專利名稱：拋光組合物和拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬、塑料、玻璃或類似材料的精密拋光-修飾的拋光組合物和拋光方法。更確切地說，本發(fā)明涉及用于安裝在計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器中的磁盤的拋光組合物和拋光方法。本發(fā)明拋光組合物的應(yīng)用是非常有利的，因?yàn)榭梢愿邟伖馑俾蕭伖忮冇欣鏝i-P的鋁制磁盤的表面，并且提供沒有形成表面缺陷的高質(zhì)量鏡面精加工表面。
背景技術(shù)：
已通過減少硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁盤與磁頭間的間隙(即浮動(dòng)高度)提高了磁盤的記錄密度。近年來，為了應(yīng)對(duì)磁記錄密度急劇提高和直徑急劇下降的趨勢(shì)，對(duì)具有高質(zhì)量加工表面的磁盤存在著持續(xù)不斷的需求。為了滿足這種需求，已經(jīng)獲得了多種技術(shù)進(jìn)展。
近來，隨著記錄密度由現(xiàn)行的40GB迅速提高到60乃至80GB，對(duì)拋光劑提出了嚴(yán)格的要求。這些要求是多樣化的，并且包括高拋光速率、降低表面粗糙度、無表面缺陷(微凹陷、微突起和微劃痕)、全面或局部減少波紋、防止邊緣表面被切掉、防止磨料粒粘附在盤表面、防止盤表面被污染以及優(yōu)異的可洗性。
關(guān)于上述拋光組合物，通常提出了多種拋光組合物，它們達(dá)到了高拋光速率并且提供了高質(zhì)量的盤表面。
例如，為了保持高拋光速率(這是拋光過程中最重要的特征之一)，并獲得能夠抵抗與拋光有關(guān)的劃痕和表面缺陷(如劃痕、凹陷和突起)的高質(zhì)量拋光表面，日本專利JP-62-25187-A(美國專利4,705,566)公開了氮化鋁和多種無機(jī)酸及其鹽作為拋光促進(jìn)劑，用作拋光組合物的添加劑。已經(jīng)提出了多種基于例如葡糖酸、乳酸(兩者均公開于JP-02-84485-A(美國專利4,915,710))的有機(jī)酸和在隨后出版物中公開的有機(jī)酸的蝕刻劑，這種蝕刻劑能夠有效降低被拋光表面的粗糙度，從而滿足提高表面精度的要求。此外，關(guān)于以高效率有效獲得沒有表面缺陷的高質(zhì)量拋光表面的前述拋光組合物，JP-01-188262-A(美國專利4,956,015)提議了一種包含勃姆石氧化鋁溶膠或膠體氧化鋁的拋光組合物，JP 02-158683-A公開一種包含勃姆石和有機(jī)酸銨鹽的拋光組合物。此外，已經(jīng)提出了螯合化合物(美國專利5,366,542)作為拋光促進(jìn)劑。勃姆石溶膠和膠體氧化鋁還具有表面改性劑的功能。dub-off的防止是一種表面改性，JP-2002-167575-A(美國專利6,645,051)公開了羥基聚合物，如聚環(huán)氧乙烷聚環(huán)氧丙烷烷基醚，作為dub-off防止劑。
與此同時(shí)，已經(jīng)建議使用各種晶體形式的氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋯和二氧化硅作為磨料粒。其中，主要使用α-氧化鋁作為磨料粒。在JP-2002-30273-A(美國專利2001-051746-A1)中，提出了α-氧化鋁、中間氧化鋁和dub-off防止劑的混合物。
但是，在迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)硬件領(lǐng)域，一直迫切地需要具有更高質(zhì)量加工表面的磁盤，以便進(jìn)一步提高記錄密度。目前，還從未獲得在總體評(píng)價(jià)上滿足上述所有質(zhì)量要求(例如速率、表面質(zhì)量和dub-off)的拋光組合物。
如上所述，為了提高記錄密度，必須滿足下述條件優(yōu)異的磁盤光滑度和平直度，較小的表面粗造度，且不存在凹陷、突起、劃痕、波紋和在磁盤周邊產(chǎn)生的dub-off。為了獲得這種高質(zhì)量的加工，需要更優(yōu)異的拋光組合物。
為了滿足上述需要，本發(fā)明的目的是提供一種下述拋光組合物提供沒有表面缺陷的高質(zhì)量拋光表面，同時(shí)維持高拋光速率。
發(fā)明概要本發(fā)明的要點(diǎn)在于能夠達(dá)到上述目的的拋光組合物，其包含水、磨料粒、拋光促進(jìn)劑、羧基數(shù)(n)為20-300的聚羧酸鹽或其衍生物(下文又稱作“拋光助劑”)，并進(jìn)一步任選地包含細(xì)碎晶體粉末(下文中又稱作“輔助性磨料粒”)以及表面改性劑。因此，本發(fā)明提供了下述各方面(1)一種拋光組合物，其包含水、磨料粒、拋光促進(jìn)劑和羧基數(shù)(n)為20-300的聚羧酸鹽或其衍生物。
(2)如上述第(1)項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨料粒具有的平均初級(jí)晶體大小在0.1-5μm范圍內(nèi)。
(3)如上述第(1)或(2)項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨料粒具有的平均次級(jí)粒子大小在0.3-5μm范圍內(nèi)。
(4)如上述第(1)-(3)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中磨料粒的含量為1-35質(zhì)量％。
