CN104149041A - 一种有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其步骤为：采用有机物立方海绵为定制(孔隙大小为200-500μm)，定制的立方海绵体按照设计的陶瓷砂轮形状剪裁，利用真空环境让海绵浸透由含金属元素低的磨料和陶瓷结合剂配制成的浆料，然后按陶瓷烧结工艺干燥、烧结形成高孔隙率的半导体单晶硅棒抛光用陶瓷砂轮，烧结过程有机物立方海绵完全挥发，其显著效果为：对硅棒金属污染小、砂轮硬度较高，孔隙率均匀对硅棒造成损伤层小。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷砂轮制造技术，特别提供了一种均匀度高的高孔隙率陶瓷砂轮，主要应用于半导体单晶硅棒的表面加工。
背景技术
有机物海绵体塑形制造陶瓷砂轮是指利用有机物550℃以上高温环境能够挥发的特性，将磨料和结合剂均匀混合浆料凝固成所需砂轮模型。现有专利号ZL 91108010.4的专利是利用有机物挥发性的特点制造高孔隙率陶瓷砂轮的技术。该技术采用糖/淀粉作为临时结合剂，将磨料和陶瓷结合剂混合，然后过滤较大颗粒，将混合浆料倒入磨具压制成所需的陶瓷砂轮模型。糖/淀粉颗粒范围控制在0.3-1.18mm，其重量占磨料重量的10-20％。烧结后能够实现高孔隙率陶瓷砂轮的制造。克服了传统压制烧结陶瓷砂轮只能产生低孔隙率(20-30％)陶瓷砂轮的技术，该方法能够提升由于孔隙率增加造成的陶瓷砂轮机械强度降低和烧结过程凹凸缺陷等问题，同时该方法有效的降低了生产成本。
但是，由于糖/淀粉颗粒度不均匀(0.3-1.18mm)，混合成浆料过程会形成较大颗粒，过滤过程容易将某些成分(例如：磨料被包围成较大颗粒团)被作为较大颗粒排除，造成浆料成分配比失调。其烧结后形成的陶瓷砂轮硬度波动，甚至形成陶瓷砂轮的机械强度失控等问题。另一方面，不同颗粒度的临时结合剂会造成孔隙不够均匀。另外，糖/淀粉颗粒在被陶瓷结合剂和磨料形成的浆料包围时，烧结过程的挥发通道受堵在陶瓷砂轮模型内部形成气泡，造成空穴现象降低砂轮使用寿命和影响磨削精度。
发明内容
本发明针对现有技术问题进行改进有机体制造高孔隙率硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，即采用有机物形成孔隙分布均匀的海绵立方体，利用真空方法让海绵立方体充分吸收磨料和结合剂的混合浆料，在保护性气体氛围保护下进行烧结陶瓷砂轮。
具体而言，本发明提供了以下技术方案：
一种有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、干粉料配制：将金刚石、硼玻璃粉、粘土粉、石英粉、碳化硅粉混合均匀，得干粉料；
步骤二、浆料配制：按重量百分比取50％-60％的所述干粉料与40％-50％的偏硅酸钠水溶液(偏硅酸钠占45％-55％)，均匀混合；
步骤三、在真空环境下，将剪裁好的有机物海绵立方体模型在浆料中反复浸渍，渗透均匀；
步骤四、在烘箱中设定50-100℃环境常压充氮气18-30小时烘干，然后放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉砂完全掩埋；
步骤五、在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为0.5-3℃/分钟，400℃下恒温0.5-1小时，400℃-700℃的升温速率为4-7℃/分钟，在700℃保温0.5-5小时，随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体，制成孔隙率均匀的陶瓷砂轮。
优选地，所述步骤一中，干粉料的重量百分比组成为：
金刚石(粒径10-40μm) 45％-49％；
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) 6％-10％；
碳化硅粉(粒径10-40μm) 3％-7％。
将上述各组分混合均匀，得干粉料。
更为优选地，所述步骤四中烘箱内环境温度为80℃，烘干时间为24小时。
所述步骤五为，在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为1℃/分钟，400℃下恒温0.5-1小时，400℃-700℃的升温速率为5℃/分钟，在700℃保温2小时。
此外，本发明海提供了一种陶瓷砂轮制作方法，包括以下步骤：
步骤一、在真空环境下，将剪裁好的有机物海绵立方体模型在浆料中反复浸渍，渗透均匀；
步骤二、在型号为DHG9050A的烘箱中，设定50-100℃环境中充氮气18-30小时烘干，氮气设定流量为0.1-1L/min，然后放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉砂完全掩埋；
步骤三、在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为0.5-3℃/分钟，400℃下恒温0.5-1小时，400℃-700℃的升温速率为4-7℃/分钟，在700℃保温0.5-5小时，随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体，制成孔隙率均匀的陶瓷砂轮。
作为优选，所述步骤三为，在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为1℃/分钟，400℃下恒温0.5小时，400℃-700℃的升温速率为5℃/分钟，在700℃保温2小时。
作为优选，为了保证磨料和结合剂颗粒充分混合、烧结，所述有机物形成的海绵立方体孔隙孔径不小于200μm。
本发明具有以下有益技术效果：其形成的陶瓷砂轮磨料和结合剂配比均匀，机械强度强，即保持了有机物混合浆料烧结形成陶瓷砂轮的高孔隙率特点，又能够利用海绵立方体建立的排气通道有效的将挥发气体排除出去，所形成的孔隙非常均匀。
