧化铝颗粒由高岭石提纯获得，所述Al2O3的晶相为α-氧化铝。
2.如权利要求1所述的清香型蓝宝石粗抛光液，其特征在于所述氧化铝颗粒的纯度大于99wt.%。
3.如权利要求1所述的清香型蓝宝石粗抛光液，其特征在于所述氧化铝颗粒的莫氏硬度9.1。
4.如权利要求1所述的清香型蓝宝石粗抛光液，其特征在于所述颗粒尺寸集中于0.5±
0.25μm， D97≤1μm。
5.如权利要求1所述的清香型蓝宝石粗抛光液，其特征在于所述粗抛光液，在2-20分钟内，对蓝宝石的平均移除量达到40-80μm。
6.如权利要求1所述的一种清香型蓝宝石粗抛光液，其特征在于所述氧化铝颗粒中含有钛氧化物或铁氧化物，钛氧化物和铁氧化物：氧化铝≤0.1wt.%。
7.一种如权利要求1 6所述清香型蓝宝石粗抛光液的制备方法，其特征在于包括如下~
步骤：
（1）制浆分级获得磁选料-梯度磁选除铁钛-焙烧增白-高温钙化-提纯氧化铝-获得α-氧化铝粉体磨料介质，取适量磨料介质置于反应釜分散筒中；
（2）向上述反应釜分散筒中加入去离子水，机械搅拌5-10min，转速50-20000r/min；
(3)继续向分散筒加入叔丁基过氧、硝酸铝、双氧水中的一种或多种氧化剂，机械搅拌
1-2min，转速50-20000r/min；
(4)向上述分散筒中依次加入甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮的一种或多种防腐剂、柑橘精或柠檬精或葡萄精中的一种或多种水溶性香精、1,2-环己二胺四乙酸Ti离子络合剂、Fe离子络合剂EDTA，持续搅拌，搅拌时间2-10min,转速50-20000r/min（5）加入适量柠檬酸或酒石酸中的一种或多种pH调节剂，调节抛光液pH=3.5-5，获得蓝宝石粗抛光液。
8.如权利要求7所述的一种清香型蓝宝石粗抛光液的制备方法，其特征在于制浆分级获得磁选料为将高岭石进行粗磨、配浆、旋流器中进行除砂和粒度分级处理，所述配浆质量比为粗磨后高岭土：分散剂：水=（0.05-0.15）:（0.001 0.01）:1，配浆搅拌速度500-800r/~
min，搅拌时间为1-3h，所述粒度小于3mm的高岭土含量大于90%，得到磁选原料；梯度磁选除铁钛的参数为：背景磁场强度1.5*104Oe，流速1-2cm/s；磁化周期3-8min，使得钛含量低于o
0.3wt.%，铁含量低于0.2wt.%；焙烧增白的过程为：脱水、干燥、焙烧，焙烧温度800-1100 C，升温速率10oC/min，达到焙烧温度后保温2-3h，焙烧气氛氧氮混合气O2/N2=5~8wt.%，获得白度大于90%的Al2O3.xSiO2物料，X≥1。
9.如权利要求7所述的一种清香型蓝宝石粗抛光液的制备方法，其特征在于高温钙化为向上述Al2O3.xSiO2物料中加入CaO粉末，搅拌均匀，升温至1200-1300oC，反应时间1-2h，获得CaO.SiO2与CaO.Al2O3混合物，降温至80-90oC。
10.如权利要求7所述的一种清香型蓝宝石粗抛光液的制备方法，其特征在于提纯氧化铝为向高温钙化后的产品中添加30-40wt.%Na2CO3水溶液，搅拌反应2-4h，多次过滤、收集过滤液，并向过滤液中添加5 20wt.%HCl水溶液反应0.5-1h后，缓慢加入2 5wt.% 六聚偏磷酸~ ~
钠，并使用2 5wt.%氨水调节pH值，缓慢搅拌获得白色沉淀、过滤、去离子水和乙醇溶液多次~
o
交替洗涤、常温干燥、1350-1450C焙烧，获得纯度大于99wt.%的α-Al2O3氧化铝粉体。
一种清香型蓝宝石粗抛光液及其制备方法
技术领域
[0002] 随着光电技术的飞速发展，LED光电产品材料需求量的日益增加，当前有许多衬底材料能用于GaN晶片LED，但是真正能用于实现商业化的衬底材料目前还比较少，一般只有两种，即蓝宝石和SiC，目前还没有第三种衬底用于GaN的LED的商业化生产。SiC是一类非常重要的衬底材料，同蓝宝石相比，SiC属于低阻材料，可以制作电极，其晶格常数和材料的热膨胀系数与GaN 材料更为接近，并且易于溶解，且本身具有蓝光发光特性，但SiC材料也有其缺点，主要是其热膨胀系数与GaN相差较大，容易导致外延GaN层的裂纹，不适合大量使用，价格相对昂贵。蓝宝石衬底是目前使用最好也是最为普遍的一种衬底材料。
