水基纳米金刚石悬浮液的制备与应用

通过对纳米金刚石进行解团聚分散、提纯与分级,制得了高纯、粒度分布在100nm以下的水基纳米金刚石悬浮液,并用XRD、SEM、SAXS、Zetasizer3000HS等对金刚石的晶体结构、粒度与形貌、表面电性、纯度等性质进行了表征,进而研究了纳米金刚石抛光石英晶体的性能。结果表明：纳米金刚石对石英晶体具有良好的抛光效果,在20μm×20μm范围内获得表面粗糙度Ra为0．214nm的超光滑表面。     

单晶蓝宝石高效超精密加工技术研究

针对光电子器件、集成电路等应用领域对单晶蓝宝石高质量的表面需求,而单晶蓝宝石自身的硬度和良好的化学稳定性给抛光带来较大的困难。文章在分析、对比直接采用2μm金刚石磨料化学机械抛光蓝宝石基片效果的基础上,提出机械研磨与化学机械抛光相结合的工艺抛光蓝宝石。结果表明,采用10μm的碳化硼磨料机械研磨蓝宝石,材料去除率为8.03μm/h,表面粗糙度Ra由1.18μm迅速降至22.326 nm;采用粒径为2μm和0.5μm的金刚石磨料化学机械抛光蓝宝石晶片,有效的去除机械抛光带来的损伤,最后表面粗糙度Ra可达0.55 nm。此抛光工艺能满足蓝宝石晶体高效、超光滑、低损伤的抛光要求。     

超精密磨削用树脂结合剂砂轮的特性和使用方法

作为超精密磨削加工用砂轮多使用微粒金刚石砂轮，除镜面磨削用途外，也可作为手机、数码相机等φ200以下的小型非球面透镜成型模具加工用砂轮。这些模具由于是用作光学玻璃的热压成型，大多是硬质合金和工程陶瓷制成的。另外，也在进行着用微粒金刚石砂轮进行磨削加工直接获得非球面透镜的试验。这些磨加工所使用的金刚石粒度目前多为1500～3000^#左右，     

单晶金刚石抛光研究

单晶金刚石被广泛应用于超精密加工工具,电子探针和光电子领域。抛光金刚石是获得光滑无缺陷金刚石表面的基本手段,本文全面介绍了单晶金刚石抛光机理和抛光工艺的研究进展,分析了磨粒机械破碎,机械－化学去除,机械－热化学去除,氧化化学和机械－电去除等理论,对提高金刚石及金刚石薄膜的平整抛光效率和质量有较高的参考价值。     

医用钛合金动态磁场集群磁流变抛光加工研究

目的 获得超光滑表面且无毒性残留的医用钛合金.方法 采用半固着磨料的新型动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用TC4钛合金,研究磨料种类、粒径、抛光时间、加工间隙和抛光盘转速等工艺参数,对医用钛合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,使用扫描电镜对抛光前后的医用钛合金表面进行成分分析.结果 医用TC4钛合金表面形貌受磨料形状和硬度的综合影响,Al2O3磨料相对SiC、SiO2和B4C磨料能获得更高质量的表面.随着Al2O3磨料粒径的增大,表面粗糙度先减小、后增大,5μm的Al2O3抛光效果最佳.加工间隙从0.8 mm增大到1.2 mm,表面粗糙度先减小、后增大,在1 mm时加工效果最优.抛光盘转速从15 r/min增大到35 r/min,表面粗糙度先减小、后增大,在25 r/min时加工效果最优.当使用粒径为5μm的Al2O3磨粒,在1 mm的工作间隙和25 r/min的抛光盘转速下抛光4 h时,医用钛合金表面粗糙度Ra从原始的110 nm降低到2.87 nm,表面粗糙度的下降率为97.39％.结论 应用动态磁场集群磁流变抛光方法加工医用钛合金,能够获得无异质成分残留的超光滑表面.     

完整晶面金刚石的粒度极限研究

本文以SPD6×1200型六面顶压机为金刚石的合成设备,分别采用常规及特殊工艺进行金刚石的合成。为了表征不同粒度金刚石的形貌特征,本文利用光学显微镜及扫描电子显微镜对单晶形貌进行了观察。结果表明：常规粒度金刚石晶面平滑度基本不随粒度变化,超细颗粒金刚石在8～10μm以上具有与常规粒度金刚石相同的特点,而当粒度降至5μm以下时合成的金刚石不再具有完整的晶形,且随粒度降低晶形变差的趋势加剧,从而得出高温高压法合成的完整晶面金刚石的粒度极限在5μm左右的重要结论。我们认为这一现象的主要原因是由于碳原子或其团簇在金刚石表面上各点的沉积,时间先后不同,从而导致了某一时刻晶体表面各点的厚度不同,对5μm以下的超细颗粒金刚石来讲晶面上不同点的相对差别较大,宏观体现为晶面残缺。     

