２００７年６月总第１５９期第３期
金刚石与磨料磨具工程Ｄｉ锄ｏｎｄ＆ＡｂｒａｓｉｖｅｓＥｎ西ｎｅｅｒｉｎｇ
Ｊｕｎｅ．２０（）７
Ｓｅｒｉａｌ．１５９Ｎｏ．３
文章编号：１００６—８５２Ｘ（２００７）０３—００６７—０５
纳米金刚石抛光液制备及应用＋
靳洪允侯书恩杨晓光
（中国地质大学材料科学与化学工程学院，湖北武汉４３００７４）
摘要随着光电信息产业的迅猛发展，纳米金刚石抛光液成为了超精密抛光领域的研究热点。本文首先总结了国内外专家、学者关于纳米金刚石微粉在水性和油性介质中的分散方面的一些研究工作，对微粉在介质中的分散、稳定机理进行了初步的探讨；并对纳米金刚石抛光液的制备以及抛光液在半导体硅片、计算机硬盘基片、计算机磁头、光纤连接器以及其它材料的表面超精密抛光应用进行了综述。水基纳米金刚石抛光液可能是未来抛光液的发展方向。关键词纳米金刚石抛光液；分散；应用
中图分类号ＴＱｌ６４
文献标识码Ａ
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随计算机工业的发展，特别是随着计算机磁盘存储密度的迅速提高，磁盘与磁头间隙已趋近于１０ｎｍ，磁头和磁盘的表面粗糙度、划痕和杂质粒子均会对计算机磁盘造成致命的危害，微米级抛光液已不能适应计算机磁盘与磁头抛光的发展要求ｕ。５１；光纤连接器是现代光通讯系统的基本元件，为了保证光纤连接器有良好的传输性能，其端面以及连接器插针必须进行精密抛光，要求变质层厚度和粗糙度均达到纳米级［６］，为此迫切需要开发新的抛光产品以及抛光工艺。以提高加工表面的精度。
光洁度极高的表面。．研究０７‘到认为纳米金刚石在超精抛光领域具有良好的应用前景。但是，由于纳米金刚石比表面积大、比表面能高、处于热力学不稳定状态，所以在介质中分散稳定性差、容易发生团聚，使其在应用过程中受到很大程度的制约¨引。
欧美俄等国开展纳米金刚石研究较早，在纳米金刚石抛光液的制备方面也走在了前列。美国、英国、德国、日本等国家具备了纳米金刚石抛光液的生产能力，美国Ｅｎ酉ｓ公司是世界上最著名的抛光产品供应企业，美国ＡＵ公司可以提供水性以及油性抛光液，日本企业可以提供抛光液、抛光膏等各类抛光产品。国内在抛光液制备领域的研究刚刚起步，技术水平与国外相比还有一定的差距。
纳米金刚石兼具有金刚石和纳米颗粒的双重特
性，具有超硬特性、多孔表面、高比表面积以及球形形状等特点，用这种金刚石粉制成的研磨液，可以抛光出
・武汉市科技攻关项目（编号：２００６１００２０７９）
６８
金刚石与磨料磨具工程
总第１５９期
作者所在课题组研究了纳米金刚石在水ｔ乙醇、白油以及研磨油等介质中的分散状况以及稳定性，继而进行了纳米金刚石用作计算机硬盘、光纤连接器端面、光纤连接器插针等抛光材料的应用研究。在广州某光
纤连接器生产企业进行了光纤连接器端面、插针抛光
张栋ｕ副使用硅烷偶联剂ＫＨ一５７０和高聚物ＪＱ一
３表面改性过的纳米金刚石，以超声作为分散手段，将其分散在乙醇中，得到了平均粒径５１．７ｎｍ的胶体溶液。两种高聚物分散剂的复配使用，可以明显提高纳米金刚石在乙醇中的分散性和稳定性，为油性抛光液的制备奠定了基础。许向阳等¨９。、胡志孟等Ｍｏ分别研究了纳米金刚石团聚体在白油介质中的解聚与分散方法。他们认为聚氧乙烯类非离子表面活性剂能够有效地把纳米金刚石分散于油中，分散剂的端基能牢固锚固在纳米金刚石表面的活性基，如羟基和羧基或含氮活性物质上，使纳米金刚石表面亲油，而聚氧乙烯基是
一庞大的亲水基团，它象一巨大的屏障膜，使纳米金刚
的实际应用试验，结果表明，由我们自行研制的纳米金刚石抛光液，能消除连接器表面的划痕，大大改善了端面及插针的表面光洁度，其抛光性能与美国、日本同类金刚石抛光液性能相当，在光纤连接器抛光领域有望取代国外进口纳米金刚石抛光液。本文将从纳米金刚石的分散和纳米金刚石抛光液的应用两个方面进行综
述。
１纳米金刚石分散
纳米金刚石抛光液制备的关键技术就是纳米金刚石在介质中的长期稳定分散，前人在纳米金刚石分散
方面做了大量有意义的工作。１．１水性介质分散
石颗粒在油中相互弹开，削弱颗粒问的相互作用能，阻止了纳米颗粒的重新团聚，从而实现了纳米金刚石在油性介质中的稳定分散。
２抛光液应用
纳米金刚石抛光液以其优异的性能广泛应用于半
Ｃｈｉｇａｎｏｖａ¨川用饱和Ａｌｃｌ，水溶液加热处理纳米金刚石粉，制得的悬浮液中纳米金刚石的二次粒度为上
百个纳米。Ａｇｉｂａｌｏｖａ
Ｌ
导体硅片抛光、计算机硬盘基片抛光、计算机磁头抛光、光纤连接器抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。
２．１半导体硅片抛光
ＧＥ（ＧｅｎｅｒａｌＥ１ｅｃｔｒｉｃ）公司于２００１年制备了一种用于化学机械抛光硅片的水性抛光液Ⅲｊ。抛光液分
Ｖ等¨２ｏ在水中通过超声能量
