CN113894703B - 一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺。本发明通过采用特定的工艺利用模板将一个个簇状的修整单元通过钎焊工艺焊接在修整器基体上，修整单元顶端为单颗金刚石，整体高度一致，以实现对抛光垫的高效稳定修整。本发明工艺相对简单、稳定可控，无需对单颗金刚石进行修磨、修形，制备工艺简单可靠，大大降低了生产物料成本，且制备工艺结合，易于实现规模化制备，具有广泛的适用性、较高的性价比与经济效益。

Description

一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，属于半导体制造领域，具体为一种应用于半导体制造领域中化学机械抛光工序(Chemical MechanicalPlanarization，CMP)所用的修整器，可对工序中所用的抛光垫进行修整。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是目前半导体晶片表面平坦化的关键工艺。在化学机械抛光工艺中，抛光垫将抛光液稳定而均匀地输送至晶片与抛光垫之间，在化学蚀刻与机械磨削两者相互作用下，将芯片上凸出的沉积层去除。为了提高化学机械抛光效率以及保持抛光效率的稳定性，抛光垫需要在线实时清洁，移除化学机械抛光的副产物，以保证抛光液分布均匀，恢复抛光垫粗糙面状态，这样才能够稳定作业而不受所去除的材料的堆积影响。

抛光垫的在线实时清洁就用到了修整器。目前主流的修整器是利用金刚石固着在钢基体上进行制备，通过电镀、钎焊等工艺装金刚石颗粒固定在钢基体上，利用金刚石的锋利刃口对抛光垫进行修整。

经过多年的改进与更新，市面上常用的金刚石修整器(Diamond dresser)为金刚石钎焊工艺制备，即将人造金刚石通过真空钎焊的工艺焊接在钢基体表面，并可以排布一定的形貌，来达到不同的磨削特点。

但钎焊金刚石修整器的等高性受金刚石颗粒的差异以及晶型的影响，会产生大约5％～10％以上的高度性误差，有效参与加工的金刚石磨粒数波动大，影响加工的稳定性。等高性差时，前期修整效率高，后期效率会迅速降低；等高性佳时，修整器修整效率前后期的稳定性好，但若此时金刚石颗粒间距小、出露高度低，极易造成整体修整效率低，不利于化学机械抛光加工硅片效率提高。为解决此方案，有报道记载中国台湾的中国砂轮KINKI制备了新型修整器采用聚晶金刚石焊接在基体盘面上来进行加工，每颗聚晶金刚石的晶向与高度通过修磨达到一致，虽然刃口数量小于常规钎焊金刚石修整盘，但颗粒一致性高，顶尖修整稳定性佳，且颗粒大，出露高，仍然可以达到比较好的修整效率与寿命。但由于聚晶金刚石颗粒制造成本、精密修整成本以及修整器整体制造成本较高，应用受到一定局限，目前多应用于工艺制程短、精密要求较高的硅片加工领域。

若采用常规的大颗粒的金刚石焊接来实现PCD修整盘的效果，金刚石的顶尖形状控制、高度一致性、焊接一致性均存在较大的问题，且应用的金刚石颗粒度越大，成本越高，不利于控制修整器的性价比。

另外有专利涉及了一种团簇金刚石修整器(CN102049737A-抛光垫修整器)，这种修整器出露的高度不高，且为平面区域内数颗金刚石聚集形成，在形成高排屑空间与高锋利度方面相对具有一定局限性。

发明内容

针对通过现有制备工艺得到的金刚石修整器在修整抛光垫时修整效率不稳定，且与高效率难以兼顾的问题，本发明创造性地发明了一种基于簇状单元的新型钎焊金刚石修整器的真空钎焊制备工艺，能够将一个个簇状的修整单元焊接在修整器基体上，修整单元顶端为单颗金刚石，整体高度一致，以实现对抛光垫的高效稳定修整。

