超微粒金刚石和富勒烯研具创建超平滑表面的研究

制备了超微粒金刚石和富勒烯研磨工具,并分别进行了硅片研磨试验,详细分析了两种材料的研磨特性如表面粗糙度的稳定性、磨料粒度对研磨效果的影响以及研磨材料的显微结构等。试验结果表明,使用0~1/8μm粒度的金刚石研具获得的表面粗糙度值大于使用0~1/4μm粒度金刚石研具的表面粗糙度值,这是因为磨粒被粘结剂覆盖所致。研究结果表明,采用富勒烯研具研磨硅片可获得Ra5nm的超平滑镜面。     

聚晶金刚石复合片镜面加工工艺优化研究

针对聚晶金刚石复合片精加工后需达到镜面级表面的指标要求,基于正交试验法优化聚晶金刚石复合片精加工工艺参数,采用极差分析法处理试验数据,并绘制试验指标与各试验因素间的关系曲线图,得出了各因素对表面粗糙度的影响规律,并以此为基础优化工艺参数,进行聚晶金刚石复合片镜面加工工艺优化研究。研究表明:抛光盘转速和研抛时间对工件表面粗糙度影响较大,各因素对表面粗糙度的影响程度按从大到小的顺序依次为:抛光盘转速、研抛时间、研抛压力和抛光液磨料粒度。采用优化后的最优工艺参数组合进行加工试验,当研抛压力为90 kPa、抛光盘转速为1 200 r/min、抛光液磨料粒度为1μm、研抛时间为30 min时,得到了表面粗糙度Ra为0.019μm的质量表面,达到了聚晶金刚石复合片镜面加工(Ra0.02μm)的效果。     

应用纳米级金刚石抛光亚纳米级光滑表面

用爆炸法合成的纳米级金刚石是一种新型纳米材料,其物理机械特性与普通亚微米级金刚石微粉有很大差别。我们使用这种材料配制的抛光液对YVO4 晶体进行了超精密抛光的初步实验,获得了具有较低表面粗糙度(< 1 nm )的表面,发现了纳米金刚石作为抛光材料的独特之处。本文描述了实验结果,分析了抛光表面,并总结了纳米金刚石粉的抛光特性,提出了关于抛光中的材料去除过程的见解     

不同粒度纳米金刚石抛光微晶玻璃的研究

选用4种不同粒度的纳米金刚石抛光微晶玻璃,考察了纳米金刚石磨料的粒度对抛光速率和表面粗糙度的影响。采用AFM分析不同抛光表面的微观形貌,讨论了纳米金刚石与微晶玻璃的作用机制。结果表明:采用纳米金刚石抛光微晶玻璃可获得亚纳米级的表面粗糙度;随纳米金刚石粒度的降低,纳米金刚石的抛光速率减小,微晶玻璃表面平均粗糙度降低;微晶玻璃表面晶粒的不同断裂方式影响抛光后的表面粗糙度。     

基于金刚石微粉的单晶蓝宝石CMP工艺研究

单晶蓝宝石具有高的机械和光学性能,已被广泛应用于光电子、通讯、国防等领域。以提高加工后单晶蓝宝石表面质量和缩短加工时间为最终目标,采用化学机械抛光的方法抛光蓝宝石,得到了一种可行有效的抛光单晶蓝宝石的加工工艺路线。试验结果表明,采用6μm金刚石磨料粗抛蓝宝石晶片1.5 h,表面粗糙度值由220.05 nm快速降到7.88 nm;然后采用3μm金刚石磨料精抛蓝宝石晶片3 h,可以获得Ra约为2.82 nm(测量区域700μm×530μm)的表面粗糙度值。此抛光工艺能满足蓝宝石衬底高效、低损伤的抛光要求。     

基于超声振动磨削与抛光技术的SiC反射镜加工工艺研究

针对航天用Si C反射镜在加工过程中的低加工效率、表面质量差等难题,在半精磨阶段采用超声振动磨削技术对其进行加工试验以研究其去除机理及存在的缺陷。为进一步解决超声振动磨削Si C反射镜存在的缺陷,在精加工阶段对其进行了抛光试验。通过采用正交试验的方法对影响Si C表面粗糙度的各工艺参数进行抛光试验设计及分析得到抛光压力、抛光盘转速、抛光液磨粒粒度及抛光时间对表面粗糙度的影响规律及其最优参数组合。研究结果表明在抛光压力40 k Pa,抛光盘转速400 r/min,抛光液磨粒粒度0.5μm,抛光时间2 h的最佳工艺参数下可获得表面粗糙度为21nm的加工表面。     

