本發(fā)明屬于超精密加工和功能化微乳液合成的交叉應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用于KDP晶體的油包酸性離子液體拋光液。
背景技術(shù)：
：磷酸二氫鉀（KDP）晶體是20世紀40年代發(fā)展起來的一種非常優(yōu)良的光學(xué)晶體，是目前唯一可用于ICF、強激光武器等光路系統(tǒng)的激光倍頻、電光調(diào)制和光電開關(guān)器件的非線性光學(xué)材料。工程應(yīng)用中對KDP晶體的表面質(zhì)量要求極高，如超光滑、無表面缺陷、無應(yīng)力殘余和無雜質(zhì)殘留等，近乎材料加工的極限。然而，KDP晶體材料本身具有軟脆、易潮解、對溫度變化敏感以及各向異性等特點，被公認為最難加工的光學(xué)元件之一。對于KDP晶體這類軟脆材料，獲得超光滑表面非常困難。目前國內(nèi)外工程應(yīng)用中比較成熟的超精密加工方法主要是單點金剛石飛切（SPDT）技術(shù)和磁流變拋光技術(shù)（MRF），美國LLNL實驗室和我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位在該領(lǐng)域已取得一些成果。但是，采用SPDT技術(shù)加工KDP晶體，會在晶體表面產(chǎn)生周期性小尺度波紋（飛切刀紋）和亞表面損傷，在高功率激光作用下容易產(chǎn)生損傷和破壞。MRF雖然能夠消減SPDT技術(shù)產(chǎn)生的小尺度波紋，但是會在晶體表面產(chǎn)生鐵粉等微納顆粒的嵌入現(xiàn)象，另外，晶體表面磁流變殘夜的清洗也是目前的一大難題。發(fā)展針對KDP等軟脆易潮解晶體的新型超光滑、低損傷、低缺陷的“軟拋光”技術(shù)勢在必行。化學(xué)機械拋光是一種在半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)非常成熟的表面拋光技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)工件全尺寸范圍內(nèi)的平坦化，在制備超光滑表面方面存在技術(shù)優(yōu)勢。在化學(xué)機械拋光中，拋光液是整個技術(shù)工藝的核心之一，其物理化學(xué)性質(zhì)決定著化學(xué)機械拋光的精密水平，如果選用傳統(tǒng)的拋光液，會造成KDP晶體表面霧化或損傷。目前針對KDP等軟脆易潮解晶體的化學(xué)機械拋光，主要采用基于油包水（W/O）微乳液的潮解拋光原理和基于有機酸/堿的化學(xué)腐蝕拋光。中國專利文獻庫公開的名稱為“一種用于軟脆易潮解晶體的非水基無磨料拋光液”的專利，專利號為CN00910010268.2，該專利選用醇或酯作為油相，高碳脂肪醇聚氧乙烯醚等非離子表面活性劑作為表面活性物質(zhì)，制備了油包水的微乳液。該微乳液將潮解作用縮小到納米級別，用于KDP晶體的拋光，可以實現(xiàn)晶體表面的選擇性均勻去除。但是由于水對KDP晶體的潮解作用強度很大，拋光時晶體表面潮解微區(qū)的去除率是不可控的，很容易在表面產(chǎn)生小的腐蝕坑，拋光去除精細程度低?；谖⑷橐旱某苯鈷伖庠淼姆椒ㄈ毕荩饕獨w因為：（1）W/O微乳液中水核尺寸雖為納米級別，但是每個水核對KDP晶體的潮解作用強度是不可控的，而且在CMP過程中，由于機械作用的參與，會進一步擴大微區(qū)內(nèi)的潮解作用強度，最終會導(dǎo)致化學(xué)機械去除精度難以控制，去除率只能控制在百納米級別，KDP晶體表面容易產(chǎn)生腐蝕坑，精密加工難以實現(xiàn)。（2）潮解作用在KDP晶體晶體表面形成KDP水溶液，由于KDP水溶液在有機溶劑（油相）中的溶解度很低，不可避免的會在KDP晶體表面產(chǎn)生殘留并再結(jié)晶，導(dǎo)致表面殘留KDP微晶，影響表面質(zhì)量。中國專利文獻庫公開的名稱為“軟脆易潮解晶體化學(xué)機械拋光用無水無磨料拋光液”的專利，專利號為CN102660198A，該專利制備了一種由有機腐蝕劑、有機腐蝕抑制劑、表面活性劑、有機pH值調(diào)節(jié)劑以及有機溶劑組成的無水無顆粒型拋光液，避免了潮解拋光的晶體表面開裂等問題。但是采用組合物方式的拋光液，存在靜態(tài)腐蝕作用，且拋光時對表面位點的選擇性差，直接影響了最終的拋光質(zhì)量。對于基于有機酸/堿的化學(xué)腐蝕拋光，必須進一步降低拋光液對KDP晶體的靜態(tài)腐蝕以及提高拋光液的高選擇性。