金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析

采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验,使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究,分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响.分析发现:线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别较大较深的凹坑.走丝速度增大,工件进给速度降低,锯...     

电镀金刚石线锯切割光伏多晶硅的表面特性与锯丝磨损分析

电镀金刚石线锯切割的光伏多晶硅切片表面特性,影响其断裂强度和后续的制绒工艺;为探究线锯锯切工艺参数对多晶硅切片表面特性的影响规律,揭示电镀金刚石锯丝的磨损机理,开展了光伏多晶硅的电镀金刚石线锯切片试验。研究结果表明:锯切的多晶硅表面存在由金刚石磨粒的塑性剪切、微切削去除形成的塑性浅划痕与较深的沟槽,及材料脆性去除留下的表面破碎微凹坑;切片表面材料的塑性去除和脆性去除相对比例随工艺参数组合变化而变化,增大晶片进给速度,降低走丝速度,切片表面粗糙度增大,表面形貌逐渐由塑性沟槽为主转变为以破碎微凹坑为主;使用表面镀镍(金属化)的金刚石颗粒制备的电镀金刚石锯丝的磨损形态在稳定阶段主要是磨粒磨平,使用后期主要是磨粒脱落和镀层磨损。      

金刚石线锯锯切微晶玻璃正交试验研究

对电镀金刚石线锯锯切微晶玻璃的工艺参数进行了试验优化研究。设计了3因素4水平的正交试验,分析了工件进给速度、锯丝线速度和气缸压力对切片表面粗糙度和锯切效率的影响,获得了基于降低表面粗糙度和提高锯切效率的锯切工艺参数。在本试验范围内,优化的工艺参数为:工件进给速度0.75 mm/min、锯丝线速度1.7 m/s,气缸压强0.26 MPa。     

大尺寸硅片自旋转磨削的试验研究

利用基于自旋转磨削原理的硅片超精密磨床,通过试验研究了砂轮粒度、砂轮转速、工件转速及砂轮进给速度等主要因素对材料去除率、砂轮主轴电机电流以及磨削后硅片表面粗糙度的影响关系。研究结果表明,增大砂轮轴向进给速度和减小工件转速,采用粗粒度砂轮有利于提高磨削硅片的材料去除率,砂轮轴向进给速度对材料去除率的影响最为显著;适当增大砂轮转速,减小砂轮轴向进给速度,采用细粒度砂轮可以减小磨削表面粗糙度;在其它条件一定的情况下,砂轮速度超过一定值会导致材料去除率减小,主轴电机电流急剧增大,表面粗糙度变差;采用比#2000粒度更细的砂轮磨削时,材料去除率减小,硅片表面粗糙度没有明显改善。     

超声滚挤压轴承套圈表面粗糙度响应曲面预测模型

为了降低轴承套圈表面粗糙度,对轴承套圈进行超声滚挤压加工试验研究,选取工件转速、工具头进给速度、预挤压力3个加工参数,采用单因素法分别研究各参数对轴承套圈表面粗糙度的影响规律。结果表明,预挤压力对试样表面粗糙度的影响最大,工件转速对试样表面粗糙度的影响次之,进给速度对试样表面粗糙度的影响较小。采用二阶响应曲面的方法,建立超声滚挤压3个加工参数与表面粗糙度之间的预测模型,并验证了模型的准确性;根据极值必要条件对轴承套圈表面粗糙度预测模型进行分析,确定了超声滚挤压加工最优加工参数,得出试验值与预测值之间的误差为2.32%。     

超声金刚石线锯复合加工工件的对比实验研究

使用改进的金刚石线锯加工机床,分别在有超声作用与无超声作用下对金刚石线锯切割工件的过程进行研究。结果表明:锯切力随金刚石线锯线速度的增大而变小,随工作台进给速度的增大而变大;相同条件下,超声金刚石线锯复合加工与单纯用金刚石线锯加工相比,加工过程中锯切力要小得多,工件加工轨迹直线度更好,表面粗糙度值更小,工件表面加工质量更好。      

环形电镀金刚石线锯研究

环形电镀金刚石线锯是将金刚石磨粒固着于环形钢丝基体上的一种切割工具。使用自制的环形电镀金刚石线锯进行多晶硅的切割试验,阐述了钢丝基体材料的选择,焊接方法,环形电镀金刚石线锯的制作工艺。采用切割工艺参数为:锯丝线速度20～40 m/s,工件进给速度2～10 mm/min,锯丝张紧力60～100 N。试验表明:硅片表面平整光滑,表面粗糙度Ra达到0.328～0.562μm,体现出环形金刚石线锯切割的良好特性。     

