蓝宝石抛光液配方

上一篇 / 下一篇 2012-11-02 09:53:12/ 个人分类：配方

禾川化工专业从事抛光液成分分析配方分析，成分分析，配方研制，为抛光液相关企业提供整套技术解决方案一站式服务。

蓝宝石抛光液配方

一.背景

LED产品具有小型化、省电、低发热、耐震、使用寿命长、光电转换效能高、单色发光及反应速度快等优点，广泛见于日常生活中，如家用电器的指示灯，汽车后防雾灯等。LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。半导体材料GaN的应用使半导体发光二极管与激光器上了一个新台阶，由于GaN很难制备体材料，必须在其它衬底材料上生长薄膜，作为GaN的衬底材料有多种，包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镁、氧化锌等，因单晶蓝宝石基片与GaN晶格能相匹配且单晶蓝宝石基片在可见光范围内其透光性较好，所以蓝宝石是最主要的衬底材料，目前己能在蓝宝石上外延出高质量的GaN材料，并己研制出GaN基蓝色发光二极管及激光二极管。

1.1蓝宝石概述

人工生长的蓝宝石是单晶α-Al₂O₃，透明，与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能, 对红外线透过率高, 有很好的耐磨性, 硬度仅次于金刚石达莫氏9 级, 在高温下仍具有较好的稳定性, 熔点为2030℃，所以它已越来越多地用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承等高技术领域中零件的制造材料, 同时还被制成永不磨损表镜及各种精美华贵的饰品。

蓝宝石为α-Al₂O₃，其构造如图1所示，为六方最密堆积氧原子层所构成，氧原子间的八面体配位的2/3空隙是Al³⁺离子所填充α-Al₂O₃是由六层的氧原子，以ARAB的方式所构成的单位晶格，其中每层各含3个氧，如果以单位晶格来算、氧原子共18个。而铝原子在第一层、第四层各为2个铝原子，其余4层各有3个铝原子，以单位晶格来算，铝原子共12个，以此方式所构成的a相氧化铝结构为八面体，此八面体可形成共点、共棱、共面的构造。

单晶蓝宝石的机械性质与其本身密度有关，单晶蓝宝石密度越大则机械性质越佳，理论上纯度100%单晶蓝宝石的理论密度为 3.9869/cm3，其相对的机械性质也为最佳。单晶蓝宝石的热性质和其纯度有关，一般而言，纯度越高，则其热传导系数及热扩散系数也会越高，但热膨胀系数则不一定。

图1 蓝宝石晶体构造图

1.2蓝宝石的固相机理

单晶蓝宝石与二氧化硅在无外加能量情况下两者之间很难产生固相化学反应，而在外加能量情况下(如抛光、烧结)，且能量超越二氧化硅与单晶蓝宝石之间所需的活化能而产生固相化学反应。蓝宝石与SiO₂的接触界面上的真实接触点产生的压力取决于SiO₂的硬度，1070K时为3.8GPa，1207Ｋ时为2.4Gpa，两者在大气压下生成富铝红柱石（也称为莫来石，3α-Al₂O₃·2SiO₂），高压下生成蓝晶石（Al₂O₃·２SiO₂）。

其反应式如下：

3α-Al₂O₃+6SiO₂——3α-Al₂O₃·2SiO₂（富铝红柱石）（1-1）

α-Al₂O₃+SiO₂——α-Al₂O₃·SiO₂（蓝晶石）（1-2）

α-Al₂O₃·SiO₂硬度为6.5~7.0，利用SiO₂磨料可以去除固相反应生成的富铝红柱石软质层，而对母体蓝宝石不会产生划痕等表面损伤。为加快上述固相反应的反应速率，除提高界面温度和增加压力外，还可以通过添加催化剂的方式，向蓝宝石添加熔点低的MgF₂在煅烧6h的条件下可实现莫来石的低温合成。

三.常见的配方体系及应用

3.1机械抛光研磨液

配方1：

组分	A投料量（g/L）
120#溶剂油	400~500
200#溶剂油	300~400
金刚石微粉	30~50
油酸	40~70
芥酸	20~50

配方2：

组分	A投料量（g/L）
溶剂油	500~600
矿物油	300~350
色拉油	30~80
金刚石微粉	20~50

3.2化学抛光抛光液

组分	A投料量（g/L）
浓硫酸	300~350
浓磷酸	100~150
酸雾抑制剂	0~20
水	余量

3.3机械化学抛光用抛光液

组分	A投料量（g/L）
二氧化硅溶胶	400~500
氢氧化钾	0~20
二乙醇胺	0~30
EDTA	0. 5~5
壬基酚聚氧乙烯醚	3~7
水	余量

四.市面常见抛光液的种类:

硅材料抛光液、蓝宝石抛光液、砷化镓抛光液、铌酸锂抛光液、锗抛光液、集成电路多次铜布线抛光液、集成电路阻挡层抛光液、研磨抛光液、电解抛光液、不锈钢电化学抛光液,不锈钢抛光液、石材专用纳米抛光液、氧化铝抛光液、铜化学抛光液、铝合金抛光液、镜面抛光液、铜抛光液、玻璃研磨液、蓝宝石研磨液、酸性抛光液、铝材抛光液、金刚石抛光液、钻石抛光液、单晶体钻石研磨液、抛光膏