(5)如上述第(1)-(4)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨料粒是選自由氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳和氧化鐵組成的組的至少一種。
(6)如上述第(1)-(4)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨料粒包含α-氧化鋁。
(7)如上述第(1)-(6)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述拋光促進(jìn)劑包含選自由有機(jī)酸、無機(jī)酸鹽、有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽的組合、有機(jī)酸與無機(jī)酸鹽的組合、由鋁鹽形成的溶膠產(chǎn)物和有機(jī)膦酸螯形化合物組成的組的至少一種。
(8)根據(jù)上述第(7)項(xiàng)所述的拋光組合物，其以0.01-10質(zhì)量％的量包含有機(jī)酸、無機(jī)酸鹽、有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽的組合或有機(jī)酸與無機(jī)酸鹽的組合。
(9)根據(jù)上述第(7)或(8)項(xiàng)所述的拋光組合物，其以至少0.003質(zhì)量％的量包含有機(jī)酸。
(10)根據(jù)上述第(7)項(xiàng)所述的拋光組合物，其以0.01-5質(zhì)量％的量包含由鋁鹽形成的溶膠產(chǎn)物。
(11)根據(jù)上述第(7)項(xiàng)所述的拋光組合物，其以0.01-5質(zhì)量％的量包含有機(jī)膦酸螯形化合物。
(12)如上述第(1)-(11)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述聚羧酸鹽或其衍生物是聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽或其衍生物。
(13)如上述第(1)-(12)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其以0.01-5質(zhì)量％的量包含聚羧酸鹽或其衍生物。
(14)如上述第(1)-(13)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其還包含初級(jí)晶體大小為0.005μm-0.07μm的細(xì)碎晶體粉末。
(15)如上述第(14)項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述細(xì)碎晶體粉末的平均次級(jí)粒子大小為0.05-8μm。
(16)如上述第(14)或(15)項(xiàng)所述的拋光組合物，其以0.1-20質(zhì)量％的量包含所述細(xì)碎晶體粉末。
(17)如上述第(14)-(16)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述細(xì)碎晶體粉末為至少一種選自由下列氧化鋁組成的組的氧化鋁通過銨礬法、銨片鈉鋁石法、使用金屬鋁作為原料的鋁醇鹽法、或火花放電形成的高純氧化鋁；火成氧化鋁；和/或由勃姆石/假勃姆石/三羥鋁石形成的氧化鋁。
(18)如上述第(1)-(17)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述細(xì)碎晶體粉末是與所述磨料粒相同的材料。
(19)如上述第(1)-(18)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中還包含表面改性劑。
(20)如上述第(19)項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述表面改性劑選自包含屬于元素周期表第5或第6族非金屬元素的無機(jī)酸、羥丙基纖維素和羥烷基烷基纖維素的至少一種。
(21)如上述第(19)或(20)項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述表面改性劑包含選自氨基磺酸、磷酸、硝酸、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素和乙基羥乙基纖維素的至少一種。
(22)根據(jù)上述第(20)或(21)所述的拋光組合物，其以0.001-2質(zhì)量％的量包含羥烷基烷基纖維素。
(23)如上述第(1)-(22)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其pH值在2-6范圍內(nèi)。
(24)一種通過稀釋形成上述第(1)-(23)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物的組合物。
(25)一種利用上述第(24)項(xiàng)所述的較高濃度的組合物運(yùn)輸或儲(chǔ)存拋光組合物的方法。
(26)一種拋光基底的方法，其包括利用上述第(1)-(23)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物拋光基底。
(27)一種生產(chǎn)如上述第(1)-(23)項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述拋光組合物的方法，其包括制備濃度高于所述拋光組合物的組合物，并在用于拋光之前稀釋該組合物。
(28)一種生產(chǎn)基底的方法，該方法使用在上述第(26)或(27)項(xiàng)中所述的方法。
