用于砷化镓抛光的磁流变抛光液及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液及其制备方法。包括：铁磁性颗粒、去离子水、表面活性剂、其它添加剂和抛光粉，各种组分的重量百分比如下：铁磁性颗粒35％‑75％，去离子水10％‑50％，表面活性剂3％‑7％，α纤维1％‑3％，其它添加剂1％‑7％和抛光粉2％‑5％。磁流变抛光液可用于砷化镓超薄衬底加工，实现砷化镓超薄衬底的低应力、低损伤、超光滑加工。在抛光液中引入氧化剂，增加表面腐蚀作用，便于材料去除；加入α纤维，在抛光液中形成网络结构，增强抛光液的剪切性能，进而增加抛光过程中的剪切屈服应力，增大材料去除率，有效提升磁流变抛光液的稳定性和流变性能。本发明专利技术的磁流变抛光液的制备过程仅包含干燥、超声分散和高速搅拌三步，制备工艺简单，成本低廉。

Magneto rheological polishing solution for gallium arsenide polishing and its preparation method

The present invention provides a magnetorheological polishing liquid for gallium arsenide polishing and a preparation method. Including: ferromagnetic particles, deionized water, surfactant and other additives and polishing powder, the weight percentage of each component are as follows: 35% ferromagnetic particles 75%, deionized water 10% surfactant 3% 50%, 7%, 1% fiber alpha 3%, 7% and 1% other additives polishing powder 2% 5%. The magnetorheological (MRF) polishing solution can be used for processing gallium arsenide ultra-thin substrates to achieve low stress, low damage and super smooth processing of GaAs ultra-thin substrates. The introduction of the oxidizing agent in the slurry, increasing the surface corrosion, easy material removal; adding alpha fiber network structure is formed in the polishing liquid, enhance the shear performance of polishing solution and polishing process, increase the shear yield stress increases, the material removal rate, effectively improve the stability and rheological properties of magnetorheological fluid. The preparation process of the magnetorheological polishing liquid contains only three steps of drying, ultrasonic dispersion and high speed agitation, and the preparation process is simple and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】
用于砷化镓抛光的磁流变抛光液及其制备方法
本专利技术涉及磁流变抛光
，尤其涉及一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液及其制备方法。
技术介绍
磁流变抛光是一种加工对象适应性强、成本低、操作安全方便、对环境友好，可以准确控制材料去除量的确定性加工方法。近年来得到了快速发展与应用，已经成为光学玻璃、光学塑料、陶瓷等硬脆材料加工的重要手段。磁流变抛光通过剪切力去除材料，抛光正压力较小，可实现低应力、低损伤、亚纳米加工，避免传统抛光加工中可能出现的表面划擦问题，能够获取较高的表面质量。磁流变抛光液的剪切力依赖于其流变性能，因此实现较快的材料去除率要求磁流变抛光液具有优良的流变性能；为减少抛光液的更换次数及用量，要求磁流变抛光液具有优良的稳定性。砷化镓是典型的硬脆难加工材料，目前对砷化镓超薄衬底的加工普遍采用化学机械抛光的方法。这种方法可以获得较好的表面精度和较高的加工效率，但在砷化镓超薄衬底抛光过程中也显现出一定的缺点，用于外延生长的砷化镓单晶衬底厚度一般仅有几百微米(350μm-650μm)，抛光过程的机械作用易导致砷化镓单晶衬底破碎，降低成品率。因此需要一种柔性抛光方法来改善化学机械抛光的这种缺点，而磁流变抛光正是这样一种方法。中国专利文献CN101139504A公开了一种用于K9玻璃抛光的磁流变抛光液，CN104017503A公布了一种用于KDP晶体的抛光液，但其载液为非水基，目前尚未出现用于砷化镓抛光的磁流变抛光液。目前，配制适合于砷化镓抛光的磁流变抛光液的技术难点在于：如何实现较高的剪切屈服应力，以满足对砷化镓抛光效率的要求；如何在水基中保证磁流变液的长期稳定性。