[0003] 蓝宝石晶体(α-A12O3)是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀和透光波段宽的优质光功能材料，它具有与Ⅲ族氮化物相同的六方密堆积型，是由物理、机械和化学特性三者独特组合的优良材料。在光通信领域，蓝宝石晶体不仅用作短波长有源器件，还用作偏振光的无源器件在微电子领域，蓝宝石可以作为新一代半导体衬底SOI(绝缘层上)的衬底，由于蓝宝石优良的阻挡作用，能够减小晶体管的电容效应，其运算速度可变得更快，功耗变得更低。在光电子领域，蓝宝石晶体是制造GaN发光二极管(LED)的首选衬底材料。在蓝宝石衬底上生长薄膜之前，首先要去除切片时产生的划伤、凹坑、应力区等，然后要降低表面粗糙度。表面的粗糙度越大，表面的悬挂键越多，越容易吸附其他杂质，并且与上面的薄膜有较差的晶格匹配。传统的纯机械抛光是用抛光粉不断地研磨被抛光材料的表面，容易产生较深的划伤。而CMP（化学机械抛光）是在化学作用的环境下，通过机械作用将化学反应物去除掉，提高了材料的去除速率，同时也得到良好的表面形态。
[0004] 抛光液的化学成分及浓度、磨料的种类、大小、形状及浓度、抛光液的粘度、pH值、流速、流动途径对去除率都有影响。其中磨料颗粒的性质直接影响着抛光液的抛光效果，对多余部分的去除、提高抛光片的光洁度起到至关重要的作用。对于每种不同的器件全局抛光过程，抛光液的研磨颗粒也不相同。常用几种氧化物抛光液磨料有:SiO2、Al2O3、CeO2,其中SiO2抛光液选择性、分散性好，机械磨损性能较好，化学性质活泼，并且后清洗过程处理较容易;缺点为在抛光过程中易产生凝胶，对硬底材料抛光速率低;CeO2抛光液的优点是抛光速率高，材料去除速率高;缺点是粘度大、易划伤，且选择性不好，后续清洗困难，A1203抛光液的缺点在于选择性低、分散稳定性不好、易团聚等，但对于硬底材料蓝宝石衬底等却具有优良的去除速率。随着LED行业的发展，蓝宝石衬底的需求日益增长，A1203抛光液在CMP中的应用显得更为重要。近年来对氧化铝抛光液的研究主要集中在氧化铝的制备方法方面，关于氧化铝的制备方法，主要集中的如下几种：（1）固相法固相法中的硫酸铝铵热解法、改良拜尔法、爆炸法等是比较成熟的制备方法，固相法制备超细粉末的流程简单，无需溶剂，产率较高，但生成的粉末易产生团聚，且粒度不易控制，难以得到分布均匀的小粒径的高质量纳米粉体；（2）气相法：气相法主要有化学气相沉淀法，通过加热等方式改变物质形态，在气体状态下发生反应，之后在冷却过程中形成颗粒，优点是反应条件可以控制、产物易精制，颗粒分散性好、粒径小、分布窄，但产出率低，粉末难收集；（3）液相法，如水解、喷雾干燥、溶胶凝胶、乳化等；详细说来，水解法是将异丙仲丁醇或异丙醇铝的醇溶液加入水中水解，通过控制水解产物的缩聚过程控制产生的颗粒大小，经过高温锻烧制得纳米氧化铝；喷雾干燥法是将金属盐溶液以雾状喷入高温环境中，蒸发和金属热分解析出固相，直接得到纳米氧化铝；溶胶凝胶法是将金属醇盐溶于有机溶剂中，通过蒸馏使醇盐水解、聚合形成溶胶，溶胶中加入水分变成凝胶。凝胶在真空状态下低温干燥，得到疏松的干凝胶，之后高温锻烧得到纳米氧化铝粉末；乳化法是使互不相容的两种溶液中的一种以液滴形式分散于另一相中形成乳状液，之后在微小液滴中进行反应生成氧化物或氢氧化物，虽然制备氧化铝的方法众多，但鲜有以高岭矿为原料制备氧化铝粉末，并将其用于化学机械抛光领域。