附圖的簡要說明

圖1是用于說明測(cè)量dub-off量的示意圖。在該圖中，符號(hào)S代表在盤外圍附近的曲線，它是使用表面粗度儀描繪的；h代表與盤的圓周末端接觸的垂直線；A代表所述曲線上離垂線h 3,000μm的點(diǎn)；B代表所述曲線上離垂線h 2,000μm的點(diǎn)；C代表在通過點(diǎn)A和B的直線上的點(diǎn)，其離垂線h 500μm；k代表通過點(diǎn)C的垂線；D代表垂線k與曲線S相交的點(diǎn)；t代表點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的長度(dub-off量)。
實(shí)施本發(fā)明的模式在本發(fā)明拋光組合物中使用的磨料粒是氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳、氧化鐵或類似化合物。其中，特別優(yōu)選使用氧化鋁。
對(duì)用于本發(fā)明組合物的氧化鋁的晶體形式(例如α、θ或γ)沒有特殊限制。但是，為了取得高拋光速率，優(yōu)選使用α-氧化鋁作為基礎(chǔ)磨料粒。另外，包括很少孔隙的致密晶體結(jié)構(gòu)和較小的初級(jí)晶體大小是優(yōu)選的，只要這種粉末能維持拋光性能即可。平均初級(jí)晶體大小優(yōu)選在0.1-5μm范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在0.1-0.5μm范圍內(nèi)，其中強(qiáng)度和密度都是滿意的。平均次級(jí)粒子大小在0.3-5μm范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.5-3μm范圍內(nèi)。所述氧化鋁含量應(yīng)在1-35質(zhì)量％范圍內(nèi)，優(yōu)選5-30質(zhì)量％。
氧化鋁可通過在適當(dāng)?shù)臒茰囟认聼凭哂行〉钠骄Ｗ哟笮〉募?xì)碎晶體粉末氫氧化鋁(三水鋁石或三羥鋁石)、或在適當(dāng)燒制溫度下燒制能夠在燒制后提供具有很少孔隙的致密晶體結(jié)構(gòu)的氫氧化鋁(例如，勃姆石或假勃姆石)制得。具體地，由于晶體水含量較低，勃姆石型氫氧化鋁的燒制產(chǎn)物提供了比三水鋁石型氫氧化鋁的燒制產(chǎn)物更致密的晶體結(jié)構(gòu)，從而提高了拋光速率。從經(jīng)濟(jì)方面看，初級(jí)晶體大小為0.5μm或更小且比表面積(BET值)為至少6m2/g-約15m2/g的三水鋁石型α-氧化鋁是特別優(yōu)選的。
初級(jí)晶體大小可由對(duì)掃描電子顯微鏡(SEM)照片進(jìn)行數(shù)據(jù)分析獲得的平均值確定，平均次級(jí)粒子大小可通過激光衍射散射粒度分析儀(例如，SHIMADZU SALD-2000J)、激光多普勒散射粒度分析儀(Microtrac UPA)或類似設(shè)備測(cè)量獲得。
本發(fā)明拋光組合物的特征在于包含拋光助劑。對(duì)于拋光助劑，使用每分子具有的羧基數(shù)(n)為20-300的聚羧酸鹽或其衍生物。所述拋光助劑用作機(jī)械拋光促進(jìn)劑，從而提高拋光速率并防止dub-off。
用作拋光助劑的聚羧酸鹽或其衍生物的實(shí)例包括聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽和它們的衍生物。優(yōu)選用于形成聚羧酸鹽的堿性組分實(shí)例包括銨和堿性金屬(如鈉和鉀)。衍生物鹽的實(shí)例包括(甲基)丙烯酸-另一種羧酸、(甲基)丙烯酸-磺酸、(甲基)丙烯酸-馬來酸的共聚物或酯聚合物的鹽或類似衍生物。
在本說明中提及的衍生物的實(shí)例包括丙烯酸-羧酸、丙烯酸-磺酸或丙烯酸-馬來酸的共聚物和酯聚合物。
特別地，羧基數(shù)(n)優(yōu)選為20-300，更優(yōu)選為60-120。當(dāng)羧基數(shù)(n)太小時(shí)，不能獲得提高拋光速率并防止dub-off的效果，反之，當(dāng)羧基數(shù)(n)過大時(shí)，拋光組合物漿液的粘度增大，從而干擾了它的去除，損害了其性能，例如增加了dub-off。
拋光助劑提高了包含在漿液狀拋光組合物中的磨料粒的性能。也就是說，拋光助劑增強(qiáng)了該漿液的線形成性能，并使磨料粒分散于該漿液，以防止磨料粒因聚集而粗化。拋光助劑調(diào)節(jié)了與基底拋光面直接接觸的磨料粒的性能，從而促進(jìn)了機(jī)械拋光作用。結(jié)果，磨料粒的拋光性能得到顯著增強(qiáng)。另外，已肯定拋光助劑不會(huì)對(duì)拋光表面產(chǎn)生不利影響。因而，可以顯著提高的拋光速率拋光鍍有例如Ni-P的鋁磁盤基底的表面，并且可以獲得高質(zhì)量的拋光表面，即沒有表面缺陷且具有高表面精度并減少了dub-off和波紋的表面。
為了提高拋光速率，拋光助劑的添加量為0.01-5質(zhì)量％，優(yōu)選0.1-3質(zhì)量％，更優(yōu)選0.3-2質(zhì)量％。添加量過少和過多都不能獲得拋光助劑的作用。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，拋光組合物可以使用細(xì)碎晶體粉末作為輔助性磨料粒。該細(xì)碎晶體粉末可以由與前述磨料粒相同或不同的材料形成。但是，更優(yōu)選相同材料，特別優(yōu)選氧化鋁。
