[发明专利]一种化学机械抛光液用硅溶胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种化学机械抛光液用硅溶胶，通过高岭土提纯处理，利用制浆分级获得磁选料‑梯度磁选除铁钛‑焙烧增白‑高温钙化，最终获得硅溶胶原料用氧化硅，有效的提高了高岭土在抛光领域的使用范围，便于向高精度化学机械抛光领域拓展，且制备的氧化硅纳米颗粒尺寸均一，分散性良好，适于作为蓝宝石抛光液中硅元素的原材料。

技术领域

本发明属于CMP化学机械抛光技术领域，是一种以高岭石为硅源制备均匀纳米氧化硅颗粒的方法，以及蓝宝石抛光领域方面的应用。

技术背景

中国高岭土矿产资源排名世界前列，已探明267处矿产地，探明储量29.10亿吨，其中：我国非煤建造高岭土,资源储量居世界第五位.已探明储量14.68亿吨，主要集中分布在广东,陕西,福建,江西,湖南和江苏六省占全国总储量的84.55%；含煤建造高岭土(高岭岩)储量占世界首位，探明储量为14.42亿吨，主要分布在山西大同,怀仁,朔州,内蒙古准格尔,乌达,安徽淮北,陕西韩城等地其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多。

高岭土作为一种性能优良的工业矿物，被广泛应用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、石油、化工等领域。高岭土主要是由高岭石族矿物组成的，高岭土主要成分为Al₂O₃和Si0₂，部分Fe₂0₃, Ti0₂，少量CaO,MgO, K20,Na2O等。高岭土类矿物属于1:1型层状硅酸盐，晶体主要由硅氧四面体和铝氧八面体组成，其中硅氧四面体以共用顶角的方式沿着二维方向连结形成六方排列的网格层，各个硅氧四面体未公用的尖顶氧均朝向一边；由硅氧四面体层和铝氧八面体层公用硅氧四面体层的尖顶氧组成了1:1型的单位层。

目前高岭土的开发研究方向主要集中于高白度、超微细化、有机复合改性方向发展，如中国地质大学(武汉) CN103086390A公开了一种高岭土的高效除铁工艺，采用“325目过筛+高梯度超导磁选”的工艺使高铁高岭土矿物中的不同磁性含铁、含铁钛矿物进行有效去除，除铁效率高，最高可达69%，远高于现有报道;高岭土的白度得到显著提高，烧成白度可由磁选前的74.7%提高到91.3~93. 69,该方法除铁效率高、成本低、无环境污染，具有创新性和实用性，对于盘活我国“呆矿”高铁高岭土资源具有普遍适用性和指导意义。此外，公开号CN1613818A公开了一种超细高岭土的生产方法，高岭土先经捣浆、三级旋流器分级、卧螺分级、高梯度磁选、化学漂白、表面活化处理、离心脱水、压滤脱水、超细磨、干燥，超细磨是将滤饼加入分散剂和水用机械搅拌打碎化成固含量为55-60%的浆液，调节浆液的pH值为5.5-6.0，送剥片机进行超细磨，获得高岭土的尺寸低至0.37μm。

此外，也有将高岭土直接粉磨制备成抛光粉，其制备工艺难点主要集中在粒径分布、焙烧工艺、产品白度方面，但由于其制备工艺粗犷，抛光粉的成分不复杂多变，切削力不稳定，最终影响产品的使用维度和使用方向。

此外，鲜有通过提纯工艺提纯高岭石内丰富的氧化硅，并将其用于蓝宝石抛光液的原料方面，而蓝宝石晶体(α-A1₂O₃)是一种耐高温、耐磨损、抗腐蚀和透光波段宽的优质光功能材料，它具有与Ⅲ族氮化物相同的六方密堆积型，是由物理、机械和化学特性三者独特组合的优良材料。在光通信领域，蓝宝石晶体不仅用作短波长有源器件，还用作偏振光的无源器件在微电子领域，蓝宝石可以作为新一代半导体衬底SOI(绝缘层上)的衬底，由于蓝宝石优良的阻挡作用，能够减小晶体管的电容效应，其运算速度可变得更快，功耗变得更低。在光电子领域，蓝宝石晶体是制造GaN发光二极管(LED)的首选衬底材料。在蓝宝石衬底上生长薄膜之前，首先要去除切片时产生的划伤、凹坑、应力区等，然后要降低表面粗糙度。表面的粗糙度越大，表面的悬挂键越多，越容易吸附其他杂质，并且与上面的薄膜有较差的晶格匹配。传统的纯机械抛光是用抛光粉不断地研磨被抛光材料的表面，容易产生较深的划伤。而CMP（化学机械抛光）是在化学作用的环境下，通过机械作用将化学反应物去除掉，提高了材料的去除速率，同时也得到良好的表面形态。