单晶SiC的化学机械抛光及其增效技术研究进展

为了解决传统SiC化学机械抛光(CMP)加工效率低的问题,针对单晶SiC表面抛光质量和材料去除率指标,综述了应用传统碱性抛光液、混合磨粒抛光液及含强氧化剂抛光液对单晶SiC进行化学机械抛光的研究现状;为了提高SiC-CMP的化学和机械两方面作用,对SiC-CMP催化辅助增效技术、SiC电化学机械抛光(ECMP)技术、固结磨料抛光、光催化辅助抛光等增效新技术进行了系统综述;对SiC-CMP及其增效技术进行了分析、讨论,指出了当前的研究难点,展望了进一步提高单晶SiC抛光效率的研究方向.     

单晶碳化硅晶片高效超精密抛光工艺

为改善现有碳化硅抛光方法存在的效率低、有污染、损伤大等问题,提出采用机械研磨与光催化辅助化学机械抛光组合工艺抛光单晶碳化硅晶片.光催化辅助化学机械抛光利用纳米二氧化钛在紫外光照射下生成羟基自由基的强氧化作用原子级去除碳化硅.通过L9(33)正交试验研制光催化辅助化学机械抛光抛光液,采用对碳化硅晶片表面粗糙度跟踪检测的方法确定优化加工工艺.甲基紫有机显色剂静态氧化试验结果表明:光催化剂对抛光液氧化性的影响最大,其次是电子俘获剂,再次是分散剂;较好的抛光液配方为二氧化钛0.5 g獉L-1、过氧化氢1.5 mol獉L-1、六偏磷酸钠0.1 g獉L-1.确定的优化抛光工艺为:采用5μm和2μm金刚石微粉分别研磨单晶碳化硅晶片30 min,材料去除率分别为8.72μm/h和4.56μm/h;然后采用光催化辅助化学机械抛光单晶碳化硅去除机械研磨带来的损伤,粗抛光选用0.5μm氧化铝微粉抛光60 min,精抛光选用0.05μm氧化铝微粉抛光50 min,粗抛光和精抛光的材料去除率分别为1.81μm/h和1.03μm/h.用该工艺抛光单晶碳化硅,获得的表面粗糙度约为0.47 nm,基本能满足单晶碳化硅高效、超光滑、低损伤的抛光要求.     

GMR硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺.采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌.通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除.划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变.进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁头材料去除率模型,并可预测表面粗糙度,与实验结果基本相吻合.据此可以优化工艺,在获得最佳表面质量的同时,获得高的去除率,兼顾效率与品质的因素.     

碘化铯晶体的水解抛光实验研究

为获得具有超光滑表面的碘化铯(CsI(TI))基片,需对其表面进行抛光加工处理。利用CsI(TI)晶体的水解特性和化学机械抛光理论,提出对CsI(TI)采用水解抛光的加工方法。通过改变抛光加工中的工艺参数,即抛光液配比、转速和压强进行实验,获得水解抛光CsI(TI)晶体的抛光机制及表面粗糙度Ra与材料去除率随加工用量的变化规律。     

硬盘磁头自由磨粒抛光材料去除机理研究

同时获得高去除率和超光滑平整的表面是硬盘磁头自由磨粒抛光的矛盾,研究自由磨粒抛光材料去除规律可以优化抛光工艺。采用修正环型浮动块抛光机抛光GMR硬盘磁头,采用场发射扫描电镜和原子力显微镜观察磁头表面形貌。通过改变抛光盘的表面形貌、抛光液以及抛光压力等抛光条件,获得不同的磁头表面形貌,磁头表面有磨粒产生的划痕和少量微坑,显示材料主要以微切削方式去除。划痕和微坑的深浅、数量随抛光条件的不同而改变。进一步采用纳米压痕仪测量磁头表面材料去除率,并研究抛光盘、抛光压力和抛光液等参数与材料去除率的关系,建立了GMR磁     

不锈钢振动辅助力流变抛光

为进一步提高力流变抛光效率与抛光质量,提出振动辅助力流变抛光方法。对不锈钢振动辅助力流变抛光加工过程中,工件材料去除过程及不同工艺参数对抛光特性影响进行研究。基于振动辅助力流变抛光原理及试验,以材料去除率和表面粗糙度为评价条件,分析了抛光速度、振动频率和振幅3个关键参数对抛光影响规律。基于田口法设计试验,采用信噪比评估试验结果并得出优化的工艺参数,通过方差分析法得出各因素的权重。结果表明：抛光速度对材料去除率影响最大,振幅次之,振动频率影响最小;抛光速度对表面粗糙度影响最大,振动频率次之,振幅影响最小。在优选的抛光参数组合下,抛光速度40 r·min^-1、振幅0.35 mm、振动频率80 Hz,加工30 min后工件表面粗糙度由(80±10) nm下降至(7.1±0.9) nm,其材料去除率达到68 nm·min^-1。受振动的抛光液中粒子间发生相对相位差并形成一定的剪切速率,使抛光液产生流变效应并把持游离磨粒。在相对运动作用下对工件表面施加压力及剪切力,以塑性去除方式实现不锈钢材料去除。利用所提方法,在优化工艺参数下可有效去除不锈钢表面划痕,...     

超精密磁流变复合抛光技术研究进展

对超精密磁流变复合抛光技术的国内外研究进展进行了评述,介绍了当前主要应用的几种超精密磁流变复合抛光技术的加工原理和发展现状.重点介绍了磁流变射流复合抛光、超声波磁流变复合抛光、化学机械磁流变复合抛光以及集群磁流变复合抛光的加工技术内涵,从加工效率、加工表面均匀性、加工精度、加工适合的材料与形状等方面对上述几类超精密磁流变复合抛光方法进行比较和评述.最后对超光滑无损伤超精密磁流变抛光技术的发展方向进行了预测.     

