[发明专利]单晶硅棒抛光用高孔隙率陶瓷结合剂砂轮制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷结合剂砂轮制备方法，进一步是指用于单晶硅棒表面抛光的高孔隙率陶瓷结合剂砂轮的制备技术，采用该砂轮在普通磨床上对粗磨后的单晶硅棒进行精磨抛光，可以获得高光洁度低残余应力的单晶硅加工面。

背景技术

目前，单晶硅棒的表面抛光主要采用HF化学腐蚀法，少量的单晶硅棒使用金刚石磨具抛光。磨具按结合剂的材质分为树脂结合剂和陶瓷结合剂，其中树脂结合剂砂轮加工的单晶硅棒光洁度较好，但是砂轮结构为全致密，磨削过程中磨削力和磨削发热均较大，加工面的应力层很厚，在晶棒的后继加工中容易崩边。陶瓷结合剂砂轮采用普通的粉末干压成型无压烧结工艺，砂轮中含有30％-50％的气孔，磨削单晶硅棒的效率高于树脂砂轮，但是气孔率还是偏低，磨削应力层偏厚；另外由于气孔分布不均造成砂轮硬度波动，加工的单晶硅棒表面有磨削波纹。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种单晶硅棒抛光用高孔隙率陶瓷结合剂砂轮制备方法，所制得的金刚石砂轮孔隙率可高达60％以上，孔结构大小均匀可调，砂轮硬度波动小，可对单晶硅棒进行高效率低应力磨削加工。

本发明的技术方案是，所述单晶硅棒抛光用高孔隙率陶瓷结合剂砂轮制备方法包括：

(1)制备陶瓷浆料：

a.干粉料的重量百分比组成：

金刚石(粒径10-40μm)     48％-52％，

硼玻璃粉(粒径10-40μm)   28％-32％，

粘土粉(粒径10-40μm)     8％-12％，

石英粉(粒径10-40μm)     8％-12％；

将上述各组分混合均匀，得干粉料；

b.制备陶瓷浆料：按重量百分比取68％-72％的干粉料与28％-32％的水玻璃溶液，均匀混合，即得；

(2)制备多孔金刚石砂轮：将裁剪好的海绵板在真空条件下反复浸渍加有所述陶瓷浆料，浸渍体干燥后放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉完全掩埋，在N₂保护下烧结，0℃～400℃的升温速率为1℃/分钟，400℃～700℃的升温速率为5℃/分钟，在700℃保温1小时；然后随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体；将烧结后的砂轮坯体在工具磨床上进行外圆、内圆和平面加工，获得加工单晶硅棒用多孔金刚石砂轮。

本发明采用海绵板做为砂轮造孔模板剂，先将海绵板依据砂轮规格剪成所需形状，然后在真空条件下使用加入了细粒度金刚石的特制陶瓷浆料浸渍海绵板，反复浸渍多次再在保护气氛中烧结浸渍体，获得高孔隙率金刚石砂轮。

本发明采用混合了细粒度金刚石磨料的陶瓷浆料真空浸渍多空海绵体，在保护气氛下对浸渍体进行烧结。在烧结过程中高分子海绵体逐渐碳化去除，在砂轮中形成有序的三维多孔结构，陶瓷粉末与金刚石磨料逐渐烧结结合，形成均匀的网络结构，制备出高孔隙率金刚石砂轮。同时可以选用不同结构的海绵材料做为造孔剂，实现对金刚石砂轮结构的精确控制。

由以上可知，本发明为单晶硅棒抛光用高孔隙率陶瓷结合剂砂轮制备方法，它可制备出组织结构一致，孔隙含量高于60％的金刚石砂轮(参见图1)。利用该金刚石砂轮对单晶硅棒进行表面加工，单晶硅棒的表面应力层厚度可控制在10nm以下(参见图2)。

附图说明

图1是本发明方法制得的砂轮显微照片；

图2是用本发明制得的金刚石砂轮加工单晶硅棒的表面应力层照片。

具体实施方式

单晶硅棒抛光用高孔隙率陶瓷结合剂砂轮制备方法的步骤为：

(1)根据所需砂轮规格将普通商用海绵板裁剪成相应尺寸而成为海绵模板：海绵模板外径为砂轮直径的1.2倍，海绵模板内孔直径为砂轮内孔直径的0.8倍，海绵模板厚度为砂轮厚度的1.1倍，备用；

(2)将裁好的海绵模板浸泡于浓度为30％的乙醇溶液中用超声波清洗一小时，超声波频率为2000Hz，功率200W；挤出海绵中溶液后，将海绵在80℃烘箱中干燥24小时；

(3)将粒度为10-40μm的金刚石磨料与硼玻璃粉、粘土粉、石英粉按质量比50∶30∶10∶10的比例在球磨条件下混合均匀，球石为塑料，球磨坛直径500mm，转速为50转/分，球磨时间1小时；

(4)将混合均匀的粉末与模数为2.8的水玻璃溶液按质量比70∶30的比例混合，在转速为1000r/分的条件下，搅拌混合1小时，配制成陶瓷浆料，待用；