[发明专利]聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒及其制备方法和应用，复合磨粒的内核为纳米金刚石，通过硅烷偶联剂在纳米金刚石表面包覆聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺与纳米金刚石的质量比为(0.2‑0.8):1；本发明的复合磨粒中聚丙烯酰胺的亲水性和空间位阻效应帮助纳米金刚石在水溶液中更好分散，提高有效粒子数目；聚丙烯酰胺包覆层减弱了纳米金刚石对工件的表面冲击，复合磨粒的弹性形变可以增加与陶瓷的接触面积，这两方面作用共同增强了机械作用并提高了化学作用机会；本发明的复合磨粒在保持高抛光速率的同时，表面粗糙度显著降低，因此能够在实现氧化锆陶瓷的超光滑表面的同时，保持高的材料去除率，从而提高加工工艺的整体质量。

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体涉及一种聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒及其制备方法和应用。

背景技术

氧化钇稳定的纳米氧化锆陶瓷具有机械强度高、化学性质稳定、高耐磨性、优异的耐蚀性和耐热性等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、能源、半导体、计算机、医疗等领域。随着工艺要求的提高，氧化锆陶瓷的表面质量需要达到纳米级平坦化。然而，氧化锆陶瓷固有的硬脆特性成为其表面加工技术难点。因此需要化学机械抛光技术(CMP)实现陶瓷表面的超平坦化和高效去除。

CMP技术通过结合磨料的研磨作用和抛光液的化学腐蚀作用，达到高效去除工件表面的水化层，降低工件表面粗糙度，提高表面精度。抛光液中，磨粒的选择对表面质量的影响至关重要，常用的磨粒有氧化硅、氧化铈、氧化铝、金刚石等。传统的抛光过程需要两步，包括粗抛过程和精抛过程。金刚石磨粒具有抛光速率高的优点，通常应用于工件表面的粗抛过程，但是由于金刚石自身硬度较大，容易造成表面较深的划痕和坑点，带来亚表面损伤，使得工件表面质量下降。因此，还需采用氧化硅磨粒进行第二步的精抛过程，这会导致抛光过程整体加工速率下降，不能满足日益增长的抛光要求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的第一方面提供一种聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒。

本发明的第二方面提供上述聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒的制备方法。

本发明的第三方面提供上述聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒的应用。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

本发明的第一方面提供了，一种聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒，其内核为纳米金刚石，通过硅烷偶联剂在纳米金刚石表面包覆聚丙烯酰胺，其中，聚丙烯酰胺与纳米金刚石的质量比为(0.2-0.8):1。

进一步地，硅烷偶联剂为KH570。

进一步地，纳米金刚石的粒径为150-250nm。

进一步地，聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒的粒径为150-250nm。

本发明的第二方面提供了，一种聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、预处理的纳米金刚石：将纳米金刚石粉末与有机酸混合，球磨，得到第一混合液，将第一混合液水洗至中性，获得分散良好的预处理的纳米金刚石；

(2)、预处理的纳米金刚石的表面硅烷化：将预处理的纳米金刚石与无水乙醇混合，室温下超声，得到第二混合液；将第二混合液缓慢加热，滴加硅烷偶联剂的醇溶液，得到第三混合液；第三混合液再继续搅拌反应，形成硅烷化纳米金刚石粒子；待第三混合液冷却至室温后，蒸发浓缩，离心收集产物，过夜干燥，得到硅烷化纳米金刚石；

(3)、制备聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒：将步骤(2)中硅烷化纳米金刚石与水混合，超声得到悬浮液，在氮气氛围的保护下，水浴加热，先加入过硫酸铵溶液引发反应，再滴加丙烯酰胺单体溶液，氮气氛围下聚合反应，离心，洗涤，干燥后收集，得到聚丙烯酰胺接枝纳米金刚石的复合磨粒。