具体实施方式
实施例1：
采用定制的孔隙(孔隙大小为200-500μm)均匀的聚氨酯立方海绵体(为常见有机物构建海绵体，例如：华成聚氨酯厂定制产品)剪裁成预设计的砂轮模型备用；
干粉料配制：
干粉料的重量百分比组成：
金刚石(粒径30μm±5μm) 47％；
硼玻璃粉(粒径20μm±5μm) 30％；
粘土粉(粒径20μm±5μm) 10％；
石英粉(粒径20μm±5μm) 8％；
碳化硅粉(粒径20μm±5μm) 5％。
将上述各组分混合均匀，得干粉料；
浆料配制：
制备陶瓷浆料：按重量百分比取50％-60％的所述干粉料与40％-50％的偏硅酸钠水溶液(偏硅酸钠占45％-55％)，均匀混合，即得；
高孔隙率陶瓷砂轮制作包括以下步骤：
步骤一、在真空环境下，将剪裁好的模型在浆料中反复浸渍，渗透均匀。
步骤二、在型号为DHG9050A的烘箱中，设定50-100℃环境中充氮气18-30小时烘干，氮气设定流量为0.1-1L/min，然后放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉砂完全掩埋。
优选地，上述烘箱设定环境温度为80℃，烘干时间为24小时，充氮气流量为0.4L/min。
步骤三、在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为0.5-3℃/分钟，400℃下恒温0.5-1小时，400℃-700℃的升温速率为4-7℃/分钟，在700℃保温0.5-5小时，随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体，制成孔隙率均匀的陶瓷砂轮。
优选地，上述0℃-400℃的升温速率为1℃/分钟，400℃下恒温0.5小时，400℃-700℃的升温速率为5℃/分钟，在700℃保温2小时。
本发明具有以下有益技术效果：其制造的高孔隙率陶瓷砂轮，孔隙率达到60％以上，孔隙分布非常均匀，机械强度较原有反复有较大提升，磨料和结合剂含金属成分低，能够作用于半导体级单晶硅棒表面精细加工。
Claims (8)
1.一种有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、干粉料配制：将金刚石、硼玻璃粉、粘土粉、石英粉、碳化硅粉按一定比例混合均匀，得干粉料；
步骤二、浆料配制：按重量百分比取50％-60％的所述干粉料与40％-50％的偏硅酸钠水溶液(偏硅酸钠占45％-55％)，均匀混合；
步骤三、在真空环境下，将剪裁好的模型在浆料中反复浸渍，渗透均匀；
步骤四、在烘箱中设定50-100℃环境常压充氮气18-30小时烘干，然后放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉砂完全掩埋；
步骤五、在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为0.5-3℃/分钟，400℃下恒温0.5-1小时，400℃-700℃的升温速率为4-7℃/分钟，在700℃保温0.5-5小时，随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体，制成孔隙率均匀的陶瓷砂轮。
2.如权利要求1所述的有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：所述步骤一中，干粉料的重量百分比组成为：
金刚石(粒径10-40μm) 45％-49％，
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) 6％-10％；
碳化硅粉(粒径10-40μm) 3％-7％；
将上述各组分混合均匀，得干粉料。
3.如权利要求1所述的有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：所述步骤四中烘箱内环境温度为80℃，烘干时间为24小时。
4.如权利要求1所述的有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：所述步骤四中充氮气流量为0.4L/min。
5.如权利要求1所述的有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：所述步骤五为，在氩气保护下烧结，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2小时。
6.按照权利要求1所述的有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：所述有机物海绵立方体孔隙孔径大小大于200μm。
7.一种陶瓷砂轮制作方法，包括以下步骤：
步骤一、在真空环境下，将剪裁好的模型在浆料中反复浸渍，渗透均匀；
步骤二、在烘箱中设定50-100℃环境常压充氮气18-30小时烘干，然后放入井式炉中，用粒度为240#的白刚玉砂完全掩埋；
步骤三、在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为0.5-3℃/分钟，400℃下恒温0.5-1小时，400℃-700℃的升温速率为4-7℃/分钟，在700℃保温0.5-5小时，随炉冷却，得烧结后的砂轮坯体，制成孔隙率均匀的陶瓷砂轮。
8.如权利要求7所述的有机物海绵体塑形制造硅棒抛光用陶瓷砂轮方法，其特征在于：所述步骤三为，在氩气保护下烧结，0℃-400℃的升温速率为1℃/分钟，400℃下恒温0.5小时，400℃-700℃的升温速率为5℃/分钟，在700℃保温2小时。
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