微织构刀具制备技术及加工性能研究新进展

近年来,随着可持续发展的兴起,国家对制造业提出了更高的要求,切削作为一种常用的加工手段,其刀具性能的提高也备受关注.在刀具表面制备织构是提高刀具性能的一项先进技术,该技术可以改善刀具的切削性能,从而提高基材的加工表面质量并延长刀具寿命.研究表明,刀具表面的织构通过减小刀具与切屑间的接触长度并改善摩擦条件,有助于降低切削力和切削温度;此外,织构还可以储存润滑剂,有助于实现微量润滑,从而使加工过程更加环保;因此,微织构刀具能有效缓解现有加工过程中存在的切削热过多和污染严重等问题.本文系统地综述了微织构刀具研究领域的最新进展,梳理了织构的制备技术,分析了微织构刀具的作用机理,总结了表面织构对刀具性能、切削性能和加工表面质量的影响以及微织构刀具的应用领域.最后指出了微织构刀具的发展趋势,希望能为微织构刀具领域后续开展深入研究工作提供参考.     

大直径硅晶片化学机械抛光及其终点检测技术的研究与应用

化学机械抛光是硅片全局平坦化的核心技术,然而在实用阶段上,这项技术还受限于一些制造系统整合上的问题,其中有效的终点检测系统是影响抛光成效的重要关键.若未能有效地监测抛光运作,便无法避免硅片产生抛光过度或不足的缺陷.本文在介绍CMP机制与应用的基础上,系统分析了CMP终点检测技术的研究现状及存在的问题.     

化学机械抛光中的硅片夹持技术

目前半导体制造技术已经进入0.1 3μm时代,化学机械抛光(CMP)已经成为IC制造中不可缺少的技术.本文描述了下一代IC对大尺寸硅片(≥300mm)局部和全局平坦化精度的要求,介绍了目前工业发达国家在化学机械抛光加工中硅片夹持技术方面的研究现状,分析了当前硅片夹持技术中存在的问题,并指出了未来大尺寸硅片超精密平坦化加工中夹持与定位技术的发展趋势.     

过渡金属作用下的金刚石石墨化机理研究*

从电子和原子角度解释了过渡金属对金刚石石墨化催化作用的机理,即过渡金属具有空d轨道,并且在某一面上与金刚石(111)面原子符合对准原则。为了验证此结论,基于第一性原理建立铬、铁、钴、钛、铂、铝、铜原子与金刚石原子的作用模型,进行仿真计算,得到不同过渡金属对金刚石石墨化的影响规律。仿真结果表明：Cr、Fe、Co、Ti、Pt作用下的金刚石结构出现不同程度的石墨化现象,而Al、Cu作用下的金刚石无石墨化现象。不同金属作用下金刚石原子结构的平面度由小到大依次为铁、铬、钴、钛、铂、铝、铜;碳原子间方差由小到大依次为铁、铬、钴、铂、钛、铝、铜;系统能量变化由大到小的顺序依次为铁、铬、钴、铂、钛。通过比较,铁、铬、钴原子对金刚石石墨化具有明显的催化作用,铂、钛原子有一定的催化作用,而铝、铜原子则无催化作用。当金属具有空d轨道且与金刚石在一定面上符合对准原则,未配对电子越多,金属对金刚石石墨化的催化作用越强;反之,当金属价电子层无d轨道或d轨道电子是充满状态时,金属对金刚石石墨化无催化作用。该研究为利用金刚石石墨化机理刃磨金刚石刀具提供了理论基础。     

滚镀法制备磁性磨料的工艺研究

磁性磨料的制备问题是制约磁力研磨技术发展的瓶颈,其主要原因是结合剂对磨粒相的把持力不足。采用化学复合镀加滚镀的方式制备磁性磨料,选择Q235铁丝作为磁性磨料的铁磁相,粒径10μm的金刚石微粒作为磨粒相,化学镀镍层作为结合剂。探究了滚筒转速、磨粒相加入量、滚筒转动时间间隔和镀液搅拌速率对复合镀层表面形貌的影响。在滚筒转速7°/s、磨粒相加入量0.4 g/L、滚筒转动时间间隔5 min和搅拌速率300 r/min时,磨粒相在铁磁相表面分布均匀,制备的磁性磨料表面形貌最好,经400°C热处理1 h后对不锈钢片进行磁力研磨15 min,工件表面粗糙度Ra从1.84μm降低到0.5μm,满足磁性研磨的使用要求。     

