硬脆材料的化学机械抛光机理研究
硬脆材料超精密加工关键技术研究

硬脆材料超精密加工关键技术研究随着科技的快速发展,超精密加工技术已经成为现代制造业中不可或缺的关键技术之一。
尤其是在硬脆材料的加工中,超精密加工技术的应用显得尤为重要。
本文将详细探讨硬脆材料超精密加工的关键技术,以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
超精密加工技术是指通过采用高精度的机床、工具和工艺方法,将原材料或半成品加工成精度高、表面质量好的最终产品。
从20世纪60年代开始,随着计算机、激光、新材料等技术的飞速发展,超精密加工技术也不断取得重大突破。
如今,超精密加工技术已经广泛应用于航空、航天、能源、医疗等领域。
在硬脆材料的加工中,超精密加工技术可以有效提高加工效率和产品质量。
例如,利用超精密加工技术可以制造出高精度的光学元件、半导体芯片、陶瓷零件等,这些产品在各自领域都具有重要的应用价值。
硬脆材料由于其硬度高、脆性大等特点,加工过程中容易出现裂纹、崩边、表面粗糙等问题。
因此,在硬脆材料的超精密加工中,需要解决以下难点:裂纹问题:硬脆材料在加工过程中容易产生裂纹,降低产品的合格率。
崩边问题:由于硬脆材料的硬度较高,加工时容易出现崩边现象,影响产品的精度和表面质量。
表面粗糙问题:硬脆材料在加工过程中容易出现表面粗糙的现象,影响产品的性能和使用寿命。
机床和工具的精度问题:由于硬脆材料的加工精度要求高,因此需要高精度的机床和工具来保证。
采用先进的加工工艺和工具,如激光加工、水刀切割、超声波加工等,以减少加工过程中对材料的损伤。
对硬脆材料进行预处理,如加热、冷却、加载等,以改善其加工性能。
采用高精度的机床和工具,并定期进行维护和校准,以保证加工的精度和稳定性。
对加工参数进行优化,如切削速度、切削深度、进给速度等,以提高加工效率和产品质量。
下面以光学元件和陶瓷零件的超精密加工为例,说明超精密加工技术在硬脆材料加工中的应用。
光学元件的超精密加工:光学元件是光学系统的基本组成部分,其精度和表面质量对整个光学系统的性能有着至关重要的影响。
机械毕业设计(论文)-硬脆材料双面研磨抛光机的设计【全套图纸】

湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目:硬脆质材料双面/研磨抛光机的设计____专业:机械设计制造及其自动化_________学号: 2010963032__________________ 姓名:______ 指导教师: __________________完成日期: 5月20___________________目录摘要 (2)第一章绪论 (4)1.1脆硬材料的一些简介 (4)1.2国内外研磨和抛光的历史及其发展现状 (4)第二章工作原理及基本要求 (6)2.1抛光机理 (6)2.2双面研磨机的工作原理 (6)2.3双面研磨机的主要特点 (7)2.4本次设计的主要方向 (8)第三章研磨与抛光的主要工艺因素 (9)3.1工艺因素及其选择原则 (9)3.2研磨盘和抛光盘 (10)3.3平面研磨使用的研具 (13)3.4磨粒 (13)3.5加工液 (13)3.6工艺参数 (13)第四章结构设计及相关强度校核 (14)4.1工件保持架的选择 (14)4.2小齿轮的选择 (15)4.3内齿圈的选择 (15)4.4保持架、内齿圈、小齿轮组成的轮系中各齿轮运动速度的确定 (16)4.5其他齿轮的选择 (17)4.5.1齿轮1的选择 (17)4.5.2齿轮2的选择 (17)4.5.3齿轮3和齿轮4的确定 (18)4.6轴承的选择及其参数 (19)4.7电动机的选择 (20)4.8轴的设计及强度校核计算 (21)总结 (23)参考文献 (24)附录 (25)硬脆材料双面研磨/抛光机的设计摘要:双面平面研磨是在传统研磨机构的基础上,通过改变研磨平面的数目从而来提高研磨精度和效率的一种研磨方式。
其加工原理就是利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒,通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行精整加工,从而来实现加工精度的要求。
本文通过对平面研磨机构多种运动方式的分析,以及研磨精度要求,并结合现有研磨机,从而设计出一种新型的行星式双面平面研磨机构,并对其运动轨迹做了具体研究。
热裂法切割玻璃等硬脆材料关键技术研究进展

