不同磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响

为了提高微晶玻璃化学机械抛光(CMP)的材料去除速率(MRR),降低其表面粗糙度,利用自制的抛光液对微晶玻璃进行化学机械抛光,研究了4种含不同磨料(Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ce O2)的抛光液对微晶玻璃化学机械抛光MRR和表面粗糙度的影响.利用纳米粒度仪检测抛光液中磨料的粒径分布和Zeta电位,利用原子力显微镜观察微晶玻璃抛光前后的表面形貌.实验结果表明,在相同条件下,采用Ce O2作为磨料进行化学机械抛光时可以获得最好的表面质量,抛光后材料的表面粗糙度Ra=0.4 nm,MRR=100.4 nm/min.进一步研究了抛光液中不同质量分数的Ce O2磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响,结果表明,当抛光液中Ce O2质量分数为7%时,最高MRR达到185 nm/min,表面粗糙度Ra=1.9 nm;而当抛光液中Ce O2质量分数为5%时,MRR=100.4 nm/min,表面粗糙度最低Ra=0.4 nm.Ce O2磨料抛光后的微晶玻璃能获得较低表面粗糙度和较高MRR.     

精细雾化抛光TFT-LCD玻璃基板的抛光液研制

以混合磨料氧化铈和氧化硅、pH调节剂羟乙基乙二胺、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮为原料配制抛光液,通过对TFT-LCD玻璃基板进行超声波精细雾化化学机械抛光的正交试验研究,优化了抛光液的成分,并对传统抛光和雾化抛光进行了对比。结果表明:当氧化铈和氧化硅的质量分数分别为4%和10%、pH值为11、表面活性剂的质量分数为1.5%时,材料去除率MRR为215nm/min,表面粗糙度Ra为1.6nm。在相同的试验条件下,传统抛光的去除率和表面粗糙度分别为304nm/min和1.5nm;虽然雾化抛光去除率略低于传统抛光,但抛光液用量仅为传统的1/8。     

精细雾化抛光氮化硅陶瓷的抛光液配制参数优化

采用超声精细雾化施液抛光对氮化硅陶瓷基体进行抛光,研究了不同的pH值、磨料浓度以及氧化剂含量对氮化硅陶瓷基体抛光的材料去除率的影响,优化了pH值、磨料浓度及氧化剂含量,并与传统的化学机械抛光进行了对比。结果表明:当二氧化硅磨粒质量分数为5wt%,氧化剂含量为1wt%,pH值为8时,材料去除率MRR为108.24nm/min且表面粗糙度Ra为3.39nm。在相同的抛光参数下,传统化学机械抛光的材料去除率MRR为125nm/min,表面粗糙度Ra为2.13nm;精细雾化抛光的材料去除率及表面粗糙度与传统抛光接近,但精细雾化抛光所用抛光液用量仅为传统抛光所用抛光液用量的1/9。     

石英晶片剪切增稠抛光优化实验

剪切增稠抛光(STP)是利用非牛顿流体抛光液在抛光过程中产生的剪切增稠效应实现工件表面高效、低损伤的抛光.本文以材料去除率和表面粗糙度作为评价指标;采用田口法对石英晶片剪切增稠抛光过程中的4个关键影响参数:抛光液转速、工件倾斜角度、磨粒粒度、磨粒质量分数进行优化实验分析,得到最优抛光参数组合以及各主要工艺参数对抛光效果的影响程度;通过实验验证了优化结果的可靠性.对于材料去除率,工件倾斜角度的影响最明显,抛光液转速次之,再次是磨粒质量分数,磨粒粒度影响最小;对于表面粗糙度,抛光液转速的影响最明显,工件倾斜角度次之,再次是磨粒质量分数,磨粒粒度影响最小.通过信噪比平均响应分析,材料去除率优化参数组合为:Al_2O_32 500#、磨粒质量分数18%、抛光液转速80 r/min、工件倾斜角度15°,石英晶片材料去除率最高达到12.25μm/h;石英晶片最佳表面粗糙度参数组合为:Al_2O_35 000#、磨粒质量分数18%、抛光液转速80 r/min、工件倾斜角度15°,抛光1 h后石英晶片表面粗糙度R_a由300.08 nm降低至4.26 nm.     