分散纳米金刚石粉，所得悬浮液中团聚体的粒度在
３００
ｎｍ左右。陈鹏万等ｕ到曾尝试采用水＋磷酸钠、乙
醇、明胶水溶液＋碳酸钠等介质对纳米金刚石粉进行分散研究。许向阳等¨４３在机械力作用的同时，加入无机电解质、表面活性剂等物质使纳米金刚石粉可以稳定分散于水介质中。于雁武¨叫等对纳米金刚石在水中分散做了有益的尝试。Ｅ．Ｄ．Ｅｉｄｅｌｍａｎ等¨５ｏ制备了
一种黑色、高粘度、稳定的纳米金刚石悬浮液，浓度为
为一次液和二次液，一次液呈微酸性，起到化学腐蚀的作用，二次碱性抛光液用来抛光硅片。韩国三星电子
公司（Ｓａｍｓｕｎｇ
ＥｌｅｃｔｒｏＩｌｉｃｓ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）于２００３年公开
了一种水性化学机械抛光用的抛光液和一种抛光工
艺旧１Ｊ，他们在悬浮液里面通过添加氧化剂和一到两种
０．２％。他们研究了悬浮液中粒子的结构、光吸收性能以及悬浮液的粘度。徐康等¨刮提出了一个石墨化一
氧化法，对纳米金刚石进行解团聚，取得了有益的结
钝化剂制成抛光液，磨料选择氧化锆、氧化硅、氧化铝或者氧化铈。韩国三星电子公司（Ｓ锄ｓｕｎｇＥｌｅｃ咖前ｃｓ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）于２００５年又公开了一种水性化学机械抛
果。他们用碘氢酸处理经过石墨化一氧化的产物，使９０％以上纳米金刚石团聚体的尺寸减少到３０ｎｍ以
下。
光用的抛光液制备专利，此专利通过添加高去除率的组分实现了高选择性、高效抛光旧引。Ｔ．Ｋｕｒｏｂｅ【２纠将水基纳米金刚石应用于硅片抛光，用海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、表面活性剂以及去离子水配置抛光液，制备了悬浮稳定的抛光液。Ｔ．Ｋｕｍｂｅ对超分散纳米金刚石抛光硅片进行了研究，并对干法抛光和用抛光液湿法抛光进行了对比；于法抛光使硅片表面粗糙度Ｒ。从
１０７
许向阳等¨刊对纳米金刚石在水介质中的稳定分散工艺及其机理进行了探索研究。认为采用机械化学处理对纳米金刚石进行表面改性，利用高剪切搅拌、高能超声、振动磨等机械力与聚合物表面活性剂的协同效应，在有效地粉碎纳米金刚石团聚体的同时，对纳米金刚石表面尤其是粉碎过程中新生成的表面进行改性，调节颗粒表面亲水疏水性能，实现纳米金刚石在介质中的稳定分散。
１．２油性介质分散
ｎｍ降到４ｎｍ。使用水基纳米金刚石抛光液进行
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃ２００２
湿法抛光，抛光效率更高，并且得到硅片的表面粗糙度更小，达到了２ｎｍ。美国Ｍｉｃｍｎ
年开发了一种微电子基片表面平坦化用的抛光液并将
其应用于表面抛光Ⅲ』，他们认为维持抛光液的胡在
第３期靳洪允等：纳米金刚石抛光液制备及应用
一个恒定的值对于抛光比较有利，所用的润湿剂包括在烷烃的矿物油中，调节ｐＨ６～８，用于磁头表面进行一类胺盐或者异丙醇。日本某企业（ｓｈｏｗａ
Ｄｅｎｋｏ
最终或中间抛光，还可用于对表面粗糙度要求达到亚
Ｋａｂｕｓｈｉｌ【ｉ
Ｋａｉｓｈａ）于２００４年公开了一项用于半导体抛
纳米量级的金属或非金属表面进行中间或最终抛光。
光的抛光液的组成ⅢＪ，包括氧化铈微粒或者纳米金刚龚艳玲等∞４１对中等粒度纳米金刚石悬浮液用于磁头石磨料、鳌合剂。ＹｕｊｉＨｏｒｉｅ等Ⅲ１制备了一种磁盘基抛光工艺进行了研究，结果表明，纳米金刚石颗粒越片抛光液，将爆炸合成的２～２０ｎｍ的单晶和５０—２００细，抛光表面粗糙度越小，但是二者并不构成简单的线ｎｍ的多晶，分散到含有乙二醇复合物、高级脂肪酸氨性关系；悬浮液的分散稳定性很大程度上影响了表面的水性介质中。
划痕，抛光液的稳定分散是首要的。
２．２计算机硬盘基片抛光
２．４光纤连接器抛光
雒建斌等旧刊公开了一种用于硬盘基片抛光浆料光纤连接器在光通信系统、光信息处理系统、光学的制备工艺；制备的抛光浆料中添加了水溶性润滑剂，仪器仪表中被广泛使用。对于广泛使用的Ｐｃ型连接
主要为脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸脂、脂肪胺聚氧乙烯醚器，要求加工后端面的几何精度为：圆弧半径一２０
磷酸脂、脂肪酸多元醇脂的混合物。采用抛光浆料对ｍｍ，圆弧顶点偏心≤５０仙ｍ，光纤与插芯端面粗糙度
存储器硬盘基片进行抛光，可以降低存储器硬盘基片Ｒ。≤５０
ｎｍ，光纤端面相对于插芯端面的凹陷量≤５０
表面的粗糙度和波纹度，使得平均波纹度和平均粗糙ｎｍ［３卜３６］。因此必须对其端面以及插针进行超精抛光度均小于ｏ．７Ａ，可并有效地消除凹坑、突起、划痕、抛加工。
光条痕等表面缺陷，并能进行高速抛光。