稀土金属Ce抛光CVD金刚石膜的研究

研究了一种快速有效地抛光CVD金刚石厚膜的技术.该技术是利用化学活性很强的稀土金属铈(Ce)与金刚石(碳)的固相化学反应,在一定的工艺条件下对金刚石膜进行的快速有效的抛光.讨论了金刚石膜抛光效果的影响因素及初步探讨了固态稀土Ce抛光金刚石膜的抛光机理.此外,还对抛光前后的金刚石膜以及反应产物进行了Raman光谱和X射线衍射谱(XRD)分析,从而初步得到了该方法抛光金刚石的抛光机理.研究表明抛光速率和质量与抛光温度、时间和加载的压力有关;在680℃抛光2h就已出现抛光效果;经过700℃,2h,加载为1N抛光条件的处理后表面粗糙度(Ra)由原来的5.9762μm降低到2.0247μm;在750℃时获得了较高的抛光率,约35μm/h.     

超光滑金刚石涂层拉拔模具在水润滑条件下的应用

提出微/纳米多层超光滑金刚石复合薄膜的沉积工艺,采用经过改进的热丝CVD沉积装置,能够在孔径d1.0 mm～60 mm的硬质合金拉拔模具内孔表面沉积具有优异耐磨减摩特性的超光滑金刚石复合涂层.采用表面轮廓仪对超光滑金刚石复合涂层拉拔模具的内孔表面进行检测,结果显示拉拔模具入口区、工作区以及定径带位置的表面粗糙度分别为25.7,23.3和25.5 nm.对超光滑金刚石复合涂层的摩擦磨损特性进行考察,结果表明,无论在干摩擦还是水润滑条件下,涂层与轴承钢、铜以及氮化硅陶瓷对摩时的摩擦因数均比常规微米金刚石涂层的低,并且还具有与微米金刚石涂层相当的表面耐磨性.采用制备的超光滑金刚石复合涂层拉拔模具在低碳钢管的拉拔加工过程中实现了基于水润滑的拉拔加工过程,与传统的硬质合金拉拔模具相比,单只超光滑金刚石复合涂层拉拔模具的拉拔产量可提高20倍左右.     

钴铬钼合金磁流变抛光工艺研究

目的 去除难加工材料钴铬钼合金车削后形成的规则性螺旋刀痕并获得超光滑表面。方法 采用磁流变抛光方法,对车削后的钴铬钼合金表面进行抛光加工。研究了磁体排布方式、加工间隙、抛光装置、转速和磨料粒径等工艺参数对钴铬钼合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律,寻找获得超光滑表面的工艺参数组合,并对抛光后的钴铬钼合金表面使用表面轮廓仪进行测量。结果 钴铬钼合金表面形貌受各方面因素的综合影响,双磁体异向排布的磁通密度向工件集中,使得磁性羰基铁颗粒与金刚石磨料在抛光过程中结合力更强,增大了有效工作区域;表面粗糙度随着加工间隙的增加(从1 mm增大到4 mm)先减小后增大,在2 mm时得到优化的加工效果;表面粗糙度随着抛光装置转速的增加(从400 r.min^–1增大到1 000 r.min^–1)先减小后增大,在600 r.min^–1时得到优化的加工效果;相比于0.5、1.5、2.5 µm粒径的金刚石磨料,使用2 µm的金刚石磨料进行抛光时表面粗糙度最小。当使用双磁体异向排布,在工作间隙为2 mm、抛光装置转速为600 r.min^–1、金刚石磨料粒径为2 μm的工艺参数组合下对钴铬钼合金采用磁流变抛光加工120 min时,其表面粗糙度从初始的640 nm 降低至5 nm。结论 应用磁流变抛光方法抛光钴铬钼合金可以得到超光滑表面。     

陶瓷球高效超光滑磁流变柔性抛光新工艺研究

目的为实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,提出一种集群磁流变抛光陶瓷球的新工艺。方法在传统V型槽抛光陶瓷球的基础上增加集群磁极和上盘旋转动力,配制适当的磁流变抛光液,通过在上下抛光盘的集群磁极,形成磁流变抛光垫包覆陶瓷球,进行研磨抛光加工。然后,基于陶瓷球工件几何运动学和动力学分析得到球体各运动参数的影响关系,利用机械系统分析软件ADAMS对成球过程进行动态仿真,可以看出该抛光方法能够主动控制球体的运动,实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络。最后,根据仿真结果,通过调整上下抛光盘的转速比、偏心距和加工间隙等参数,控制陶瓷球的自转角,实现球面的快速高效超光滑抛光。结果用自行设计的陶瓷球集群磁流变抛光实验装置,对氮化硅陶瓷球进行抛光2.5 h,表面粗糙度Ra从60 nm左右下降到10 nm左右,球形误差为0.13μm,达到了陶瓷球轴承氮化硅球的国家标准(G5水平)。结论集群磁流变抛光方式可以实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络,实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光,值得进一步深入探讨研究。     