固结磨料抛光LBO晶体非水基抛光液优化

三硼酸锂(LBO)晶体是优良的非线性光学晶体材料,抛光后晶体表面水份残留导致晶体潮解,影响器件的使用性能。采用非水基抛光液固结磨料抛光LBO晶体,降低水含量,研究非水基抛光液中去离子水、乳酸、双氧水等含量对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化得到高材料去除率和优表面质量的抛光液组分。研究表明,抛光液中去离子水浓度16%、乳酸22%、双氧水5%为最优抛光液组分,采用优化的抛光液固结磨料抛光LBO晶体的材料去除率达到392nm/min,表面粗糙度为0.62nm,实现了LBO晶体表面的高效高质量抛光,同时避免了抛光过程中水的大量使用。     

静电自组装制备复合磨粒及其 对铜的抛光特性研究

研究苯代三聚氰胺甲醛（BGF）微球与阳离子型聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDADMAC）、阴离子型聚电解质聚4－苯乙烯璜酸钠（PSS）之间的吸附特性,利用静电自组装技术改变和控制BGF微球的荷电特性,制备出不同形式的PEi BGF/SiO2复合磨粒,以Zeta电位、透射电子显微镜（TEM）和热重分析（TG）等手段对复合磨粒进行了表征,并利用这些复合磨粒制备了铜片抛光用的复合磨粒抛光液。抛光试验表明,吸附在聚合物微球表面和游离于抛光液中的SiO2磨粒在抛光中均起到材料去除作用。传统单一SiO2磨粒抛光液的铜材料去除率为264 nm/min,PE0 BGF/SiO2混合磨粒抛光液的铜材料去除率为348 nm/min,PE3 BGF/SiO2复合磨粒抛光液的铜材料去除率为476 nm/min。经上述3种抛光液抛光后的铜表面,在5 μm×5 μm范围内,表面粗糙度Ra从0.166 μm分别降至3.7 nm、2.6 nm和1.5 nm,峰谷值Rpv分别小于20 nm、14 nm和10 nm,复合磨粒抛光液对铜片有良好的抛光性能。     

高表面粗糙度6061铝合金的两酸抛光工艺研究

目的 为了降低6061铝合金的表面粗糙度,提出了一种环保型的两酸化学抛光工艺,并探究了抛光工艺条件对6061铝合金表面粗糙度和表面形貌的影响。方法 采用正交实验设计,确定6061铝合金两酸抛光添加剂的浓度,在此基础上通过单因素实验进一步对抛光液配方、温度和时间进行参数优化。通过粗糙度仪测量抛光前后的粗糙度和表面轮廓曲线,利用金相显微镜观察抛光前后的微观表面和断面金相,并且计算最佳工艺下的失重率。结果 在温度100 ℃、抛光10 min条件下,当抛光液的成分为H3PO4+H2SO4(质量比为2︰1)、10 g/L硫酸铝、2 g/L硫酸铜、1.6 g/L金属盐A、3 g/L氧化剂B、15 g/L过硫酸铵、1.5 g/L钼酸铵时,抛光效果最好。在最佳工艺下进行抛光,使铝合金表面粗糙度从6~8 µm降低至2 µm左右,粗糙度的标准差从2 µm左右降低至1 µm以下,失重率在0.002~0.004 g/(cm².min)范围内波动,并且得到了光亮的表面。结论 该抛光体系在处理高表面粗糙度的6061铝合金时表现出良好的抛光效果,研究结果对提高3D打印的6061铝合金零件表面质量提供了较好的借鉴与理论分析基础。     

低压下碱性铜抛光液对300mm多层铜布线平坦化的研究

随着微电子技术进一步发展,低k介质的引入使得铜的化学机械平坦化(CMP)须在低压下进行。提出了一种新型碱性铜抛光液,其不含常用的腐蚀抑制剂,并研究了其在低压下抛光及平坦化性能。静态条件下,铜的腐蚀速率较低仅为2nm/min。在低压10.34kPa时,铜的平均去除速率可达633.3nm/min,片内非均匀性(WIWNU)为2.44%。平坦化效率较高,8层铜布线平坦化结果表明,60s即可消去约794.6nm的高低差,且抛光后表面粗糙度低(0.178nm),表面状态好,结果表明此抛光液可用于多层铜布线的平坦化。     

