专利名称:抛光组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于抛光诸如磁盘基片等的抛光组合物。
对于用作充当计算机存储元件的硬盘的磁盘，强力要求其具有很高的记录密度。因此，磁盘基片要求具有优良的表面特性。
背景技术：
公开号为7-216345的日本公开专利公报和公开号为11-511394的日本国家阶段公开专利公报揭示了改进的抛光组合物以满足对基片的上述要求。公开号为7-216345的日本公开专利公报中的抛光组合物包含水，氧化铝研磨剂，以及由钼酸盐和有机酸组成的抛光加速剂。公开号为11-511394的日本公开专利公报中的抛光组合物包含作为研磨剂的α-氧化铝颗粒，作为抛光加速剂的固体材料，如水合氧化铝，以及水。在抛光组合物中α-氧化铝颗粒的含量被设定为占全部固体材料的1-50％(重量)。
然而，前一种抛光组合物对基片抛光速度低。后一种抛光组合物对基片抛光速度较高，但是被抛光后的基片的表面粗糙度仅显示出很小的提高。
发明内容
据此，本发明的一个目的是提供一种更适用于抛光磁盘基片的抛光组合物。
为了实现前述和其他目的以及根据本发明的意图，提供一种抛光组合物。该抛光组合物包括含有α-氧化铝作为主要组分的氧化铝颗粒，热解法热解法氧化铝，含有选自有机酸、无机酸、和这些酸的盐中的至少一种组分的抛光加速剂，以及水。
本发明也提供一种抛光物体的方法。该方法包括制备上述抛光组合物，和用这种抛光组合物来抛光物体的表面。
从下面的描述，例举本发明原理的实施例，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
具体实施方式
现在将描述本发明的一个实施方式。
根据该实施方式的抛光组合物包括(a)含有α-氧化铝作为主要组分的氧化铝颗粒，(b)热解法氧化铝，(c)含有选自有机酸、无机酸、和这些酸的盐中的至少一种组分的抛光加速剂，以及(d)水。
抛光组合物用于抛光诸如磁盘基片。该基片可以是通过提供由镍-磷构成的，无电镀层置于铝合金构成的坯件上形成的基片，或是含有镍-铁、碳化硼或碳的基片。
氧化铝颗粒为研磨剂，起机械抛光物体的作用。“含有α-氧化铝作为主要组分”是指在组成氧化铝颗粒的晶形中，α-转化率不小于50％。这里所用的术语“α-转化率”来自通过X-射线衍射测量法的(113)平面衍射线条的累积强度比率(integrated intensityratio)。氧化铝颗粒可以含有δ-氧化铝、θ-氧化铝、κ氧化铝和α-氧化铝，或者也可含有具有不同的α-转化率的α-氧化铝。当α-转化率小于50％时，氧化铝颗粒的机械抛光能力可能较低。对于除氧化铝颗粒之外的研磨剂，已知的研磨剂为二氧化硅、氧化钛等。但是，他们的机械抛光能力都较低。
用激光衍射和散射法测得的氧化铝颗粒的平均粒径优选不大于2.0μm，更优选0.05-1.0μm，包含0.05μm和1.0μm。氧化铝颗粒的平均粒径可以用激光衍射和散射型粒径测量机(Coulter制得LS-230)测量。如果平均颗粒粒径小于0.05μm，氧化铝颗粒的机械抛光能力可能较低。如果平均颗粒粒径超过2.0μm，被抛光的物体的表面粗糙度可能较差，而且在抛光物体的表面可能产生刮痕。
抛光组合物中氧化铝颗粒的含量优选0.01-40％重量，包含0.01％和40％。更优选2-25％重量，包含2％和25％。如果含量小于0.01％重量，抛光组合物的抛光速率可能降低。如果含量超过40％重量，氧化铝颗粒可能在抛光组合物中结块，结果是，抛光组合物的稳定性被破坏。
