一种氧化铝多孔陶瓷材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及陶瓷材料，尤其涉及一种氧化铝多孔陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、半导体集成电路(integrated circuit，ic)是电子制造业的核心技术，在ic的生产环节，需要对作为基板的硅片进行多次转移和加工，相较于传统的借助于机械夹持和通过石蜡粘结的方式以对硅片进行转移的方式，使用真空吸盘来转移硅片的方式由于对硅片本身没有损坏且能够使得转移更为可靠，因此受到了人们的青睐。

2、真空吸盘是利用压差来吸附物品的，在使用其吸附晶圆时，空气从晶圆与多孔陶瓷之间的空隙向孔隙中流动，在空隙的两端形成压差。如果多孔陶瓷比较薄，较小的孔径能够产生较大的吸附力。而当厚度增加时，细孔空气流动的阻力更大，就需要更大的孔径来保证空气的流动产生压差。

3、因此，在制备较厚的真空吸盘时，需要较大的孔径来保证气体渗透性和吸附力，在满足这两项要求的同时还需保证硬度和强度。真空吸盘强度不够，使用过程中可能变形，导致硅片加工精度无法保证；而硬度不够，直观表现为掉粉，会污染晶圆，同时影响加工质量。而陶瓷真空吸盘在工作过程中，也易受磨削后粉尘影响，导致吸力不均匀、污染夹持物等问题。因此，通常使用过程中会持续磨去表层，多次使用后需要更换，属于重要耗材。

4、随着半导体行业的发展，真空吸盘的市场需求越来越旺盛，因此研究并制备具有均匀吸附且强度、硬度高的多孔陶瓷并用于真空吸盘具有相当的必要性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氧化铝多孔陶瓷材料及其制备方法和应用，所述氧化铝多孔陶瓷材料硬度、强度和吸附性能优异，且成本低。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将刚玉砂、粘结剂、固化剂、石蜡和颜料混合，将所得混合物加热、冷却后，得到蜡饼；

5、(2)将蜡饼打粉后过筛，得到粉料；

6、(3)将粉料干压成型，得到生坯；

7、(4)将生坯烧结，得到氧化铝多孔陶瓷材料；

8、在步骤(1)中，所述粘结剂为磷酸二氢铝；所述刚玉砂的粒径范围为120～220目。

9、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，在步骤(1)中，所述刚玉砂、粘结剂、固化剂、石蜡的质量比为4～20:1～3:0.01～3:1～4。

10、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，所述颜料包括铜铬黑，所述颜料的质量为所述刚玉砂质量的1～3％。

11、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，在步骤(1)中，所述固化剂为氧化铜、氧化锌、氧化钛中的一种或几种。

12、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，在步骤(1)中，所述加热的温度为90～150℃；所述加热的时间为10～30min。

13、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，在步骤(2)中，所述打粉的总时间为10～20s；所述过筛的筛网目数为40～100目。

14、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，在步骤(3)中，所述干压的压力为10～200mpa；所述干压的保压时间为10s～10min。

15、优选地，在上述一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法中，在步骤(4)中，所述烧结的温度为800～1000℃；所述烧结的时间为2～6h。

16、本发明还提供了一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法制得的一种氧化铝多孔陶瓷材料。

17、本发明提供了上述技术方案所述氧化铝多孔陶瓷材料在真空吸盘中的应用。

18、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、本发明使用粒径可控的大颗粒刚玉砂为原料，通过改变大颗粒刚玉砂的粒径调控氧化铝陶瓷材料，实现氧化铝陶瓷材料的孔径可控。以及，本发明采用磷酸二氢铝作为粘结剂，结合本发明采用的打粉、干压成型和烧结工艺来保证氧化铝陶瓷具有足够的强度和硬度。此外，本发明采用大颗粒刚玉砂堆积形成的气孔，分布相对均匀而且通孔率高，吸附性能更好，尤其是对于厚尺寸的真空吸盘，可提供较大的气孔以保证气体的流通。

20、本发明采用大颗粒刚玉砂作为原料，刚玉本身不具有烧结活性，需要结合剂辅助烧结，而本发明通过使用磷酸二氢铝作为结合剂，其在受热后能够脱水缩合形成三维网络包覆刚玉颗粒，使刚玉颗粒堆积的更为紧密，提高了材料的强度以及气孔的均匀性，大于800℃的温度处理后形成菱形磷酸铝相并在刚玉颗粒间形成致密的颈部，且能与刚玉中的氧化原子形成al-o-p键；同时刚玉和磷酸铝都是铝基化合物，相容性更好，相较于粘结其他非氧化铝系陶瓷时，结合力和稳定性高，能使得材料具有足够的硬度从而在使用时不掉粉。

21、进一步的，本发明采用金属氧化物作为固化剂，金属氧化物可以与磷酸二氢铝中p-o-h键反应，以p-o-m(m为金属原子)的形式成键，使得原来的二维交联变为三维交联，加速了磷酸二氢铝固化的同时还能提高内聚力，进一步改善刚玉颗粒的堆积，进一步提高了材料的强度以及气孔的均匀性；石蜡作为粉体成型工艺中常用的成型助剂，可以提高生坯的强度，还可以减轻磷酸二氢铝对干压模具的腐蚀。

22、进一步的，本发明的氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法可将生坯烧结温度降低至800～1000℃之间，是一种低温烧成刚玉基多孔材料的技术，在排蜡后快速烧结就可以得到成品。

技术特征：

1.一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述刚玉砂、粘结剂、固化剂、石蜡的质量比为4～20:1～3:0.01～3:1～4。

3.根据权利要求1所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述颜料包括铜铬黑，所述颜料的质量为所述刚玉砂质量的1～3％。

4.根据权利要求1所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述固化剂为氧化铜、氧化锌、氧化钛中的一种或几种。

5.根据权利要求2或4所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，

6.根据权利要求4所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，

7.根据权利要求1或6所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，

8.根据权利要求1～3中任一项所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中，

9.一种氧化铝多孔陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝多孔陶瓷材料采用权利要求1～8中任一项所述的一种氧化铝多孔陶瓷材料的制备方法制得。

10.权利要求9所述氧化铝多孔陶瓷材料在真空吸盘中的应用。

技术总结本发明属于陶瓷材料技术领域，公开了一种氧化铝多孔陶瓷材料及其制备方法和应用。本发明将刚玉砂、粘结剂、固化剂、石蜡和颜料混合，将所得混合物加热、冷却后得到蜡饼；将蜡饼打粉后过筛，将所得粉料干压成型，得到生坯；将生坯烧结，得到氧化铝多孔陶瓷材料。本发明使用粒径可控的大颗粒刚玉砂为原料，通过改变大颗粒刚玉砂的粒径调控氧化铝陶瓷材料，实现氧化铝陶瓷材料的孔径可控，同时使氧化铝陶瓷的硬度、强度、吸附性能满足要求。技术研发人员：刘智谋,李洋,乔泽坤,杨佳,何志强,刘志刚受保护的技术使用者：中科金瓷（宁波）新材料技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10