[发明专利]爆炸合成纳米聚晶金刚石的方法及专用爆炸装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种金刚石的生产方法，尤其是一种适应于芯片抛光用的30～90nm聚晶金刚石的爆炸合成方法及专用爆炸装置。

背景技术：

金刚石以其“世界最硬”的特点而成为研磨、抛光的理想材料，因天然聚晶金刚石(Carbonado型)产量稀少、价格昂贵，因此现在普遍使用的都是人工制造的金刚石。目前，人工制造金刚石的方法只有静压法、爆轰法及爆炸法三种。静压法所生产的金刚石皆为单晶，粒径通常在40～200μm之间，适合制作普通金刚石砂轮和常用抛光磨料等；爆轰法所生产的金刚石亦为单晶，平均粒径非常小，通常在12nm左右，其商业干粉团聚粒度达2μm，即使采用改性剂和表面活性剂制成的悬浮液其最粗团聚粒度也有130～150nm，且悬浮液中的团聚粒度分布较宽，目前主要用作润滑剂使用；爆炸法所生产的金刚石是最接近天然carbonado金刚石的聚晶金刚石，适合做芯片、硬盘的研磨抛光之用。

目前，爆炸合成金刚石的方法是先将石墨粉置于模具内，在压力机下压成与爆炸装置中的飞片形状相一致的柱形(圆形或正方形或矩形)石墨压实体。为调整石墨压实体的密度，有的在石墨粉中加入铁、铜、钴等金属粉；还有的在加入金属粉的同时加入树脂等胶结材料，并通过低温(小于300℃)烧结除去树脂同时改善石墨压实体的密度。之后，将石墨压实体置于爆炸装置的飞片下方，并保证一定的距离(此距离即为架高)。引爆爆炸装置上方的雷管，使炸药柱爆炸，推动飞片以一定的飞行速度打击石墨压实体，在石墨粉末内部产生高温、高压，致使石墨瞬态相变。最后，回收散落的石墨灰，并对石墨灰筛选、冲洗以及用硝酸、硫酸等强酸和强氧化剂等化学制剂进行去金属和残余石墨处理，即得到所合成的金刚石。由于现有石墨压实体的密度通常均大于4g/cm³、架高不超过40mm、飞片厚度不超过4mm、飞片速度为3000m/s以下，且密度、架高、飞片厚度以及飞片速度没有很好的匹配，以至于迄今为止爆炸法所生产的金刚石的粒径至少在110nm以上，很难达到100nm以下。

另外，现有的爆炸装置都是设有炸药柱，在炸药柱的下面置有由高阻抗的金属制作的飞片，在炸药柱的上面有引爆雷管，在炸药柱的上端面上置有惰性块。由于其惰性块是置于炸药柱的外部且盖在整个炸药柱上，使飞片边缘前凸、中心内凹，增加了对石墨压实体中心的撞击力，使石墨压实体受力不均，金刚石产出率低。

随着集成电路的高密度化，芯片光刻线条则越来越细，对芯片的平整度要求也越来越高，现有的化学机械抛光研磨技术已不能满足芯片的使用需要，人们急需粒径为30～90nm的芯片抛光材料。为此，有的是将静压法所生产的粗粒径金刚石进行粉碎再制成悬浮液，有的将爆轰法所生产的小粒径金刚石进行人工粘接与再分散，但是均存在着生产工艺复杂、又并非原始聚晶的Carbonado型金刚石的聚晶结构，抛光研磨时不具自锐性且容易发生划伤芯片的现象。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术所存在的上述问题，提供一种生产工艺简单、生产效率高，适应于芯片抛光用的30～90nm聚晶金刚石的爆炸合成方法及专用爆炸装置。

本发明的技术解决方案是：一种爆炸合成纳米聚晶金刚石的方法，其特征在于如下步骤：

a.制密度为3～4g/cm³的石墨压实体；

b.将石墨压实体置于飞片厚度为4.7～6mm的爆炸装置下方，架高为50～65mm；

c.引爆爆炸装置，飞片以3350～3640m/s的飞行速度撞击石墨压实体，使粉末压力p、粉末温度T为：

5×10⁴Mpa≤p≤7.5×10⁴Mpa，1900⁰K≤T≤2150⁰K；

d.回收石墨灰，对石墨灰筛选、冲洗、化学后处理。

所述爆炸装置药柱的爆速为7500～7950m/s。

一种爆炸合成纳米聚晶金刚石的爆炸装置，有炸药柱1，在炸药柱1的下面有飞片2，在炸药柱1的上面有引爆雷管3，在炸药柱1的内部上端居中置有惰性块4。

所述的惰性块4为倒置的台形。