热解法氧化铝为研磨剂，起机械抛光物体的作用。热解法氧化铝也起到减少抛光物体表面的微小波纹的作用，以提高抛光物体的表面粗糙度。可以认为这是因为热解法氧化铝作用于氧化铝颗粒的表面，从而提高氧化铝颗粒在抛光组合物中的分散性。这里使用的术语“微小波纹”是指用给定测量波长的表面粗糙度测量仪测得的微小不规则度，它用其高度()表示。如果抛光组合物含有热解法二氧化硅，而不是热解法氧化铝，则抛光组合物的抛光速度低，因为热解法二氧化硅的抛光能力低，结果不可能减少被抛光物体的表面粗糙度。如下面的化学反应式1所示，热解法氧化铝在氯化铝的酸式氢反应中合成，它含有δ-氧化铝和小于50％的α-转化率。
化学反应式1
从BET方法测量的比表面积测定的热解法氧化铝的初级颗粒平均粒径优选0.005-0.5μm，(包含0.005μm和0.5μm)，更优选0.01-0.1μm，(包含0.01μm和0.1μm)。用激光衍射和散射法测得的热解法氧化铝的次级颗粒最大粒径优选约为1.5μm。在抛光组合物中，热解法氧化铝颗粒缔合形成聚集体。如果热解法氧化铝的初级颗粒平均粒径小于0.005μm，抛光组合物的抛光速度可能较低，因为提高氧化铝颗粒的分散度很小。如果热解法氧化铝的初级颗粒平均粒径超过0.5μm或者次级氧化铝颗粒最大粒径超过1.5μm，抛光组合物的稳定性可能被破坏，因为热解法氧化铝的聚集体很大，结果是在抛光组合物中可能发生淀析。
抛光组合物中热解法氧化铝的含量优选不大于氧化铝颗粒的50％重量，更优选0.005-20％重量(包括0.005％重量和20％重量)，最优选1-12.5％重量，(包含1％重量和12.5％重量)。如果热解法氧化铝的含量少于氧化铝颗粒的0.005％重量，可能不足以充分提高氧化铝颗粒的分散度，结果是抛光组合物的抛光速度可能较低。如果热解法氧化铝的含量超过氧化铝颗粒的50％重量，氧化铝颗粒的机械抛光能力可能降低，因为作用在氧化铝颗粒表面上的热解法氧化铝的量过多，结果是抛光组合物的抛光速度可能较低。
抛光加速剂通过氧化铝和热解法氧化铝起加速机械抛光的作用。抛光加速剂优选含有选自有机酸和无机酸中的至少一种酸，因为这些酸具有强的化学抛光能力。抛光加速剂更优选包含选自柠檬酸、马来酸、马来酐、苹果酸、乙醇酸、琥珀酸、衣康酸、丙二酸、亚氨基二乙酸、葡萄糖酸、乳酸、扁桃酸、酒石酸、丁烯酸、尼克酸、醋酸、硫代苹果酸、蚁酸、草酸、羧乙基硫代琥珀酸、硝酸铝和硝酸铁中的至少一种组分，最优选包含选自柠檬酸、马来酸、乙醇酸、琥珀酸、衣康酸、亚氨基二乙酸和羧乙基硫代琥珀酸中的至少一种酸。
抛光组合物中抛光加速剂的含量优选0.01-10％重量，(包括0.01％重量和10％重量)，更优选0.05-5％重量，(包括0.05重量和5％重量)，最优选0.1-3％重量，(包括0.1重量和3％重量)。如果抛光加速剂的含量小于0.1％重量，抛光组合物的抛光速度可能较低。如果抛光加速剂的含量超过10％重量，抛光组合物的抛光速度可能变得饱和，因此这是不经济的。
在抛光组合物中，水作为介质起溶解和分散除水外的组分的作用。优选杂质含量尽可能少的水。更具体地，优选纯净水、超纯水或蒸馏水。
按照本实施方式的抛光组合物通过混合氧化铝颗粒、热解法氧化铝、抛光加速剂和水来制备。在混合过程中，每一组分的加入顺序可以是任意顺序，或者所有的组分同时加入。
当磁盘基片的表面用本实施方式的抛光组合物抛光时，例如，在提供抛光组合物到基片表面的同时，用抛光垫摩擦基片的表面。
在基片的制造工艺中，通常进行多个抛光步骤，按照本实施方式的抛光组合物优选用在多个步骤中的第一抛光步骤。第一抛光步骤通常用来去除波纹和表面缺陷，如可能在随后的抛光步骤中不能去除的大的刮痕和基片的不规则度。另一方面，最后抛光步骤通常用来调节到所需的基片的表面粗糙度，和去除在前面的抛光步骤中产生的表面缺陷，和在前面的抛光步骤中不能被去除的表面缺陷。