２０世纪８０年代，Ｋａｒａｋｉ等口’７１和Ｋａｄａ等∞副开始朱永伟等晗引公开了一种水基纳米金刚石抛光液了光纤连接器端面的超精抛光加＿士研究，分别设计出及其制造方法，通过向去离子水中加入纳米金刚石、改最初的研磨设备和相应的研磨工艺。在Ｈｕａｎｇ性剂、分散剂／超分散剂、ｐＨ调节剂、润湿剂、具有化学等［３９’删的研究中，由于采用了较新的工艺设备和方作用的添加剂，通过超声或者搅拌将纳米金刚石分散
法，加工效果有了进一步改善。刘琚等Ｈｕ通过跟踪记成２０～１００ｎｍ的小团聚体，制成抛光液，用于各类光
录研磨数据和研磨质量的指标，找出了一套最佳的研电子晶体、计算机硬盘基片、光学元器件及铜连接的半磨工艺，从而生产出了高质量的光纤连接器。杨福导体集成电路等的超精密抛光，用于硅片抛光，表面粗兴ｍ３对陶瓷插芯微内孔研磨的要求进行了探讨并设糙度达到了Ｏ．２１４ｎｍ。雷红等旧』对计算机硬盘基片计了相应的研磨装置，通过研磨实验研究，进一步探讨的亚纳米级化学机械抛光技术进行了研究，结果表明，陶瓷微内孔研磨的机理，并研发出了相应的高效高精抛光后表面的波纹度（ｗｅ）、粗糙度（Ｒ。）以及材料去工艺装备。李新和等口卜蚓将超声能引入光纤连接器除量很大程度上取决于抛光液中磨粒的粒径、磨粒的端面的加工工艺中，探索了超声波在光纤连接器的端形貌和氧化剂的浓度等因素。面抛光中的作用，找出了最佳的工艺参数，获得了很好２．３计算机磁头抛光
的加工质量和效率。
马江波等∞０，３１３公开了一种用于存储器硬盘磁头２．５其它材料的抛光
背面研磨的研磨液的制备方法，组分包括十到十三个Ｒｏｎａｌｄ
Ｆ旧１制备了一种水性纳米金刚石抛光液，
碳的烷烃矿物油、十五个碳的油性剂、金刚石单晶微通过三乙醇胺调节ｐＨ值后，用来抛光氧化铝工件，这粉、抗氧化防腐剂、非离子表面活性剂、消泡剂和抗静种抛光液使得被加工工件表面更容易清洗。藤村忠电剂。将该抛光剂用于磁头背面抛光，研磨后无表面正Ⅲ１公开了专利“分散稳定性能优良的金刚石水性悬划痕、表面残余应力低、表面粗糙度为Ｏ．３～ｏ．４
ｎｍ。
浮液、含有该金刚石的金属膜及其制品”，用于抛光硬雒建斌等口２１公开了纳米级抛光液及其制备方法的发质合金等材料。提出了含有超微金刚石粉系列性能稳明专利，以轻质量白油为介质，加入非离子表面活性定的悬浮液的制备方法，包括对不同ｐＨ范围的抛光剂、抗静电剂、净洗剂以及ｐＨ调节剂制备了稳定性较液进行了研究。周海∽ｏ通过对蓝宝石磨削、研磨、抛好的纳米金刚石抛光液，除了应用于计算机磁头之外，光工艺中设备、工具、辅料、清洗、环境等方面的改进，还可以应用于光学器件和陶瓷等高精度表面研磨和抛使蓝宝石成品的缺角不良品率由６％降至０．５％，表光之用。高峰等１３３０公开了一种存储器磁头表面抛光面质量亦明显提高。
组合物和抛光工艺。工艺选用纳米金刚石、氧化铈ｊ氧金刚石是金相试样制备的最佳磨料之一，它适用化铝、氧化锆、氧化钛等的混合物作为磨料，将其分散
于金相试样的磨光与抛光。纳米金刚石抛光液还用于
７０
金刚石与磨料磨具工程
技研究与发展，２０００，２２（１），３９—４６．
总第１５９期
高级光学玻璃、晶体、宝石表面的超高精度的抛光加
工。
９金增寿，徐康．炸药爆轰法制备纳米金刚石［Ｊ］．含能材料，１９９９，７—
９．
３展望
纳米金刚石抛光液分为水基和油基抛光液。由于水基抛光液具有绿色、环保的特点，而且在抛光过程中具有散热快的优点，适于高速抛光，国内外对其的制备和应用进行了大量的研究，已经取得了很多成果。但是目前在一些特殊条件下，尤其是超精抛光领域，选用油基纳米金刚石抛光液将大大降低表面粗糙度。不过水基抛光液将是未来发展的方向。
但是无论水基还是油基的抛光液，制备的关键都是纳米金刚石在介质中的长期、稳定分散。纳米金刚
石较小的尺寸、极大的比表面积、较高的表面能、表面
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缺少邻近的配位原子，导致颗粒表面存在大量的不饱和键，彼此之间极易产生自发团聚现象，形成二次粒子。纳米金刚石表面吸附有含氧活性基团，羟基、羧基、羰基、醚基、酯基等，这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应或吸附，这些表面基团的存在，为纳米金刚石在介质中分散提供了可能。机械研磨或高能剪切等机械作用、不同的表面活性剂复配或者新型的超分散剂化学改性、并辅之于超声或高速搅拌、然后添加聚合物分散稳定剂增大空间位阻，有望将纳米金刚石分散于油相或水相介质中，通过添加抗静电剂、抗氧防腐剂等添加剂，制得分散稳定的纳米
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作者简介