本发明提供了一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其制备步骤如下：

(1)准备原材：包括一个钢基体、若干个簇状单元、若干个金刚石、粘结剂Ⅰ、粘结剂Ⅱ、簇状单元孔模板、金刚石孔模板及合金焊料；

(2)将钢基体的一个工作表面清理，并涂覆一层粘结剂Ⅱ，待用；

(3)将若干个簇状单元布洒至簇状单元孔模板表面，簇状单元颗粒会嵌入簇状单元孔模板表面的孔内，保持固定，未嵌入的去除；

(4)将步骤(2)得到的钢基体涂有粘结剂Ⅱ的工作面覆盖在步骤(3)布洒簇状单元的簇状单元孔模板表面，然后倒置，钢基体表面即可得到按设计要求排布的簇状单元基体；

(5)在上述粘结有簇状单元的钢基体表面再喷涂一层粘结剂Ⅰ，之后布洒匹配粒度的合金焊料；

(6)在布洒合金焊料之后再在表面喷涂一层粘结剂Ⅰ；

(7)将若干金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，金刚石颗粒落入金刚石孔模板表面的孔内，保持固定；模板中落入金刚石，凹坑内金刚石与孔底面接触；

(8)将步骤(6)所述处理后的钢基体喷涂粘结剂Ⅰ的一面与布洒金刚石颗粒的金刚石孔模板对正，将金刚石压入；

(9)将步骤(8)的整体结构进行真空钎焊，真空钎焊后去除金刚石孔模板后倒置取出，即得到本发明所述一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器。

本发明所述修整器钢基体的材料为钢质品，可以为40Cr、45钢、Q235钢，特别地可以选择304不锈钢系列。

本发明所述金刚石为天然金刚石或人造金刚石，主要为单晶金刚石或聚晶金刚石，优选正八面体或近似正八面体，也可以选用六面体-八面体聚形；所述金刚石颗粒粒径在0.4～3mm之间，且应用在同一个修整器上的金刚石，粒径差不大于15％。

本发明所述簇状单元顶端为圆弧凹面，用以支撑金刚石颗粒，所匹配的金刚石粒径小于凹面直径；优选形状为棱锥体或圆锥体，簇状单元底面为正多边形或圆形，所述正多边形优选正三角形、正四边形、正五边形或正六边形。所述簇状单元的底面直径为0.6mm～5mm，簇状单元高度为0.3～7mm，所述簇状单元的棱边或母线与水平面夹角30～75度之间。所述簇状单元可通过粉末冶金烧结、注塑烧结、3D激光打印烧结工艺制备，也可以通过机加工工艺制备，材料为钢、不锈钢等材料。

本发明所述簇状单元孔模板的材料选用硅胶，邵式硬度大于65以上；所述簇状单元孔模板表面有若干孔，孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，与簇状单元基体匹配，孔径尺寸为金刚石粒径的1.2～1.6倍，孔深度为金刚石粒径的1.1～1.4倍；孔表面外径与簇状单元最大外径比为1：1.2～1.8；簇状单元孔模板孔径为要植入的簇状单元底面直径的0.8～0.95倍。

本发明所述金刚石孔模板表面有若干孔，孔形状与簇状单元基体匹配，孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，所述金刚石孔模板的材料为能够耐高温1200度以上的非金属硬脆性材料，线膨胀系数常温状态不超过8×10^-6/℃，并且这种材料不与镍基合金焊料发生化学冶金反应，特别地可以采用氧化铝陶瓷基板或二氧化硅基板材料，金刚石孔模板表面平面度不大于0.03mm。

本发明所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌一致，这样每颗簇状单元便与每颗金刚石位置对应，为了保证对正的准确性，簇状单元孔模板与金刚石孔模板周边可以设计定位孔，通过销轴进行固定，相当于在两个模板上同一位置打若干个小孔，在一个模板孔内塞上定位销，另一个模板根据定位销的位置插到孔内，以保证对正的准确性。

所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌为沿中心轴对称，孔模板表面的孔的排布为连续分布或间隔分布；所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的分布形貌为点阵式、同心环状、放射状或螺旋线形。。

本发明所述合金焊料为镍基合金焊料颗粒，是指可与金刚石发生化学冶金反应的镍基合金焊料，特别地，选用BNi2牌号焊料，所述镍基合金焊料颗粒粒度在30目～120目之间，其中最大颗粒粒度与金刚石粒径比不大于1：3。

本发明所述制备工艺中，所述粘结剂Ⅰ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅰ按 1：3～1：12体积比配制，所述粘结剂Ⅱ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅱ按1： 3～1：5体积比配制，所述有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ选择丙酮。

