随着科学技术的发展，晶体材料的使用愈加广泛和重要，因此晶体材料的开发、加工及应用普遍受到人们的重视。其中，蓝宝石是用途最广泛的晶体材料之一，不仅有良好的物理和化学性能，同时也具有优异的光学性能——主要表现在可透过蓝宝石的光的波长范围广，且由于透光率高，光能损失少，可增强信号的精确性。

蓝宝石的应用领域

但为了将蓝宝石的光学性能发挥出来，它本身必须要高质量低损伤——尤其在高精尖领域中，很多厂商都要求晶体表层一定要达到超过光滑表面的技术指标，粗糙度需低于1纳米，晶体表面没有任何的损坏和划痕，因此对蓝宝石的精密抛光与超精密抛光的挑战不可谓不大。

氧化铝在蓝宝石抛光领域的应用

相对于其他抛光技术来说，目前化学机械抛光技术（CMP）是唯一可以实现全局化精细抛光的工艺。在抛光过程中，浆料可与蓝宝石单晶片发生化学反应生成一种硬度低于蓝宝石的物质，磨料与该物质进行机械摩擦进移除，消除不平整的部位，抛光后的蓝宝石粗糙度低，表面质量高，符合“大面积、高质量”的要求。

CMP示意图

抛光浆料一般由磨料、腐蚀介质等成分组成，这些磨料主要起机械研磨作用，但部分磨料同时也能起到与蓝宝石表面发生化学反应的作用。目前被广泛应用在蓝宝石CMP中的抛光酱料主要有二氧化硅抛光浆料、α-氧化铝抛光酱料、二氧化铈抛光浆料、氧化镁抛光浆料等。

其中，氧化铝磨料的硬度与蓝宝石（莫氏硬度为9）接近，在对蓝宝石抛光过程中的材料去除速率较高，因而逐渐成为抛光蓝宝石的热门磨料之一。不过，虽然有明显优势，但由于氧化铝自身性质，以其为磨料配制的抛光浆料并不稳定易团聚，容易造成蓝宝石表面划痕严重、平整度降低，如何克服氧化铝系抛光浆料稳定性成为当下研究热点。

氧化铝抛光浆料的稳定性研究

氧化铝抛光液属于不稳定的溶胶分散体系，磨料在水中极易受静电力等作用发生团聚，导致浆料中出现分层现象。团聚后的磨料会对蓝宝石造成大划痕，造成抛光质量降低，所以氧化铝抛光浆料的分散稳定技术被广泛研究。

目前广泛应用的分散方法有三种，分别为对氧化铝表面进用偶联剂改性、改变氧化铝的Zeta电位提高抛光浆料的稳定性、制备氧化铝的复合磨料。

①偶联剂作为表面改性剂得到广泛应用，其中硅烷偶联剂对纳米氧化铝的表面改性比较具有代表性。雷红等采用接枝聚合法制备了Al₂O₃-g-聚丙烯酰胺复合粒子和Al₂O₃-g-聚苯乙烯磺胺复合粒子，成功的将有机物接枝到氧化铝表面，形成氧化铝为核有机物为壳的核壳结构。

②改变氧化铝的Zeta电位也可明显提高氧化铝抛光浆料的分散稳定性，孔德玉等将氧化铝粉体分散于水中和1.125wt%的硅溶胶中检测稳定性，结果表明分散在硅溶胶中的氧化铝稳定性较分散于水中的Zeta电位由-18mv降低至-28mv，体系稳定性明显提高。

③通过对氧化铝的无机掺杂，掺杂后的氧化铝磨料不仅使氧化铝的粒径分布变窄，分散性变好，也使得其抛光性能改善。Fisher等研究了用5-25nm不同粒径的SiO₂颗粒包覆在250nm的氧化铝颗粒表面，结果表明，改性后的氧化铝Zeta电位的绝对值变大，抛光浆料的分散稳定性提高。

带点胶粒之间的存在引力斥能和斥力势能

电解质的加入主要影响斥力势能，适当调节电解质浓度，可以得到相对稳定的胶体

另外，用于蓝宝石抛光的纳米α-Al₂O₃粉体也需具备颗粒分布窄、粒径小、α相转晶完全、尺寸稳定性好等特点，否则“硬度大但均匀性差”的浆料很容易导致抛光表面划伤严重，难以保证抛光材料的表面平整度，因此在制备工艺上也需要多加注意，目前可制备α-纳米氧化铝的工艺有气相法、固相法和液相法等。

资料来源：

氧化铝磨料制备、抛光浆料稳定性及其抛光性能的研究，张曼。

蓝宝石精密磨削及化学机械抛光研究，王绍臣。

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