[0005] 中国高岭土矿产资源排名世界前列，已探明267处矿产地，探明储量29.10亿吨，其中：我国非煤建造高岭土,资源储量居世界第五位.已探明储量14.68亿吨，主要集中分布在广东,陕西,福建,江西,湖南和江苏六省占全国总储量的84.55%；含煤建造高岭土(高岭岩)储量占世界首位，探明储量为14.42亿吨，主要分布在山西大同,怀仁,朔州,内蒙古准格尔,乌达,安徽淮北,陕西韩城等地其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多。高岭土作为一种性能优良的工业矿物，被广泛应用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、石油、化工等领域。高岭土主要是由高岭石族矿物组成的，高岭土主要成分为Al2O3和Si02，部分Fe203, Ti02，少量CaO,MgO, K20,Na2O等。此外，虽然也有将高岭土直接粉磨制备成抛光粉，其制备工艺难点主要集中在粒径分布、焙烧工艺、产品白度方面，但由于其制备工艺粗犷，抛光粉的成分不复杂多变，切削力不稳定，最终影响产品的使用维度和使用方向。
[0006] 针对上述现有技术中存在的一个或多个问题，本发明提供一种用于蓝宝石衬底的氧化铝粗抛光液。
[0007] 一种清香型蓝宝石粗抛光液，所述粗抛光液包括：磨料介质：氧化铝颗粒，8-15wt.%；氧化剂：叔丁基过氧，2-5wt.%；防腐剂：甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮的一种或多种，0.1-0.5wt.%；水溶性香精：柠檬精或葡萄精中的一种或多种，0.01-0.05wt.%；Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.1-1wt.%；；Fe离子络合剂：EDTA，0.05-0.1wt.%；去离子水：
75-90wt.%；pH调节剂：柠檬酸或酒石酸中的一种或多种，调节抛光液pH=3.5-5，其中，所述氧化铝颗粒由高岭石提纯获得，所述Al2O3的晶相为α-氧化铝。
75-90wt.%；pH调节剂：柠檬酸或酒石酸中的一种或多种，调节抛光液pH=3.5-5，其中，所述氧化铝颗粒由高岭石提纯获得，所述Al2O3的晶相为α-氧化铝。
[0008] 进一步的，氧化铝颗粒的纯度大于99wt.%，进一步的，氧化铝颗粒的莫氏硬度9.1，
进一步的，颗粒尺寸集中于0.5±0.25μm， D97≤1μm
进一步的，所述粗抛光液，在2-20分钟内，对蓝宝石的平均移除量达到40-80μm。
进一步的，颗粒尺寸集中于0.5±0.25μm， D97≤1μm
进一步的，所述粗抛光液，在2-20分钟内，对蓝宝石的平均移除量达到40-80μm。
[0010] 一种清香型蓝宝石粗抛光液的制备方法，包括如下步骤：（1）制浆分级获得磁选料-梯度磁选除铁钛-焙烧增白-高温钙化-提纯氧化铝-获得α-氧化铝粉体磨料介质，取适量磨料介质置于反应釜分散筒中；
（2）向上述反应釜分散筒中加入去离子水，机械搅拌5-10min，转速50-20000r/min；
(3)继续向分散筒加入叔丁基过氧、硝酸铝、双氧水中的一种或多种氧化剂，机械搅拌
1-2min，转速50-20000r/min；
(4)向上述分散筒中依次加入甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮的一种或多种防腐剂、柑橘精或柠檬精或葡萄精中的一种或多种水溶性香精、1,2-环己二胺四乙酸Ti离子络合剂、Fe离子络合剂EDTA，持续搅拌，搅拌时间2-10min,转速50-20000r/min（5）加入适量柠檬酸或酒石酸中的一种或多种pH调节剂，调节抛光液pH=3.5-5，获得蓝宝石粗抛光液。
（2）向上述反应釜分散筒中加入去离子水，机械搅拌5-10min，转速50-20000r/min；
(3)继续向分散筒加入叔丁基过氧、硝酸铝、双氧水中的一种或多种氧化剂，机械搅拌
1-2min，转速50-20000r/min；
(4)向上述分散筒中依次加入甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮的一种或多种防腐剂、柑橘精或柠檬精或葡萄精中的一种或多种水溶性香精、1,2-环己二胺四乙酸Ti离子络合剂、Fe离子络合剂EDTA，持续搅拌，搅拌时间2-10min,转速50-20000r/min（5）加入适量柠檬酸或酒石酸中的一种或多种pH调节剂，调节抛光液pH=3.5-5，获得蓝宝石粗抛光液。