Si_3N_4陶瓷的剪切增稠抛光

利用剪切增稠抛光技术(Shear-thickening polishing,STP)对Si_3N_4陶瓷圆柱工件进行的超精密加工,考察所制备的含有金刚石磨粒的抛光液流变行为,分析Si_3N_4陶瓷的金刚石基剪切增稠抛光液的STP特性,研究Si_3N_4陶瓷圆柱工件的加工效率、表面质量及圆度误差精度。结果表明:含有金刚石磨粒的抛光液具有非牛顿幂律流体的剪切增稠性质,当剪切速率(g(5))不断提高时,储能模量(G′)、耗能模量(G″)均呈现出一定的增长趋势,耗散因子(n′)不断降低;Si_3N_4陶瓷的STP加工为持续微切屑"柔性抛光"过程;抛光液中的金刚石磨粒粒径为0.2μm时,工件抛光的材料去除率相对较大,且MRR理论值与试验值的平均误差约为11.7%,表明在抛光区域内STP材料去除模型具有一定的有效性;工件经60 min的STP后,材料去除率由初期4.20μm/h下降到4.00μm/h,表面粗糙度R_a由107.2 nm降至26.5 nm;抛光120 min后,材料去除率会减小至3.85μm/h,表面粗糙度可降至R_a 6.5 nm;由初始圆度误差RONt 1.418mm下降至RONt 0.360mm,实现了Si_3N_4圆柱高效超精密抛光。     

中等粒度纳米金刚石抛光陶瓷表面研究

研究了用各种不同粒度分布的纳米金刚石抛光CaTiO3陶瓷表面。讨论了纳米金刚石颗粒大小及其悬浮液的分散稳定性对磁头表面形貌的影响,评价了由该种材料抛光所形成的缺陷和表面质量。试验分析表明,用粒径越小、粒度分布越窄的纳米金刚石抛光时试样表面粗糙度越小,而粒径越大,即使分布窄,所得的试样表面粗糙度也越大。同时,即使纳米金刚石粒径较小,如果分散稳定性不好,也会在试样表面产生若干很深的划痕和凹坑,从而影响表面粗糙度。     

模具钢电解机械复合抛光工艺研究

介绍了电解机械复合抛光实验装置、工作原理及工艺特点，应用电解机械复合抛光工艺对几种模具钢材进行抛光实验，分析了各加工工艺参数对表面粗糙度的影响关系，找出了加工电压、工具转速、废料粒度等对电解机械复合抛光的影响规律。实验表明，只要选配适当的工艺参数，采用此法可以获得及Ra＜0．1μm的表面粗糙度，同时该技术能提高模具制造质量，降低工人劳动强度，缩短模具制造周期。     

静电层层自组装复合磨粒及抛光液的抛光性能研究

利用静电层层自组装原理,通过PDADMAC在聚合物粒子表面改性和吸附不同层数的SiO2磨粒,制备n-SiO2/BGF复合磨粒及其抛光液。分析了交替吸附PDADMAC和SiO2磨粒的BGF微球表面Zeta电位的变化,利用TEM表征了不同层数的n-SiO2/BGF复合磨粒SiO2磨粒的吸附情况。分析了聚合物表面磨粒的吸附层数、游离磨粒浓度、聚合物粒径对复合磨粒抛光液抛光的影响。抛光实验表明:3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液的材料去除率最高,为368.8nm/min;复合磨粒抛光液中的聚合物粒子为1～2μm、游离磨料SiO2的质量分数为5%时,材料去除率取得较大值。经3-SiO2/BGF复合磨粒抛光液抛光后的硅表面,在10μm×10μm范围内,表面粗糙度从0.3μm降至0.9nm,峰谷值小于10nm,表明复合磨粒抛光液对硅片具有良好的抛光效果。     

