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。