磨粒尺寸和基体硬度对固结磨料抛光YAG晶体的影响

钇铝石榴石(YAG)是一种应用广泛的硬脆难加工材料，其抛光过程工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有平坦化能力优、对工件形貌选择性高、磨料利用率高等优点。试验采用固结磨料抛光YAG晶体，研究固结磨料垫的基体硬度和金刚石磨粒尺寸对YAG晶体的材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒尺寸3～5 μm时，固结磨料抛光YAG晶体效果最优，其材料去除率为255 nm/min，表面粗糙度S_a值为1.79 nm。      

Polycrystalline diamond shaving conditioner for CMP pad conditioning

This paper investigates a new design of diamond conditioner that is made by shaping a sintered matrix of polycrystalline diamond (PCD) to form serrated blades. These blades are arranged and embedded in a predetermined groove on a substrate surface of cylinder. This newly designed diamond conditioner is referred to here as a blade diamond disk. The dressing characteristics of pad surface textures are studied by comparing them with traditional diamond conditioners, and the polishing rates of silicon dioxide are also studied. It is found that serrated blades made of polycrystalline diamond enable the manufacturer to tightly control the diamond leveling, cutter's shape and penetration angle. The height variations of the diamond tips of the blade diamond disk are significantly smaller than that of the traditional diamond disk. Experimental results reveal that the pad dressing rate of a blade diamond disk is lower than that of a conventional diamond disk. The lifetime of the pad is expected to have been prolonged, consequently lowering the cost of the CMP process. The removal rate of the oxide film is higher for the blade diamond disk than for the traditional diamond disk, and hence wafer productivity is somewhat increased.     

Surface characterization of 6H-SiC (0001) substrates in indentation and abrasive machining

Surface characterization of 6H-SiC (0001) substrates in indentation and abrasive machining was carried out to investigate microfracture, residual damage, and surface roughness associated with material removal and surface generation. Brittle versus plastic deformation was studied using Vickers indention and nano-indentation. To characterize the abrasive machining response, the 6H-SiC (0001) substrates were ground using diamond wheels with grit sizes of 25, 15 and 7 μm, and then polished with diamond suspensions of 3 and 0.05 μm. It is found that in indentation, there was a scale effect for brittle versus plastic deformation in 6H-SiC substrates. Also, in grinding, the scales of fracture and surface roughness of the substrates decreased with a decrease in diamond grit size. However, in polishing, a reduction in grit size of diamond suspensions gave no significant improvement in surface roughness. Furthermore, the results showed that fracture-free 6H-SiC (0001) surfaces were generated in polishing with the existence of the residual crystal defects, which were associated with the origin of defects in single crystal growth.     

18CrNiMo7-6钢研抛工艺试验研究

探究研抛工艺参数对工件材料去除率和表面粗糙度的影响。以砂纸和金刚石喷雾抛光剂为研抛介质,通过正交试验研究砂纸细度、研抛压力、研抛速度、研抛时间对18CrNiMo7-6工件材料去除率和表面粗糙度的影响。采用三维形貌仪、千分尺、电子天平和超景深显微镜对18CrNiMo7-6工件的表面粗糙度、厚度、质量和表面形貌进行测量分析,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,得到最佳的研抛工艺参数组合。在最佳工艺参数组合下,砂纸研磨工件的材料去除率为0.86μm/min,表面粗糙度为Ra0.048μm,金刚石抛光剂抛光后工件表面粗糙度为Ra0.024μm。砂纸研磨最佳工艺参数为:砂纸细度800#,研磨压力0.2MPa,研磨速度30rpm,研磨时间30min。抛光最佳工艺参数为:抛光压力0.2MPa,抛光速度30rpm,抛光时间15min。     