本实施方式具有下面的优点。
按照本实施方式的抛光组合物包括用于机械抛光物体的氧化铝颗粒和热解法氧化铝，和用于加速氧化铝颗粒和热解法氧化铝的机械抛光的抛光加速剂。因此，该抛光组合物具有抛光物体的能力，尤其是高速抛光磁盘基片的能力。换言之，根据本实施方式的抛光组合物对基片的抛光速度很高。
按照本实施方式，抛光组合物中的热解法氧化铝具有减少被抛光物体的表面的微小波纹的能力。因此，抛光后的物体减小了表面粗糙度。
对那些本技术领域：
的熟练人士是显而易见的，在不背离本发明范围的宗旨的前提下，本发明可以多种其它具体的形式实现。特别地，可以理解本发明可以下面的形式实现。
抛光组合物可进一步包括氧化铝溶胶。氧化铝溶胶起抑制被抛光物体上的表面缺陷，如微小突起和微小凹槽的作用，以及通过减少被抛光物体的表面的微小波纹，起减少被抛光物体的表面粗糙度的作用。可以想到这是因为氧化铝溶胶粘附在氧化铝颗粒的表面上，由此提高氧化铝颗粒的机械抛光能力。此外，因为氧化铝溶胶以胶态分散在抛光组合物中，所以氧化铝溶胶通过提高氧化铝颗粒的分散度而防止氧化铝颗粒的淀析，以及在抛光物体的过程中，使氧化铝颗粒容易被抛光垫保持。
氧化铝溶胶可含有选自以胶态分散在酸性水溶液中的水合氧化铝和氢氧化铝中的至少一种组分。水合氧化铝可以是水软铝石、假水软铝石、水铝石、三水铝石和三羟铝石。酸性水溶液通过用有机酸、无机酸或这些酸的盐将水的pH值调节到酸性来制备。氧化铝溶胶可包含两种或多种水合氧化铝。水合氧化铝优选水软铝石和假水软铝石，因为水软铝石和假水软铝石具有相当高的抑制表面缺陷和减少被抛光物体的表面粗糙度的能力。
抛光组合物中氧化铝溶胶的含量以氧化铝溶胶的固含量表示，优选0.01-20％重量，括0.01％重量和20％重量)；更优选0.05-15％重量，(包括0.05％重量和15％重量)，最优选0.1-10％重量，(包括0.1％重量和10％重量)。如果含量少于0.01％重量，提高氧化铝颗粒的机械抛光能力的效果可能很小，因为粘附到氧化铝颗粒的表面的氧化铝溶胶的量不足，结果是可能不足以充分减少被抛光物体的表面粗糙度。如果氧化铝溶胶的量超过20％重量，抑制表面缺陷的效果和减少被抛光物体的表面粗糙度的效果可能变得饱和，因此这是不经济的。
抛光组合物可进一步包括表面活性剂、防锈剂、淀析防止剂等。表面活性剂提高氧化铝颗粒在抛光组合物中的分散度。表面活性剂可以是非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。非离子表面活性剂优选用下面的通式2表示的聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚，用下面的通式3或4表示的聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物，用下面的通式5表示的聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、或聚氨脂缔合表面活性剂。阴离子表面活性剂优选聚羧酸盐，如聚丙烯酸钠，或者聚合物，如异戊二烯磺酸和丙烯酸的共聚物，包括从异戊二烯磺酸衍生的单体或它的盐。当含有上面所列的非离子表面活性剂或上面所里的阴离子表面活性剂的抛光组合物用于抛光磁盘基片的表面时，基片表面的平面度被提高，因为基片的外周部分的表面下降被抑制。
通式2 在通式2中，R代表烷基，l和m均代表一个整数。
通式3 在通式3中，n、o和p均代表一个整数。
通式4
在通式4中，n、o和p均代表一个整数。