铜抛光液的电化学行为研究

为分析用于超大规模集成电路(ULSI)中铜化学机械抛光(CMP)所使用抛光液的添加剂对铜硅片的氧化、溶解和腐蚀抑制行为,以双氧水为氧化剂,柠檬酸为络合剂,苯丙三唑(BTA)为腐蚀抑制剂,在pH5的条件下进行抛光液的电化学行为研究.测试了铜在抛光液中的极化曲线、交流阻抗谱以及静腐蚀量.试验结果表明:添加络合剂柠檬酸降低了原来处于钝化状态下的铜抛光液系统的阻抗;加入缓蚀剂BTA后,Cu-H2O2-Citric acid-BTA系统的交流阻抗值增大.测试到的Cu-H2O2-Citric acid系统由于存在铜的不可逆氧化过程,导致了Warburg阻抗的存在;添加BTA后,在铜的表面生成了CuBTA的缓蚀膜,抑制了铜的腐蚀并改变了铜在Cu-H2O2-Citric acid系统中的电化学反应过程.     

硅片纳米磨削过程中磨粒切削深度的测量

分析了硅片纳米磨削过程中磨粒切削深度的特点,采用基于扫描白光干涉原理的三维表面轮廓仪对磨削后硅片表面的磨削沟槽的深度和宽度进行了测量,进而对磨削沟槽的深度和未变形切屑的横截面的宽高比进行了统计分析。研究表明,采用硅片自旋转磨削方法对硅片进行纳米磨削时,参与切削的磨粒数量极少,起主要切削作用的磨粒只占有效磨粒数量的一小部分,此部分磨粒的切削深度大于砂轮的切削深度,甚至可达后者的2倍;未变形切屑的截面为三角形,其宽高比在21～153之间,平均值为69。     

钨合金电化学腐蚀层性质的研究

为了实现钨合金电解磨削加工过程中电化学作用和机械作用的平衡,通过碳酸钠溶液中钨合金电化学腐蚀试验,研究了钨合金表面在电化学作用下形成的腐蚀层的性质,以及电化学参数对腐蚀层的影响规律。试验结果表明,在选择性腐蚀作用下,钨合金中的硬质相钨颗粒被腐蚀溶解,留下一层由粘接相及其反应产物组成的多孔腐蚀层;电解液浓度、加工时间、加工电流和极间间隙等电化学参数对腐蚀层性质有显著的影响,通过调整电化学参数能够实现对腐蚀层厚度在20～100μm间的控制,研究结果可以为钨合金电解磨削过程中电化学参数的选择提供参考。     

磁场电化学磁粒复合光整加工实验研究

开发出一种新的光整加工工艺－磁场电化学磁粒复合光整加工。研究了磁场环境下离子运动轨迹方程,分析了复合光整加工的原理并进行了相应的实验,由于洛仑兹力和电场力的综合作用,改变了离子运动轨迹,使被加工表面峰点电流密度更集中,磁场的搅拌作用,加快了电化学过程,使极间电流密度增大,蚀除速度加快,磁场电化学磁粒复合光整加工,与磁粒光整加工,电化学磁粒光整加工相比,提高了加工效率,改善了表面粗糙度。     

钇铝石榴石晶体化学机械抛光液成分优化研究

钇铝石榴石(YAG)晶体由于其优异的物理化学和光学性能,广泛用作激光器的激光增益介质.然而,目前的加工方法很难满足YAG晶体的高效高质量加工.基于传统硅溶胶抛光液的抛光机理,配制一种化学机械抛光液,并通过正交试验优化化学机械抛光液的成分配比.使用优化后的抛光液抛光YAG晶体,其化学机械抛光材料去除率提升至34 nm/m...