[0011] 进一步的，制浆分级获得磁选料为将高岭石进行粗磨、配浆、旋流器中进行除砂和粒度分级处理，所述配浆质量比为粗磨后高岭土：分散剂：水=（0.05-0.15）:（0.001 0.01）:~
1，配浆搅拌速度500-800r/min，搅拌时间为1-3h，所述粒度小于3mm的高岭土含量大于90%，得到磁选原料；梯度磁选除铁钛的参数为：背景磁场强度1.5*104Oe，流速1-2cm/s；磁化周期3-8min，使得钛含量低于0.3wt.%，铁含量低于0.2wt.%；焙烧增白的过程为：脱水、干燥、o o
焙烧，焙烧温度800-1100C，升温速率10C/min，达到焙烧温度后保温2-3h，焙烧气氛氧氮混合气O2/N2=5~8wt.%，获得白度大于90%的Al2O3.xSiO2物料，X≥1。
1，配浆搅拌速度500-800r/min，搅拌时间为1-3h，所述粒度小于3mm的高岭土含量大于90%，得到磁选原料；梯度磁选除铁钛的参数为：背景磁场强度1.5*104Oe，流速1-2cm/s；磁化周期3-8min，使得钛含量低于0.3wt.%，铁含量低于0.2wt.%；焙烧增白的过程为：脱水、干燥、o o
焙烧，焙烧温度800-1100C，升温速率10C/min，达到焙烧温度后保温2-3h，焙烧气氛氧氮混合气O2/N2=5~8wt.%，获得白度大于90%的Al2O3.xSiO2物料，X≥1。
[0012] 进一步的，高温钙化为向上述Al2O3.xSiO2物料中加入CaO粉末，搅拌均匀，升温至1200-1300oC，反应时间1-2h，获得CaO.SiO2与CaO.Al2O3混合物，降温至80-90oC。
[0013] 进一步的，提纯氧化铝为向高温钙化后的产品中添加30-40wt.%Na2CO3水溶液，搅拌反应2-4h，多次过滤、收集过滤液，并向过滤液中添加5 20wt.%HCl水溶液反应0.5-1h后，~缓慢加入2 5wt.% 六聚偏磷酸钠，并使用2 5wt.%氨水调节pH值，缓慢搅拌获得白色沉淀、~ ~
过滤、去离子水和乙醇溶液多次交替洗涤、常温干燥、1350-1450oC焙烧，获得纯度大于
99wt.%的α-Al2O3氧化铝粉体。
过滤、去离子水和乙醇溶液多次交替洗涤、常温干燥、1350-1450oC焙烧，获得纯度大于
99wt.%的α-Al2O3氧化铝粉体。
[0014] 有益的技术效果:（1）氧化铝颗粒尺寸大小均一，颗粒尺寸集中于0.5±0.25μm， D97≤1μm，抛光效果稳定好。
[0015] （2）氧化铝的莫氏硬度为9.1,抛光效率高，在2-20分钟内，对蓝宝石的平均移除量达到40-80μm；（3）抛光过程中，无任何刺激性气味，且有清新香气。
[0016] （4）抛光液保质期长，可免受细菌或真菌的干扰。
[0017] （5）对钛离子和铁离子的络合能力较好，能够有效络合氧化铝中的钛和铁杂质，以及络合蓝宝石中的钛和铁离子。
[0020]
具体实施方式
[0021] 本发明具体实施步骤如图1所示，具体说明如下。
[0022] 首先关于配浆过程中使用分散剂为六聚偏磷酸钠、聚丙烯酰钠和草酸钠的混合物，所述复配分散剂对配浆的分散稳定性有明显改善，六聚偏磷酸钠和聚丙烯酸钠可有效地提高浆体的分散稳定性。六聚偏磷酸钠解离后附着在矿物表面，增加了矿物表面的负电荷，矿物颗粒由于静电而分离，同时六聚偏磷酸钠超大分子基团附着在矿物的表面产生很强的位阻效应使得分散效果加强，草酸钠引入，加强了矿物表面特征吸附阴离了，而使表面电位变负，等电点降低，而聚丙烯酰钠的加入，由于高分了链向体相中仲展，使剪切面向外移动更大的距离，从而使电位降低，并使等电点发生微小偏移，进一步有利于矿物的分散和分离，即复配分散剂的使用有利于后续的除砂、粒度分级、梯度磁选、增白有效的提高了高岭土提纯的纯度，从而使高岭土提纯的更加均匀和彻底。