本发明所述制备工艺中，由于本发明采用的修整器钢基体表面可能存在一定的油渍、锈斑、灰尘等，制备修整器前用酒精或丙酮等将基体表面清理干净，步骤(2)中在基体表面涂覆一层粘结剂之前需对基体进行干燥，涂覆方式为刷涂或滚涂。

本发明中簇状单元孔模板孔径为要植入的簇状单元底面直径的0.8～0.95倍，步骤(3)中当簇状单元基体落入孔模板表面时，由于孔小于簇状单元的最大直径，尖端朝上或者水平的均不能进入孔模板内，只有尖端朝下的可以落入，布洒一段时间后，检查表面孔内是否均有簇状单元嵌入，若有空缺，持续布洒直至无空缺，然后通过振动或将模板倾斜一定角度，未嵌入孔内的簇状单元从模板表面滑落，嵌入孔内的固定不动，即可得到需要的形貌。

本发明所述制备工艺中，步骤(4)中由于粘结剂的粘性，簇状单元的底部会与基体表面的粘结剂接触，并被粘附，且簇状单元底部高于孔模板表面，粘结剂不会碰到孔模板表面，利于簇状单元脱模，倒置后即得到需要的排布形貌。

本发明所述制备工艺中，步骤(5)中为了进一布粘结金刚石颗粒，需要排布镍基合金焊料，然后再粘结金刚石颗粒，因此，需要进一步喷涂粘结剂，采用喷涂的方式使表面覆盖一层。所述镍基合金焊料粒度不能过大，亦不能过小，过大，焊料颗粒在簇状单元顶端占据过大空间，无法完全铺展在簇状单元的凹面中，影响金刚石的排布，过小，熔化后焊料层的厚度小，影响焊接强度。因此，镍基合金焊料的粒度在30目～120目之间较为合适，其中最大颗粒粒度与金刚石粒径比不大于1：3。

本发明所述制备工艺中，步骤(6)中布洒镍基合金焊料后，表面再喷涂一层粘结剂，用以粘结金刚石。

本发明所述制备工艺中，步骤(7)中，所述金刚石孔模板表面平面度要求不大于0.03mm，且可以随炉真空钎焊，模板内的孔的底面为平面，与金刚石接触，底面平坦，则通过底面确定了金刚石的出露高度。

本发明所述制备工艺中，步骤(8)及步骤(9)中，由于簇状单元凹面的存在，金刚石颗粒可以一定程度的接触至簇状单元顶端凹面，根据粒径尺寸的关系，焊后金刚石可以被凹面内焊接把持，且凹面的边缘也提供了一定的把持效果。由于金刚石颗粒存在一定的粒度差异，大粒度的被焊料把持得多，小粒度地被把持得少，但都满足金刚石颗粒嵌入簇状单元凹面内合金焊料层的高度为金刚石颗粒粒径的30％～50％的条件，且金刚石会进入凹面，提高了把持效果。这样可以保证金刚石顶端为齐平。

本发明步骤(9)真空钎焊过程中，由于基体表面钎焊有合金焊料层及簇状单元表面可含有合金焊料，虽然簇状单元底部未排布合金焊料，但通过合金焊料的熔化、流淌与爬升作用，焊料可进入簇状单元与基体的缝隙，将簇状单元结构焊接在基体表面，相当于将簇状单元钎焊在基体的表面。

本发明所述步骤(9)制得的钎焊金刚石修整器包括设有工作面的钢基体、焊接于钢基体工作面上的一层合金焊料层以及若干个簇状单元，述簇状单元顶端为圆弧凹面，每个簇状单元顶端焊接一颗金刚石颗粒，金刚石颗粒尖端朝上且金刚石颗粒顶端距钢基体表面高度一致；

所述簇状单元在基体表面的分布形貌与簇状单元孔模板、金刚石孔模板表面孔的分布形貌一致。

本发明制备的钎焊金刚石修整器实现的目的是每颗簇状单元均能被牢固地钎焊在钢基体表面，并且按一定形状排布，在排布后的簇状单元顶端，被焊接一颗金刚石，金刚石不仅被牢固焊接在簇状单元顶端，而且其顶端距底面的高度基本一致，保持了等高出露，利用被焊接的金刚石实现对CMP抛光垫的高效、稳定修整。由于簇状单元尖簇朝上，排屑空间大，废料与切削液不会堵塞磨削区，锋利度高，金刚石顶端焊后高度基本一致，使用时，金刚石受力分布均匀，磨损稳定，使用寿命长且效率稳定。