磁流变动压复合抛光基本原理及力学特性

目的探究磁流变动压复合抛光基本原理及抛光力学特性。方法通过建立磁流变动压复合抛光过程中流体动压数学模型,分析抛光盘面结构化单元对抛光力学特性的影响规律,并优化其结构。搭建磁流变动压复合抛光测力系统,探究工作间隙、抛光盘转速、工件盘转速和凸轮转速对抛光力的影响规律,基于正交试验,优化抛光效果。结果抛光盘面结构化单元的楔形区利于流体动压效应的产生,且流体动压随楔形角和工作间隙的增大而减少,随楔形区宽度的增大而增大。结构化单元较为合理的几何参数为:楔形角3°~5°,工作间隙0.2~1.0 mm,楔形区宽度15~30 mm。法向力Fn随工作间隙的增大而减小,随工件盘转速的增大而增大,随抛光盘和凸轮转速的增大而先增大后减小;剪切力Ft随工作间隙的增大而减小,随工件盘、抛光盘和凸轮转速的增大均呈现先增大后减小的规律。通过正交试验获得优化工艺参数为:抛光盘转速60 r/min,工件盘转速600 r/min,凸轮转速150 r/min。在羰基铁粉(粒径3μm、质量分数35%)、SiC磨料(粒径3μm、质量分数5%)、工作间隙0.4 mm和磁感应强度0.1 T工况下,抛光2 in单晶硅基片4 h后,表面粗糙度Ra由20.11 nm降至2.36 nm,材料去除率为5.1 mg/h,初始大尺度纹理被显著去除。结论磁流变动压复合抛光通过在抛光盘面增设结构化单元,以引入流体动压效应,强化了抛光力学特性,并利用径向往复运动的动态磁场实现柔性抛光头的更新和整形,最终达到了提高抛光效率和质量的目的。     

金刚石膜/硅复合基片的制备工艺研究

通过等离子体喷射法硅衬底制备金刚石的试验,研究了硅片规格、硅片前期预处理、金刚石膜沉积以及后期热处理等对制备复合基片性质和裂纹产生的影响,对各个工序进行优化和改进,确定了制备金刚石膜/硅复合基片最佳的工艺流程.实验结果表明:在硅基片制备的金刚石膜厚度大于20 μm,抛光后金刚石膜表面粗糙度Ra达到5.2 nm,剩余金刚...     

A review on polishing technology of large area free-standing CVD diamond films

Recently, with the rapid development of chemical vapor deposition (CVD) technology, large area free-standing CVD diamond films have been produced successfully. However, the coarse grain size on the surface and the non-uniform thickness of unprocessed CVD diamond films make it difficult to meet the application requirement. The current study evaluates several existing polishing methods for CVD diamond films, including mechanical polishing, chemical mechanical polishing and tribochemical polishing technology.      

脉冲参数对 NiW 基带表面电化学抛光质量的影响

目的研究提高Ni W合金基带表面质量的脉冲电化学最佳抛光工艺。方法以磷酸为主要抛光酸剂,以甘油为缓冲剂配置抛光液,采用脉冲电化学抛光技术,研究电流密度、脉冲频率、脉冲占空比对Ni W基带的表面抛光效果的影响。通过扫描电镜和原子力显微镜对抛光后的基带表面微观形貌进行表征,获得最佳脉冲电化学抛光工艺。结果最佳工艺为:平均电流密度25 A/dm2,脉冲频率毫秒级(1000Hz以上),脉冲占空比1∶4,抛光时间10 min。扫描电镜结果表明,抛光后的基带表面平整致密,轧制和热处理产生的条纹、晶界等缺陷都被消除,在此抛光工艺下,可以有效降低Ni W基带表面粗糙度,提高基带表面质量。原子力显微镜测试4μm×4μm范围内的表面平均粗糙度为几个纳米,表明抛光基带表面非常平滑,达到镜面效果。结论最佳抛光工艺下,可以显著改善Ni W基带的表面质量,获得好的基带表面状态,满足涂层导体对金属基带材料表面质量的要求。     

金刚石膜机械和机械-化学抛光

化学气相沉积(CVD)法生成的金刚石膜具有天然金刚石的基本性质，在机械、电子、光学等领域都有着广泛的应用。但CVD金刚石多晶膜表面凹凸不平，表面粗糙度较大，限制了它的广泛应用，因此，金刚石膜的抛光成为必不可少的工艺步骤。但是，金刚石膜的硬度非常高，且厚度薄，整体强度低，易破裂或剥落，抛光难度很大。国内外学者通过实验和研究，提出了多种金刚石膜抛光的理论和方法。本文详细论述了几种典型的机械、化学、机械-化学抛光方法的机理、工艺和特点。     

塑料模具抛光方法

主要介绍了常用的抛光方法，镜面加工的概念，塑料模具机械抛光的基本程序和注意点，以及抛光中可能出现的质量问题，并分析了影响抛光质量的几个因素。