[0023] 矿样中主要杂质矿物为含铁钛矿、其中含钛矿物主要为锐钛矿和金红石，少量板钛矿、钛铁金红石和钛铁矿，含铁矿物主要为褐铁矿、赤铁矿和电气石等，此外，其中Fe和Ti是CMP抛光过程中必须要出去的染色元素，以避免对抛光基材的污染，在高岭土中铁、钛等着色元素及有机炭都是影响抛光材料白度的主要因素，目前出去钛铁的方法主要包括：(A)浮选：该法是利用锐钛矿、电气石等着色物质亲油能进入脂肪酸、苯、四氯化碳等有机液体内的特点而与分散在水中的高岭土悬浮液分离，该法的工业化应用目前主要受成本的限制。浮选法除铁、钛的主要缺点在于高岭土颗粒表面吸附的剩余药剂量多，脱水困难，整个工艺较复杂；(b)化学还原：直接酸浸除铁或者还原漂白，所述化学还原影响漂白效果的因素有很多，如矿石的特征、温度、pH值、药剂用量、矿浆浓度、漂白时问、搅拌强度等，若矿石中含有机质、杂质含量高，那么漂白效果差，白度提高的幅度不大。（c）微生物法：微生物法是利用一些微生物(麦芽菌、固氮菌和黑曲霉)将杂质铁(黄铁矿、氧化铁矿等)氧化或者还原成可溶性铁，达到除去高岭土中铁杂质的目的但是微生物氧化法占地面积大，处理周期长，对不同品种粘土，经菌类处理的效率也不尽相同，有待于进一步的研究与优化，本发明使用高梯度磁选法，靠增大磁场梯度来达到增大磁力的目的磁选安全方便，处理量大。通过对高岭土进行高梯度磁选，钛含量由4 5.5wt.%降至0.3wt.%，铁含量由3 4wt.%降至~ ~0.2wt.%，效果明显。
[0024] 此外，影响白度的因素还有有机碳质，有机质在高温下易于燃烧，因此，锻烧是除去高岭石粉中有机炭最经济、最有效的方法，在焙烧过程中应当注意锻烧气氛对除炭影响很大，氧化气氛有利于炭质的燃烧脱除，还原气氛对除炭不利。在还原或弱氧化气氛下，高岭石粉中的有机炭可转变成CO，当通风不佳、温度较低时，CO分解成CO2和分散状的炭质，这就是低温沉炭作用。正是由于这个原因，当锻烧温度较低，氧化气氛较弱时，产品表层呈灰色。本发明的焙烧气氛氧氮混合气O2/N2=5~8wt.%，获得白度大于90%的Al2O3.xSiO2物料，在焙烧过程中还会发生简单相变，生成Al2O3.xSiO2物料。
[0025] 高温钙化是用于形成可以与碳酸钠水溶溶液反应的CaO.Al2O3生成四羟基合氯酸. . .钠和不与碳酸钠水溶溶液反应的CaOSiO2，进而实现CaO Al2O3和CaO SiO2的有效分离，获得CaO.SiO2粉体粒径低于1mm，CaO.SiO2粉体中SiO2含量大于97wt.%。
[0026] 接着，向过滤液中添加5 20wt.%HCl水溶液反应形成AlCl3，并预先加入分散剂六~聚偏磷酸钠，然后缓慢加入2 5wt.%氨水获得白色沉淀氢氧化铝、使用乙醇和去离子书多次~
o
交替过滤洗涤、常温干燥、1350-1450C焙烧焙烧获得纯度大于99wt.%的阿尔法Al2O3氧化铝粉体，粒径低于1μm，主要集中在0.5±0.25μm，如附图2和图4所示，其中Na，Ca，Cl离子几乎完全被洗涤干净。
o
交替过滤洗涤、常温干燥、1350-1450C焙烧焙烧获得纯度大于99wt.%的阿尔法Al2O3氧化铝粉体，粒径低于1μm，主要集中在0.5±0.25μm，如附图2和图4所示，其中Na，Ca，Cl离子几乎完全被洗涤干净。
[0027] 此外，纳米氧化铝颗粒在极性的水溶液中，氧化铝颗粒由于受静电力等作用发生团聚，容易出现絮凝分层等现象，破坏抛光液的分散性、稳定性。由磨料颗粒的团聚现象产生的大颗粒胶团，是化学机械抛光过程中衬底表面出现划痕的主要原因，因此应当在沉淀前，预先加入分散剂六聚偏磷酸钠，由于均匀氧化铝的形成。
[0029] 如附图3所示，经过高温焙烧的载体晶型为α-Al2O3（JCPDS No. 46–1212），并且衍射峰很强很尖锐，说明氧化铝具有完美的晶型结构。在整个衍射角度中，并未发现γ-Al2O3或其他晶相的衍射峰。
[0030] 转化率跟煅烧工艺有密切的关系，转化率越高氧化铝的纯度就越高。即α型氧化铝含量就越高，对其研磨效果和耐磨性有明显的提高。