從以上分析可知，化學(xué)機械拋光技術(shù)在理論上有望實現(xiàn)KDP晶體的超光滑、超潔凈表面加工目標，但是目前基于微乳液的潮解拋光理論和有機酸/堿的化學(xué)腐蝕拋光理論均存在著難以克服的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于KDP晶體的油包酸性離子液體拋光液。本發(fā)明的用于KDP晶體的油包酸性離子液體拋光液，其特點是：所述的拋光液各組分的質(zhì)量百分比為：油相：25%~60%；分散相溶劑：10%~15%；酸性離子液體：5%~15%；表面活性劑：15%~45%；助表面活性劑：5%~15%。所述的油相為非極性有機溶劑，環(huán)己烷、正己烷、單油酸甘油酯、三油酸甘油酯或三辛酸甘油酯中的一種。所述的分散相溶劑為乙醇、異丙醇或1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Hmim]PF6）中的一種。所述的酸性離子液體為雙三氟甲磺酰亞胺（TFSI）、己內(nèi)酰胺磷酸鹽（[NHCH]H2PO4）、N,N′-二甲基甲酰胺磷酸鹽（[DMFH]H2PO4）、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽（[Bmim]HSO4）或吡啶硫酸氫鹽（[Py]HSO4）中的一種。所述的表面活性劑為壬基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種。所述的助表面活性劑為正丁醇、正戊醇、正己醇、或正辛醇中的一種。所述的拋光液的制備環(huán)境溫度為20℃~25℃，相對濕度為30%~50%，氣壓為常壓。本發(fā)明的拋光液為油包酸性離子液體微乳液，綜合考慮了KDP晶體的反應(yīng)特性和化學(xué)機械拋光技術(shù)的特點，克服了當(dāng)前KDP晶體潮解拋光用油包水微乳液和有機酸/堿化學(xué)腐蝕拋光液的缺陷和不足，同時兼具了微乳液潮解拋光的高選擇性和有機酸/堿腐蝕拋光的完全無水特點，是一種更先進的拋光液。本發(fā)明通過對活性成分酸性離子液體進行包覆，并結(jié)合化學(xué)機械拋光的多場耦合機制，以界面上化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制為基本出發(fā)點，對酸性離子液體的釋放、界面作用形式和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)進行界面調(diào)控，使微區(qū)內(nèi)的去除反應(yīng)更加精確可控，拋光后KDP晶體表面殘留的有機溶液，通過相匹配的有機溶劑即可實現(xiàn)KDP晶體表面清潔，不會對KDP晶體表面造成二次損傷，最終實現(xiàn)了KDP晶體的逐點可控去除。具體實施方式下面結(jié)合實施例詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明的用于KDP晶體的油包酸性離子液體拋光液，各組分的質(zhì)量百分比為：油相：25%~60%；分散相溶劑：10%~15%；酸性離子液體：5%~15%；表面活性劑：15%~45%；助表面活性劑：5%~15%。所述的油相為非極性有機溶劑，環(huán)己烷、正己烷、單油酸甘油酯、三油酸甘油酯或三辛酸甘油酯中的一種。所述的分散相溶劑為乙醇、異丙醇或1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[Hmim]PF6）中的一種。所述的酸性離子液體為雙三氟甲磺酰亞胺（TFSI）、己內(nèi)酰胺磷酸鹽（[NHCH]H2PO4）、N,N′-二甲基甲酰胺磷酸鹽（[DMFH]H2PO4）、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽（[Bmim]HSO4）、）或吡啶硫酸氫鹽（[Py]HSO4）中的一種。所述的表面活性劑為壬基酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種。所述的助表面活性劑為正丁醇、正戊醇、正己醇或正辛醇的一種。所述的拋光液的制備環(huán)境溫度為20℃~25℃，相對濕度為30%~50%，氣壓為常壓。本發(fā)明的拋光液為油包酸性離子液體微乳液，以油相、酸性離子液體、表面活性劑和助表面活性劑的準三元相圖為技術(shù)手段，通過相圖繪制，獲得油包酸性離子液體的單相微乳液區(qū)域。在單相微乳液區(qū)篩選不同配比的拋光液，利用化學(xué)機械拋機光實現(xiàn)拋光液對KDP晶體的拋光加工。