隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，晶體材料的使用愈加廣泛和重要，因此晶體材料的開發(fā)、加工及應(yīng)用普遍受到人們的重視。其中，藍(lán)寶石是用途最廣泛的晶體材料之一，不僅有良好的物理和化學(xué)性能，同時也具有優(yōu)異的光學(xué)性能——主要表現(xiàn)在可透過藍(lán)寶石的光的波長范圍廣，且由于透光率高，光能損失少，可增強(qiáng)信號的精確性。

藍(lán)寶石的應(yīng)用領(lǐng)域

但為了將藍(lán)寶石的光學(xué)性能發(fā)揮出來，它本身必須要高質(zhì)量低損傷——尤其在高精尖領(lǐng)域中，很多廠商都要求晶體表層一定要達(dá)到超過光滑表面的技術(shù)指標(biāo)，粗糙度需低于1納米，晶體表面沒有任何的損壞和劃痕，因此對藍(lán)寶石的精密拋光與超精密拋光的挑戰(zhàn)不可謂不大。

氧化鋁在藍(lán)寶石拋光領(lǐng)域的應(yīng)用

相對于其他拋光技術(shù)來說，目前化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)（CMP）是唯一可以實(shí)現(xiàn)全局化精細(xì)拋光的工藝。在拋光過程中，漿料可與藍(lán)寶石單晶片發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一種硬度低于藍(lán)寶石的物質(zhì)，磨料與該物質(zhì)進(jìn)行機(jī)械摩擦進(jìn)移除，消除不平整的部位，拋光后的藍(lán)寶石粗糙度低，表面質(zhì)量高，符合“大面積、高質(zhì)量”的要求。

CMP示意圖

拋光漿料一般由磨料、腐蝕介質(zhì)等成分組成，這些磨料主要起機(jī)械研磨作用，但部分磨料同時也能起到與藍(lán)寶石表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的作用。目前被廣泛應(yīng)用在藍(lán)寶石CMP中的拋光醬料主要有二氧化硅拋光漿料、α-氧化鋁拋光醬料、二氧化鈰拋光漿料、氧化鎂拋光漿料等。

其中，氧化鋁磨料的硬度與藍(lán)寶石（莫氏硬度為9）接近，在對藍(lán)寶石拋光過程中的材料去除速率較高，因而逐漸成為拋光藍(lán)寶石的熱門磨料之一。不過，雖然有明顯優(yōu)勢，但由于氧化鋁自身性質(zhì)，以其為磨料配制的拋光漿料并不穩(wěn)定易團(tuán)聚，容易造成藍(lán)寶石表面劃痕嚴(yán)重、平整度降低，如何克服氧化鋁系拋光漿料穩(wěn)定性成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。

氧化鋁拋光漿料的穩(wěn)定性研究

氧化鋁拋光液屬于不穩(wěn)定的溶膠分散體系，磨料在水中極易受靜電力等作用發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致漿料中出現(xiàn)分層現(xiàn)象。團(tuán)聚后的磨料會對藍(lán)寶石造成大劃痕，造成拋光質(zhì)量降低，所以氧化鋁拋光漿料的分散穩(wěn)定技術(shù)被廣泛研究。

目前廣泛應(yīng)用的分散方法有三種，分別為對氧化鋁表面進(jìn)用偶聯(lián)劑改性、改變氧化鋁的Zeta電位提高拋光漿料的穩(wěn)定性、制備氧化鋁的復(fù)合磨料。

①偶聯(lián)劑作為表面改性劑得到廣泛應(yīng)用，其中硅烷偶聯(lián)劑對納米氧化鋁的表面改性比較具有代表性。雷紅等采用接枝聚合法制備了Al₂O₃-g-聚丙烯酰胺復(fù)合粒子和Al₂O₃-g-聚苯乙烯磺胺復(fù)合粒子，成功的將有機(jī)物接枝到氧化鋁表面，形成氧化鋁為核有機(jī)物為殼的核殼結(jié)構(gòu)。

②改變氧化鋁的Zeta電位也可明顯提高氧化鋁拋光漿料的分散穩(wěn)定性，孔德玉等將氧化鋁粉體分散于水中和1.125wt%的硅溶膠中檢測穩(wěn)定性，結(jié)果表明分散在硅溶膠中的氧化鋁穩(wěn)定性較分散于水中的Zeta電位由-18mv降低至-28mv，體系穩(wěn)定性明顯提高。

③通過對氧化鋁的無機(jī)摻雜，摻雜后的氧化鋁磨料不僅使氧化鋁的粒徑分布變窄，分散性變好，也使得其拋光性能改善。Fisher等研究了用5-25nm不同粒徑的SiO₂顆粒包覆在250nm的氧化鋁顆粒表面，結(jié)果表明，改性后的氧化鋁Zeta電位的絕對值變大，拋光漿料的分散穩(wěn)定性提高。

帶點(diǎn)膠粒之間的存在引力斥能和斥力勢能

電解質(zhì)的加入主要影響斥力勢能，適當(dāng)調(diào)節(jié)電解質(zhì)濃度，可以得到相對穩(wěn)定的膠體

另外，用于藍(lán)寶石拋光的納米α-Al₂O₃粉體也需具備顆粒分布窄、粒徑小、α相轉(zhuǎn)晶完全、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，否則“硬度大但均勻性差”的漿料很容易導(dǎo)致拋光表面劃傷嚴(yán)重，難以保證拋光材料的表面平整度，因此在制備工藝上也需要多加注意，目前可制備α-納米氧化鋁的工藝有氣相法、固相法和液相法等。

資料來源：

氧化鋁磨料制備、拋光漿料穩(wěn)定性及其拋光性能的研究，張曼。

藍(lán)寶石精密磨削及化學(xué)機(jī)械拋光研究，王紹臣。

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