[0031] 氧化铝的颗粒大小决定了被抛工件表面的光亮度。颗粒越小光亮度就越高。另外抛光氧化铝表面的光亮度还跟氧化铝的硬度有关。同一硬度的氧化铝微粉颗粒越细光亮度就越高。但同一大小的抛光氧化铝其硬度越低光亮度就越高，本发明使用的α氧化铝的莫氏硬度为9.1，符合行业标准。
[0032] 此外，经高梯度磁选后，氧化铝的含量由36.75下降到32.02,损失了12%，其中氧化铝的损失率明显高于氧化硅。造成此现象的原因是，磁性矿物铁钛与含铝矿物，如水硬铝石关系密切，它们常以连生体和类质同相赋存在一起，难以分散开来，致使部分氧化铝与含钛铁矿物一起被磁选分离，最终氧化硅的回收率91.99%，氧化铝的回收率81.27%。
[0033] 关于清香型蓝宝石粗抛液的组成作出如下说明。
[0034] （1）pH值：本发明使用去离子水作为磨料介质的分散介质时，氧化铝颗粒在水中的等电点对分散性起决定作用，通过测定，发现α-氧化铝颗粒在水中等电点为pH=4左右，该值有助于帮助确定悬浮液的分散效果。在去离子水中，α-Al2O3悬浮液在酸性(pH=3.5 5)范围~内沉降体积最小，而在中性及碱性区域沉降体积较高.这说明α-Al2O3颗粒在去离子水中分散的最佳pH值在3.5 5范围内，在这个pH范围内，氧化铝颗粒由于具有适宜ζ电位，通过双电~
层产生的静电排斥作用而分散较好，因此产生较小的沉降体积。但是在中性及碱性区域，由于双电层产生的排斥作用减弱，而使范德华力力占主导地位，从而导致颗粒团聚，因而产生较大的沉降体积，此外，使用柠檬酸或酒石酸有机酸在作为酸性调节剂的同时，不但不会在抛光液中引入金属离子，还能有效的辅助Ti或Fe络合剂络合金属离子，以减少金属离子对抛光性能的影响。
层产生的静电排斥作用而分散较好，因此产生较小的沉降体积。但是在中性及碱性区域，由于双电层产生的排斥作用减弱，而使范德华力力占主导地位，从而导致颗粒团聚，因而产生较大的沉降体积，此外，使用柠檬酸或酒石酸有机酸在作为酸性调节剂的同时，不但不会在抛光液中引入金属离子，还能有效的辅助Ti或Fe络合剂络合金属离子，以减少金属离子对抛光性能的影响。
[0035] （2）磨料介质的含量：通常而言，抛光液中的磨料介质的含量越高，其平均移除量越高，如这主要是因为抛光液中研磨料浓度的增大，使得抛光过程中参与机械磨削的粒子数增多，相应的有效粒子数也增多，粒径一定的情况下，有效粒子数的增多增强了机械磨削作用力，进而提高了抛光速率。但实际应用过程中还必须考虑磨料的团聚、沉淀以及使用成本的问题，本发明优化氧化铝颗粒的含量为8-15wt.%。
[0036] （3）金属络合剂：配制抛光液时加入的络合剂主要是络合抛光液中产生的金属离子，通常金属离子来源有抛光液、被抛光材料反应物、抛光剂金属磨盘研磨反应物。而本发明，由于制备氧化硅分散体溶液的本身缺陷所致，使得溶液中不可避免的存在Ti离子和Fe离子， 所述离子的存在会在抛光过程中产生沉淀颗粒，影响抛光液的抛光效果，严重情况下甚至毁坏抛光工件，因此在抛光液中加入金属络合剂，它可促使抛光膜的形成，进而提高抛光速率。能够均衡机械去除速率和反应物在抛光液中的溶解速率，减小溶解速率小时反应产物在表面上的再沉淀速率，解决溶解度大时因材料去除过多而引起的平面度差的问题。还可以与金属离子形成稳定的络合物，防止表面沾污或吸附。其中有针对的选择对Fe离子络合性能好的EDTA （虽然常用EDTA二钠的络合效果更好，但使用该络合剂的同时又引入了钠离子的二次污染，得不偿失），和对Ti离子络合性能好的1,2-环己二胺四乙酸，此外，如上述的柠檬酸和酒石酸也是良好的技术络合剂，因此在CMP领域中，选择合适、合量的络合剂已经成为抛光液不可缺少的组分之一。
[0037] （4）氧化剂:能够在抛光工件表面形成氧化膜，抛光工件凸起部分的氧化膜通过机械作用被磨削掉，凹处的氧化膜防止进一步被腐蚀，利于后续的机械抛光，从而提高抛光效率和表面平整度。本发明中使用叔丁基过氧、硝酸铝、双氧水中的一种或者多种，其中效果而言，叔丁基过氧》双氧水＞硝酸铝。