當(dāng)使用氧化鋁作為細(xì)碎晶體粉末時(shí)，對(duì)于晶體形式(例如α、θ或γ)沒有特殊限制。但是，為了與前述基礎(chǔ)磨料粒結(jié)合調(diào)節(jié)表面粗糙度和表面質(zhì)量，優(yōu)選容易粉碎從而形成初級(jí)晶體大小水平的顆粒的氧化鋁種類。初級(jí)晶體大小優(yōu)選在0.005μm-0.07μm范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在0.01-0.05μm范圍內(nèi)。晶體形式優(yōu)選為α、θ、κ、δ和γ，其中θ、δ和γ更優(yōu)選。比表面積(BET值)優(yōu)選為20-250m2/g，特別優(yōu)選60-100m2uu/g。平均次級(jí)粒子大小在0.05-8μm范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.5-5μm范圍內(nèi)。氧化鋁含量在0.1-20質(zhì)量％范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.5-10質(zhì)量％范圍內(nèi)。
初級(jí)晶體大小D由顆粒密度ρ和利用BET比表面積儀(例如SHIMADZU FlowSorb II)測(cè)定的比表面積S按照下述等式確定(D[μm]＝6/(ρ[g/cm3]×S[m2/g]))。
平均次級(jí)粒子大小可通過利用前述激光衍射散射粒度分析儀(例如，SHIMADZU SALD-2000J)、激光多普勒散射粒度分析儀(Microtrac UPA)或類似設(shè)備測(cè)量確定。
細(xì)碎晶體粉末與前述磨料粒組合可以提高拋光速率。另外，通過加入細(xì)碎晶體粉末，可以獲得具有小表面粗糙度和很少表面缺陷的高質(zhì)量拋光表面。
特別優(yōu)選的細(xì)碎氧化鋁晶體粉末實(shí)例包括高純氧化鋁產(chǎn)物，如UA系列(昭和電工株式會(huì)社產(chǎn)品，通過銨礬法獲得)，Baikalox CR系列，TM系列(Taimei ChemicalsCo.，Ltd.產(chǎn)品，通過銨片鈉鋁石法獲得)，AKP系列(Sumitomo Chemical Co.，Ltd.產(chǎn)品，通過以鋁為原料的鋁醇鹽法獲得)，R、RA、RG、RK級(jí)氧化鋁(Iwatani Kagaku產(chǎn)品，通過火花放電方法獲得)；火成氧化鋁產(chǎn)物，例如UFA系列(昭和電工株式會(huì)社產(chǎn)品)和Nippon Aerosil Co.，Ltd.產(chǎn)品；和通過燒制勃姆石型或三羥鋁石型氫氧化鋁獲得的衍生氧化鋁產(chǎn)品，例如Sasol產(chǎn)品、Alcoa Kasei Ltd.產(chǎn)品和versal氧化鋁(UOP產(chǎn)品)。
包含在漿液狀拋光組合物中的輔助性磨料粒提高了磨料粒拋光性能。也就是說，通過將具有細(xì)小粒度的輔助性磨料粒加入磨料粒，所述輔助性磨料粒直接在拋光表面發(fā)揮作用，從而顯著增強(qiáng)了拋光作用。另外，被拋光表面的質(zhì)量不會(huì)受到不利影響。
所述輔助性磨料?？尚诺淖饔帽徽J(rèn)為如下。通常，磨料粒通過在拋光基底時(shí)攪動(dòng)磨料粒而提供機(jī)械能在拋光表面上發(fā)揮作用。因此，這限制了磨料粒直徑，使其不能減小到微小水平。因而，磨料粒本身的大小相對(duì)于拋光表面的粗糙度必須較大。
與磨料粒不同，輔助性磨料粒具有小得多的粒度。因此，輔助性磨料粒本身具有低動(dòng)能，形成較小的拋光作用力。但是，由于它們的顆粒半徑較小，因而認(rèn)為輔助性磨料粒對(duì)拋光表面提供鋒利的拋光作用。
換言之，可信的作用可能如下。當(dāng)用作輔助性磨料粒的細(xì)碎晶體磨料介入拋光表面與磨料粒之間時(shí)，細(xì)碎晶體磨料粒與磨料粒相互作用。例如，通過與磨料粒碰撞或受到磨料粒的壓力，磨料粒的動(dòng)能傳遞給了細(xì)碎晶體磨料粒。結(jié)果，輔助性磨料粒直接將機(jī)械能施加到拋光表面，從而提供鋒利的拋光作用。
為了使輔助性磨料粒滿意地支持磨料粒，優(yōu)選對(duì)介入拋光表面與磨料粒之間的輔助性磨料粒的量加以限制。當(dāng)所述輔助性磨料粒以過分大的量存在時(shí)，輔助性磨料粒吸收并分散磨料粒的能量，導(dǎo)致拋光減慢。因此，輔助性磨料粒必須在不導(dǎo)致聚集的情況下分散。另外，必須防止磨料粒與輔助性磨料粒聚集。為了使輔助性磨料粒分散，使用拋光助劑支持輔助性磨料粒的拋光作用。
在存在于拋光表面的微小隆起和微槽中，微小隆起受到輔助性磨料粒拋光作用的沖擊，同時(shí)輔助性磨料粒埋入微槽中，覆蓋了拋光表面。這樣就防止了微槽的過度拋光。
根據(jù)本發(fā)明的拋光組合物，可以顯著提高的拋光速率拋光鍍有例如Ni-P的鋁磁盤基底表面，并且可以獲得高質(zhì)量的拋光表面，即沒有表面缺陷且具有高表面精度和減少的dub-off和波紋的表面。
在本發(fā)明拋光組合物中使用的拋光促進(jìn)劑(化學(xué)拋光促進(jìn)劑)可以是有機(jī)酸或無機(jī)酸鹽。
所述有機(jī)酸可以是選自由丙二酸、琥珀酸、己二酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸、氨基乙酸、天冬氨酸、酒石酸、葡糖酸、七葡糖酸(heptogluconicacid)、亞氨基二乙酸和富馬酸組成的組的至少一種。無機(jī)酸鹽可以是選自由硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鎳、硫酸鋁、硫酸銨、硝酸鎳、硝酸鋁、硝酸銨、硝酸鐵、氯化鋁和氨基磺酸鎳組成的組的至少一種。有機(jī)酸含量或無機(jī)酸鹽含量優(yōu)選在0.01-10質(zhì)量％范圍內(nèi)。當(dāng)含量過小時(shí)，拋光促進(jìn)劑的作用較小，反之，如果含量過大，可能產(chǎn)生凹陷和突起，在這種情況下拋光表面的質(zhì)量可能惡化。含量過大還可能不利地影響拋光液的質(zhì)量，例如氧化鋁顆粒聚集。