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靳洪允（１９８０年８月一），河北省泊头市，中国地质大学（武汉）
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材料科学与化学工程学院博士在读，主要从事金刚石超硬材料、无机材料合成、硅材料应用研究。
侯书恩，武汉市中国地质大学材料科学与化学工程学院。
Ｅ—ｍａｊｌ：ｊｉＩｌｌｌｏｎｇ”ｎ１９８０＠１２６．ｃｏｍ或８ｈｅｎｈ伽＠ｃｕｇ．ｅｄｕ．ｃｎ
收稿日期：２００７一０２一０８
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（编辑ｊ张慧）
（上接第６６页）
’
（１）该方法在硬脆材料切割方面是一种切实可行的高效的加工方法，具有材料去除率高、加工质量好、经济性好等特点；
（２）该加工方法与相同条件下的普通锯切相比，切割Ｚｍ：陶瓷材料去除率平均提高了近３倍；
（３）该加工方法与相同条件下的普通锯切相比，其表面粗糙度由Ｒ。１．３～１．５斗ｍ降低至Ｒ。０．７—０．８斗ｍ；而且表面无明显的切削条纹。
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Ａｎｄｅ瑚ｎ
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Ｒ．Ｈ诎印ｅｅｄ锄ｄ
Ｕ１妇・ｐｒ∞ｉｓｉｏｎｃｕｔｔｉｎｇ耐ｔＩＩ谢Ｉ＇ｅｓ删ｉｎ
作者简介
８ｉｎ宙ｅｍａｄ［Ｊ］．ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭ∞ｕｆａｃｔｕｒｅ，１９９０，５６（６）：１０５２—１０５７．
３
张辽远，男，１９６２年生，在读博士，沈阳理工大学教授，主要从事精密特种加工技术的研究与教学工作。
收稿日期：２００７一０４一１３
Ｋｏｊｉ啪．Ｍｕｌ印ｌｅ
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（编辑：王琴）
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纳米金刚石抛光液制备及应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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DIAMOND & ABRASIVES ENGINEERING2007(3)1次
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jgsymlmjgc200703018.aspx
２００７年６月总第１５９期第３期
金刚石与磨料磨具工程Ｄｉ锄ｏｎｄ＆ＡｂｒａｓｉｖｅｓＥｎ西ｎｅｅｒｉｎｇ
Ｊｕｎｅ．２０（）７
Ｓｅｒｉａｌ．１５９Ｎｏ．３
文章编号：１００６—８５２Ｘ（２００７）０３—００６７—０５
纳米金刚石抛光液制备及应用＋
靳洪允侯书恩杨晓光
（中国地质大学材料科学与化学工程学院，湖北武汉４３００７４）
摘要随着光电信息产业的迅猛发展，纳米金刚石抛光液成为了超精密抛光领域的研究热点。本文首先总结了国内外专家、学者关于纳米金刚石微粉在水性和油性介质中的分散方面的一些研究工作，对微粉在介质中的分散、稳定机理进行了初步的探讨；并对纳米金刚石抛光液的制备以及抛光液在半导体硅片、计算机硬盘基片、计算机磁头、光纤连接器以及其它材料的表面超精密抛光应用进行了综述。水基纳米金刚石抛光液可能是未来抛光液的发展方向。关键词纳米金刚石抛光液；分散；应用
中图分类号ＴＱｌ６４
文献标识码Ａ
Ｐｒｅｐａ髓ｔｉ仙ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏ璐ｏｆ
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ｈｏｔｓｐｏｔｉｎ１１１ｔｒａ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ叫ｉｓｈｉｎｇａｒｅａ。Ｆｉｒ８吐ｙ，８伽ｅ８ｃｈｏｌ躺７ｍ∞ａｒｃｈａｂｏｕｔｎ明ｏ・ｄｉ舢ｏｎｄｄｉｓｐｅ瑙ｉｏｎｉｎｗａｔｅｒ明ｄｏｉｌｍｅｄｉ岫ｗ舾蛐姗撕ｚｅｄｉｎｔｌｌｉｓｐ叩哪明ｄｍｅｄｉ叩ｅ瑙ｉｎｇ蚰ｄ８ｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｍｅｃ｝啪ｉ８ｍｗｅ陀ｄｉｓｃｕｓ舱ｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｌｙ．ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｐｍｐ哪士ｉｏｎ