基于ELID磨削与抛光技术的PDC加工工艺研究

针对聚晶金刚石复合片(PDC)在加工过程中硬度高、精度低等难题,在半精磨阶段采用ELID磨削技术对其进行加工试验以研究其去除机理及存在的缺陷。为解决ELID磨削PDC存在的缺陷,在精加工阶段对PDC进行了抛光试验。通过采用二次通用旋转组合方法对影响PDC表面粗糙度的各工艺参数进行抛光试验设计。首先利用DPS数据处理系统软件对试验结果进行分析得到PDC表面粗糙度二次回归数学模型及各工艺参数对PDC表面粗糙度的单因素和交互作用影响规律。然后利用lingo软件优化得到PDC抛光最佳工艺参数为抛光压力80 kPa,抛光盘转速1 200r/min,抛光液磨粒粒度2μm,抛光时间45 min,并在此最佳工艺参数下抛光PDC获得表面粗糙度为15 nm的已加工表面。     

磁流体辅助抛光工件表面粗糙度研究

给出了磁流体辅助抛光的机理,以及依据Preston方程建立的磁流体辅助抛光的数学模型。并通过实验详细研究了磁流体辅助抛光后工件的抛光区形状,以及抛光区内表面粗糙度情况。最终加工出了表面粗糙度为0.76 nm(rms值)的光学元件,其高频表面粗糙度达到0.471 nm(rms值),满足了对一定短波段光学研究的要求。结果表明:磁流体辅助抛光可以用于对光学元件进行超光滑加工;在磁流体辅助抛光过程中,较大粒度的磁流体抛光液有利于工件表面粗糙度快速降低,较小粒度的磁流体抛光液可以获得更加光滑的光学表面。     

钇铝石榴石(YAG)和钆镓石榴石(GGG)外延衬底的超精密制备技术

根据YAG和GGG晶体的性质，研究制订出从晶体外圆滚磨、定向、切割到研磨、抛光及检验的一套工艺方法，其中抛光工序是最关键的工序。为了保证抛光表面精度、质量及抛光效率，将抛光工序分成三步，首先用W0．5金刚石在锡盘上初抛，然后在无纺抛光布上细抛，最后用胶体软磨料抛光液在无纺抛光布上精抛。被抛光表面粗糙度Ra≤8nm，经腐蚀法及外延生长检验表面无缺陷和损伤。     

微晶玻璃塑性域超精密磨削加工的研究

本文对微晶玻璃脆性材料的超精密磨削加工作了大量的实验研究。研究结果表明 ,对于微晶玻璃等脆性材料 ,其表面粗糙度主要与砂轮的平均磨粒尺寸、砂轮速度、进给量及磨削深度等因素有关。当采用超精密磨床并在 vs=12 0 0 m/ min、f=0～2 0 0μm/ rev、ap=0 .1～ 10μm条件下磨削时 ,只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于 2 0μm,才能在塑性磨削模式下加工出高质量的光滑表面 ,其磨削后的表面粗糙度为 rms:8.0 2 1nm、Ra:6.2 0 0 nm。     

工程陶瓷镜面加工工艺

用工程陶瓷材料制造机器结构零件已经在越来越多的领域得到应用，其精密加工技术也随之迅速发展。在加工过程中，陶瓷已加工表面质量的提高，不仅可使零件的耐磨性得到改善，而且其使用的可靠性也显著提高，因此一些陶瓷零件如喷咀、针问、精密快规和密封件等已要求表面粗糙度值不应大于Rao．05μm。本文针对ZrO2、Si3N4扣Sialon陶瓷进行了摩削、研磨和抛光等工序的实验研究，探索了陶瓷外圆表面和平面的精加工工艺，并成功地实现了表面粗糙度Ra0．011～0．016μm的镜面加工。一、外圆表面的研磨抛光1．实验装置图1所示为陶瓷件外圆研磨…     

