阅读说明：本技术 一种制备大粒径硅溶胶的方法 (Method for preparing large-particle-size silica sol ) 是由 王军强 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种制备大粒径硅溶胶的方法,包括以下步骤：将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜,加入碱溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8,将温度控制在100-120℃,加热25至30h后,当pH值小于10.3时,加入碱溶液并将pH控制维持在9.8至10.3,直到得到粒径为100-120nm的硅溶胶溶液,同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变。硅溶胶合成过程中pH值的控制,对合成后的硅溶胶的抛光速率影响至关重要,将pH值控制在9.8-10.3时,其抛光速率比不控制pH的工艺提高22.3％,抛光速率比pH控制在9.3-9.8的工艺提高34.5％,因此,控制pH在9.8-10.3能有效提高其抛光速率。(The invention discloses a method for preparing large-particle-size silica sol, which comprises the following steps of: adding a seed crystal solution with the concentration of 10 wt% into a reaction kettle, adding an alkali solution to control the pH value of the solution to be 11.2-11.8, controlling the temperature to be 100-120 ℃, heating for 25-30 h, adding the alkali solution and controlling the pH value to be 9.8-10.3 when the pH value is less than 10.3 until a silica sol solution with the particle size of 100-120nm is obtained, and simultaneously introducing the seed crystal solution with the concentration of 10 wt% to keep the liquid level unchanged. The pH value is controlled in the process of synthesizing the silica sol, the influence on the polishing rate of the synthesized silica sol is crucial, when the pH value is controlled to be 9.8-10.3, the polishing rate is improved by 22.3 percent compared with the process without controlling the pH value, and the polishing rate is improved by 34.5 percent compared with the process with controlling the pH value to be 9.3-9.8, so that the polishing rate can be effectively improved by controlling the pH value to be 9.8-10.3.)

一种制备大粒径硅溶胶的方法

技术领域

本发明涉及精细抛光的技术领域，特别涉及一种制备大粒径硅溶胶的方法。

背景技术

目前抛光液产品主要以单分散的氧化硅作为磨料，而传统的氧化硅磨料有两种：烧结氧化硅和胶体氧化硅。烧结氧化硅抛光速率快但是被抛光材料表面质量差，划伤严重；胶体氧化硅表面质量好但是抛光速率慢。如何提高胶体氧化硅的抛光速率，是CMP抛光液面临的一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备大粒径硅溶胶的方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

本发明提供的一种制备大粒径硅溶胶的方法，包括以下步骤：

将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜，加入碱溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8，将温度控制在100-120℃，加热25至30h后，当pH值小于10.3时，加入碱溶液并将pH控制维持在9.8至10.3，直到得到粒径为100-120nm的硅溶胶溶液，同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变。

在一些实施方式中，硅溶胶溶液的固含量为35％-45％。

在一些实施方式中，晶种溶液通过以下步骤得到：

将活性硅酸加入反应釜，加入碱溶液使得溶液pH值控制在9至11，将浓度为1g/L至3g/L的氯化钙溶液加入反应釜中，加热至100-120℃，水蒸气开始蒸发时，向上述溶液继续加入活性硅酸，活性硅酸的流速使得液面维持不变，直到得到粒径为20至30nm的晶种溶液。

在一些实施方式中，活性硅酸的浓度为3％至5％。

在一些实施方式中，碱溶液为KOH或NaOH。

在一些实施方式中，加热方式为水蒸气加热。

附图说明

图1为实施例1的pH值变化图；

图2为对比例1的pH值变化图；

图3为对比例2的pH值变化图；

图4为对比例3的pH值变化图；

图5为实施例1和对比例1、2抛光速率统计图。

具体实施方式

下面通过实施方式对本发明进行进一步详细的说明。

实施案例1：

A1、将活性硅酸加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11左右，将浓度为约2g/L的氯化钙溶液加入反应釜中，加热至约110℃，水蒸气开始蒸发时，向上述溶液继续加入活性硅酸，活性硅酸的流速使得液面维持不变，直到得到粒径为约20至30nm的晶种溶液；

A2、将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8，将温度控制在约110℃，加热25h左右后，当pH值小于10.3时，加入5wt％浓度的KOH溶液并将pH控制维持在9.8至10.3，直到得到粒径为100-120nm的硅溶胶溶液，同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变；