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ｈａｒｄｄｉｓｋｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｍａ彤地ｔｉｃｈｅａｄｉ矧ｂｅｒｃｏ肌ｅｃｔｏ璃ａｎｄｓｏｍｅｏｔｌＩｅｒｍ砒ｅｒｉａｌ８．Ｉｔｃ柏ｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｈａｔ
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随计算机工业的发展，特别是随着计算机磁盘存储密度的迅速提高，磁盘与磁头间隙已趋近于１０ｎｍ，磁头和磁盘的表面粗糙度、划痕和杂质粒子均会对计算机磁盘造成致命的危害，微米级抛光液已不能适应计算机磁盘与磁头抛光的发展要求ｕ。５１；光纤连接器是现代光通讯系统的基本元件，为了保证光纤连接器有良好的传输性能，其端面以及连接器插针必须进行精密抛光，要求变质层厚度和粗糙度均达到纳米级［６］，为此迫切需要开发新的抛光产品以及抛光工艺。以提高加工表面的精度。
光洁度极高的表面。．研究０７‘到认为纳米金刚石在超精抛光领域具有良好的应用前景。但是，由于纳米金刚石比表面积大、比表面能高、处于热力学不稳定状态，所以在介质中分散稳定性差、容易发生团聚，使其在应用过程中受到很大程度的制约¨引。
欧美俄等国开展纳米金刚石研究较早，在纳米金刚石抛光液的制备方面也走在了前列。美国、英国、德国、日本等国家具备了纳米金刚石抛光液的生产能力，美国Ｅｎ酉ｓ公司是世界上最著名的抛光产品供应企业，美国ＡＵ公司可以提供水性以及油性抛光液，日本企业可以提供抛光液、抛光膏等各类抛光产品。国内在抛光液制备领域的研究刚刚起步，技术水平与国外相比还有一定的差距。
纳米金刚石兼具有金刚石和纳米颗粒的双重特
性，具有超硬特性、多孔表面、高比表面积以及球形形状等特点，用这种金刚石粉制成的研磨液，可以抛光出
・武汉市科技攻关项目（编号：２００６１００２０７９）
６８
金刚石与磨料磨具工程
总第１５９期
作者所在课题组研究了纳米金刚石在水ｔ乙醇、白油以及研磨油等介质中的分散状况以及稳定性，继而进行了纳米金刚石用作计算机硬盘、光纤连接器端面、光纤连接器插针等抛光材料的应用研究。在广州某光
纤连接器生产企业进行了光纤连接器端面、插针抛光
张栋ｕ副使用硅烷偶联剂ＫＨ一５７０和高聚物ＪＱ一
３表面改性过的纳米金刚石，以超声作为分散手段，将其分散在乙醇中，得到了平均粒径５１．７ｎｍ的胶体溶液。两种高聚物分散剂的复配使用，可以明显提高纳米金刚石在乙醇中的分散性和稳定性，为油性抛光液的制备奠定了基础。许向阳等¨９。、胡志孟等Ｍｏ分别研究了纳米金刚石团聚体在白油介质中的解聚与分散方法。他们认为聚氧乙烯类非离子表面活性剂能够有效地把纳米金刚石分散于油中，分散剂的端基能牢固锚固在纳米金刚石表面的活性基，如羟基和羧基或含氮活性物质上，使纳米金刚石表面亲油，而聚氧乙烯基是
一庞大的亲水基团，它象一巨大的屏障膜，使纳米金刚
的实际应用试验，结果表明，由我们自行研制的纳米金刚石抛光液，能消除连接器表面的划痕，大大改善了端面及插针的表面光洁度，其抛光性能与美国、日本同类金刚石抛光液性能相当，在光纤连接器抛光领域有望取代国外进口纳米金刚石抛光液。本文将从纳米金刚石的分散和纳米金刚石抛光液的应用两个方面进行综
述。
１纳米金刚石分散
纳米金刚石抛光液制备的关键技术就是纳米金刚石在介质中的长期稳定分散，前人在纳米金刚石分散
方面做了大量有意义的工作。１．１水性介质分散
石颗粒在油中相互弹开，削弱颗粒问的相互作用能，阻止了纳米颗粒的重新团聚，从而实现了纳米金刚石在油性介质中的稳定分散。
２抛光液应用
纳米金刚石抛光液以其优异的性能广泛应用于半
Ｃｈｉｇａｎｏｖａ¨川用饱和Ａｌｃｌ，水溶液加热处理纳米金刚石粉，制得的悬浮液中纳米金刚石的二次粒度为上
百个纳米。Ａｇｉｂａｌｏｖａ
Ｌ
导体硅片抛光、计算机硬盘基片抛光、计算机磁头抛光、光纤连接器抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。
２．１半导体硅片抛光
ＧＥ（ＧｅｎｅｒａｌＥ１ｅｃｔｒｉｃ）公司于２００１年制备了一种用于化学机械抛光硅片的水性抛光液Ⅲｊ。抛光液分
Ｖ等¨２ｏ在水中通过超声能量
分散纳米金刚石粉，所得悬浮液中团聚体的粒度在
３００
ｎｍ左右。陈鹏万等ｕ到曾尝试采用水＋磷酸钠、乙
醇、明胶水溶液＋碳酸钠等介质对纳米金刚石粉进行分散研究。许向阳等¨４３在机械力作用的同时，加入无机电解质、表面活性剂等物质使纳米金刚石粉可以稳定分散于水介质中。于雁武¨叫等对纳米金刚石在水中分散做了有益的尝试。Ｅ．Ｄ．Ｅｉｄｅｌｍａｎ等¨５ｏ制备了