电镀金刚石线锯使用性能的试验研究

为评价电镀金刚石线锯的使用性能,搭建恒力进给式金刚石线锯性能评价试验机,对编号为Ⅰ、Ⅱ的2种基体直径相同的电镀金刚石线锯进行单晶硅切片试验,记录切片时间,计算锯切效率,利用粗糙度仪、光学显微镜、扫描电子显微镜分别测量硅片表面粗糙度、锯缝宽度及锯丝表面磨粒脱落率。试验结果表明:金刚石线锯性能评价试验机能够定量评价电镀金刚石线锯的使用性能;Ⅰ号线锯的锯切效率比Ⅱ号线锯的高13.6%;用Ⅱ号线锯切片得到的硅片走丝方向、进给方向的表面粗糙度分别比用Ⅰ号线锯的小17.5%、10.8%;Ⅰ号线锯的锯缝宽度比Ⅱ号线锯的小3.8%;Ⅱ号线锯的使用寿命比Ⅰ号线锯的长;Ⅰ号线锯的磨粒脱落率是Ⅱ号线锯的2.1倍。      

金刚石砂轮磨削铁氧体的表面粗糙度与形貌分析

本文研究了树脂结合剂金刚石砂轮磨削铁氧体材料时,磨削深度、工件进给速度对磨削表面粗糙度和材料去除方式的影响规律,以此探索提高铁氧体磨削表面质量的有效途径。采用单因素法设计试验方案对铁氧体进行磨削,测量表面粗糙度数据并对其进行方差分析,对铁氧体磨削表面形貌进行观察。结果表明：随着磨削深度、工件进给速度的增加,表面粗糙度值升高,同时表面塑性痕迹减少,脆性断裂痕迹增加,且磨削深度对表面粗糙度的影响要比工件进给速度的更显著,因此,制定磨削工艺时,考虑到粗磨为了提高效率,降低表面损伤,优化得到磨削工艺为磨削深度5μm,工件进给速度10 m/min;精磨为了获得较低的表面粗糙度,采用磨削深度5μm、工件进给速度为5 m/min,可以提高磨削表面延展性。     

硅晶体切片设备的研究现状与进展

介绍了硅晶体切片设备的原理及关键技术.典型的切片设备包括切片机和线切割锯床两类,其原理与结构不同,适用范围也不相同.内圆切片机的刀片与主轴相连并高速旋转,同时相对工件径向进给,因为刀片与工件为刚性接触,切割大直径硅片容易碎片.线锯能切割直径较大的硅片,环形金刚石线锯切割速度高,其去除机理与磨削相似,表面损伤层较浅.线锯床增加工件自转或锯丝辅助摇摆运动,可减小锯丝受力变化量,提高切片质量.因此环形金刚石线锯切片技术将会获得更广泛应用.     

陶瓷结合剂金刚石砂轮组织结构对其性能的影响

研究单晶硅片磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮的组织结构对砂轮性能的影响,评估砂轮组织结构对砂轮磨损速率、磨床主轴电流、磨削后的单晶硅片表面粗糙度及其表面形貌的影响。试验结果显示:主轴电流随着砂轮组织中孔隙率的增加呈现下降趋势,从最高的7.0 A降低至6.3 A;砂轮的磨损速率则表现出相反的规律,气孔率最大的砂轮的磨损速率是最小的砂轮的近2倍,分别为2.525 2 μm/片和1.423 8 μm/片;砂轮组织结构对磨削后工件的表面粗糙度影响不大,工件的表面粗糙度R_a值分别为7.67、7.47和7.37 nm;但当气孔孔径过大、孔壁变薄时,会造成磨削工件表面出现深划痕,导致硅片磨削质量恶化。      

An experimental study of flat fixed abrasive grinding of silicon wafers using resin-bonded diamond pellets

The purpose of this paper is to investigate the effect of the diamond grain size, the wheel rotation speed, the table rotation speed, and the applied pressure in the vertical flat grinding on the surface roughness of silicon wafers using Taguchi orthogonal array design. Besides, the pits and resistivity on the wafers were studied as well. The experiment results showed that the diamond grain size and the wheel rotation speed of the vertical flat grinding for the roughness of wafers obtained are the relatively larger significant contribution. When the smaller diamond grit size, the faster wheel rotation speed, the faster table rotation speed, and the smaller applied pressure in the flat grinding are employed, the traces produced by the grains are denser and the chip thickness and the depth of cut were smaller, which cause the silicon wafer to produce the higher degree of the ductile grinding. This will lead the wafer surface to produce the smaller amount and size of the pits, thereby generating the lower surface roughness. In addition, the center site of the wafer obtained is the smaller amount and size of the pits than the outer of the wafer, which produces the better surface roughness and the lower resistivity.     