其中，具体pH的变化如图1所示。

对比例1：

B1、将活性硅酸加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11左右，将浓度为约2g/L的氯化钙溶液加入反应釜中，加热至约110℃，水蒸气开始蒸发时，向上述溶液继续加入活性硅酸，活性硅酸的流速使得液面维持不变，直到得到粒径为约20至30nm的晶种溶液；

B2、将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8，将温度控制在约110℃，加热60左右后，直到得到粒径为100-120nm的硅溶胶溶液，同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变；

其中，具体pH的变化如图2所示。

对比例2：

C1、将活性硅酸加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11左右，将浓度为约2g/L的氯化钙溶液加入反应釜中，加热至约110℃，水蒸气开始蒸发时，向上述溶液继续加入活性硅酸，活性硅酸的流速使得液面维持不变，直到得到粒径为约20至30nm的晶种溶液；

C2、将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8，将温度控制在约110℃，加热50h左右后，当pH值小于9.8时，加入5wt％浓度的KOH溶液并将pH控制维持在9.3至9.8，直到得到粒径为100-120nm的硅溶胶溶液，同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变；

其中，具体pH的变化如图3所示。

对比例3：

D1、将活性硅酸加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11左右，将浓度为约2g/L的氯化钙溶液加入反应釜中，加热至约110℃，水蒸气开始蒸发时，向上述溶液继续加入活性硅酸，活性硅酸的流速使得液面维持不变，直到得到粒径为约20至30nm的晶种溶液；

D2、将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8，将温度控制在约110℃，加热15h左右后，当pH值小于10.8时，加入5wt％浓度的KOH溶液并将pH控制维持在10.3至10.8，同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变；

其中，具体pH的变化如图4所示。

对比例3将pH控制在10.3至10.8，硅溶胶粒径无法长到100-120nm。

对比例4：

E1、将活性硅酸加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11左右，加热至约110℃，水蒸气开始蒸发时，向上述溶液继续加入活性硅酸，活性硅酸的流速使得液面维持不变，直到得到粒径为约20至30nm的晶种溶液；

E2、将浓度为10wt％的晶种溶液加入反应釜，加入5wt％浓度的KOH溶液使得溶液pH值控制在11.2至11.8，将温度控制在约110℃，加热25h左右后，当pH值小于10.3时，加入5wt％浓度的KOH溶液并将pH控制维持在9.8至10.3，直到得到粒径为100-120nm的硅溶胶溶液，同时通入浓度为10wt％的晶种溶液使得液面维持不变。

抛光实验：

抛光实验条件：采用兰州瑞德实业型号为X62485-2的抛光机进行抛光试验，抛光工件为C-向蓝宝石基片，下盘转速为63RPM，上盘转速为60RPM，选用天津海伦的抛光垫，其表面为聚氨酯材料。

1#实验：对比例1得到的硅溶胶进行抛光实验；

2#实验：实施例1得到的硅溶胶进行抛光实验；

3#实验：对比例2得到的硅溶胶进行抛光实验；

4#实验：对比例3得到的硅溶胶进行抛光实验；

5#实验：对比例4得到的硅溶胶进行抛光实验。

实验结果如下表所示：

如图5所示：

实施例1(2#实验)中的合成过程中pH值控制在9.8-10.3时，抛光速率比1#实验工艺提高22.3％，3#实验工艺提高34.5％。但是4#实验中，如果pH值过高时，合成过程中硅溶胶粒径无法达到要求。

实施例1(2#实验)中的合成的硅溶胶(晶种加入氯化钙溶液)的抛光速率比比5#实验中合成的硅溶胶(晶种不加氯化钙溶液)的抛光速率提高23.5％，可能是由于引入引入Ca离子以后，由于引入新的核，使得到的晶种的硬度更高，后续得到的硅溶胶的物理磨削力更强。

因此，硅溶胶合成过程中pH值的控制，对合成后的硅溶胶的抛光速率影响至关重要，将pH值控制在9.8-10.3时，其抛光速率比不控制pH的工艺提高22.3％，抛光速率比pH控制在9.3-9.8的工艺提高34.5％，控制pH在9.8-10.3能有效提高其抛光速率。

以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。