實施例1本實施例按照以下步驟實施：（1）初始表面的獲得：以單點金剛石飛切的35mm×35mm的KDP晶體為待拋光晶體；（2）油包酸性離子液體微乳液的制備：油相為環(huán)己烷，分散相溶劑為異丙醇，酸性離子液體為雙三氟甲磺酰亞胺（TFSI），表面活性劑為聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX-100），助表面活性劑為正辛醇；制備時，將TFSI與異丙醇混合均勻，逐滴加入到正己烷、TritonX-100和正辛醇的混合溶液中，其中各組分的質(zhì)量百分比為45:10:5:32:8，該微乳液標記為A拋光液；（3）化學(xué)機械拋光實驗：采用化學(xué)機械拋光機，進行KDP晶體的拋光實驗，其中A拋光液的滴加速度為10ml/min，拋光壓力為2.5KPa，主盤轉(zhuǎn)速60rpm，持物環(huán)轉(zhuǎn)速為60rpm，拋光時間10min。（4）拋光后清洗：依次采用異丙醇、正己烷作為清洗液，輔助兆聲波進行拋光后的清洗，然后用潔凈干燥氣體吹干。在該拋光條件下，拋光并完成清洗后，樣品的表面粗糙度為1.96nm。實施例2本實施例按照以下步驟實施：（1）初始表面的獲得：以單點金剛石飛切的35mm×35mm的KDP晶體為待拋光晶體；（2）油包酸性離子液體微乳液的制備：油相為環(huán)己烷，分散相溶劑為[Hmim]PF6，酸性離子液體為己內(nèi)酰胺磷酸鹽（[NHCH]H2PO4），表面活性劑為聚乙二醇辛基苯基醚（TritonX-100），助表面活性劑為正己醇；制備時，將己內(nèi)酰胺磷酸鹽與乙醇混合均勻，逐滴加入到環(huán)己烷、聚乙二醇辛基苯基醚和正己醇的混合溶液中，其中各組份的質(zhì)量百分比為50:10:5:30:5，該微乳液標記為B拋光液；（3）化學(xué)機械拋光實驗：采用化學(xué)機械拋光機，進行KDP晶體的拋光實驗，其中B拋光液的滴加速度為10ml/min，拋光壓力為2.5KPa，主盤轉(zhuǎn)速60rpm，持物環(huán)轉(zhuǎn)速為60rpm，拋光時間10min。（4）拋光后清洗：依次采用異丙醇、正己烷作為清洗液，輔助兆聲波進行拋光后的清洗，然后用潔凈干燥氣體吹干。在該拋光條件下，拋光并完成清洗后，樣品的表面粗糙度為2.18nm。其余實施例與實施例1和實施例2的實施方式基本相同，主要區(qū)別在于微乳液的配方不同；在拋光過程中，拋光液滴加速度、拋光壓力、主盤轉(zhuǎn)速、持物環(huán)轉(zhuǎn)速保持不變。具體的實施例實驗結(jié)果匯總在表1中。表1.IL/O拋光液組成及拋光實驗結(jié)果實施例實施例油相分散相溶劑AIL表面活性劑助表面活性劑各組分質(zhì)量百分比拋光后粗糙度3環(huán)己烷異丙醇TFSITritonX-100正辛醇45:10:5:30:102.064環(huán)己烷異丙醇TFSITritonX-100正辛醇45:15:5:30:51.735環(huán)己烷異丙醇TFSITritonX-100正辛醇40:10:5:30:151.856正己烷乙醇[NHCH]H2PO4TritonX-114正己醇50:15:5:24:62.187正己烷乙醇[NHCH]H2PO4TritonX-114正己醇45:20:5:24:62.238正己烷乙醇[NHCH]H2PO4TritonX-114正己醇35:30:5:24:62.479單油酸甘油酯[Hmim]PF6[DMFH]H2PO4TritonX-114正丁醇30:15:15:32:82.0410單油酸甘油酯[Hmim]PF6[DMFH]H2PO4TritonX-114正丁醇30:20:10:32:81.8211單油酸甘油酯[Hmim]PF6[DMFH]H2PO4TritonX-114正丁醇30:25:5:32:81.9612三油酸甘油酯異丙醇[Bmim]HSO4TritonX-100正辛醇30:10:5:45:102.2913三油酸甘油酯異丙醇[Bmim]HSO4TritonX-100正辛醇30:10:5:40:152.5814三油酸甘油酯異丙醇[Bmim]HSO4TritonX-100正辛醇30:10:5:35:202.8715三辛酸甘油酯乙醇[Py]HSO4TritonX-100正戊醇60:5:5:24:63.1516三辛酸甘油酯乙醇[Py]HSO4TritonX-100正戊醇40:15:5:32:82.7217三辛酸甘油酯乙醇[Py]HSO4TritonX-100正戊醇35:20:5:32:82.31以上施例的描述較為具體、詳細，但不能因此理解為對本專利范圍的限制，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3