本发明工艺相对简单、稳定可控，无需对单颗金刚石进行修磨、修形，制备工艺简单可靠，大大降低了生产物料成本，且制备工艺结合一定的模板与夹具，易于实现规模化制备，可适合定制化修整器的制备，不仅能够根据需求定做，还可以批量高效制备，此工艺不仅可以应用于制备化学机械抛光用钎焊金刚石修整器，还可以应用于制备研磨加工陶瓷、蓝宝石、多晶硅等硬脆材料的钎焊金刚石磨类工具，具有广泛的适用性、较高的性价比与经济效益。

附图说明

图1为本发明所述钎焊金刚石修整器的结构示意图。

图2为本发明所述钎焊金刚石修整器中簇状单元与金刚石颗粒钎焊局部示意图。

图3为本发明所述簇状单元的竖向剖面图。

图4为本发明所述簇状单元孔模板。

图5为本发明所述簇状单元孔模板布洒簇状单元后的示意图。

图6为本发明所述钢基体与簇状单元组成的结构示意图。

图7为本发明所述金刚石孔模板布洒金刚石颗粒后的示意图。

图8为本发明所述簇状单元呈叶序结构排布的钎焊金刚石修整器表面形貌示意图。

图9为本发明所述簇状单元呈点阵结构排布的钎焊金刚石修整器表面形貌示意图。

图10为本发明所述簇状单元呈三角点阵结构排布的钎焊金刚石修整器表面形貌示意图。

图11为本发明所述簇状单元呈螺旋环状结构排布的钎焊金刚石修整器表面形貌示意图。

图1-11中各标注为：1钢基体，2合金焊料层，3簇状单元，4金刚石颗粒， 5簇状单元孔模板，6金刚石孔模板。

具体实施方式

以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明，但不仅限于以下的实施例。本发明包含上述技术思想下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

本发明提供了一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其制备步骤如下：

(1)准备原材：包括一个钢基体、若干个簇状单元、若干个金刚石、粘结剂Ⅰ、粘结剂Ⅱ、簇状单元孔模板、金刚石孔模板及合金焊料；

(2)将钢基体的一个工作表面清理，并涂覆一层粘结剂Ⅱ，待用；

(3)将若干个簇状单元布洒至簇状单元孔模板表面，簇状单元颗粒会嵌入簇状单元孔模板表面的孔内，保持固定，未嵌入的去除；

(4)将步骤(2)得到的钢基体涂有粘结剂Ⅱ的工作面覆盖在步骤(3)布洒簇状单元的簇状单元孔模板表面，然后倒置，钢基体表面即可得到按设计要求排布的簇状单元基体；

(5)在上述粘结有簇状单元的钢基体表面再喷涂一层粘结剂Ⅰ，之后布洒匹配粒度的合金焊料；

(6)在布洒合金焊料之后再在表面喷涂一层粘结剂Ⅰ；

(7)将若干金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，金刚石颗粒落入金刚石孔模板表面的孔内，保持固定；模板中落入金刚石，凹坑内金刚石与孔底面接触；

(8)将步骤(6)所述处理后的钢基体喷涂粘结剂Ⅰ的一面与布洒金刚石颗粒的金刚石孔模板对正，将金刚石压入；

(9)将步骤(8)的整体结构进行真空钎焊，真空钎焊后去除金刚石孔模板后倒置取出，即得到本发明所述一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器。

所述修整器钢基体的材料为钢质品，可以为40Cr、45钢、Q235钢，特别地可以选择304不锈钢系列。

所述金刚石为天然金刚石或人造金刚石，主要为单晶金刚石或聚晶金刚石，优选正八面体或近似正八面体，也可以选用六面体-八面体聚形；所述金刚石颗粒粒径在0.4～3mm之间，且应用在同一个修整器上的金刚石，粒径差不大于15％。