上述拋光促進(jìn)劑可以是有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽的結(jié)合、有機(jī)酸與無機(jī)酸鹽的結(jié)合或有機(jī)酸、有機(jī)酸鹽與無機(jī)酸鹽組合。
如上所述，有機(jī)酸可以是選自由丙二酸、琥珀酸、己二酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸、氨基乙酸、天冬氨酸、酒石酸、葡萄糖酸、heptogluconic acid、亞氨基二乙酸和富馬酸組成的組的至少一種。所述有機(jī)酸鹽可以是選自由上述有機(jī)酸的鉀鹽、鈉鹽或銨鹽組成的組的至少一種。同樣如上所述，無機(jī)酸鹽可以是選自由硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鎳、硫酸鋁、硫酸銨、硝酸鎳、硝酸鋁、硝酸銨、硝酸鐵、氯化鋁和氨基磺酸鎳組成的組的至少一種。在有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽和/或無機(jī)酸鹽的任意組合中，它們的總量優(yōu)選在全部拋光組合物的0.01-10質(zhì)量％的范圍內(nèi)。在這些組分中，有機(jī)酸更優(yōu)選以至少0.003質(zhì)量％的量混入。在使用組合型拋光促進(jìn)劑的情況下，當(dāng)拋光助劑含量低于0.01質(zhì)量％時(shí)，拋光促進(jìn)劑的效果較差；反之，當(dāng)該含量超過10質(zhì)量％時(shí)，拋光溶液的質(zhì)量可能受到不利影響，例如，氧化鋁顆粒溶液或聚集體的粘度過分增大，并且拋光表面的質(zhì)量可能因產(chǎn)生凹陷和突起而惡化，這些是不利的。特別地，當(dāng)有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽組合使用時(shí)，相同種類的酸組合可獲得更優(yōu)異的拋光特性。
上述拋光促進(jìn)劑可以是由JP-2002-20732(WO02/02712)描述的鋁鹽衍生的溶膠產(chǎn)物。具體地，所述溶膠產(chǎn)物通過高剪切攪拌和使包含任意一種選自無機(jī)酸鋁鹽(如硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁、磷酸鋁和硼酸鋁)和有機(jī)酸鋁鹽(如乙酸鋁、乳酸鋁和硬脂酸鋁)的鋁鹽水合物或無水合物的水溶液與選自下述物質(zhì)的一種混合而產(chǎn)生氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨、有機(jī)胺化合物如烷基胺(例如一甲基胺)和鏈烷醇胺(例如三乙醇胺)、氨基羧酸(如氨基乙酸)、胺螯合物(如亞氨基二乙酸)、氨基羧酸螯合物(如乙二胺四乙酸)、氨基膦酸螯合物(如二亞乙基三胺五亞甲基膦酸和氨基三亞甲基膦酸)。所述溶膠產(chǎn)物以鏈機(jī)理通過使鋁鹽和在與水反應(yīng)時(shí)容易釋放羥基的物質(zhì)(例如氨或胺)、具有端羥基的化合物、具有羥基的化合物(如氫氧化鈉或氫氧化鉀)混合而形成。
由鋁鹽衍生的溶膠產(chǎn)物的量優(yōu)選為全部拋光組合物的0.01-5質(zhì)量％范圍內(nèi)。當(dāng)所述量過小時(shí)，溶膠產(chǎn)物的效果較差；反之，當(dāng)所述量過大時(shí)，可能出現(xiàn)凝膠化并且可能產(chǎn)生表面缺陷，如凹陷和突起。更優(yōu)選地，所述量在0.05-2質(zhì)量％范圍內(nèi)。
上述拋光促進(jìn)劑可以是在日本專利申請(qǐng)公開(kokai)第2001-131535號(hào)中描述的有機(jī)膦酸螯合物。具體地說，所述螯合物是選自由下列化合物組成的組的至少一種二亞乙基三胺五亞甲基膦酸、膦?；⊥槿人?以下縮寫為PBTC)、膦?；u基乙酸、羥乙基二甲基膦酸、氨基三亞甲基膦酸(NTMP)、羥基乙烷二膦酸(HEDP)、乙二胺四亞甲基膦酸、六亞甲基二胺四亞甲基膦酸，以及它們的鹽。
有機(jī)膦酸螯合物的量優(yōu)選在全部拋光組合物的0.01-5質(zhì)量％的范圍內(nèi)。當(dāng)所述量過小時(shí)，提高拋光速率的效果較差；反之，當(dāng)所述量過大時(shí)，可能產(chǎn)生表面缺陷，如凹陷和突起。更優(yōu)選地，所述量在0.05-2質(zhì)量％范圍內(nèi)。
所述拋光組合物可進(jìn)一步包含作為表面改性劑的包含屬于元素周期表第5或6族非金屬元素的無機(jī)酸。包含屬于元素周期表第5或6族非金屬元素的無機(jī)酸的實(shí)例包括氨基磺酸、磷酸和硝酸。以適當(dāng)量加入所述無機(jī)酸，可防止凹陷和突起的產(chǎn)生，從而提高表面質(zhì)量。所述無機(jī)酸的量優(yōu)選在全部拋光組合物0.01-5質(zhì)量％的范圍內(nèi)。過小量和過大量都會(huì)使無機(jī)酸的作用較差。過量可能降低拋光速率。更優(yōu)選地，所述量在0.05-2質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
