一种基于软质磨料固着磨具的钽酸锂抛光方法与流程

本发明涉及一种抛光方法，尤其是钽酸锂晶片的高效、高质量抛光方法。

背景技术：

钽酸锂是一种化学物质，化学式litao3。无色或淡黄色晶体。三方晶系，畸变钙钛矿型结构，点群c⁶3vr3^c，密度7.45g/cm³。莫氏硬度5.5～6.0。介电常数41～53。一次电光系数r12＝7.0×10-12m/v，机电耦合系数r15≥0.3,为铁电晶体，居里点(665±5)℃，自发极化强度50×10^-6c/cm²,具有优良的电光、压、电、热释电性能，热释电系数为2.3×10^-7c/cm²/k。

钽酸锂(litao3，以下简称lt)晶体是一种典型的单晶体多功能材料，具有优良的压电，铁电，声光及电光效应，因而成为弹性表面波(saw:surfaceacousticwave)器件，光通讯，激光及光电子领域中的基本功能材料。经过抛光后的lt晶片因其机电耦合系数大，低损耗，高温稳定性和高频性能好等特点广泛的应用于制造高频中频带宽，低插入损耗的小型化声表面波器件，广泛的应用于移动通信，卫星通讯，航空航天等许多高端通讯领域。

目前，在高频弹性波器件，2.5g,3g标准下的saw还没有其他更具优势的商品化材料可以代替，因此lt晶体也被称为无线通讯中最重要的基础材料之一，对于这一类材料主要是采用研磨抛光的加工方法，但是由于其解理性和各向异性等原因，lt晶片在实际生产中往往存在加工效率差成品率低，加工质量难以控制等问题。长久以来，表面质量良好、抛光去除率高、环保的抛光方法一直是研究的热点。因此，本发明提供了一种去除率高、加工表面粗糙度低的软质固着磨具的钽酸锂抛光方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有钽酸锂晶片抛光效率低、成本高的不足，本发明提供一种加工表面质量好、加工效率高、生产成本低的钽酸锂晶片的抛光方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于软质磨料固着磨具的钽酸锂抛光方法，所述抛光方法包括以下步骤：

1)软质磨料固着磨具原料的配制：纳米二氧化硅40％～60％、粘结剂20％～40％、固化剂10％～15％、氧化剂5％～10％、去离子水10％～15％和碱性ph调节剂5％～10％；

2)软质磨料固着磨具的制作：在去离子水中加入固化剂，并搅拌使其溶解，随后加入结合剂、纳米二氧化硅、氧化剂和碱性ph调节剂，将其搅拌均匀；将配置好的配料在模具中热压成形，脱模后完成热固化，并对其上下端面进行修整，保证磨具上下端面的平整度和平行度；

3)软质磨料固着磨具对钽酸锂晶片的抛光：将钽酸锂抛光磨具安装于抛光机的上盘，待加工的钽酸锂晶片放置在会旋转的抛光机下盘，用夹具固定住，启动抛光机，并在上下盘之间注入碱性水基冷却液；钽酸锂抛光磨具上的氧化剂、磨粒和钽酸锂面发生固相反应，生成一层软质的、易去除的反应生成物层，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现对钽酸锂晶片的抛光。

进一步，在所述步骤3)中，在压力和相对速度的作用下，氧化剂、磨粒与钽酸锂晶片发生固相反应，生成一层软质的、易去除的反应生成物层，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现钽酸锂晶片的抛光。

优选的，所述粘接剂为氧化镁。

优选的，所述固化剂为氯化镁、酚醛-缩醛树脂或酚醛-环氧树脂。

优选的，所述纳米二氧化硅的粒度为70～90nm.

优选的，所述氧化剂为次氯酸钙、氧酸盐、三价钴盐或重铬酸钾，均为纳米级粉末状颗粒。

本发明的技术构思为：采用硬度比钽酸锂晶片硬度低的磨料以及氧化剂，配制成固着磨料磨具，加工过程中，氧化剂、磨粒与钽酸锂晶片发生固相反应，在钽酸锂晶片表面形成一层软质的、易去除的反应生成物，同时，在抛光过程中，碱性冷却剂的加入，降低了钽酸锂晶片与氧化剂、磨粒反应所需的能量，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现钽酸锂晶片的抛光。相比完全利用硬质磨粒(比如金刚石)对钽酸锂进行抛光，它能利用固相学反应产生更多软质的、易去除的反应生成物，使加工粗糙度更低。由于所采用的磨料和氧化剂硬度远低于钽酸锂晶片的硬度，因此这种加工方法极大减少了对钽酸锂晶片造成如金刚石、碳化硼、碳化硅等硬质磨料加工钽酸锂晶片时造成的诸如凹坑、划痕和微裂纹等表面损伤，因此提高了钽酸锂晶片的加工质量。同时，氧化剂、磨粒和钽酸锂能进行固相反应生成新的复合物，并且晶片表面所产生的新物质与工件本身的单晶化学结合键弱，新物质容易在抛光加工过程中被磨料除去，从而提高钽酸锂晶片的抛光效率，使该抛光方法具有抛光效果佳、去除率高的优点，能满足钽酸锂抛光的要求。