所述簇状单元顶端为圆弧凹面，所匹配的金刚石粒径小于凹面直径；优选形状为棱锥体或圆锥体，簇状单元底面为正多边形或圆形，所述正多边形优选正三角形、正四边形、正五边形或正六边形。所述簇状单元的底面直径为0.6mm～5mm，簇状单元高度为0.3～7mm，所述簇状单元的棱边或母线与水平面夹角30～75度之间。所述簇状单元可通过粉末冶金烧结、注塑烧结、3D激光打印烧结工艺制备，也可以通过机加工工艺制备，材料为钢、不锈钢等材料。

本发明所述簇状单元孔模板的材料选用硅胶，邵式硬度大于65以上；所述簇状单元孔模板表面有若干孔，孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，与簇状单元基体匹配，孔径尺寸为金刚石粒径的1.2～1.6倍，孔深度为金刚石粒径的1.1～1.4倍；孔表面外径与簇状单元最大外径比为1：1.2～1.8；簇状单元孔模板孔径为要植入的簇状单元底面直径的0.8～0.95倍。

本发明所述金刚石孔模板表面有若干孔，孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，所述金刚石孔模板的材料为能够耐高温1200度以上的非金属硬脆性材料，线膨胀系数常温状态不超过8×10-6/℃，并且这种材料不与镍基合金焊料发生化学冶金反应，特别地可以采用氧化铝陶瓷基板或二氧化硅基板材料，金刚石孔模板表面平面度不大于0.03mm。

本发明所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌一致，这样每颗簇状单元便与每颗金刚石位置对应，为了保证对正的准确性，簇状单元模板与孔模板周边可以设计定位孔，通过销轴进行固定，相当于在两个模板上同一位置打若干个小孔，在一个模板孔内塞上定位销，另一个模板根据定位销的位置插到孔内，以保证对正的准确性。

所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌为沿中心轴对称，孔模板表面的孔的排布为连续分布或间隔分布。所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的分布形貌为点阵式、同心环状、放射状或螺旋线形。

所述合金焊料为镍基合金焊料颗粒，特别地，选用BNi2牌号焊料，所述镍基合金焊料颗粒粒度在30目～120目之间，其中最大颗粒粒度与金刚石粒径比不大于1：3。

所述粘结剂Ⅰ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅰ按1：3～1：12体积比配制，所述粘结剂Ⅱ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅱ按1：3～1：5体积比配制，所述有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ选择丙酮。

所述金刚石颗粒嵌入簇状单元凹面内合金焊料层的高度为金刚石颗粒粒径的30％～50％。

本发明所述步骤(9)制得的钎焊金刚石修整器包括设有工作面的刚基体、焊接于钢基体工作面上的一层合金焊料层以及若干个簇状单元，述簇状单元顶端为圆弧凹面，每个簇状单元顶端焊接一颗金刚石颗粒，金刚石颗粒尖端朝上且金刚石颗粒顶端距钢基体表面高度一致；

所述簇状单元在基体表面的分布形貌沿中心轴对称，所述簇状单元在基体表面连续分布或间隔分布，其分布形貌为阵列式、环状或放射状。本发明制备的钎焊金刚石修整器的几种表面形貌如图8～11所示。

实施例1

一种簇状单元金刚石修整器丸片，用以组合式的修整蓝宝石的化学机械抛光垫，修整器外径20mm，高度7.3mm，具体步骤如下：

(1)准备原材，包括修整器钢基体采用304不锈钢机加工制备，整体尺寸精度控制在0.02mm以内；簇状单元采用圆锥结构，底面直径2.5mm，圆锥侧面与水平面夹角60度，顶端直径1.2mm，中心圆弧凹陷；

人造金刚石选用高品级单晶，18/20目；

丙烯酸酯与丙酮按体积比1：3及1：8配制两种粘结剂；

簇状单元孔模板、金刚石孔模板均采用螺旋环状排布，排布位置一致。

镍基合金焊料选择牌号BNi2合金焊料，粒度40目～60目；

(2)基体表面清理，涂覆一层1：3体积比的粘结剂，待用；

(3)将簇状单元基体布洒至簇状单元孔模板表面，孔形状为倒棱锥形，簇状单元体颗粒会嵌入孔内，保持固定，未嵌入的去除；

(4)将涂有粘结剂的基体覆盖在孔模板表面，然后倒置，即可得到按设计要求排布的簇状单元基体；

(5)表面喷涂一层丙烯酸酯与丙酮1：8体积比粘结剂，之后布洒匹配粒度的合金焊料；

(6)再在表面喷涂一层丙烯酸酯与丙酮1：8体积比粘结剂；

(7)将金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，孔形状为倒棱锥形，金刚石颗粒落入孔内，保持固定；模板中落入金刚石，凹坑内金刚石与孔底面接触；

