一种超硬树脂砂轮的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于衬底基片超精密加工技术领域，具体涉及一种超硬树脂砂轮的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着光电子器件行业和微电子技术的快速发展，对SiC、GaAs、单晶蓝宝石等硬脆晶体基片的加工要求越来越苛刻，这些晶体基片硬度高、脆性大、各向异性和化学稳定性好，不仅要求极高的加工精度、加工效率和较低的加工成本，还要求很高的表面质量，晶片表面粗糙度达到亚纳米级，无论是表面还是亚表面均没有微裂纹、瑕点、层错、位错和畸变层等缺陷和损伤。目前晶体基片的加工工艺问题主要是表面质量差和加工成本高。
[0003]目前，衬底基片加工用的超硬砂轮多采用模压成型方法制备，这种压制出来的砂轮密度均匀性差、气孔率低，进而导致磨粒加工后的晶体基片表面质量不一致、纹路深、表面出现厚度8-10 μ m左右的损伤层等问题，后续需要经过CMP抛光工序以消除表面损伤层，降低了基片的加工效率，同时可能存在超薄基片在加工的过程中引起基片的破碎。由于脆性材料去除总量大，所以对砂轮的容肩功能要求比较高。
[0004]以往多孔树脂砂轮多是把水溶性粒子或者中空材料混入流动的料浆内，形成“占位”情况，产生气孔。水溶性粒子法主要是通过将可形成孔的水溶性粒子加入到磨料层中“占位”。中空材料法则是通过添加中空的类球形的闭孔材料到砂轮中制造多孔结构。这两种采用“占位”的方法制造多气孔砂轮会受固体物量的上限制约，导致树脂砂轮的气孔率上限受到限制；同时树脂液粘度大，造成成型料的混合均匀难度大，这在一定程度上导致树脂砂轮的气孔分布不均匀。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种组织均匀性好、气孔率高的超硬树脂砂轮的制备方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种超硬树脂砂轮的制备方法，取下述质量份数的原料:环氧树脂液15-25份、稀释剂15-20份、偶联剂0.5-1份、空心球0.5-1份、金刚石40-60份、固化剂10-15 ;包括以下步骤:
①将空心球在烘箱中于80-100°C下烘0.5-4h后，与金刚石混合均匀后过100-120目筛网；
②将环氧树脂液在70-80°C水浴下搅拌加热2-5分钟后，加入稀释剂总量的30-40%的稀释剂和偶联剂，继续搅拌加热5-10分钟后，加入步骤①中得到的空心球和金刚石的混合物，继续搅拌加热5-10分钟；
③将步骤②中水浴温度降到55-60°C，将剩余的稀释剂和固化剂混合均匀后加入到步骤②中得到的料浆中，搅拌均匀后浇注到模具中，在80-90°C下硬化3-8h后，再进行固化；
④将步骤③中固化后的物料降至室温脱模，得到砂轮环；
⑤步骤④得到的砂轮环经过加工即得所述的超硬树脂砂轮。
[0007]优选的，所述固化分三个阶段进行，第一段为硬化后升温至90-100°C，升温速率为 0.2-0.5°C /min，90-100°C 下保温 50_70min ;第二阶段为 90-100 °C 升温至 100-110。。，升温速率为0.2-0.5°C /min, 100-110 °C下保温50_70min ;第三阶段为100-110 °C升温至110-120°C，升温速率为 0.2-0.5°C /min，110_120°C下保温 8_10h。
[0008]所述的稀释剂为正丁醇。
[0009]所述金刚石为镀镍金刚石。
[0010]所述金刚石的粒度为4-8 μ m。
[0011]所述环氧树脂液为济南圣泉集团股份有限公司生产的环氧树脂液SQPN051 ;所述偶联剂为济南英出化工科技有限公司生产的偶联剂kh570 ;所述空心球为瑞安市博远新材料股份有限公司生产的空心玻璃微珠，型号SD300D，是气孔成形剂，初始粒径50 μ m，80-100°C下烘0.5-4h后可发泡到粒径100-200 μ m ;所述固化剂为济南圣泉集团股份有限公司生产的固化剂HY 10-15。
[0012]本发明产生的有益效果是:采用发明中的空心球和稀释剂，稀释剂可以起到很好的稀释效果，且不和空心球发生反应；本发通过对空心球进行烘箱发泡和过筛，可以很好的控制砂轮的气孔率和孔径，制备砂轮的气孔率可高达50%-60%，且孔径大小100-200 μ m，制备出来的砂轮层组织均匀性高，能持续自锐无须修整，气孔率高容肩好，基片表面损伤层低，对衬底基片材料具有良好的磨削性能，提高了加工效率降低了加工成本。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1中制备的砂轮扫描电镜微观结构图；
图2为实施例1中制备砂轮磨削基片后表面粗糙度Ra值和基片的PV值。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的范围并不仅限于此。
[0015]以下实施例中，所述环氧树脂液为济南圣泉集团股份有限公司生产的环氧树脂液SQPN051 ;所述偶联剂为济南英出化工科技有限公司生产的偶联剂kh570 ;所述空心球为瑞安市博远新材料股份有限公司生产的空心玻璃微珠，型号SD300D，是气孔成形剂，初始粒径50 ym，80-100°C下烘0.5_4h后可发泡到粒径100-200 μ m ;所述固化剂为济南圣泉集团股份有限公司生产的固化剂HY 10-15。
[0016]实施例1
一种超硬树脂砂轮，由下述质量份数的原料制成:环氧树脂液18份、稀释剂18份、偶联剂0.7份、空心球0.8份、金刚石55份、固化剂13份；所述的稀释剂为正丁醇，所述金刚石为镀镍金刚石，金刚石的粒度为5 μπι。
[0017]所述的超硬树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤:
①将空心球在烘箱中于80°C下烘4h后，与金刚石混合均匀后过100目筛网；
②将环氧树脂液在70°C水浴下搅拌加热5分钟后，加入稀释剂总量30%的稀释剂和偶联剂，继续搅拌加热6分钟后，加入步骤①中得到的空心球和金刚石的混合物，继续搅拌加热7分钟；
③将步骤②中水浴温度降到55°C，将剩余70%的稀释剂和固化剂混合均匀后加入到步骤②中得到的料浆中，搅拌均匀后浇注到模具中，在80°C下硬化8h后，再进行固化；
④将步骤③中固化后的物料降至室温脱模，得到砂轮环；
⑤步骤④得到的砂轮环经过常规方法加工即得所述的超硬树脂砂轮。
[0018]所述固化分三个阶段进行，第一段为硬化后升温至90°C，升温速率为0.2°C /min,90°C下保温70min ;第二阶段为90 °C升温至100°C，升温速率为0.3°C /min，100°C下保温70min ;第三阶段为100°C升温至110°C，升温速率为0.5°C /min, 110°C下保温10h。
[0019]实施例2
一种超硬树脂砂轮，由下述质量份数的原料制成:环氧树脂液15份、稀释剂20份、偶联剂0.5份、空心球0.5份、金刚石40份、固化剂10份；所述的稀释剂为正丁醇，所述金刚石为镀镍金刚石，金刚石的粒度为4 μπι。
[0020]所述超硬树脂砂轮的制备方法，包括以下步骤:
①将空心球在烘箱中于90°C下烘2h后，与金刚石混合均匀后过120目筛网；
②将环氧树脂液在80°C水浴下搅拌加热2分钟后