[0038] （5）防腐剂：由于在抛光过程中，难免会粘粘有机物质或油脂，而为细菌和真菌的繁殖提供了一定的滋生环境，在繁殖过程中产生的生物酸会显著改变抛光液的pH，进而降低抛光液的抛光效果，甚至在氧化铝蓝宝石表面形成划痕或伤痕，最终报废产品，甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮是一种高效杀菌剂，耐热之水性防腐剂，对于抑制微生物的生长有很好的作用，可以抑制细菌、真菌、霉菌及霉菌的生长，且对氧化硅抛光液产品的贮存稳定性以及使用中的稳定性，都有重要意义。
[0039] （6）水溶性香精：柑橘精、柠檬精或葡萄精，为了改善清洗效果和抛光液本身的气味加入水溶性的香精，改善施工环境，有益身心健康。
[0040] （7）本发明为粗抛液，即粗抛之后，依据实际厂家需求，还可增加后续的精抛工艺，因此本发明的粗抛光液中无需缓蚀剂、钝化剂、表面活性剂的添加，就能实现有效的抛光蓝宝石，在2-20分钟内，对蓝宝石的平均移除量达到40-80μm，远远高于市场的在8分钟加工时间内移除量为10-30μm的标准。
[0041] 本发明实施例1-3中制备粗抛液的过程均如下所述：（1）制浆分级获得磁选料：将高岭石进行粗磨、配浆、旋流器中进行除砂和粒度分级处理，所述配浆质量比为粗磨后高岭土：分散剂：水=（0.1）:（0.005）:1，配浆搅拌速度650r/min，搅拌时间为2h，所述粒度小于3mm的高岭土含量大于90%，得到磁选原料；
（2）梯度磁选除铁钛：背景磁场强度1.5*104Oe，流速1.5cm/s；磁化周期5.5min，使得钛含量低于0.3wt.%，铁含量低于0.2wt.%;
（3）焙烧增白和简单相变：脱水、干燥、焙烧，焙烧温度950oC，升温速率10oC/min，达到焙烧温度后保温2.5h，焙烧气氛氧氮混合气O2/N2=6.5wt.%，获得白度大于90%的Al2O3.xSiO2物料，X≥1。
（2）梯度磁选除铁钛：背景磁场强度1.5*104Oe，流速1.5cm/s；磁化周期5.5min，使得钛含量低于0.3wt.%，铁含量低于0.2wt.%;
（3）焙烧增白和简单相变：脱水、干燥、焙烧，焙烧温度950oC，升温速率10oC/min，达到焙烧温度后保温2.5h，焙烧气氛氧氮混合气O2/N2=6.5wt.%，获得白度大于90%的Al2O3.xSiO2物料，X≥1。
[0042] （4） 高温钙化：向上述Al2O3.xSiO2物料中加入CaO粉末，搅拌均匀，升温至1250oC，反应时间1.5h，获得CaO.SiO2与CaO.Al2O3混合物，降温至85oC。
[0043] （5）提纯氧化铝：向上述混合物中添加35wt.%Na2CO3水溶液，搅拌反应3h，多次过滤、收集过滤液，并向过滤液中添加12.5wt.%HCl水溶液反应0.75h后，缓慢加入3.5wt.% 六聚偏磷酸钠，并使用3.5wt.%氨水调节pH值，缓慢搅拌获得白色沉淀、180目滤膜过滤、去离子水和乙醇溶液多次交替洗涤、常温干燥、1400oC焙烧，获得纯度大于99wt.%的α-Al2O3氧化铝粉体。
[0044] 进一步的，所述交替洗涤的次数为3次。
[0045] 进一步的，所述pH值的范围为10。
[0046] 进一步的，分散剂为六聚偏磷酸钠、聚丙烯酰钠和草酸钠的混合物，质量比为0.35:1:1，并使用乙胺调节配浆的pH值， pH=9.5。
[0047] 以上述获得α氧化铝为原料置于反应釜中，向上述反应釜分散筒中加入去离子水，机械搅拌5-10min，转速50-20000r/min；继续向分散筒加入叔丁基过氧、硝酸铝、双氧水中的一种或多种氧化剂，机械搅拌1-2min，转速50-20000r/min；向上述分散筒中依次加入甲基异噻唑啉酮或异噻唑啉酮的一种或多种防腐剂、柑橘精或柠檬精或葡萄精中的一种或多种水溶性香精、1,2-环己二胺四乙酸Ti离子络合剂、Fe离子络合剂EDTA，持续搅拌，搅拌时间2-10min,转速50-20000r/min；加入适量柠檬酸或酒石酸中的一种或多种pH调节剂，调节抛光液pH=3.5-5，获得蓝宝石粗抛光液。
