高精密非水基纳米级金刚石研磨液、制备方法及用途技术

本发明专利技术提供一种高精密非水基纳米级金刚石研磨液、制备方法及用途，主要组分有纳米级金刚石颗粒、分散稳定剂、悬浮剂、ｐＨ值调节剂、防静电剂、抗氧化剂和分散介质等，在本发明专利技术中粒度分布为１３０ｎｍ或更小的Ｄ５０粒度，Ｄ１０与Ｄ５０之比为５０％或更多，Ｄ９０与Ｄ５０之比为２００％或更少；本发明专利技术中的制备方法，包括：将金刚石原料细化；修饰处理；深度纯化；进行粒度分离，最后再按一定的组分比例进行混合。本发明专利技术的优点是：可完全消除精密抛光中可能产生的潮解、水解、化学腐蚀与电化学腐蚀，能最大程度提高抛光效率和抛光质量。本发明专利技术的产品在硬质合金、光盘模具、计算机磁头、计算机硬盘、太阳能电池板等具有广泛的用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高精密研磨、抛光领域，涉及一种用于研磨、抛光的研磨液，特别是一 种高精密非水基纳米级金刚石研磨液及其制备方法。
技术介绍
金刚石由于具有超硬特性和化学稳定性，作为研磨材料有其它磨料无法比拟的优 点，如抛光效率高、抛光质量好等，长期以来，广泛应用于各种材料表面的研磨与抛光。随 着科技的发展，许多器件表面的精度要求越来越高。仅约半个世纪，磁盘面记录密度从不 到150Mb/in2发展到目前的lTb/in2，相应磁头飞行高度已降低至lOnm以下。考虑到极尖 沉降(PTR)会降低电磁信号强度，实际飞行高度小于4nm，这一飞行高度对磁头和磁盘介 质的表面粗糙度均提出了极其苛刻的要求表面粗糙度需小于0. 2nm。磷酸盐激光玻璃因 具高受激发射截面、低二阶非线性折射率等优异的激光性能，作为增益介质被广泛应用于 各类高功率和大能量激光装置，如激光约束核聚变。用于高功率激光装置中的磷酸盐激光 玻璃元件需要非常高的表面抛光质量以减小传输中的能量损耗和激光破坏，加工精度达 到700mm对角线尺寸，透射波前误差优于X/4，然而，磷酸盐激光玻璃化学稳定性差，易腐 蚀和水解，高精密抛光异常困难。显而易见，抛光精度的提高，驱使金刚石磨料逐渐细化， 粒度分布严格。但磨料颗粒越细，团聚愈趋严重，丧失了金刚石的精密抛光性能。另一方 面，为防止抛光对象的水解、潮解、化学腐蚀与电化学腐蚀，需将金刚石分散于非水溶剂中。 Voznyakovskii 等人. SverkhtvMater, 2000 (2) :64_71.]研究了非水介质中纳米金刚石的分散 行为，发现分散介质的极性越低，则置于其中的纳米金刚石颗粒分散性越低。国际公布专利W002/08122报道，粒度过细的金刚石会粘附于磁头金属薄膜，待磁 头飞行时金刚石脱落，会灾难性的破坏硬盘盘片，故需对金刚石进行精确筛分，严格控制 粒度分布范围，但该类专利没有说明如何解决颗粒团聚，保证颗粒在非水悬浮体系的稳定 性。专利技术专利申请200410022936. 0,200710051871. 6和200710177815. 7公布的内容都仅 限于水性金刚石抛光液的制备，专利技术专利申请02139764. 3公布了纳米金刚石的解团聚及 分级方法，亦限于水体系中金刚石颗粒的分散与分级。专利技术专利申请00133674. 6报道了 一种应用于磷酸二氢钾(KDP)等软脆易潮解晶体抛光的非水基无磨料抛光液，所用溶剂为 水与醇或脂的混合，仍有一定的极性，不能完全消除抛光中晶体的水解、潮解。专利技术专利CN 1600104C公布了一种以轻质白油或石脑油为溶剂的纳米级抛光液，但金刚石颗粒粒度仅为 3 18nm，难有理想的抛光效率。专利技术专利CN 1331581C、CN 1219036C公布了将纳米金刚 石分散于润滑油中，用于发动机润滑，金刚石颗粒粒度小于60nm，与本专利技术应用领域不同。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种能够应用于高精密研磨、抛光的高精密非水基纳米级金刚石研磨液及制备方法。本专利技术的技术方案如下一种高精密非水基纳米级金刚石研磨液，其组分包括纳米级金刚石颗粒、分散稳 定剂、悬浮剂和分散介质；各组份的质量比例是纳米级金刚石颗粒0. 1_10%，分散稳定剂0. 1_10%，悬浮 剂0. 1_20%，余量为分散介质；其中纳米级金刚石的粒度是中位径D50不大于130nm，D10与D50比不小于50%， D90与D50比不大于200% ；此处的D50 表示粒径分布中占50%所对应的粒径，又称中位 径；D10 表示粒径分布中占10%所对应的粒径；D90 表示粒径分布中占90%所对应的粒 径；所述分散稳定剂是多聚磷酸钠、硅酸钠、十六烷基硫酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、苯二 酚、苯二胺、十二胺、十八胺、十八烯胺、十八烷基三甲基溴化胺、双十八烷基二甲基氯化胺、 苯甲酸、油酸、单宁酸、水杨酸、十二酸、十八烯酸、钛酸脂偶联剂、锡类偶联剂、硅烷酸脂偶 联剂中的一种或几种的混合物；所述悬浮剂是乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、月桂醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯 酸酯、聚甲基丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙二胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酸胺、N-甲 基乙烯氯化吡啶聚合物、对甲基苯胺聚合物、羟甲基纤维素、聚氧乙烯醚中的一种或几种的 混合物；所述分散介质是丙酮、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、二甲亚砜、乙酸乙脂、环己 烷、石油醚、碳链C9-C45的矿物油中的一种或几种的混合物。