氧化铝磨料 一文了解氧化铝抛光液磨料及其稳定性

化学机械抛光技术是一种提供全局平面化的表面抛光技术，其中抛光液是化学机械抛光技术的关键因素。抛光液主要由磨料、溶剂和添加剂组成，其类型、性质、粒径、颗粒分散性和稳定性与最终抛光效果密切相关。

目前，市场上使用最广泛的磨料是二氧化硅、氧化铈和氧化铝。其中，二氧化硅抛光液选择性和分散性好，机械磨损性能好，化学性质活泼，后清洗过程易于处理；缺点是抛光过程中容易产生凝胶，对硬质基材的抛光率低。氧化铈抛光液具有抛光速率高、材料去除率高的优点；缺点是粘度高，容易划伤，选择性差，后续清洗困难。Al2O3抛光液的缺点是选择性低、分散稳定性差、易团聚等。但是对于硬衬底蓝宝石衬底等具有优异的去除率。

Al2O3抛光液简介

α-氧化铝(刚玉)具有高硬度和良好的稳定性。纳米氧化铝适用于光学透镜、单芯光纤连接器、微晶玻璃基板、晶体表面等的精密抛光。应用广泛。目前，以高亮度氮化镓基蓝色发光二极管为核心的半导体照明技术在照明领域引起了极大的轰动，成为全球半导体领域的研究热点。然而，氮化镓的制作很困难，薄膜必须外延生长在其他衬底晶片上，如蓝宝石晶片或碳化硅晶片，因此晶片抛光成为人们关注的焦点。

近年来，国际上采用了一种新技术，即用Al2O3抛光液一次性研磨抛光蓝宝石和碳化硅晶片，大大提高了抛光效率。但由于纳米α-氧化铝的高硬度，在抛光过程中容易对工件表面造成严重损伤；而且纳米氧化铝的表面能比较高，颗粒容易团聚，也会造成抛光工件的划痕、凹坑等表面缺陷。近年来，氧化铝抛光液的研究主要集中在纳米磨料的制备、氧化铝颗粒的表面改性、氧化铝抛光液的混合应用等方面。

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Al2O3抛光液磨料的制备

化学机械抛光中使用的氧化铝磨料通常使用纳米α-Al2O3，其硬度高、性能稳定、不溶于水和酸碱。氧化铝颗粒作为一种化学机械抛光磨料，其尺寸、形状和粒度分布都会影响抛光效果。在发光二极管行业，化学机械抛光浆料中经常使用粒径为50∨200纳米且粒径分布均匀的纳米α-Al2O3。近年来，对α-Al2O3磨粒的研究主要集中在纳米球形颗粒的制备上。常见的制备方法如下。

固相法。其中硫酸铝铵热解、改性拜耳法和爆炸法是比较成熟的制备方法。固态制备超细粉体简单，不需要溶剂，产率高。但生成的粉体容易团聚，粒径难以控制，难以获得分布均匀、粒径小的高质量纳米粉体。

气相法。主要有化学气相沉淀法，通过加热等改变物质的形态，以气态反应，然后在冷却过程中形成颗粒。气相法的优点是反应条件可控，产品易于精制，颗粒分散性好，粒径小，分布窄，但收率低，收粉困难。

液相法。常用的方法有水解、喷雾干燥、溶胶凝胶、乳化等。液相法的优点是:产品的化学组成可以精确控制，纳米粒子的表面活性高，形状易于控制，分散均匀，生产成本相对较低，易于实现工业化生产。

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一种提高Al2O3抛光液稳定性的方法

近年来，随着LED产业的发展和宝石基板需求的不断增加，氧化铝抛光液在高抛光率蓝宝石抛光液中有着良好的应用前景。然而，在抛光过程中存在一些问题，如分散稳定性差，容易团聚，抛光表面有划痕。许多研究者研究了如何提高氧化铝抛光液的稳定性。

当纳米氧化铝颗粒在极性水溶液中时，氧化铝颗粒由于静电力而团聚，容易引起絮凝和分层，从而破坏抛光液的分散性和稳定性。磨粒团聚产生的大颗粒胶束是化学机械抛光过程中基底表面产生划痕的主要原因。氧化铝颗粒的粒径和分布、ζ电位以及抛光液中加入的稳定剂和分散剂的类型和质量对抛光液的稳定性有很大影响。

纳米氧化铝的表面改性可以提高颗粒表面的规整性，减少抛光划痕和凹坑，提高氧化铝磨料的分散性和抛光液的稳定性。常用的处理方法是用偶联剂、有机物、无机物等。在具有高硬度的氧化铝颗粒表面涂覆一层软物质，以减少诸如抛光划痕和凹坑等缺陷，从而提高氧化铝抛光液的稳定性和分散性，并有效提高抛光磨料的耐磨性。此外，抛光液的稳定性可以通过改变氧化铝颗粒的ζ电位来提高。

Al2O3抛光液存在的问题

磨料颗粒的分散。目前，国内外常用超声波、机械搅拌、表面处理等机械化学方法分散纳米磨粒，但往往达不到效果。因此，纳米磨粒的分散稳定性需要进一步研究。

抛光液对环境的影响。化学机械抛光液中的化学成分，如氨、酸等有毒成分，对环境和人体危害很大。因此，在进一步研究抛光液制备技术的同时，抛光液的回收利用技术还需进一步完善，使经济发展与环境保护相协调。

参考文献:

金鹏等。化学机械抛光液的发展现状及研究方向

吴军氧化铝抛光液磨料制备及稳定性研究进展

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