哈氏合金电化学抛光工艺的研究

采用环保型抛光液对离子束辅助沉积技术路线用哈氏合金HastelloyC-276基带进行了电化学抛光,获得了典型的阳极极化曲线,并阐述了电化学抛光的机理。研究了影响电化学抛光的因素(电解液温度、抛光时间、抛光极距)对基带表面粗糙度的影响,优化工艺参数获得了表面粗糙度Ra5nm(5μm×5μm)的高质量表面,满足后续生长过渡层对哈氏合金基带的要求。抛光液中的柠檬酸在50℃左右分解成络合剂,可迅速沉淀金属离子,提高表面的活性。     

紫外LED辅助的4H-SiC化学机械抛光

在4H-SiC晶片的化学机械抛光(CMP)体系中加入紫外LED系统,研究TiO_2颗粒、紫外LED光功率、抛光温度和抛光液pH值对4H-SiC晶片抛光性能的影响规律,以获得较高的材料去除速率(MRR)和原子级光滑表面,满足LED器件对衬底材料表面的严格要求.结果表明,采用平均粒径25 nm、质量分数为2%的TiO_2颗粒,可显著提高MRR,且减少微划痕等表面缺陷;增大紫外LED功率,MRR随之增大;升高抛光温度,MRR快速提高,并可降低抛光所得表面粗糙度;在CMP体系中加入紫外体系可增加羟基自由基数量,抛光液pH值较低(2.2)也可维持较高MRR值,且抛光液pH值超过10时MRR值大幅提高.采用原子力显微镜(AFM)、光学显微镜来考察4H-SiC晶片抛光后的表面质量.基于各因素的影响规律,最终获得表面粗糙度为0.058 6 nm的4H-SiC晶片表面,且MRR达到352.8 nm/h.     

抛光液组分对硬盘盘基片超光滑表面抛光的影响

在硬盘盘基片的最终抛光中,研究SiO2溶胶颗粒、氧化剂、络合剂和润滑剂对盘基片Ni—P材料抛光性能的变化规律,获得较高的材料去除速率（MRR）和原子级光滑表面,以满足下一代硬盘盘基片制造的更高要求．结果表明,采用平均粒径25nm的SiO2溶胶颗粒,易减少微划痕等缺陷;以过氧化氢为氧化剂,可大幅提高MRR;加入有机酸络合剂后,MRR显著增大,其中含有水杨酸的抛光液MRR最大,并讨论不同络舍剂对盘基片去除的影响机理;丙三醇润滑剂的引入,使抛光中摩擦系数减小,盘基片的表面粗糙度得到明显降低．采用原子力显微镜（AFM）、光学显微镜和ChapmanMP2000＋表面形貌仪来考察盘基片抛光后的表面质量,基于抛光液各组分的影响作用,最终获得表面粗糙度尺。为0．08nm的盘基片表面,且MRR达到0．132μm／min．     

单晶金刚石机械研磨结合化学辅助机械抛光组合加工工艺

单晶金刚石因具有最高的硬度和最低的摩擦系数常被用来制备超精密刀具,而表面粗糙度是影响刀具寿命的重要指标.提出采用机械研磨结合化学辅助机械抛光的组合工艺抛光单晶金刚石.实验优化并确定的加工工艺如下:先用5μm和2μm金刚石粉研磨单晶金刚石表面,然后采用化学机械的方法去除机械研磨带来的损伤.用该工艺抛光单晶金刚石,表面粗糙度Ra可达0.8 nm(测量区域70μm×53μm).表面拉曼光谱分析表明化学机械抛光的表面只有1 332 cm-1拉曼峰.     

离子束倾斜入射抛光对表面粗糙度的影响

基于光学元件离子束高精度确定性抛光技术,在自行研制的离子束抛光机床上,本文研究了离子束倾斜入射抛光对光学材料熔石英表面粗糙度的影响.为了在离子束抛光中改善表面粗糙度,采用了0°～80°之间不同入射角度的离子束倾斜抛光和倾斜45°入射均匀去除两种实验方案进行研究,其中不同入射角度抛光实验研究结果表明:离子束垂直入射抛光较难改善表面粗糙度,倾斜入射抛光可以较好地改善表面粗糙度,入射角为30°～60°之间时抛光效果最佳,表面粗糙度得到明显改善;倾斜45°入射均匀去除抛光实验结果表明表面粗糙度的RMS值由抛光前(0.92±0.06)nm下降到(0.48±0.04)nm,提高了光学零件的表面质量,验证了离子束倾斜入射抛光可以较好地改善表面粗糙度,实现了离子束倾斜抛光超光滑表面的生成.     