分散剂对铜CMP材料去除率和表面粗糙度影响的实验研究

使用5种分散剂,SiO2水溶胶为磨料、H2O2为氧化剂,分别进行抛光实验。结果表明：二乙烯三胺和吡啶2种分散剂相对较好,二乙烯三胺（质量分数0．05％）对铜的材料去除率达到570．20nm／min,表面粗糙度为Rα1．0760nm,吡啶（质量分数0．75％）的材料去除率为373．69nm／min,表面粗糙度为Rα1．5776nm;二乙烯三胺提高了抛光液的碱性并增强了对铜金属的腐蚀作用是材料去除率提高的主要原因,其多胺基的极性吸附和与胶体分子羟基的化学键作用提高了抛光液磨粒胶体表面的zeta电位,较大的分子链有效地提高了磨料粒子间的空间排斥力,故较好的纳米磨料粒子分散性使抛光表面粗糙度降低。     

飞秒激光抛光CVD金刚石涂层表面

为了实现降低金刚石涂层粗糙度的目的,本文研究了飞秒激光功率,重复频率以及扫描速度对金刚石涂层表面粗糙度的影响,试验之后利用白光干涉仪检测抛光区域形貌以及粗糙度。试验结果表明：粗糙度随着功率的降低而减小,当功率降至100 mw以下时抛光后的粗糙度会随着功率的降低而略微的提高;重复频率对抛光后的粗糙度无显著影响;粗糙度随扫描速度的增大而减小,当扫描速度增加到1.6 mm/s之后,粗糙度会出现略微的升高。在功率100 mw,重复频率1 KHz,扫描速度1.6 mm/s的条件下,得到的粗糙度最低,约为0.14 μm,局部区域粗糙度可降至100 nm以下,并且抛光的区域相对于未抛光区域更具有致密性,基本上满足金刚石涂层低摩擦表面的要求。     

聚晶金刚石复合片激光抛光工艺研究

聚晶金刚石复合片因具有超高硬度、耐磨性和良好的热稳定性,被广泛用作切削加工的刀具材料。利用PCD复合片制作刀具时,和传统加工工艺相比,激光抛光可以获得更良好的加工特性。为探究PCD复合片的激光抛光工艺特性,获取最佳表面粗糙度,利用飞秒已抛光区域的线粗糙度,系统地研究了激光功率、扫描速度、扫描间距的水平变化对粗糙度和抛光效率的影响规律。采用正交试验方法对3个因素水平进行优化组合,同时对飞秒激光抛光PCD的作用机理进行初步探究。结果表明：影响粗糙度的主要因素为扫描速度,选用7 MW激光功率、1 000μm/s扫描速度、12μm扫描间距的工艺参数可以获得粗糙度为33.95 nm的优良PCD复合片。     

光纤端面研磨加工的表面质量

研究光纤端面研磨时高质量表面的形成机理已成为提高光纤连接器质量和制造效率的重要课题。选用粒度为0．5-6．0μm金刚石磨料砂纸,在KE-OFP-12型光纤连接器研磨机上对光纤端面进行研磨,发现光纤研磨加工存在脆性断裂、半脆性半延性和延性等三种材料去除模式,且材料去除模式主要由磨料粒度控制,磨料粒度为3μm 时,为其脆延转换的临界点,并从理论上对其进行了分析。试验证明以延性去除得到的光纤表面粗糙度远低于以脆性断裂去除得到的表面粗糙度,是提高光纤研磨表面质量的有效途径。光纤以延性模式研磨加工时,光纤表面粗糙度可达到5nm,其表面看不到任何划痕,可使光纤连接器的插入损耗及回波损耗等光学性能满足高速、宽带光纤通信的要求。     

金刚石刀具高速精密切削加工的研究

采用聚晶金刚石刀具和天然金刚石刀具对LY12高强度铝合金进行了高速精密切削试验 ,系统研究了切削条件、切削用量对加工表面粗糙度的影响规律。结果表明 ,在比常用切削速度高 8倍的高速切削速度范围内(v=80 0～ 12 0 0m/min) ,采用圆弧刃天然金刚石刀具可获得Ra0 0 4～ 0 0 6 μm的高光洁加工表面 ;采用直线刃聚晶金刚石刀具可获得Ra0 0 7～ 0 1μm的光洁加工表面。切削速度对加工表面粗糙度的影响主要受到机床动态特性的制约 ;进给量的选择范围较大 ;背吃刀量对加工表面质量影响极大 ,为获得较小表面粗糙度必须合理选用背吃刀量