作为优选，上述研磨液中所述组分中加入pH值调节剂、防静电剂、抗氧化剂；其 中pH调节剂0. 1-1.0%，防静电剂0. 1-1.0%，抗氧化剂0. 1-1.0% ；所述pH值调节剂是硝酸、乙二酸，柠檬酸、苹果酸、酒石酸、琥珀酸、乙醇胺、三乙 醇胺、二羟乙基乙二胺中的一种或几种的混合物，PH值调节范围为6 9 ；所述防静电剂是烷基二羟乙基铵乙内盐、N-烷基氨基酸盐、烷基咪唑啉、烷基 (苯)磺酸钠、烷基苯酚聚氧化乙烯醚硫酸酯、聚氧乙烯月桂酸酯中的一种或几种的混合 物；所述抗氧化剂是2，6- 二叔丁基对甲酚、苯基- a -萘胺、N，N’ - 二仲丁基苯二胺、 二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、十二烷基硒中的一种或几种的混合物；作为优选，上述研磨液中所述纳米级金刚石颗粒是高温高压合成金刚石、爆轰合 成金刚石、冲击波合成金刚石中的一种或几种的混合物，平均粒度为O-lOOOnm。以上三种金 刚石为三种主要的金刚石合成方法，且为目前常用的合成方法，在本行业内的普通技术人 员所熟知，但三种合成方法所获得的金刚石的结构与性能有所差异。一种高精密非水基纳米级金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤步骤1，采用气流粉碎、胶体磨或球磨，将金刚石原料细化，细化至质量含量60% 的金刚石原料的颗粒粒径小于200nm ；步骤2，采用高温热处理或整形球磨机对金刚石进行外形修饰；所述高温热处理是将金刚石原料输送到气态流化床反应器中循环处理0. 5 48 小时，处理温度为200 1000°C，气流量为100 500L/h ；所用气体包括氧化、臭氧、氢气、5氩气、氮气、氟气、甲烷中的一种或几种的混合；步骤3，采用化学提纯，继而采用溢流淘洗或离子交换树脂对金刚石原料进行深度 纯化；所述化学提纯是采用盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、高氯酸、硼酸中的一种或几 种的混合物对金刚石原料进行酸处理，金刚石原料与酸的摩尔比例为1 0.5 5，再用氢 氧化钾、氢氧化钠中的一种或几种的混合物对金刚石原料进行碱处理，金刚石原料与碱的 摩尔比例为1 0.5 5;为强化除杂效果，或辅助搅拌与加热；该处理可包括离心洗涤与 脱水烘干。溢流淘洗是使用向上水流流速为颗粒理论沉降速率的1/2倍到四倍，进行淘洗 除杂，沉降速率由Stokes定律确定；离子交换树脂是使用阳离子交换树脂与阴离子交换树脂交替进行；使金刚石水 溶液反复经过阳离子交换树脂与阴离子交换树脂来去除杂质离子，杂质离子可包括钾离 子、钠离子、钙离子、镁离子、锰离子、镍离子、钼离子、钛离子、铬离子、铁离子、亚铁离子、氯 离子、硫酸根离子、硝酸根离子、磷酸根离子、氟离子、高氯酸根离子、硼酸根离子等。 步骤4，对金刚石颗粒进行粒度分离，去除粗颗粒与细颗粒；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精密非水基纳米级金刚石研磨液，其特征在于：组分包括纳米级金刚石颗粒、分散稳定剂、悬浮剂、和分散介质；　　各组份的质量比例是：纳米级金刚石颗粒０．１－１０％，分散稳定剂０．１－１０％，悬浮剂０．１－２０％，余量为分散介质；　　其中纳米级金刚石的粒度是：中位径Ｄ５０不大于１３０ｎｍ，Ｄ１０与Ｄ５０比不小于５０％，Ｄ９０与Ｄ５０比不大于２００％；　　所述分散稳定剂是多聚磷酸钠、硅酸钠、十六烷基硫酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、苯二酚、苯二胺、十二胺、十八胺、十八烯胺、十八烷基三甲基溴化胺、双十八烷基二甲基氯化胺、苯甲酸、油酸、单宁酸、水杨酸、十二酸、十八烯酸、钛酸脂偶联剂、锡类偶联剂、硅烷酸脂偶联剂、超分散剂中的一种或几种的混合物；　　所述悬浮剂是乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、月桂醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯亚胺、聚乙二胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、Ｎ－甲基乙烯氯化吡啶聚合物、对甲基苯胺聚合物、羟甲基纤维素、聚氧乙烯醚中的一种或几种的混台物；　　所述分散介质是丙酮、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、二甲亚砜、乙酸乙脂、环己烷、石油醚、碳链Ｃ９－Ｃ４５的矿物油中的一种或几种的混合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田光磊，刘亮，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]