關(guān)于表面改性劑(dub-off預(yù)防劑)，可以使用在WO 01/23485小冊(cè)子中公開的羥烷基烷基纖維素(以下縮寫為HRRC)。具體地說，所述羥烷基烷基纖維素是選自由羥丙基纖維素(HPC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、羥乙基甲基纖維素和乙基羥乙基纖維素組成的組的至少一種。HRRC的量優(yōu)選在全部拋光組合物0.001-2質(zhì)量％的范圍內(nèi)。當(dāng)所述量太小時(shí)，減少dub-off的效果就差，反之，當(dāng)所述量過大時(shí)，拋光速率可能下降。更優(yōu)選地，所述量在0.01-1質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
除上述添加劑之外，所述拋光組合物可根據(jù)需要進(jìn)一步包含氧化鋁溶膠、表面活性劑、清潔劑、防腐劑、pH調(diào)節(jié)劑、其他纖維素物質(zhì)或表面改性劑。
特別地，上述構(gòu)成本發(fā)明拋光組合物的組分濃度是適合拋光基底的濃度。當(dāng)然，本發(fā)明拋光組合物也可以以高于上述濃度的組分濃度制備，并在使用時(shí)稀釋，使得濃度落入上述范圍內(nèi)。具有較高濃度的拋光組合物優(yōu)選用于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。
為了十分容易地獲得上述特性，拋光組合物優(yōu)選具有2-6的pH。
實(shí)施例下面通過舉例的方式詳細(xì)描述本發(fā)明，但是不應(yīng)理解為本發(fā)明僅限于這些實(shí)施例。任何對(duì)實(shí)施例所作的不偏離本發(fā)明的上述和下述實(shí)質(zhì)的修改都落入本發(fā)明的技術(shù)范圍。
按照下述方式制備各拋光組合物，并根據(jù)拋光性能評(píng)估所述組合物。
拋光組合物I<拋光組合物的制備>
在大氣壓狀態(tài)下于燒制爐中大約1,200℃下加熱氫氧化鋁，從而形成α-氧化鋁。另將仔細(xì)挑選的用作原料的商業(yè)氧化鋁以濕法方式粉碎并分選，從而形成平均次級(jí)粒子大小為0.7μm的氧化鋁基礎(chǔ)材料試樣。另外，通過在適當(dāng)溫度下煅燒高純氧化鋁或用特定方法制備的氫氧化鋁制備細(xì)碎的氧化鋁晶體粉末。通過使鋁鹽與特定化合物(如氨水)混合而制備由鋁鹽衍生的溶膠產(chǎn)物。按照表1和表2所示的組分比例，通過依次稱重、添加和混合下述組分而制備拋光組合物試樣水、氧化鋁、細(xì)碎氧化鋁晶體粉末、拋光促進(jìn)劑(如有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽)、由鋁鹽衍生的溶膠產(chǎn)物、螯合劑、包含第5或6族元素的無機(jī)酸、溶于水的纖維素基表面改性劑和拋光助劑。對(duì)這些試樣進(jìn)行拋光試驗(yàn)。
拋光條件、拋光特征和評(píng)估方法如下所述。
(拋光條件)使用通過化學(xué)鍍鍍有NiP的鋁盤(尺寸3.5英寸)作為要拋光的加工件。在下述條件下對(duì)該盤進(jìn)行拋光試驗(yàn)和評(píng)估。
拋光試驗(yàn)條件-拋光試驗(yàn)設(shè)備9B雙側(cè)拋光機(jī)(System Seiko K.K.產(chǎn)品)-拋光墊H9900S-面板轉(zhuǎn)數(shù)上表面板28rpm，下表面板45rpm，中心齒輪8rpm-漿液供給速率100mL/分鐘-拋光時(shí)間5分鐘-操作壓力80g/cm2(盤的評(píng)估)-拋光速率利用拋光前后盤的重量差別計(jì)算-拋光表面的質(zhì)量；在顯微鏡(Nikon產(chǎn)品，差分干涉類型，×100)下交叉觀察每個(gè)盤表面和背面的表面缺陷(凹陷、突起和劃痕)。當(dāng)沒有觀察到缺陷時(shí)，定為“優(yōu)良”級(jí)別(″A″缺陷總數(shù)為0，″B″缺陷總數(shù)為1-5)，當(dāng)5個(gè)盤的兩面的缺陷總數(shù)為6個(gè)或更多時(shí)定為“劣質(zhì)”級(jí)別。
-表面粗糙度Tencor P-12-dub-off量利用表面粗度儀(型號(hào)SE-30D，Kosaka Kenkyujo產(chǎn)品)測(cè)定。以下參考圖1描述dub-off量的測(cè)定。曲線S是利用表面粗度儀在拋光的硬盤表面邊緣周圍描繪的，并在曲線S的最遠(yuǎn)部分作垂線h。位于該曲線且在朝向該盤中心方向上離垂線h 3,000μm的點(diǎn)以A表示，位于該曲線且朝向該盤中心方向上離垂線h 2,000μm的點(diǎn)以B表示。C代表位于穿過點(diǎn)A和B的直線且離垂線h 500μm的點(diǎn)。通過點(diǎn)C作垂線k。D代表垂線k與曲線S相交的點(diǎn)。點(diǎn)C與點(diǎn)D之間的長度代表dub-off量。
表1和表2給出了本發(fā)明實(shí)施例試樣的拋光試驗(yàn)記錄，表3給出了對(duì)比例試樣的拋光試驗(yàn)記錄。
表1(1/4)

表1(2/4)

表1(3/4)

表1(4/4)

在表1和表2中，A-1和A-3代表由三水鋁石衍生的α-氧化鋁，A-2代表由勃姆石衍生的α-氧化鋁。關(guān)于拋光助劑，PCN代表聚羧酸鈉(羧基數(shù)n＝約100)。PCN 1代表聚羧酸鈉(羧基數(shù)n＝約60)。PAN代表聚丙烯酸鈉(羧基n＝約100)。PAN 1代表聚丙烯酸鈉(羧基數(shù)n＝約60)。PANE代表聚丙烯酸酯鈉(羧基數(shù)n＝約100)。PAA代聚丙烯酸銨(羧基數(shù)n＝約100)。
表2(1/2)