通式5 在通式54中，X代表从具有活性氧原子和环氧烷化合物衍生出来的聚醚多醇的残基(但是，聚醚链含有20-90％重量的氧乙烯基)，t代表2和8之间的整数，包括2和8(＝上述聚醚多醇的一个分子中的羟基数)，Y代表二价烃基，Z代表具有活性氧原子的单价化合物的残基，u代表3或更大的整数。
抛光组合物可以在使用前通过用水即时稀释原液来制备。
磁盘基片的抛光可以一个抛光步骤来进行。在这种情况下，抛光组合物可用在这一个抛光步骤中。
抛光组合物可用在除第一抛光步骤外的抛光步骤中。例如，抛光组合物可用在最后抛光步骤中。
抛光组合物可用于抛光除磁盘基片外的物体。除磁盘基片外的物体可以是含有钨、铜、硅、玻璃、或陶瓷的物体。更具体地，该物体可以是半导体晶片和光学镜片。
现在将结合参考实施例和比较例更详细地描述本发明。
在实施例1-30中，通过混合氧化铝颗粒、热解法氧化铝、抛光加速剂和水，以及必要时加入的氧化铝溶胶来制备原液。在比较实施例1-44中，原液含有选自氧化铝颗粒、热解法氧化铝、抛光加速剂中的至少两种组分。各原液的具体组合物示于表1中。
在实施例3，实施例24和比较实施例7中，原液中的氧化铝颗粒是具有97％的α-转化率的氧化铝粒子。在实施例22-26和比较实施例2、3、22、23、27和28中，原液中的氧化铝颗粒通过加入10％重量的水软铝石到酸性水溶液(pH3)中，然后用均匀混合器于胶态中分散溶液来制备。
抛光组合物通过用三倍体积的水稀释各种原液来制备。使用各种抛光组合物，磁盘基片的表面在下列条件下被抛光。
<抛光条件>
被抛光的基片直径3.5英寸的无电镀Ni-P基片抛光机单面抛光机(Udagawa Optical Machine Co.，Ltd.制造，固定基面直径300mm)。
抛光机单面抛光机(Udagawa Optical Machine Co.，Ltd.制造，固定基面直径300mm)。
抛光垫聚氨酯衬垫(CR200，Kanebo公司制造)抛光负荷100g/cm2下部固定基面的转数100转/分钟抛光组合物的供应量8毫升/分钟抛光时间足够长的时间，以便能去除1μm的加工余量(预先通过初步试验测量)对于在上述条件下进行的抛光过程，抛光速度根据下面的等式计算。将计算得到的抛光速度除以比较实施例6中的抛光速度，可以发现抛光速度对比较实施例6中的抛光速度的比。表1中标题为“抛光速率”的栏表示抛光速度对比较实施例6中的抛光速度的比。
<方程式>
抛光速率[μm/min]＝基片因抛光的减少量[g]÷(被抛光基片表面的面积[cm2]×Ni-P镀层的密度[g/cm3]×抛光时间[min])×104。
用非接触表面粗糙度测量仪(PhaseShift制造的Micro XAM，物镜10×；过滤片高斯带通(Gaussian Bandpass)；在80-450μm测得的Ra值)在抛光后的基片表面上测量微小波纹的尺寸。在一个基片的两处的每个前、后表面进行测量，把四个测量值的平均Ra值当作微小波纹的尺寸。将这样测得的微小波纹的尺寸除以比较实施例6中的微小波纹尺寸，可以得到该微小波纹的尺寸对比较实施例6中的微小波纹尺寸的比。表1中标题为“微小波纹”的栏表示该微小波纹的尺寸对比较实施例6中的微小波纹尺寸的比。标题为“微小波纹”的栏中的连字符(“-”)表示由于表面缺陷不能测量微小波纹的尺寸。
表1
表1(续)
表1(续)
表1(续)
顺便地，在表1中，氧化铝颗粒的粒径显示为平均粒径，它使用激光衍射和散射型颗粒尺寸测量仪(Coulter制造的LS-230)测量，且热解法氧化铝的颗粒粒径显示为初级颗粒平均粒径，它从用BET法测得的比表面积测定。
如表1中所示，实施例1-30在抛光速度和微小波纹的任一方面的结果都是好的。此外，实施例22-26由于氧化铝溶胶的存在，在微小波纹方面的结果尤其好。相反，比较实施例1-44在抛光速度和微小波纹中的至少一个结果是不好的。