[0048] 实施例1一种清香型蓝宝石粗抛光液，所述粗抛光液包括：
磨料介质：氧化铝颗粒，8wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧2wt.%
防腐剂：甲基异噻唑啉酮，0.1wt.%
水溶性香精：柠檬精，0.01-0.05wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.1-1wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.05-0.1wt.%；
去离子水；
柠檬酸调节抛光液pH=3.5。
磨料介质：氧化铝颗粒，8wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧2wt.%
防腐剂：甲基异噻唑啉酮，0.1wt.%
水溶性香精：柠檬精，0.01-0.05wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.1-1wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.05-0.1wt.%；
去离子水；
柠檬酸调节抛光液pH=3.5。
[0049] 实施例2一种清香型蓝宝石粗抛光液，所述粗抛光液包括：
磨料介质：氧化铝颗粒，11.5wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧，3.5wt.%
防腐剂：甲基异噻唑啉酮，0.3wt.%
水溶性香精：柠檬精，0.03wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.5wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.075wt.%；
去离子水；
柠檬酸和酒石酸混合液，调节抛光液pH=4.5。
磨料介质：氧化铝颗粒，11.5wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧，3.5wt.%
防腐剂：甲基异噻唑啉酮，0.3wt.%
水溶性香精：柠檬精，0.03wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，0.5wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.075wt.%；
去离子水；
柠檬酸和酒石酸混合液，调节抛光液pH=4.5。
[0050] 实施例3一种清香型蓝宝石粗抛光液，所述粗抛光液包括：
磨料介质：氧化铝颗粒， 15wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧，5wt.%
防腐剂：异噻唑啉酮， 0.5wt.%
水溶性香精：葡萄精，0.05wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，1wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.1wt.%；
去离子水；
酒石酸调节抛光液pH=5。
磨料介质：氧化铝颗粒， 15wt.%；
氧化剂：叔丁基过氧，5wt.%
防腐剂：异噻唑啉酮， 0.5wt.%
水溶性香精：葡萄精，0.05wt.%
Ti离子络合剂：1,2-环己二胺四乙酸，1wt.%；
Fe离子络合剂：EDTA，0.1wt.%；
去离子水；
酒石酸调节抛光液pH=5。
[0051] 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
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