表2(2/2)


在表3中，與表1相似，A-1和A-3代表由三水鋁石衍生的α-氧化鋁。A-2代表由勃姆石衍生的α-氧化鋁。關(guān)于拋光助劑，PAN2代表聚羧酸鈉(羧基數(shù)n＝約500)，PAN3代表聚丙烯酸鈉(羧基n＝約10)。
上述表1顯示了實(shí)施例1-14的試驗(yàn)結(jié)果，其中拋光組合物在本發(fā)明范圍內(nèi)。由表1可清楚地看出，所有這些試樣都產(chǎn)生了在表面缺陷、表面粗糙度、dub-off等方面具有優(yōu)異表面形態(tài)的拋光表面，并且提供了顯著提高的拋光速率。與之對(duì)比，如表2所示，所有不包含所附權(quán)利要求描述的拋光助劑的對(duì)比例1-10的試樣都顯示出較差的拋光速率和較差的表面形態(tài)。
拋光組合物II<拋光組合物的制備>
在大氣壓條件下于燒制爐中大約1,200℃下加熱氫氧化鋁，從而形成α-氧化鋁。另將仔細(xì)挑選的用作原料的商業(yè)氧化鋁以濕法方式粉碎并分選，從而形成具有平均次級(jí)粒子大小0.7μm的氧化鋁基礎(chǔ)材料試樣。另外，通過在適當(dāng)溫度下煅燒高純氧化鋁或用特定方法制備的氫氧化鋁制備細(xì)碎氧化鋁晶體粉末。使鋁鹽與特定化合物(如氨水)混合而制備由鋁鹽衍生的溶膠產(chǎn)物。按照表1至表3所示的組分比例，通過依次稱重、添加和混合下述組分制備拋光組合物試樣水、氧化鋁、細(xì)碎氧化鋁晶體粉末、拋光促進(jìn)劑(如有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽)、由鋁鹽衍生的溶膠產(chǎn)物、螯合劑、包含第5或6族元素的無機(jī)酸、溶于水的纖維素基表面改性劑和拋光助劑。對(duì)這些試樣進(jìn)行拋光試驗(yàn)。
拋光條件、拋光特征和評(píng)估方法與用于拋光組合物I的相同。
表3和表4顯示了本發(fā)明實(shí)施例21-35的拋光試驗(yàn)結(jié)果，表2顯示了對(duì)比例11-16的拋光試驗(yàn)結(jié)果。
表3(1/2)

表3(2/2)

表4(1/2)

表4(2/2)

在表3和表4中，A-1代表由三水鋁石衍生的α-氧化鋁，A-2代表由勃姆石衍生的α-氧化鋁。UAγ和UAα分別代表通過銨釩法生產(chǎn)的γ-氧化鋁和α-氧化鋁(昭和電工株式會(huì)社產(chǎn)品)。CRγ代表通過相同方法生產(chǎn)的γ-氧化鋁(Baikowski產(chǎn)品)。UFA代表火成γ-氧化鋁(昭和電工株式會(huì)社)。AKPγ代表通過鋁醇鹽方法生產(chǎn)的γ-氧化鋁(SumitomoChemical Co.，Ltd.產(chǎn)品)。RG γ代表通過火花放電方法獲得γ-氧化鋁(Iwatani Kagaku)。A-2γ代表通過燒制勃姆石生產(chǎn)的γ-氧化鋁，A-1θγ代表通過燒制三水鋁石生產(chǎn)的θγ-氧化鋁。關(guān)于拋光助劑，PCN代表聚羧酸鈉(羧基數(shù)n＝約100)。PCN1代表聚羧酸鈉(羧基數(shù)n＝約60)。PAN代表聚丙烯酸鈉(羧基數(shù)n＝約100)。PAN1代表聚丙烯酸鈉(羧基數(shù)n＝約60)。PANE代表聚丙烯酯鈉(羧基數(shù)n＝約100)。PAA代表聚丙烯酸銨(羧基數(shù)n＝約100)。
表5(1/2)

表5(2/2)

在表5中，與表1相似，A-1和A-3代表由三水鋁石衍生的α-氧化鋁，A-2代表由勃姆石衍生的α-氧化鋁。關(guān)于拋光助劑，PAN2代表聚丙烯酸鈉(羧基數(shù)n＝約500)。
上述表3和表4顯示了實(shí)施例21-35的試驗(yàn)結(jié)果，其中拋光組合物在本發(fā)明范圍內(nèi)。從表中可清楚地看出，所有這些試樣都產(chǎn)生了在表面缺陷、表面粗糙度、dub-off等方面具有優(yōu)異表面形態(tài)的拋光表面，并且提供了顯著提高的拋光速率。與之對(duì)比，如表3所示，所有不包含細(xì)碎晶體粉末的和拋光助劑的對(duì)比例11-16試樣都顯示出較差的拋光速率和較差的表面形態(tài)。
工業(yè)適用性具有上述組成的本發(fā)明拋光組合物獲得了高拋光速率，并提供了沒有表面缺陷的高質(zhì)量鏡面精加工表面。因此，所述組合物是非常有用的。
權(quán)利要求
1.一種拋光組合物，其包含水、磨料粒、拋光促進(jìn)劑和每分子具有20-300的羧基數(shù)(n)的聚羧酸鹽或其衍生物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光組合物，其中所述磨料粒具有的平均初級(jí)晶體大小在0.1-5μm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋光組合物，其中所述磨料粒具有的平均次級(jí)粒子大小在0.3-5μm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其以1-35質(zhì)量％的量包含所述磨料粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨料粒是選自由氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、二氧化鈰、氧化鈣、氧化鎂、氧化錳和氧化鐵組成的組的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述磨料粒包含α-氧化鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述拋光促進