一种抗腐蚀金刚石研磨液及其制备方法与流程

本发明涉及精密研磨抛光领域，具体涉及金刚石研磨液领域，特别涉及一种抗腐蚀金刚石研磨液及其制备方法。

背景技术：

1、随着科学技术的不断发展，对于半导体、陶瓷材料以及金属材料等工件的表面质量有着越来越高的要求，化学机械抛光技术综合了化学、机械以及流体力学等作用的优势，具有高抛光效率、表面光洁平整的优点。化学机械研磨系统中的主要成分之一为研磨液，研磨液中研磨颗粒利用其与工件之间的摩擦作用，从而达到磨削抛光的效果，其中金刚石因其高硬度以及强切削能力，对软硬材料的磨削都能得到良好的效果。

2、尽管金刚石研磨液具有上述优良的特性，但仍然存在一些缺陷尚未解决，在研磨抛光的过程中常用通常会用到铸铁盘、铜盘、锡盘等金属盘，而现有的研磨液存在腐蚀工件、腐蚀研磨盘以及腐蚀研磨机的问题，使研磨成本增加；并且金刚石颗粒易产生团聚，存在分散性不佳的问题，从而造成研磨效率的降低。

3、专利cn 104152906a公开了一种用于加工超光滑不锈钢表面的抛光液及其应用，该申请在抛光液中选择单晶金刚石、聚晶金刚石等作为研磨颗粒，含氮杂环衍生物以及含硫杂环衍生物作为金属缓蚀剂，能够在实现高不锈钢材料去除速率的同时，在不锈钢表面形成一层致密的钝化膜，从而达到抗腐蚀的效果，但并未提及与解决金刚石类研磨材料团聚导致分散性不佳的问题；专利cn 108300413a公开了一种机械设备研磨剂及其制备方法，该申请以磨液、纳米金刚石、陶瓷纤维、纳米二氧化钛等为主要成分，制备了一种具有优异机械性能、机械性能以及抗老化防腐蚀性能高的性能，但并未解决纳米金刚石易团聚从而导致研磨速率降低的问题。

4、因此，市面上亟需一种具有良好抗腐蚀性以及分散性的研磨液。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明选用金刚石为磨料并对其进行改性，再加入氧化剂、ph调节剂和缓蚀剂等制备合成了一种金刚石研磨液，具有抗腐蚀以及高分散性的优点。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种抗腐蚀金刚石研磨液，按照重量份数计，所述研磨液包括以下原料：改性金刚石0.5-5份，氧化剂0.2-5份，ph调节剂0.1-3份，缓蚀剂2-5份，润滑剂0.1-2份，稳定剂0.3-5份，去离子水75-90份。

4、在本发明的一些实施方案中，所述改性金刚石的制备方法包括以下步骤：

5、①将金刚石置于450-550℃条件下热处理4-6h，冷却至室温，研磨后加入去离子水，超声，加入ce(no3)3·6h2o和乙二酸二乙胺，超声，加热，搅拌，离心，洗涤，烘干得到混合粉末备用；

6、②取步骤①的混合粉末，加入乙二醇，搅拌15-25min后滴入0.1-0.3mol/l的乙酸钴水溶液，搅拌，加入氢氧化钠乙醇溶液，调节ph＝10-11，超声，微波沉积，离心，抽滤干燥后加入尿素，在氩气保护下于700-800℃加热2-4h，冷却，得到固体粉末备用；

7、③取步骤②中的固体粉末，加入浓硝酸和浓硫酸，在60-80℃搅拌1.5-2.5h，洗涤至ph＝6.5-7.5，离心，取沉淀干燥后得到产物备用；

8、④取步骤③的产物，加入葡萄糖、二氯乙烷、n-羟基琥珀酰胺和n,n-二甲基甲酰胺，超声，加热，搅拌，离心分离悬浮的磨料颗粒，洗涤，干燥即得改性金刚石。

9、优选地，所述改性金刚石的制备方法包括以下步骤：

10、①将金刚石置于马弗炉中进行500℃热处理5h，冷却至室温，研磨后加入去离子水，超声10min，加入ce(no3)3·6h2o和乙二酸二乙胺，超声10min，加热至75℃，搅拌4h，离心，用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，于80℃烘干4h得到混合粉末备用；