用于超光滑表面加工的常压低温等离子体抛光系统设计

介绍了一种新型超光滑表面加工方法及其系统的设计．该方法主要基于低温等离子体化学作用,通过活性反应原子与工件表面原子间的化学反应实现原子级的材料去除,避免了表层和亚表层损伤．该常压低温等离子体抛光系统首次引入了电容耦合式射频等离子体炬,并根据装置的实际特性进行了良好的阻抗匹配．原子发射光谱分析结果表明,该系统实现了稳定的大气压等离子体放电,并有效地激发出高密度的活性反应原子．针对单晶硅片的加工试验结果,也证明了该系统可高效稳定地工作,并实现了约1．46mm^3/min的材料去除速率和0．6nm（Ra）的表面粗糙度．     

增强相对铝基复合材料超精密加工表面的影响

采用聚晶金刚石（PCD）刀具对SiC增强铝基复合材料进行超精密车削加工试验,基于原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和Talysurf-6型轮廓仪对加工表面进行检测和分析.结果表明,S iC增强相的切削变形机理对超精密级加工表面的影响重大（粗糙度Ra为0.025μm）.若增强相在解理面直接被切削刀具切断,则SiC增强相附近区域的表面粗糙度值范围为6~10 nm,故产生超精密级加工表面的可能性大;若增强相以拔出或压入的机理进行切削变形,则不易获得超精密级加工表面.较高的切削速度、较小的进给量、较小的刀具钝圆半径和较大的PCD刀具晶粒度都有助于获得超精密级的加工表面,而背吃刀量对其影响很小.SiC增强相的体积分数和类型也是影响超精密级表面质量的重要因素,增强相体积分数越高,表面质量越差,晶须增强铝基复合材料较颗粒增强铝基复合材料可获得更好的表面质量.     

Process parameter dependencies of continuous and pulsed laser modes on surface polishing of additive manufactured aluminium AlSi10Mg parts

Laser powder bed fusion is a well-established 3D printing technique for metal alloys, but exhibits a poor surface quality. Laser polishing provides the possibility of a fast contact-free and fully-automatable surface treatment. This paper deals with the experimental investigation of laser polishing of laser powder bed fusion parts made of aluminium AlSi10Mg. Laser polishing is done with a 4 kW solid state disc laser in combination with a multi-axis system and a one dimensional scanner optic. The laser is operated at continuous and pulsed operation mode. The parameter study reveals a high dependency of the achievable roughness on the laser beam intensity, the track and pulse overlap, the energy density and the number of polishing passes and polishing directions. Pulsed laser polishing mode with up to four passes from different directions revealed the lowest surface roughness of 0.14 μm Ra. With respect to the initial average surface roughness of Ra = 8.03 μm a reduction of the surface roughness of greater than 98 % could be achieved. Polishing with continuous laser radiation at one polishing pass resulted in Ra = 0.23 μm at an area rate of 20 cm²/min. Laser polishing using four passes achieved a further improvement up to Ra = 0.14 μm.     

Fluid jet polishing of optical surfaces

We present a new finishing process that is capable of locally shaping and polishing optical surfaces of complex shapes. A fluid jet system is used to guide a premixed slurry at pressures less than 6 bars to the optical surface. We used a slurry comprising water and 10% #800 SiC abrasives (21.8 mum) to reduce the surface roughness of a BK7 sample from 350 to 25 nm rms and to vary the shape of a polished sample BK7, maintaining its surface roughness of 1.6 nm rms, thereby proving both the shaping and polishing possibilities of the presented method.     

光学元件聚氨酯抛光特性研究

本文研究了应用于平面光学元件的快速抛光技术,从材料去除率、元件面形和表面粗糙度出发,对快速抛光技术应用于平面大口径元件的加工效果进行了探讨。研究了在快速抛光技术中压力和主轴转速对材料去除率的影响,验证了Preston公式在快速抛光中的适用性,快速抛光技术的去除效率可达10μm/h;其次,研究了聚氨酯抛光元件面形的精度,对于330mm×330mm元件可达～1.0λ（λ=632.8nm）;最后,对快速抛光系统中抛光粉颗粒大小及形态随使用时间的变化进行了观测,并测量了使用300目和500目抛光粉时快速抛光元件表面粗糙度以及其随抛光粉使用时间的变化。