化学机械抛光技术若干问题研究

曹应根

（西京学院，陕西 西安 710123）

化学机械抛光技术若干问题研究

曹应根

（西京学院，陕西 西安 710123）

化学机械抛光技术诞生以来，极大地提高了产品表面的质量，使产品生产达到了一个新高度。随着化学学科的发展，更多化学药剂被发现和制造出来，给化学机械抛光技术带来了新的机遇。但同时也有一个最严峻的问题：快速发展的化学工艺及不断扩大的市场和相对垄断的技术手段之间的矛盾难以解决，这种化学机械抛光技术分布不平衡的局面影响了化学机械抛光技术的发展。此外，化学机械抛光工艺复杂、抛光液配置要求高、生产实践难度大，一系列问题的出现都给这一技术的应用和持续发展带来了挑战。

化学机械抛光；工艺原理；问题分析；发展趋势

随着现代社会对产品表面质量要求不断提高，化学机械抛光被广泛研究和重视，这种抛光技术能快速有效地消除材料表面的损伤层，使材料表面全局平坦，提高了产品的表面质量，使其更适合现代人的生产、生活，满足了现代人不同的生产需求和审美需求。

1 化学机械抛光技术的发展和工艺原理

化学机械抛光技术的发展史并不长，却给工业生产带来了翻天覆地的变化，随着20世纪90年代化学机械抛光技术的成熟，这一技术逐渐代替传统的抛光工艺，成为工业生产中最广泛使用的抛光技术，而且，随着科技的发展，化学机械抛光的市场还在不断的迅速增大，这是因为直到现在为止，化学机械抛光仍然是世界上唯一可以全面平化产品表面的精加工技术，这一技术被广泛应用于计算机硬盘加工、集成电路芯片加工、光学玻璃加工、宝石加工等各个方面。化学机械抛光技术的工艺原理很简单，就是利用化学作用和机械作用使产品表面变得光滑、平整，最方便、快捷、高效地去除产品表面因前加工导致的损伤痕迹，实现产品表面的全局平坦化。在生产实践中，人们会用化学方法使材料的表面发生腐蚀，这样就降低材料抛光的难度。然后再利用机械磨削对材料的表面进行打磨，使其表面光洁、平整。这一过程的工艺极为复杂，化学方法处理产品材料需要严格的条件，任何一个因素都会影响到化学机械抛光的质量。例如，蓝宝石产品抛光过程中，要使蓝宝石表皮产生化学反应非常困难，由于蓝宝石硬度很大直接抛光也有难度。这就需要利用化学抛光技术，在极高的温度下使蓝宝石与二氧化硅产生反应，而反应过程中的压力、抛光垫选择、抛光盘转速等对最终的抛光质量都有很大影响，其过程伴随着复杂的化学反应，如水解反应、酸碱中和反应、复分解反应等等，抛光后，产品残留物的清洗也是一大难点，也会用到一些化学方法。

因此，化学机械抛光技术原理很简单，过程很复杂，国内对这一技术的研究还处于初级阶段，国际上这一技术的核心知识也只掌握在极少数国家手里。所以对化学机械抛光技术的研究，是我国工业发展、科技发展的需要，这一领域的研究成果并将给我过工业生产带来新的机遇。

2 化学机械抛光技术若干问题分析

（1）相对垄断与广泛研究。化学机械抛光的用途广泛、技术难度高，当前化学机械抛光的先进工艺主要掌握在日美等少数国家手中，我国在此方面虽有研究，但大多停留在实验室研究阶段，研究结果在生产应用中并不广泛。而且化学机械抛光工艺的很多技术都归属保密领域，研究成本巨大，这就导致此方面技术水平的差异，短时间内难以改变，于是就形成了相对垄断的技术分布。此外，化学机械抛光实践过程中会遇到很多问题，例如，抛光溶剂种类繁多，工艺差异大，条件苛刻，实验与实际应用存在较大差别，因此该项目的研究消耗大，效益回报缓慢。以45钢模具为例，可应用强酸、强碱作为抛光液；也可以用中性盐作为抛光液，选择的化学方式不同，需要的抛光条件、抛光垫等也有一定的差别，而产品抛光过程中一些细微的东西都有可能影响整个抛光的结果。再如，废液的处理，采用化学机械抛光技术其原理就是化学药剂与产品材料的表面发生反应，生成容易加工的反应层，然后再利用其它技术手段进行打磨抛光。这一过程所使用的化学药剂不仅会留在材料抛光的废液中，还会附着在产品上，因此对化学抛光的残留物及废弃物的处理也是一个需要深入研究的重要问题。综上所述，化学机械抛光技术研究成本高、信息资源匮乏、学术著作等理论研究缺少实践支持、实际应用过程情况复杂多变，导致其研究问题多、困难多、收效慢，致使其发展至今先进的技术仍然处于相对垄断阶段。要解决这一问题，单凭借鉴国外资料、工艺技术是不够的，重点还是要从自身出发，自主研究化学机械抛光的工艺技术，鼓励国家机构外的大型企业加入到化学机械抛光的技术研究中来，使化学科学能够更好地为生产服务。