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，包括：铁磁性颗粒、去离子水、表面活性剂、其它添加剂和抛光粉，各种组分的重量百分比如下：铁磁性颗粒35％-75％，去离子水10％-50％，表面活性剂3％-7％，α纤维1％-3％，其它添加剂1％-7％和抛光粉2％-5％，所述其它添加剂为非表面活性剂。进一步地，所述铁磁性颗粒为微米级羰基铁粉与纳米级磁性颗粒的混合物，所述微米级羰基铁粉为球形，所述纳米级磁性颗粒为纳米铁粉、氧化铁、四氧化三铁中的一种或几种。进一步地，所述去离子水为分析纯。进一步地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，含量大于等于90％，纯度为分析纯。进一步地，所述α纤维为长条形，长度范围为80～120μm。进一步地，所述其它添加剂包括氧化剂及润湿剂、消泡剂、防锈剂、pH调节剂、络合剂中的一种或几种。进一步地，所述抛光粉为氧化铝，所述氧化铝的粒度为1μm-100μm。一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液的制备方法，包括：步骤1、根据用于砷化镓抛光的磁流变抛光液中的各种组分的重量百分比称取铁磁性颗粒、去离子水、表面活性剂、α纤维、抛光粉及其它添加剂；步骤2、将称取的铁磁性颗粒和抛光粉放入干燥箱充分干燥第一设定时间；步骤3、将表面活性剂、α纤维及其它添加剂加入去离子水中得到混合溶液，用超声分散仪分散所述混合溶液第二设定时间；步骤4、将铁磁性颗粒与抛光粉加入超声分散后的所述混合溶液中，再用搅拌器以800～1000rpm的速度搅拌混合溶液第三设定时间，得到用于砷化镓抛光的磁流变抛光液。进一步地，所述步骤3中所述其它添加剂的添加顺序在表面活性剂之前，所述超声分散仪的超声波频率为20kHz-40kHz。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的磁流变抛光液可用于砷化镓超薄衬底加工，实现砷化镓超薄衬底的低应力、低损伤、超光滑加工。在抛光液中引入氧化剂，增加表面腐蚀作用，便于材料去除；加入α纤维，在抛光液中形成网络结构，增强抛光液的剪切性能，进而增加抛光过程中的剪切屈服应力，增大材料去除率，有效提升磁流变抛光液的稳定性和流变性能。本专利技术的磁流变抛光液的制备过程仅包含干燥、超声分散和高速搅拌三步，制备工艺简单，成本低廉。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液的制备方法的处理流程图。图2为本专利技术实施例提供的一种羰基铁粉的扫描电镜图。图3为本专利技术实例一中所使用的氧化铝的扫描电镜图。图4为本专利技术实例一中利用磁流变仪测得的磁流变抛光液的零磁场粘度-剪切速率曲线。图5为本专利技术实例一中利用磁流变仪测得的磁流变抛光液在某磁场下，剪切应力-剪切速率曲线。图6为本专利技术实例一中砷化镓超薄衬底经1h抛光后，抛光区域与未抛光区域的对比图。图7为本专利技术实例一中砷化镓超薄衬底抛光前由原子力显微镜测得的表面轮廓图。图8为本专利技术实例一中砷化镓超薄衬底抛光后由原子力显微镜测得的抛光区域表面轮廓图。图9为本专利技术实例一中砷化镓超薄衬底采用触针式表面形状与粗糙度测定仪测定的图1中A-A断面处抛光前后的断面曲线对比图。图10为本专利技术实例二中砷化镓超薄衬底采用触针式表面形状与粗糙度测定仪测定断面处抛光前后的断面曲线对比图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。实施例一本专利技术实施例针对硬脆难加工材料砷化镓，提供了一种稳定性好、表观粘度低、流变性能优良的磁流变抛光液及其制备方法。本专利技术实施例提供的一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液由铁磁性颗粒、去离子水、表面活性剂、其它添加剂和抛光粉组成，各种组分的重量百分比如下：在上述的用于砷化镓抛光的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，其特征在于，包括：铁磁性颗粒、去离子水、表面活性剂、其它添加剂和抛光粉，各种组分的重量百分比如下：铁磁性颗粒35％‑75％，去离子水10％‑50％，表面活性剂3％‑7％，α纤维1％‑3％，其它添加剂1％‑7％和抛光粉2％‑5％，所述其它添加剂为非表面活性剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，其特征在于，包括：铁磁性颗粒、去离子水、表面活性剂、其它添加剂和抛光粉，各种组分的重量百分比如下：铁磁性颗粒35％-75％，去离子水10％-50％，表面活性剂3％-7％，α纤维1％-3％，其它添加剂1％-7％和抛光粉2％-5％，所述其它添加剂为非表面活性剂。2.根据权利要求1所述的用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，其特征在于，所述铁磁性颗粒为微米级羰基铁粉与纳米级磁性颗粒的混合物，所述微米级羰基铁粉为球形，所述纳米级磁性颗粒为纳米铁粉、氧化铁、四氧化三铁中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，其特征在于，所述去离子水为分析纯。4.根据权利要求1所述的用于砷化镓抛光的抛光液磁流变抛光液，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠，含量大于等于90％，纯度为分析纯。5.根据权利要求1所述的用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，其特征在于，所述α纤维为长条形，长度范围为80～120μm。6.根据权利要求1所述的用于砷化镓抛光的磁流变抛光液，其特征在于，所述其它添加剂包...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建国，李建勇，朱朋哲，聂蒙，徐金环，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11