利用氧化剂、磨粒、碱性物质与钽酸锂晶片之间的反应，同时碱性冷却液对钽酸锂和氧化剂的反应能起催化作用，提高其反应速度，在钽酸锂晶片表面形成一层软质的、易去除的反应生成物层，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现钽酸锂晶片的高效抛光。以下给出了①氧化剂(ca(clo)2)、②二氧化硅(sio2)与钽酸锂材料在碱性环境下发生的反应方程：

litao3+koh＝lioh+ktao3(1)

2litao3+ca(clo)2＝ta2o7+cacl2+lio(2)

3litao3+sio2＝lita3o8+li2sio3(3)

本发明的有益效果：本发明通过加入氧化剂和磨粒，使其与钽酸锂反应生成更多硬度较低、极易去除的新的反应生成物。在碱性环境下，氢氧根离子能起催化作用，加快钽酸锂和氧化剂的反应，同时，也能与钽酸锂发生反应，生成新物质，由于新物质与钽酸锂晶片本身的单晶化学结合键弱，所以容易在抛光加工过程中被磨料除去，从而提高钽酸锂晶片的抛光效率。抛光过程中采用碱性水基冷却液进行冷却和润滑，具有良好的环保特性，使该磨具具有抛光去除率高、加工表面粗糙度低、环保的优点，能满足钽酸锂抛光的要求。

附图说明

图1是是磨具示意图。

图2是加工原理示意图。

图3是加工装置示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明。

参照图1～图3，一种基于软质磨料固着磨具的钽酸锂抛光方法，所述抛光方法包括以下步骤：

1)软质磨料固着磨具原料的配制：纳米二氧化硅40％～60％、粘结剂20％～40％、固化剂10％～15％、氧化剂5％～10％、去离子水10％～15％和碱性ph调节剂5％～10％；

2)软质磨料固着磨具的制作：在去离子水中加入固化剂，并搅拌使其溶解，随后加入结合剂、纳米二氧化硅、氧化剂和碱性ph调节剂，将其搅拌均匀。将配置好的配料在模具中热压成形，脱模后完成热固化，并对其上下端面进行修整，保证磨具上下端面的平整度和平行度；

3)软质磨料固着磨具对钽酸锂晶片的抛光：将钽酸锂抛光磨具安装于抛光机的上盘，待加工的钽酸锂晶片放置在会旋转的抛光机下盘，用夹具固定住，启动抛光机，并在上下盘之间注入碱性水基冷却液；钽酸锂抛光磨具上的氧化剂、磨粒和钽酸锂面发生固相反应，生成一层软质的、易去除的反应生成物层，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现对钽酸锂晶片的抛光。

进一步，在所述步骤3)中，在压力和相对速度的作用下，氧化剂、磨粒与钽酸锂晶片发生固相反应，生成一层软质的、易去除的反应生成物层，并利用后续磨料与生成物层之间的摩擦作用将生成物层去除，从而实现钽酸锂晶片的抛光。

优选的，所述粘接剂为氧化镁。

优选的，所述固化剂为氯化镁、酚醛-缩醛树脂或酚醛-环氧树脂。

优选的，所述纳米二氧化硅的粒度为70～90nm.

优选的，所述氧化剂为次氯酸钙、氧酸盐、三价钴盐或重铬酸钾，均为纳米级粉末状颗粒。

参照图1，其中1.二氧化硅2.钕化物3.结合剂和固化剂的混合物4.空隙。参照图2，其中5.钕化物6.二氧化硅7.新生成得到nd2al2si3o128蓝宝石晶片。参照图3，9.上抛光盘10.磨具11.蓝宝石晶片12.下抛光盘。

本实施例选取在抛光机上进行钽酸锂晶片的抛光加工。实施例条件如表1所示。内含软质磨料固着磨具采用了纳米二氧化硅含量50％、氧化剂含量5％和纳米二氧化硅含量60％、氧化剂含量5％，其它制作和加工参数均相同。分别用这两种软质磨料固着磨具对的钽酸锂晶片进行抛光。抛光过程中采用碱性水基冷却液进行冷却和润滑。

表1

表2显示了实施例中钽酸锂晶片的加工结果。结果显示，本实施例中的钽酸锂晶片去除率稳定，与传统抛光过程相比，材料去除率几乎是在相同条件下的4-5倍。在本实施例中，采用纳米二氧化硅含量50％、氧化含量5％的固着磨具对钽酸锂晶片进行抛光，表面粗糙度为14-18nm，采用纳米二氧化硅含量60％、氧化剂含量5％的固着磨具对钽酸锂晶片进行抛光，表面粗糙度为14-17nm，都要明显优于传统抛光方法获得的表面粗糙度。这表明这种软质磨料固着磨具抛光方法在取代传统钽酸锂抛光技术方面，具有良好的应用前景。

表2

上例仅是本发明的较佳实施例，凡是依据本专利所作的任何修改和变更，均应包含在本发明的保护范围。