一种黑色、高粘度、稳定的纳米金刚石悬浮液，浓度为
为一次液和二次液，一次液呈微酸性，起到化学腐蚀的作用，二次碱性抛光液用来抛光硅片。韩国三星电子
公司（Ｓａｍｓｕｎｇ
ＥｌｅｃｔｒｏＩｌｉｃｓ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）于２００３年公开
了一种水性化学机械抛光用的抛光液和一种抛光工
艺旧１Ｊ，他们在悬浮液里面通过添加氧化剂和一到两种
０．２％。他们研究了悬浮液中粒子的结构、光吸收性能以及悬浮液的粘度。徐康等¨刮提出了一个石墨化一
氧化法，对纳米金刚石进行解团聚，取得了有益的结
钝化剂制成抛光液，磨料选择氧化锆、氧化硅、氧化铝或者氧化铈。韩国三星电子公司（Ｓ锄ｓｕｎｇＥｌｅｃ咖前ｃｓ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）于２００５年又公开了一种水性化学机械抛
果。他们用碘氢酸处理经过石墨化一氧化的产物，使９０％以上纳米金刚石团聚体的尺寸减少到３０ｎｍ以
下。
光用的抛光液制备专利，此专利通过添加高去除率的组分实现了高选择性、高效抛光旧引。Ｔ．Ｋｕｒｏｂｅ【２纠将水基纳米金刚石应用于硅片抛光，用海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、表面活性剂以及去离子水配置抛光液，制备了悬浮稳定的抛光液。Ｔ．Ｋｕｍｂｅ对超分散纳米金刚石抛光硅片进行了研究，并对干法抛光和用抛光液湿法抛光进行了对比；于法抛光使硅片表面粗糙度Ｒ。从
１０７
许向阳等¨刊对纳米金刚石在水介质中的稳定分散工艺及其机理进行了探索研究。认为采用机械化学处理对纳米金刚石进行表面改性，利用高剪切搅拌、高能超声、振动磨等机械力与聚合物表面活性剂的协同效应，在有效地粉碎纳米金刚石团聚体的同时，对纳米金刚石表面尤其是粉碎过程中新生成的表面进行改性，调节颗粒表面亲水疏水性能，实现纳米金刚石在介质中的稳定分散。
１．２油性介质分散
ｎｍ降到４ｎｍ。使用水基纳米金刚石抛光液进行
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃ２００２
湿法抛光，抛光效率更高，并且得到硅片的表面粗糙度更小，达到了２ｎｍ。美国Ｍｉｃｍｎ
年开发了一种微电子基片表面平坦化用的抛光液并将
其应用于表面抛光Ⅲ』，他们认为维持抛光液的胡在
第３期靳洪允等：纳米金刚石抛光液制备及应用
一个恒定的值对于抛光比较有利，所用的润湿剂包括在烷烃的矿物油中，调节ｐＨ６～８，用于磁头表面进行一类胺盐或者异丙醇。日本某企业（ｓｈｏｗａ
Ｄｅｎｋｏ
最终或中间抛光，还可用于对表面粗糙度要求达到亚
Ｋａｂｕｓｈｉｌ【ｉ
Ｋａｉｓｈａ）于２００４年公开了一项用于半导体抛
纳米量级的金属或非金属表面进行中间或最终抛光。
光的抛光液的组成ⅢＪ，包括氧化铈微粒或者纳米金刚龚艳玲等∞４１对中等粒度纳米金刚石悬浮液用于磁头石磨料、鳌合剂。ＹｕｊｉＨｏｒｉｅ等Ⅲ１制备了一种磁盘基抛光工艺进行了研究，结果表明，纳米金刚石颗粒越片抛光液，将爆炸合成的２～２０ｎｍ的单晶和５０—２００细，抛光表面粗糙度越小，但是二者并不构成简单的线ｎｍ的多晶，分散到含有乙二醇复合物、高级脂肪酸氨性关系；悬浮液的分散稳定性很大程度上影响了表面的水性介质中。
划痕，抛光液的稳定分散是首要的。
２．２计算机硬盘基片抛光
２．４光纤连接器抛光
雒建斌等旧刊公开了一种用于硬盘基片抛光浆料光纤连接器在光通信系统、光信息处理系统、光学的制备工艺；制备的抛光浆料中添加了水溶性润滑剂，仪器仪表中被广泛使用。对于广泛使用的Ｐｃ型连接
主要为脂肪酸聚氧乙烯醚磷酸脂、脂肪胺聚氧乙烯醚器，要求加工后端面的几何精度为：圆弧半径一２０
磷酸脂、脂肪酸多元醇脂的混合物。采用抛光浆料对ｍｍ，圆弧顶点偏心≤５０仙ｍ，光纤与插芯端面粗糙度
存储器硬盘基片进行抛光，可以降低存储器硬盘基片Ｒ。≤５０
ｎｍ，光纤端面相对于插芯端面的凹陷量≤５０
表面的粗糙度和波纹度，使得平均波纹度和平均粗糙ｎｍ［３卜３６］。因此必须对其端面以及插针进行超精抛光度均小于ｏ．７Ａ，可并有效地消除凹坑、突起、划痕、抛加工。
光条痕等表面缺陷，并能进行高速抛光。
２０世纪８０年代，Ｋａｒａｋｉ等口’７１和Ｋａｄａ等∞副开始朱永伟等晗引公开了一种水基纳米金刚石抛光液了光纤连接器端面的超精抛光加＿士研究，分别设计出及其制造方法，通过向去离子水中加入纳米金刚石、改最初的研磨设备和相应的研磨工艺。在Ｈｕａｎｇ性剂、分散剂／超分散剂、ｐＨ调节剂、润湿剂、具有化学等［３９’删的研究中，由于采用了较新的工艺设备和方作用的添加剂，通过超声或者搅拌将纳米金刚石分散