11、②取步骤①的混合粉末，加入乙二醇，搅拌20min后滴入0.2mol/l的乙酸钴水溶液，搅拌，加入氢氧化钠乙醇溶液，调节ph＝10-11，超声10min，以130w的功率加热80s以进行微波沉积，离心，抽滤，于80℃干燥4h后加入尿素，在氩气保护下于750℃加热3h，冷却，得到固体粉末备用；

12、③取步骤②中的固体粉末，加入浓硝酸和浓硫酸，在70℃搅拌2h，洗涤至ph＝7，离心，取沉淀于80℃干燥4h后得到产物备用；

13、④取步骤③的产物，加入葡萄糖、二氯乙烷、n-羟基琥珀酰胺和n,n-二甲基甲酰胺，超声30min，加热至40℃，搅拌12h，离心分离悬浮的磨料颗粒，n,n-二甲基甲酰胺洗涤三次，80℃干燥4h即得改性金刚石，

14、其中金刚石的粒径为0.1μm-50μm。

15、本发明对所述金刚石的来源不做特殊限制，可自产也可通过市售购买得到。

16、在本发明的一些实施方案中，所述步骤①中，金刚石粉末和ce(no3)3·6h2o的质量比为1：(1.5-2.5)；步骤④中，步骤③的产物和葡萄糖的质量比为1：(5-7)。

17、优选地，所述步骤①中，金刚石粉末和ce(no3)3·6h2o的质量比为1：2；步骤④中，步骤③的产物和葡萄糖的质量比为1：6。

18、金刚石作为天然最硬的物质，具有极高的耐磨性，并且可以用来研磨非常坚硬的材料如硬质合金、陶瓷等，这是氧化铝等磨料所不能及的，此外在研磨过程中，金刚石在作用时基本上只产生磨削作用，滚压作用极少，所以表面变形层几乎不会产生或影响很小，尤其微米亚微米级金刚石，在研磨抛光过程中保持高切削效率的同时不易对工件产生划伤。

19、但是，金刚石因具有比表面积大、比表面能高、处于热力学不稳定状态等特点使其在介质中分散稳定性较差、容易发生团聚现象，申请人通过对金刚石进行改性处理，使其在研磨液中具有良好的分散性和稳定性，一方面，申请人引入ce(no3)3·6h2o得到核壳结构的金刚石@ceo2，其中对金刚石首先进行了热处理，使金刚石发生表面氧化，使羟基和羧基等亲水基团增加，不仅有利于ce4+在静电吸引作用下吸附于金刚石表面，而且有利于金刚石粉末在水中的分散，并且ceo2壳层与蓝宝石表面的固相化学反应及金刚石的机械研磨共同作用使金刚石@ceo2的研磨效率高于单一的金刚石磨料，且使蓝宝石表面平整度提升、粗糙度降低；一方面，申请人在金刚石@ceo2粉末上掺杂钴负载的氮，使金刚石@ceo2粉末上掺杂co2+和n的活性位点，且通过控制反应比例使金刚石@ceo2粉末具有良好的稳定性；另一方面，申请人对步骤③中的产物进行葡萄糖接枝反应，葡萄糖天然环保且具有丰富的羟基和羧基，可以使改性金刚石在研磨液中具有优异的分散性和悬浮稳定性，进一步地，申请人通过控制葡萄糖的添加量，使过量的葡萄糖和氧化剂高锰酸钾之间发生反应，生成葡萄糖酸，葡萄糖酸中含有多个-oh，可以协同-cooh和改性金刚石中的ce、co等金属离子发生螯合作用，使体系更加稳定。

20、在本发明的一些实施方案中，所述氧化剂为高锰酸钾或双氧水。

21、在本发明的一些实施方案中，所述ph调节剂为磷酸、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种。

