[发明专利]精密加工用原生细颗粒金刚石及其生产方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种精密加工用金刚石，特别是涉及一种精密加工用原生细颗粒金刚石及其生产方法。

背景技术

近几年随着新型半导体材料、太阳能光伏产业和LED行业的大力发展，如何降低成本、提高效率，成为单晶硅、多晶硅、蓝宝石、碳化硅和微晶玻璃等行业加工的难题。传统方法采用碳化硅游离刃料加钢丝的切割方法，将碳化硅游离磨料添加在乙二醇溶液中制成悬浮液，再将悬浮液喷洒在钢丝和加工对象的缝隙之间进行上述原料的切割加工。这种方法缺点明显：（1）由于乙二醇有毒，会对环境和人体造成伤害；（2）加工速度慢，能耗高；（3）切割废料无法回收，造成资源浪费。另外碳化硅的硬度和蓝宝石接近，在LED行业的蓝宝石衬底加工方面效果较差，在碳化硅晶体的加工上没有用武之地。

基于以上需求，日本率先开始金刚石线锯和超薄锯片的研制，以单晶硅和多晶硅片的切割为例，相对于传统的碳化硅游离刃料加钢丝的切割方法，金刚石线锯优势明显：（1）切割速度快，同样切割一片四英寸的硅晶圆，传统方法需要钢丝走两公里，而用金刚石线锯只需要走二十米即可，效率提高一百倍；（2）切割过程中不需要冷却液或简单水冷即可，不会对环境和人体造成伤害；（3）切割下来的废硅粉可以回收再用。

在蓝宝石和碳化硅切割领域，金刚石线锯的优势更加明显，金刚石线锯在未来的晶体加工领域将大有作为，除了开方和切片之外，晶体加工领域的精密研磨抛光加工量也很大，传统方法多采用“破碎法”生产碳化硅、金刚石微粉，这些破碎料有以下缺点：（1）生产过程中在颗粒内部会留下不同程度的裂纹和内部应力，导致加工过程中磨料颗粒呈现大块破碎脱落现象，生产出的制品使用时间较短；（2）颗粒形状不理想，多呈现不规则形状，局部有尖锐突起；改进后的工艺生产的磨园料，没有完整的晶面和棱角，造成加工工具的锋利度差，加工效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种适合于精密加工、加工效率高的原生细颗粒金刚石；还提供了该原生细颗粒金刚石的生产方法。

本发明的技术方案：

一种精密加工用原生细颗粒金刚石，颗粒大小为1-30微米，金刚石晶体形状为完整的六面体、八面体或六-八面体，氮含量为200-500ppm。

所述的精密加工用原生细颗粒金刚石是通过以下方法生产的：将石墨粉、金属催化剂和含氮物质以0.4-1：0.6-1：0.01-0.05的质量比混合，将混合料加压到100-300MPa进行冷等静压处理，保压10-20min泄压，取出混合料；将混合料破碎成颗粒料，将颗粒料放入模具中压制成圆柱形合成柱，将所述合成柱放入真空炉中烧结，在1000-1200℃下烧结2-18h；将烧结后的合成柱装入叶蜡石合成块中，再将叶蜡石合成块放入六面顶压机中，在6-8GPa、1100-2000℃的高温高压下处理10-20min，停热卸压后取出合成柱；将合成柱破碎，回收其中的金属催化剂，将剩余物质摇床分离，得到所述的精密加工用原生细颗粒金刚石产品。

所述石墨粉为天然石墨粉，粒度小于200目，石墨化度>95％；所述金属催化剂为铁、镍、锰和钴中的一种或多种，粒度小于200目；所述含氮物质为硝酸铵、叠氮化钠或尿素。

所述金属催化剂为质量比7:3的铁、镍合金；或者为质量比70:25:5的镍、锰、钴的合金；所述颗粒料的粒度为2-20目。

所述真空炉的真空度为0.0001-0.1Pa。

一种精密加工用原生细颗粒金刚石的生产方法，包括以下步骤：

将石墨粉、金属催化剂和含氮物质以0.4-1：0.6-1：0.01-0.05的质量比混合，将混合料加压到100-300MPa进行冷等静压处理，保压10-20min泄压，取出混合料；

将混合料破碎成颗粒料，将颗粒料放入模具中压制成圆柱形合成柱，将所述合成柱放入真空炉中烧结，在1000-1200℃下烧结2-18h；将烧结后的合成柱装入叶蜡石合成块中，再将叶蜡石合成块放入六面顶压机中，在6-8GPa、1100-2000℃的高温高压下处理10-20min，停热卸压后取出合成柱；

将合成柱破碎，回收其中的金属催化剂，将剩余物质摇床分离，得到所述的原生细颗粒金刚石产品。

本发明的积极有益效果：