磁场强度对磁流变抛光表面粗糙度的影响

在自制的磁流变抛光实验装置中,通过被加工零件和Bingham凸起相对运动产生的剪切力来实现抛光.在该装置上进行工艺实验,研究了磁流变抛光技术中磁场对表面粗糙度的影响.比较了不同磁场强度下的磁流变抛光情况,以及表面粗糙度和抛光效率的差别,然后,通过采用不同磁场强度组合加工,使初始表面粗糙度(Ra)为400 nm的K9玻璃材料的平面,磁流变抛光30 min,表面粗糙度值达到了0.86 nm,提高了被加工零件的抛光效率和表面质量.     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的p H值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm2、抛光液p H值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.     

微波等离子刻蚀CVD金刚石膜提高机械研磨效率

针对低温低压化学气相沉积(CVD)金刚石膜表面粗糙且厚薄不均,普通的方法抛光金刚石膜效率低的现象,采用空气等离子刻蚀金刚石膜与机械研磨相结合的抛光工艺,提高了金刚石膜的抛光加工效率.并与纯机械研磨法比较,通过观察样品的表面形貌,说明等离子刻蚀的作用.     

化学机械研抛过程流体和磨粒分布特性仿真

为深入理解化学机械抛光过程中的摩擦磨损机理,仿真研究了不同工况对抛光作用的影响规律.建立考虑多相流和离散相的三维CFD模型,研究不同工况下晶片和抛光垫间抛光液的速度和压力分布以及抛光磨粒的分布规律.结果表明:膜厚越小,抛光垫和晶片的转速越大,磨粒的分布密度越小.对流体速度和压力分布规律以及磨粒分布特性进行仿真分析,研究抛光过程中磨粒对晶片表面的动压作用过程.用疲劳断裂能量守恒理论,建立可定量分析各种工况下材料去除率的预测模型,采用Matlab软件对去除率模型进行仿真计算,得到不同工况下碳化硅晶片的去除率曲线.结果表明,抛光垫转速越大,膜厚越小,材料去除率越大,但去除率随着抛光的进行呈现减小的趋势.相比抛光垫转速对去除率的影响,膜厚对去除率的影响较小.     

碳化硅超声-电化学机械抛光试验研究

为探究超硬脆碳化硅(Si C)材料的高效研抛方法,分别应用铸铁抛光盘、聚氨酯抛光盘、半固结磨粒抛光盘在自来水、KOH溶液、芬顿反应液3种研抛液中通过控制变量法对Si C进行了超声-电化学机械研抛试验,得到以试件材料去除率和表面质量为评价指标的优化抛光工艺参数.试验结果表明:使用铸铁抛光盘时材料去除率高,但表面质量差;使用半固结磨粒抛光盘时表面质量最好,但材料去除率低;芬顿反应液对提高试件的材料去除率效果最好;在试件与抛光盘之间的电压为+10 V时,试件的材料去除率最高,比无电压时提高了55.1%;当试件保持环施加超声振动后,比无超声时材料去除率提高了91.7%,可见超声振动对Si C试件抛光起主要作用.     

电势对硅片摩擦电化学材料去除特性的影响

为了提高硅片抛光效率,改善抛光表面质量,采用电化学交流阻抗谱法实验研究了极化电势对硅片表面钝化作用的影响规律,结合摩擦电化学实验探讨了极化电势对硅片表面摩擦系数及材料去除特性的影响．结果表明,在碱性CeO₂抛光液中,对硅片施加1 V阳极极化电势能够促进其表面形成抑制腐蚀的钝化层,极化电势过高会破坏表面钝化层,过低则抑制钝化层形成．良好的硅片表面钝化层能够有效增大其摩擦系数,提高摩擦电化学实验过程中的材料去除率．     

复杂模具自由曲面抛光工艺规划的研究

抛光是模具自由曲面自动化加工中的重要工序．本文对复杂模具自由曲面抛光的工艺规划技术进行了研究,首先详细给出了抛光工艺规划步骤,即自由曲面分区、磨具的选择、路径规划、加工参数优化和抛光次数的确定;提出了三种确定抛光次数的方法,即表面粗糙度法、材料去除深度法和效率法,并具体给出了每一种临界抛光次数的计算方法．     

采用混联机床研抛模具自由曲面

采用混联研抛机床对自由曲面进行了研磨加工,在不同的加工条件下,通过对相同的曲面片进行研磨实验,探讨了研磨参数变化对自由曲面的研磨效率和表面质量的影响规律,通过对研磨加工工艺过程的分析,建立了研磨条件的数学表达式,推导出影响表面质量和加工效率的4个研磨工艺参数,并分析了研磨参数对表面粗糙度的影响。初步建立了自由曲面研磨的专家系统,为研磨过程的自适应控制提供依据。     

不同晶向CaF_2晶体表面精密加工特性研究

研究了具有不同取向Ca F2晶体材料的表面加工特性问题。首先通过对具有不同取向Ca F2晶体材料的表面进行精密加工实验,研究了抛光过程中去除率与所加工表面晶向的关系;对所加工的表面质量进行测试,分析了晶体取向与表面抛光所获得粗糙度的关系。结合Ca F2晶体的结构与其物理特性,讨论了造成不同取向Ca F2晶体材料表面加工特性差异的原因,得出了(111)晶面在相同加工条件下可获得最佳抛光质量的结论。