（2）抛光液的化学性质研究。抛光液的使用在化学机械抛光技术应用中非常关键，抛光液的构成很复杂，有稳定剂、有机溶剂、缓和剂等等，在抛光液配置过程中要对各种化学药剂的物化性质了解得非常透彻，要对其在不同情况下可能出现的一切情况都了若指掌。例如，蓝宝石抛光过程中，如果没有外加能量，化学反应根本不能发生，这样就不会生成反应层，接下来的打磨工序就很难进行。又如，摩擦后材料表面的反应层消失，但还有部分固体残留还附着在产品上，这时候需要用抛光液将其除去，使产品光亮的新生表面露出，这样才能保证产品抛光的质量。总之，化学机械抛光技术应用中抛光液化学成分复杂，加之化学试剂本身就类型较多、物化性质多样、多变，因此配出适合产品抛光的抛光液并不是一件容易的事。当然，当前也有一些著作对化学机械抛光中的抛光液配置有所描述，但大多数都缺少实践，要不含糊其辞，要不范围模糊，一般情况下很难从中获得适用的抛光液配置信息资源。而化学试剂种类非常丰富，随着化学科学的发展，更多新物质会不断的出现，抛光液的物质组合选择会更加多元化，这就要在研究化学机械抛光过程中不能只停留在实验室研究，要更重视其在实际生产中的应用和实践应用价值研究。此外，随着人类对环境保护的不断重视，化学机械抛光技术应用中所存在的污染风险也会被更加重视，而在大多数的化学机械抛光中废水、污染处理仍是一个难题，例如，宝石饰品加工中，化学溶剂可能残留在成品中，这种饰品的佩戴会给人体造成一定的伤害。因此，化学机械抛光技术实际应用中需要考虑的问题非常多，这就需要在其研究过程中不仅要抓住主流，还要抓住细节，不断提高抛光液的品质，使其应用更为环保、安全、可靠。

（3）生产应用研究。化学机械抛光涉及多个学科，化学、物理、机械等，多个学科相互交叉、互相融入，要掌握其技术要领并不容易。加之化学机械抛光工艺影响因素复杂，所适用的条件差异大，即便相同的工艺流程操作的结果也有可能有所区别，因此，将化学机械抛光技术从实验室应用到实际生产中是一个复杂的、问题多多的过程。当前，化学机械抛光的核心技术还是被垄断，国内外关于化学机械抛光技术的学术著作、技术资料不少，但实用价值还有待考究，对于该技术应用的各项条件需要在实际生产中进一步进行研究。例如，抛光液配置比例有偏差，就会造成抛光产品表面出现化学药剂的沉淀物，产品表面出现白条，影响产品抛光的质量。这种情况大都是由于抛光液浓度过大、液体混合不均匀造成的，在实验室进行操作时，对参与抛光工艺的各种化学药剂的配置、溶解都非常的严格，但应用到实际生产中，应用环境发生变化、条件复杂多变，这就造成了生产应用中众多难以掌控的问题隐患，因此，很多时候不是实验室验证可以就能应用到生产中的。

3 结语

在研究化学机械抛光过程中，更要关注其实用价值，多思考化学作用的稳定性，以促进化学机械抛光工艺的发展。同时，由于化学机械抛光技术应用中会接触到很多有毒、有害的化学药剂，即便反应完成，这些有害化学物质也会残留在废液、产品表面等，因此应多关注化学机械抛光的药剂存储、废液处理等问题，使其形成一个完整的、科学的生产链，使其能够稳定的、安全的应用到生产当中。

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曹应根（1991-），男，陕西横山人，大学本科，主要从事应用化学方面的学习与研究工作。