微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

磁流变变间隙动压平坦化加工的工艺及机理

为提高光电晶片的磁流变抛光效率并实现其超光滑平坦化加工,提出其磁流变变间隙动压平坦化加工方法,研究不同变间隙条件下蓝宝石晶片的材料去除率和表面粗糙度随加工时间的变化,并分析磁流变变间隙动压平坦化加工机理。结果表明:通过蓝宝石晶片对磁流变抛光液施加轴向低频挤压振动,其抛光压力动态变化且磁流变液产生挤压强化效应,使抛光效率与抛光效果显著提升。在工件下压速度为1.0 mm/s,拉升速度为3.5 mm/s,挤压振动幅值为1 mm条件下磁流变变间隙动压平坦化抛光120 min后,蓝宝石晶片的表面粗糙度R_a由 6.22 nm下降为0.31 nm,材料去除率为5.52 nm/min,相较于恒定间隙磁流变抛光,其表面粗糙度降低66%,材料去除率提高55%。改变变间隙运动速度可以调控磁流变液的流场特性,且合适的工件下压速度和工件拉升速度有利于提高工件的抛光效率和表面质量。      

线速度对金刚石线锯及硅片表面质量的影响

为了考察线速度对金刚石线锯切割过程的影响,研究了不同线速度条件下金刚石线锯的磨损情况以及硅片表面质量情况,通过SEM及粗糙度仪对切后线材、硅片等进行微观及量化分析。结果表明:线速度由1 300 m/min提高至1 800 m/min,金刚石线锯磨损量由3.5 μm逐渐降低到2.5 μm,降幅为28.6%;金刚石线锯切割硅材料为塑性及脆性模式混合去除,硅片表面的形貌呈现沟槽状、连续划痕并伴随大量凹坑;随着线速度的增加,硅片表面粗糙度逐渐减小,算数平均粗糙度R_a、最大高度R_z以及最大表面粗糙度R_t数值分别下降了33.7%、37.8%、45.6%,表面凹坑数量随着线速度的增大也逐渐减少。      

微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷的磨削力和表面粗糙度特征

在不同磨削深度、砂轮转速和进给速度组合下,研究微粉金刚石钎焊砂轮磨削氧化铝陶瓷过程的磨削力及工件的表面粗糙度的变化规律,并筛选出低磨削力和低工件表面粗糙度的加工工艺参数。试验结果表明:在微粉金刚石钎焊砂轮的磨削过程中,氧化铝陶瓷主要通过脆性断裂的方式去除;随着磨削深度、进给速度的增加,砂轮在进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都上升;随着砂轮转速的增加,进给方向和切深方向的力以及工件表面粗糙度都下降。试验获得的低磨削力和低工件表面粗糙度精密加工工艺参数分别为:磨削深度为1.0 μm,进给速度为12 mm/min,砂轮转速为24 000 r/min和磨削深度为1.0 μm,进给速度为1 mm/min,砂轮转速为20 000 r/min。低磨削力磨削时,微粉金刚石钎焊砂轮受到的X方向和Z方向的磨削力分别为0.15 N和0.72 N;精密加工后的氧化铝陶瓷的表面粗糙度值可达0.438 μm。      

Effects of Plastic Strain on Surface Roughness and Coefficient of Friction in Tension-Bending Test

In order to make investigation into the tribological behaviors at the interface between tool and workpiece in the die corner of deep drawing, a tension-bending type test was used. A new tension-bending type test in which constant back tensions were applied and the deformation of specimen was plastic was developed. The workpiece used was an aluminum sheet with a smooth surface. The tests were carried out at a constant speed under various back tensions using a lubricant. The drawing force was measured during test and after tests the surface roughness of specimen was measured. In the lower average contact pressure, the surface roughening was predominant and the coefficient of friction was constant. On the other hand, in the higher average contact pressure, the flattening of surface asperities is predominant and the coefficient of friction decreased with increasing average contact pressure.     

造孔剂含量对树脂结合剂硅片减薄砂轮磨削性能的影响

为改善硅片背面减薄效果,在树脂结合剂硅片减薄砂轮里添加造孔剂。通过体积密度测试、扫描电镜观察和磨削实验,研究造孔剂含量对树脂结合剂砂轮结构和磨削性能的影响。结果表明:随着造孔剂体积分数增加、投料比降低,砂轮内部孔隙率增大;且磨削实验证明造孔剂可以提高硅片的表面质量。当造孔剂添加体积分数在10%、体积密度投料比控制在75%时,树脂结合剂硅片减薄砂轮在磨削过程中具有较好的综合磨削性能,磨削出来的硅片表面粗糙度R_a、R_z、R_y值波动范围小,与其他条件下的砂轮磨削的硅片相比,表面一致性好。