(8)将处理后的修整器基体与金刚石孔模板对正，将金刚石压入；

(9)将上述整体结构真空钎焊，钎焊温度1020度，升温25分钟，保温18 分钟，真空钎焊过程真空度保持在0.06Pa以内，得到本发明一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器，其形貌如图11所示。

实施例2

一种盘形簇状单元金刚石修整器，用以修整硅片晶圆的化学机械抛光垫，修整器外径110mm，内孔65mm，厚度3.6mm，具体步骤如下：

(1)准备原材，包括修整器钢基体采用304不锈钢机加工制备，整体尺寸精度控制在0.02mm以内；簇状单元采用圆锥结构，底面直径2.0mm，圆锥侧面与水平面夹角45度，顶端直径1.0mm，中心圆弧凹陷；

人造金刚石选用高品级单晶，30目；

粘结剂：丙烯酸酯与丙酮按体积比1：3、1：10配制；

簇状单元孔模板、金刚石孔模板均采用阵列均匀排布，排布位置一致。

镍基合金焊料选择牌号BNi2合金焊料，粒度60目～80目；

(2)基体表面清理，涂覆一层1：3体积比的粘结剂，待用；

(3)将簇状单元基体布洒至簇状单元孔模板表面，孔形状为倒棱锥形，簇状单元体颗粒会嵌入孔内，保持固定，未嵌入的去除。

(4)将涂有粘结剂的基体覆盖在孔模板表面，然后倒置，即可得到按设计要求排布的簇状单元基体。

(5)表面喷涂一层丙烯酸酯与丙酮1：10体积比粘结剂，之后布洒匹配粒度的合金焊料；

(6)再在表面喷涂一层丙烯酸酯与丙酮1：10体积比粘结剂；

(7)将金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，孔形状为倒棱锥形，金刚石颗粒落入孔内，保持固定；

(8)将修整器基体与金刚石孔模板对正，将金刚石压入；

(9)将上述整体结构真空钎焊，钎焊温度1020度，升温25分钟，保温18 分钟，真空钎焊过程真空度保持在0.06Pa以内，得到本发明一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器，其形貌如图9所示。

Claims (14)

1.一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，其制备步骤如下：

(1)准备原材：包括一个钢基体、若干个簇状单元、若干个金刚石、粘结剂Ⅰ、粘结剂Ⅱ、簇状单元孔模板、金刚石孔模板及合金焊料；

(2)将钢基体的一个工作表面清理，并涂覆一层粘结剂Ⅱ，待用；

(3)将若干个簇状单元布洒至簇状单元孔模板表面，簇状单元颗粒会嵌入簇状单元孔模板表面的孔内，保持固定，未嵌入的去除；

(4)将步骤(2)得到的钢基体涂有粘结剂Ⅱ的工作面覆盖在步骤(3)布洒簇状单元的簇状单元孔模板表面，然后倒置，钢基体表面即可得到按设计要求排布的簇状单元基体；

(5)在上述粘结有簇状单元的钢基体表面再喷涂一层粘结剂Ⅰ，之后布洒匹配粒度的合金焊料；

(6)在布洒合金焊料之后再在表面喷涂一层粘结剂Ⅰ；

(7)将若干金刚石颗粒布洒至金刚石孔模板表面，金刚石颗粒落入金刚石孔模板表面的孔内，保持固定；模板中落入金刚石，凹坑内金刚石与孔底面接触；

(8)将步骤(6)处理后的钢基体喷涂粘结剂Ⅰ的一面与布洒金刚石颗粒的金刚石孔模板对正，将金刚石压入；

(9)将步骤(8)的整体结构进行真空钎焊，真空钎焊后去除金刚石孔模板后倒置取出，即得到一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器；