法，加工效果有了进一步改善。刘琚等Ｈｕ通过跟踪记成２０～１００ｎｍ的小团聚体，制成抛光液，用于各类光
录研磨数据和研磨质量的指标，找出了一套最佳的研电子晶体、计算机硬盘基片、光学元器件及铜连接的半磨工艺，从而生产出了高质量的光纤连接器。杨福导体集成电路等的超精密抛光，用于硅片抛光，表面粗兴ｍ３对陶瓷插芯微内孔研磨的要求进行了探讨并设糙度达到了Ｏ．２１４ｎｍ。雷红等旧』对计算机硬盘基片计了相应的研磨装置，通过研磨实验研究，进一步探讨的亚纳米级化学机械抛光技术进行了研究，结果表明，陶瓷微内孔研磨的机理，并研发出了相应的高效高精抛光后表面的波纹度（ｗｅ）、粗糙度（Ｒ。）以及材料去工艺装备。李新和等口卜蚓将超声能引入光纤连接器除量很大程度上取决于抛光液中磨粒的粒径、磨粒的端面的加工工艺中，探索了超声波在光纤连接器的端形貌和氧化剂的浓度等因素。面抛光中的作用，找出了最佳的工艺参数，获得了很好２．３计算机磁头抛光
的加工质量和效率。
马江波等∞０，３１３公开了一种用于存储器硬盘磁头２．５其它材料的抛光
背面研磨的研磨液的制备方法，组分包括十到十三个Ｒｏｎａｌｄ
Ｆ旧１制备了一种水性纳米金刚石抛光液，
碳的烷烃矿物油、十五个碳的油性剂、金刚石单晶微通过三乙醇胺调节ｐＨ值后，用来抛光氧化铝工件，这粉、抗氧化防腐剂、非离子表面活性剂、消泡剂和抗静种抛光液使得被加工工件表面更容易清洗。藤村忠电剂。将该抛光剂用于磁头背面抛光，研磨后无表面正Ⅲ１公开了专利“分散稳定性能优良的金刚石水性悬划痕、表面残余应力低、表面粗糙度为Ｏ．３～ｏ．４
ｎｍ。
浮液、含有该金刚石的金属膜及其制品”，用于抛光硬雒建斌等口２１公开了纳米级抛光液及其制备方法的发质合金等材料。提出了含有超微金刚石粉系列性能稳明专利，以轻质量白油为介质，加入非离子表面活性定的悬浮液的制备方法，包括对不同ｐＨ范围的抛光剂、抗静电剂、净洗剂以及ｐＨ调节剂制备了稳定性较液进行了研究。周海∽ｏ通过对蓝宝石磨削、研磨、抛好的纳米金刚石抛光液，除了应用于计算机磁头之外，光工艺中设备、工具、辅料、清洗、环境等方面的改进，还可以应用于光学器件和陶瓷等高精度表面研磨和抛使蓝宝石成品的缺角不良品率由６％降至０．５％，表光之用。高峰等１３３０公开了一种存储器磁头表面抛光面质量亦明显提高。
组合物和抛光工艺。工艺选用纳米金刚石、氧化铈ｊ氧金刚石是金相试样制备的最佳磨料之一，它适用化铝、氧化锆、氧化钛等的混合物作为磨料，将其分散
于金相试样的磨光与抛光。纳米金刚石抛光液还用于
７０
金刚石与磨料磨具工程
技研究与发展，２０００，２２（１），３９—４６．
总第１５９期
高级光学玻璃、晶体、宝石表面的超高精度的抛光加
工。
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９．
３展望
纳米金刚石抛光液分为水基和油基抛光液。由于水基抛光液具有绿色、环保的特点，而且在抛光过程中具有散热快的优点，适于高速抛光，国内外对其的制备和应用进行了大量的研究，已经取得了很多成果。但是目前在一些特殊条件下，尤其是超精抛光领域，选用油基纳米金刚石抛光液将大大降低表面粗糙度。不过水基抛光液将是未来发展的方向。
但是无论水基还是油基的抛光液，制备的关键都是纳米金刚石在介质中的长期、稳定分散。纳米金刚
石较小的尺寸、极大的比表面积、较高的表面能、表面
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缺少邻近的配位原子，导致颗粒表面存在大量的不饱和键，彼此之间极易产生自发团聚现象，形成二次粒子。纳米金刚石表面吸附有含氧活性基团，羟基、羧基、羰基、醚基、酯基等，这些含氧活性基团和含氮活性物质可与许多有机化合物反应或吸附，这些表面基团的存在，为纳米金刚石在介质中分散提供了可能。机械研磨或高能剪切等机械作用、不同的表面活性剂复配或者新型的超分散剂化学改性、并辅之于超声或高速搅拌、然后添加聚合物分散稳定剂增大空间位阻，有望将纳米金刚石分散于油相或水相介质中，通过添加抗静电剂、抗氧防腐剂等添加剂，制得分散稳定的纳米
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作者简介
ａ
ｌ，岫ｋｉ
Ｄ
Ｔ，Ｓａｉｔ叫Ｔ，ＷａｔａＩＩａｂｅＪ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ０ｆ
ｎｅｗ
靳洪允（１９８０年８月一），河北省泊头市，中国地质大学（武汉）
肌ｔｏｍａｔｉｃｐｍｃｅｓｓｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｆｂｒｏｐｔｉｃａｌＦｉｂｒｅｃｏ肌ｅｃｔｏｒｅｎｄｓ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ．Ｊｐｎ．Ｓ０ｃ．ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇ．１９８８，２２（２），２１６—２２２．