本实施例和实施方式应视为示例性的，而非限制性的，本发明不受到这里所给出的细节的限制，但是可以在所附权利要求
书的范围或其等效物内修改。
权利要求
1.一种抛光组合物，其特征在于，包括含有α-氧化铝作为主要组分的氧化铝颗粒；热解法氧化铝；含有选自有机酸、无机酸、和这些酸的盐中的至少一种组分的抛光加速剂；以及水。
2.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述氧化铝颗粒的平均粒径不超过2.0μm。
3.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中氧化铝颗粒的含量为0.01％-40％重量，包括0.01％重量和40％重量。
4.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，在组成氧化铝颗粒的晶形中α-转化率不低于50％。
5.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述热解法氧化铝的初级颗粒平均粒径为0.005-0.5μm，包括0.005μm和0.5μm。
6.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中热解法氧化铝的含量不大于50％重量。
7.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光加速剂含有选自柠檬酸、马来酸、马来酐、苹果酸、乙醇酸、琥珀酸、衣康酸、丙二酸、亚氨基二乙酸、葡萄糖酸、乳酸、扁桃酸、酒石酸、丁烯酸、尼克酸、醋酸、硫代苹果酸、蚁酸、草酸、羧乙基硫代琥珀酸、硝酸铝和硝酸铁中的至少一种组分。
8.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光加速剂含有选自柠檬酸、马来酸、乙醇酸、琥珀酸、衣康酸、亚氨基二乙酸和羧乙基硫代琥珀酸中的至少一种组分。
9.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中抛光加速剂的含量为0.01％-10％重量，包括0.01％重量和10％重量。
10.如权利要求
1所述的抛光组合物，其特征在于，包括氧化铝溶胶。
11.如权利要求
10所述的抛光组合物，其特征在于，所述氧化铝溶胶含有选自以胶态分散在酸性水溶液中的水合氧化铝和氢氧化铝中的至少一种组分。
12.如权利要求
11所述的抛光组合物，其特征在于，所述水合氧化铝为水软铝石或假水软铝石。
13.如权利要求
1-12中任一项所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物用于抛光磁盘基片。
14.一种抛光磁盘基片的方法，其特征在于，制备如权利要求
1-12中任一项所述的抛光组合物；用该抛光组合物抛光基片的表面。
专利摘要
本发明设计一种适合用于抛光磁盘基片的抛光组合物。该抛光组合物包括含有α－氧化铝作为主要组分的氧化铝颗粒、热解法氧化铝、含有选自有机酸、无机酸和这些酸的盐中的至少一种组分的抛光加速剂以及水。
文档编号C09K13/04GKCN1550532SQ200410043512
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月9日
发明者宇野贵规, 保, 杉山博保, 大胁寿树, 树 申请人:福吉米株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan