隨著科學技術的發展，晶體材料的使用愈加廣泛和重要，因此晶體材料的開發、加工及應用普遍受到人們的重視。其中，藍寶石是用途最廣泛的晶體材料之一，不僅有良好的物理和化學性能，同時也具有優異的光學性能——主要表現在可透過藍寶石的光的波長范圍廣，且由于透光率高，光能損失少，可增強信號的精確性。

藍寶石的應用領域

但為了將藍寶石的光學性能發揮出來，它本身必須要高質量低損傷——尤其在高精尖領域中，很多廠商都要求晶體表層一定要達到超過光滑表面的技術指標，粗糙度需低于1納米，晶體表面沒有任何的損壞和劃痕，因此對藍寶石的精密拋光與超精密拋光的挑戰不可謂不大。

氧化鋁在藍寶石拋光領域的應用

相對于其他拋光技術來說，目前化學機械拋光技術（CMP）是唯一可以實現全局化精細拋光的工藝。在拋光過程中，漿料可與藍寶石單晶片發生化學反應生成一種硬度低于藍寶石的物質，磨料與該物質進行機械摩擦進移除，消除不平整的部位，拋光后的藍寶石粗糙度低，表面質量高，符合“大面積、高質量”的要求。

CMP示意圖

拋光漿料一般由磨料、腐蝕介質等成分組成，這些磨料主要起機械研磨作用，但部分磨料同時也能起到與藍寶石表面發生化學反應的作用。目前被廣泛應用在藍寶石CMP中的拋光醬料主要有二氧化硅拋光漿料、α-氧化鋁拋光醬料、二氧化鈰拋光漿料、氧化鎂拋光漿料等。

其中，氧化鋁磨料的硬度與藍寶石（莫氏硬度為9）接近，在對藍寶石拋光過程中的材料去除速率較高，因而逐漸成為拋光藍寶石的熱門磨料之一。不過，雖然有明顯優勢，但由于氧化鋁自身性質，以其為磨料配制的拋光漿料并不穩定易團聚，容易造成藍寶石表面劃痕嚴重、平整度降低，如何克服氧化鋁系拋光漿料穩定性成為當下研究熱點。

氧化鋁拋光漿料的穩定性研究

氧化鋁拋光液屬于不穩定的溶膠分散體系，磨料在水中極易受靜電力等作用發生團聚，導致漿料中出現分層現象。團聚后的磨料會對藍寶石造成大劃痕，造成拋光質量降低，所以氧化鋁拋光漿料的分散穩定技術被廣泛研究。

目前廣泛應用的分散方法有三種，分別為對氧化鋁表面進用偶聯劑改性、改變氧化鋁的Zeta電位提高拋光漿料的穩定性、制備氧化鋁的復合磨料。

①偶聯劑作為表面改性劑得到廣泛應用，其中硅烷偶聯劑對納米氧化鋁的表面改性比較具有代表性。雷紅等采用接枝聚合法制備了Al₂O₃-g-聚丙烯酰胺復合粒子和Al₂O₃-g-聚苯乙烯磺胺復合粒子，成功的將有機物接枝到氧化鋁表面，形成氧化鋁為核有機物為殼的核殼結構。

②改變氧化鋁的Zeta電位也可明顯提高氧化鋁拋光漿料的分散穩定性，孔德玉等將氧化鋁粉體分散于水中和1.125wt%的硅溶膠中檢測穩定性，結果表明分散在硅溶膠中的氧化鋁穩定性較分散于水中的Zeta電位由-18mv降低至-28mv，體系穩定性明顯提高。

③通過對氧化鋁的無機摻雜，摻雜后的氧化鋁磨料不僅使氧化鋁的粒徑分布變窄，分散性變好，也使得其拋光性能改善。Fisher等研究了用5-25nm不同粒徑的SiO₂顆粒包覆在250nm的氧化鋁顆粒表面，結果表明，改性后的氧化鋁Zeta電位的絕對值變大，拋光漿料的分散穩定性提高。

帶點膠粒之間的存在引力斥能和斥力勢能

電解質的加入主要影響斥力勢能，適當調節電解質濃度，可以得到相對穩定的膠體

另外，用于藍寶石拋光的納米α-Al₂O₃粉體也需具備顆粒分布窄、粒徑小、α相轉晶完全、尺寸穩定性好等特點，否則“硬度大但均勻性差”的漿料很容易導致拋光表面劃傷嚴重，難以保證拋光材料的表面平整度，因此在制備工藝上也需要多加注意，目前可制備α-納米氧化鋁的工藝有氣相法、固相法和液相法等。

資料來源：

氧化鋁磨料制備、拋光漿料穩定性及其拋光性能的研究，張曼。

藍寶石精密磨削及化學機械拋光研究，王紹臣。

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