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材料科学与化学工程学院博士在读，主要从事金刚石超硬材料、无机材料合成、硅材料应用研究。
侯书恩，武汉市中国地质大学材料科学与化学工程学院。
Ｅ—ｍａｊｌ：ｊｉＩｌｌｌｏｎｇ”ｎ１９８０＠１２６．ｃｏｍ或８ｈｅｎｈ伽＠ｃｕｇ．ｅｄｕ．ｃｎ
收稿日期：２００７一０２一０８
Ｆａ¨ｃ“０ｎ
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ｏｐｔｉｃａｌＤｅ“ｃｅ
ｅＩｌｄ＆ｅｓ［Ｊ］．ｐｒｏｃ．
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Ｈｕ如ｇＨ，ＣｈｅｎＷＫ，ＹｉｎＬ，ｅｆａＩ．Ｍｉｃｍ／Ｍｅｓｏ
Ｇｒｉｎｄｉｎｇ０ｆＦｉｂｅｒ０ｐｔｉｃ
Ｕ１妇‰ｃｉｓｉｏｎ
ｃｏｎｎｅｃｔｏ瑙［Ｊ］．ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎ西ｎｅｅｒｉｎｇ．２００４，２８
（编辑ｊ张慧）
（上接第６６页）
’
（１）该方法在硬脆材料切割方面是一种切实可行的高效的加工方法，具有材料去除率高、加工质量好、经济性好等特点；
（２）该加工方法与相同条件下的普通锯切相比，切割Ｚｍ：陶瓷材料去除率平均提高了近３倍；
（３）该加工方法与相同条件下的普通锯切相比，其表面粗糙度由Ｒ。１．３～１．５斗ｍ降低至Ｒ。０．７—０．８斗ｍ；而且表面无明显的切削条纹。
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ｐａｎ
Ｗ，甜．嘲曲瑚ｉ＂ｄｉ蛐叽ｄ
ｗｉ糟ｔ吼ｓｉ伽Ｉ
ｗｉ弛
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Ｉ：ｌｈ）∞髓Ⅱ瑚ｉ矧ｎｇ锄ｄ
ｆ酗ｅ．１ＩｌｔｅｎＩｍ洲
Ｍ∽ｌｌｉ鹏’Ｉ引８锄ｄＭ柚ｕ蠡ＩｃｔＩ鼢［Ｊ］，２∞３，４３（５）２５９—２６３
ＣｋＩ【聊，ｓｈｉｌＩ＾Ｊ，ＨａｌｄｉｎＣＷｅｔａｌ．Ｆｉｘｅｄａｂ嗍ｉｖｅｄｉ嬲啪ｄｗｉｌｅ
Ｉｎ∞ｈｉＩｌｉｌｌｇ
ｐａｒｔⅡ：ｈ∞嘲姗ｉｔｉｏ它ｉｌＩｇ舳ｄ
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ｔｅ抛ｉ帆ｆｂ∞ｅ［Ｊ］．
ＩＩｌｔ唧“佃ｌ
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Ａｎｄｅ瑚ｎ
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Ｒ．Ｈ诎印ｅｅｄ锄ｄ
Ｕ１妇・ｐｒ∞ｉｓｉｏｎｃｕｔｔｉｎｇ耐ｔＩＩ谢Ｉ＇ｅｓ删ｉｎ
作者简介
８ｉｎ宙ｅｍａｄ［Ｊ］．ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭ∞ｕｆａｃｔｕｒｅ，１９９０，５６（６）：１０５２—１０５７．
３
张辽远，男，１９６２年生，在读博士，沈阳理工大学教授，主要从事精密特种加工技术的研究与教学工作。
收稿日期：２００７一０４一１３
Ｋｏｊｉ啪．Ｍｕｌ印ｌｅ
５２：２２８～２３０．ＡＩｌｌ【ｅｒ
ｗｉｒｅ∞ｗｃｕｍｎｇｄｅｖｉｃｅ［Ａ］．ｓｕｎＩｉｔ抽ｏ
ｓｅａｒｃｈ，１９９３，
４
Ａ．Ｄｉ姗ｏｎｄ晰ｌｉｎｇ
Ｓａｗｆｏｒｍａｃｈｉｎｉｎｇ
ｇｌａ８ｓ姗ｄｎａｔｕ蹦８幻ｎｅ
［Ｊ］．ＩＤＲ，１９９９，５９（４）：２８７—２９０．
５
Ｒｕ聃Ｐ，Ｂｕｅｂ
（编辑：王琴）
Ａ．Ｄｉａｎｍｎｄ试ｒｅ∞ｌｖ鹤ｃｕ啦ｎｇｃｈａｌｌ朗ｇｅ［Ｊ］．ＩＤＲ，１９９７，
纳米金刚石抛光液制备及应用
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
靳洪允， 侯书恩， 杨晓光， Jin Hongyun， Hou Shuen， Yang Xiaoguang中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北,武汉,430074金刚石与磨料磨具工程
DIAMOND & ABRASIVES ENGINEERING2007(3)1次
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引证文献(1条)
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