(jìn)劑包含選自由有機(jī)酸、無機(jī)酸鹽、有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽的組合、有機(jī)酸與無機(jī)酸鹽的組合、由鋁鹽形成的溶膠產(chǎn)物和有機(jī)膦酸螯形化合物組成的組的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光組合物，其以0.01-10質(zhì)量％的量包含有機(jī)酸、無機(jī)酸鹽、有機(jī)酸與有機(jī)酸鹽的組合或有機(jī)酸與無機(jī)酸鹽的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的拋光組合物，其以至少0.003質(zhì)量％的量包含有機(jī)酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光組合物，其以0.01-5質(zhì)量％的量包含由鋁鹽形成的溶膠產(chǎn)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光組合物，其以0.01-5質(zhì)量％的量包含有機(jī)膦酸螯形化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述聚羧酸鹽或其衍生物是聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽或其衍生物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其以0.01-5質(zhì)量％的量包含聚羧酸鹽或其衍生物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其還包含初級(jí)晶體大小為0.005μm-0.07μm的細(xì)碎晶體粉末。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的拋光組合物，其中所述細(xì)碎晶體粉末的平均次級(jí)粒子大小為0.05-8μm。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的拋光組合物，其以0.1-20質(zhì)量％的量包含所述細(xì)碎晶體粉末。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述細(xì)碎晶體粉末為至少一種選自由下列氧化鋁組成的組的氧化鋁通過銨礬法、銨片鈉鋁石法、使用金屬鋁作為原料的鋁醇鹽法、或火花放電法形成的高純氧化鋁；火成氧化鋁；和域由勃姆石/假勃姆石/三羥鋁石形成的氧化鋁。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其中所述細(xì)碎晶體粉末是與所述磨料粒的材料相同的材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其進(jìn)一步包含表面改性劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的拋光組合物，其中所述表面改性劑選自包含屬于元素周期表第5或第6族非金屬元素的無機(jī)酸、羥丙基纖維素和羥烷基烷基纖維素中的至少一種。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的拋光組合物，其中所述表面改性劑包含選自氨基磺酸、磷酸、硝酸、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素和乙基羥乙基纖維素中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的拋光組合物，其以0.001-2質(zhì)量％的量包含羥烷基烷基纖維素。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物，其pH值在2-6的范圍內(nèi)。
24.一種通過稀釋形成如權(quán)利要求1-23中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物的組合物。
25.一種利用權(quán)利要求24所述的組合物作為用于運(yùn)輸或儲(chǔ)存的組合物的方法。
26.一種拋光基底的方法，其包括利用權(quán)利要求1-23中任意一項(xiàng)所述的拋光組合物拋光基底。
27.一種生產(chǎn)如權(quán)利要求1-23中任意一項(xiàng)所述拋光組合物的方法，其包括制備濃度高于所述拋光組合物的組合物，并在用于拋光之前稀釋該組合物。
28.一種生產(chǎn)基底的方法，該方法使用在權(quán)利要求26或27中所述的方法。
全文摘要
一種拋光組合物，其包含水、磨料粒、具有拋光促進(jìn)劑的細(xì)碎晶體粉末、為羧基數(shù)(n)為20－300的聚羧酸鹽或其衍生物的表面活性劑、和其他任選的初級(jí)晶體大小在0.005μm－0.07μm范圍和表面改性劑。獲得了高拋光速率和沒有形成表面缺陷的高質(zhì)量鏡面精加工拋光表面。
文檔編號(hào)C09K3/14GK1788061SQ20048001319
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者宮田憲彥, 安藤順一郎, 汲田哲朗, 林良樹 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社, 出口精研工業(yè)株式會(huì)社