所述簇状单元顶端为圆弧凹面，用以支撑金刚石颗粒，所匹配的金刚石粒径小于凹面直径；

所述合金焊料为镍基合金焊料颗粒；

所述粘结剂Ⅰ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅰ按1：3～1：12体积比配制，所述粘结剂Ⅱ为丙烯酸酯类压敏胶与有机溶剂Ⅱ按1：3～1：5体积比配制；

所述簇状单元孔模板表面有若干孔，孔形状与簇状单元基体匹配；所述金刚石孔模板表面有若干孔，孔形状与簇状单元基体匹配；且所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌一致；

步骤(3)中当簇状单元基体落入孔模板表面时，布洒一段时间后，检查表面孔内是否均有簇状单元嵌入，若有空缺，持续布洒直至无空缺，然后通过振动或将模板倾斜一定角度，未嵌入孔内的簇状单元从模板表面滑落，嵌入孔内的固定不动。

2.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述修整器钢基体的材料为40Cr、45钢、Q235钢或304不锈钢系列。

3.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述金刚石为天然金刚石或人造金刚石；所述金刚石为单晶金刚石或聚晶金刚石，该金刚石为正八面体或六面体-八面体晶形；

所述金刚石颗粒粒径在0.4～3mm之间，粒径差不大于15％。

4.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述簇状单元形状为棱锥体或圆锥体，簇状单元底面为正多边形或圆形，所述正多边形为正三角形、正四边形、正五边形或正六边形；

所述簇状单元的底面直径为0.6mm～5mm，簇状单元高度为0.3mm～7mm，所述簇状单元的棱边或母线与水平面夹角30～75度；

所述簇状单元通过粉末冶金烧结、注塑烧结、3D激光打印烧结工艺或机加工工艺制备，材料为钢或不锈钢材料。

5.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述簇状单元孔模板的材料选用硅胶，邵式硬度大于65；

所述簇状单元孔模板表面的孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形，孔径尺寸为金刚石粒径的1.2～1.6倍，孔深度为金刚石粒径的1.1～1.4倍；孔表面外径与簇状单元最大外径比为1：1.2～1.8；簇状单元孔模板孔径为要植入的簇状单元底面直径的0.8～0.95倍。

6.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述金刚石孔模板表面的孔形状为倒棱锥形或倒圆锥形；

所述金刚石孔模板的材料为能够耐高温1200度以上的非金属硬脆性材料，线膨胀系数常温状态不超过8×10-6/℃，并且这种材料不与镍基合金焊料发生化学冶金反应，金刚石孔模板表面平面度不大于0.03mm；

所述金刚石孔模板内的孔的底面为平面。

7.根据权利要求6所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述金刚石孔模板采用氧化铝陶瓷基板或二氧化硅基板材料。

8.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述簇状单元孔模板与金刚石孔模板周边设计定位孔，通过销轴进行固定，相当于在两个模板上同一位置打若干个小孔，在一个模板孔内塞上定位销，另一个模板根据定位销的位置插到孔内，以保证步骤(8)中对正的准确性。

9.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的排布形貌为沿中心轴对称，孔模板表面的孔的排布为连续分布或间隔分布。

10.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述簇状单元孔模板及金刚石孔模板表面的孔的分布形貌为点阵式、同心环状、放射状或螺旋线形。

11.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述合金焊料选用BNi2牌号焊料，所述镍基合金焊料颗粒粒度在30目～120目之间，其中最大颗粒粒度与金刚石粒径比不大于1：3。

12.根据权利要求1所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，所述有机溶剂Ⅰ、有机溶剂Ⅱ选择丙酮。

13.根据权利要求1至12任一项所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，步骤(9)制得的钎焊金刚石修整器包括设有工作面的钢基体、焊接于钢基体工作面上的一层合金焊料层以及若干个簇状单元，所述簇状单元顶端为圆弧凹面，每个簇状单元顶端焊接一颗金刚石颗粒，金刚石颗粒尖端朝上且金刚石颗粒顶端距钢基体表面高度一致；

所述簇状单元在基体表面的分布形貌与簇状单元孔模板、金刚石孔模板表面孔的分布形貌一致。

14.根据权利要求13所述的一种基于簇状单元的钎焊金刚石修整器的制备工艺，其特征在于，步骤(9)中所述金刚石颗粒嵌入簇状单元凹面内合金焊料层的高度为金刚石颗粒粒径的30％～50％。

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