22、在本发明的一些实施方案中，所述缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：

23、(1)将油酸、松香酸、三乙烯四胺和二甲苯混合，在190-210℃搅拌3-5h，冷却至55-65℃，滴加硫脲水溶液，搅拌2.5-3.5h，得到反应产物备用；

24、(2)取步骤(1)的反应产物，加入浓盐酸、45-55wt％单氰胺水溶液和二硫苏糖醇，在75-85℃搅拌3-5h，旋蒸后即得缓蚀剂。

25、在本发明的一些实施方案中，所述步骤(2)中，步骤(1)的反应产物、单氰胺水溶液和二硫苏糖醇的质量比为1：(0.4-0.7)：(0.8-1.2)。

26、优选地，所述步骤(2)中，步骤(1)的反应产物、单氰胺水溶液和二硫苏糖醇的质量比为1：0.55：1。

27、咪唑啉类化合物通过在金属表面吸附并形成一层保护膜来预防金属发生腐蚀，并且其具有高效、低毒的特点，被广泛应用于缓蚀剂领域，但其存在水溶性较低以及价格昂贵的缺点，申请人一方面通过采用成本较低的油酸和松香酸配合三乙烯四胺、二甲苯以及硫脲发生反应生成油酸咪唑啉和松香基咪唑啉的混合物，其中油酸和松香基骨架可以在金属上产生更大面积的覆盖面，从而增加咪唑啉缓蚀剂的抗腐蚀作用；另一方面，申请人引入单氰胺水溶液和二硫苏糖醇制备得到缓蚀剂，单氰胺的引入使缓蚀剂结构中出现胍基，产生的静电引力可以促进其对细菌细胞壁的吸附，具有有杀菌功能，二硫苏糖醇则作为小分子，相较油酸咪唑啉会先吸附到金属表面，质子化的油酸咪唑啉后吸附到金属表面，之间发生静电引力结合以及电子性能互补，从而增加缓蚀剂内部的紧密性，缓蚀剂的性能更加稳定；进一步地，胍基和研磨液中的羧基、磷酸根等反应形成双氢键，有利于双倍增强研磨液体系之间的结合力，使研磨液的研磨抛光效果增加。

28、在本发明的一些实施方案中，所述润滑剂为聚乙二醇或甘油。

29、优选地，所述聚乙二醇的分子量为400或600。

30、在本发明的一些实施方案中，所述稳定剂为硅酸盐或乙二胺四乙酸盐。

31、优选地，所述稳定剂为偏硅酸钠或乙二胺四乙酸四钠。

32、本发明另一方面还提供了上述技术方案所述的抗腐蚀金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：

33、s1、将改性金刚石、润滑剂、稳定剂以及去离子水加入反应釜中，超声搅拌10-30min，得到混合物备用；

34、s2、将氧化剂、ph调节剂和缓蚀剂加入步骤s1的混合物中，超声搅拌30-50min，即得到抗腐蚀金刚石研磨液。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、(1)本发明以金刚石为磨料，与氧化剂、ph调节剂和缓蚀剂等合成了金刚石研磨液，具有抗腐蚀以及高分散性的特点。

37、(2)本发明引入ce(no3)3·6h2o、乙酸钴、尿素和葡萄糖对金刚石粉末进行改性，在提高金刚石粉末在研磨液中分散性的同时，进一步改善了研磨液的稳定性和研磨效率。

38、(3)本发明以油酸和松香酸配合三乙烯四胺、二甲苯以及硫脲发生反应生成油酸咪唑啉和松香基咪唑啉的混合物，并引入单氰胺水和二硫苏糖醇制备得到缓蚀剂，有效地抑制了研磨液对于工件、研磨盘等的腐蚀，并通过物质之间的协同配合，使研磨液的稳定性增强，进而增加研磨液的研磨抛光效果。

39、(4)本发明所制备的研磨液具有抗腐蚀以及高分散性的性能，可广泛应用于金刚石研磨液领域，具有较好的商业应用价值。