热裂法切割玻璃等硬脆材料关键技术研究进展王海龙;王扬;王向伟;张宏志【摘要】热裂法自1967年提出至今已取得丰硕成果.为使国内外学者清晰掌握其研究体系和发展趋势,有必要对热裂法近60年的研究成果进行规律性总结.本文首先明确提出热裂法的发展路线分两个方向:非预制轨迹热裂切割和预制轨迹热裂切割.在非预制轨迹热裂切割研究领域,切割速度、裂纹轨迹偏移量和切割面质量是最主要的优化目标参数;在预制轨迹热裂切割研究领域,切割速度和切割面质量是最受关注的优化目标参数.针对上述目标参数的优化,均可通过采用新的热源形式、冷却形式和优化工艺流程得以实现,指出热裂法切割玻璃和陶瓷关键技术研究方向在于创新发展新的热源技术、冷却技术和进一步优化工艺流程.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2018(033)009【总页数】8页(P923-930)【关键词】热裂法;玻璃;陶瓷;研究进展【作者】王海龙;王扬;王向伟;张宏志【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;哈尔滨商业大学,哈尔滨 150028;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】TQ174玻璃和陶瓷等硬脆材料在军事航天、电力电子、汽车工业等领域均有广泛应用。
如何高效高质量地对上述材料进行切割加工一直是该领域亟需解决的关键问题。
切割加工方法主要有机械切割[1-4]、激光熔融切割[5-6]、等离子切割[7]、水射流切割[8]、电火花切割[9-10]和水导激光切割[11]等, 但上述方法均存在切割质量差、切割效率低、噪音大等缺点, 无法实现绿色环保等先进制造理念, 亟需新的切割加工方法。
热裂纹作为一种缺陷形式, 广泛存在于各种材料之中, 是影响材料机械性能的关键因素之一[12-13]。
材料中裂纹的产生及扩展是材料科学与工程领域的关键问题[14-16]。
热诱导裂纹扩展切割法(Thermal Cracking Method, 中文简称热裂法)是由美国学者Lumley等1969年提出并申请专利[17]。
【国家自然科学基金】_化学机械抛光(cmp)_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

推荐指数 8 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
科研热词 化学机械抛光 非均匀性 材料去除率 抛光液 阻挡层材料 镍 钌 超声波 表面质量 表面沟槽 补偿控制 葵花籽粒分布 自适应 缓蚀剂 纳米ceo2 精细雾化 磨粒 硬脆晶体基片 硅片 流变性 材料去除机理 机械制造工艺与设备 晶圆 接触压强 抛光速率 抛光浆料 抛光机制 抛光垫 抛光 吸附 单晶硅片 化学机械抛光(cmp) 传输机器人 winkler地基
53 54 55 56 57 58 59 60 61
加压元件 低下压力 仿生垫 zeta电位 w-mo合金 sio_2/ceo_2混合磨料 sio2/fe2o3复合磨粒 dlvo理论 (抛光液)对流效应
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 科研热词 化学机械抛光 铜 雾化 阴离子 钨插塞 钛基片 过硫酸铵 表面粗糙度 自修整 纳米颗粒 纳米级粗糙度 粗糙度 离散元法 磨粒流 碳化硅 硅:软磨料 电化学 特大规模集成电路 清洗 流场 机械抛光 数值模拟 抛蚀率 抛光速率 抛光粉 抛光液 抛光机理 抛光垫 扩展缺陷 多层布线 复合磨粒 基体性能 固结磨料抛光垫 固结磨料 同质外延 叶序分布 去除率 化学机械磨削 加工性能 光学制造 兆声清洗 低压化学气相沉积 亚表面损伤 cvd金刚石膜 ceo2 推荐指数 9 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
硬脆材料的elid精密镜面磨削机理和技术的研究

硬脆材料的elid精密镜面磨削机理和技术的研究硬脆材料的ELID精密镜面磨削机理和技术的研究一、引言硬脆材料的磨削一直以来都是制约高精度加工的瓶颈之一。
传统的研磨技术在处理硬脆材料时容易产生较大的划痕和组织损伤,严重影响了工件的表面质量和性能。
近年来,电解抛光镜面磨削(ELID)技术在硬脆材料加工领域得到了广泛应用,具有磨削精度高、表面质量良好以及工件材料损伤小的优点。
本文将从机理和技术两个方面探讨硬脆材料的ELID精密镜面磨削。
二、ELID精密镜面磨削机理1. 基本原理ELID精密镜面磨削是在研磨过程中通过在磨粒、砂轮和工件间施加低电压直流电进行电化学反应,从而实现对硬脆材料表面的精密磨削。
磨削过程中,磨粒、砂轮和工件形成一个电解质层,该电解质层能够加速磨削产物的去除、减小热量的输送并改善磨削表面的质量。
2. 电化学反应机理ELID精密镜面磨削的关键在于砂轮表面形成了一层硬脆材料的致密抛光层。
这是通过电化学反应实现的,其中砂轮表面的氧化层在电解质中发生电离,生成OH-离子和氧化铁或氧化铁的混合物,进而与硬脆材料的表面发生反应形成致密抛光层。
3. ELID电解质的选择ELID磨削中的电解质是影响磨削效果的一个重要因素。
常用的电解质有硫酸、硝酸及其混合物等。
不同的电解质对于磨削表面的质量、磨削速度和电解质的消耗等方面都有影响。
三、ELID精密镜面磨削技术1. 砂轮制备技术ELID磨削中的砂轮具有较高的表面质量,其制备技术对于磨削效果和表面质量具有重要影响。
常见的砂轮制备技术包括经典ELID制备技术和局部ELID制备技术。
2. 加工参数优化不同硬脆材料的ELID精密镜面磨削过程中,加工参数的优化是关键。
加工参数包括电流密度、砂轮粒度、进给速度等,这些参数会直接影响砂轮磨削效率、磨粒尺寸和表面质量。
3. 先进监测技术ELID精密镜面磨削过程中的质量控制是确保加工效果的关键。
随着先进监测技术的发展,通过磨削力、磨削声音、表面温度等多参数监测,可以及时调整磨削参数,提高加工效率和表面质量。
化学机械抛光

化学机械抛光引言化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是一种常用的表面加工技术,广泛应用于半导体、光学器件、陶瓷材料等领域。
该技术在提高光学器件的光学质量、陶瓷材料的平整度等方面起着关键作用。
本文将详细介绍化学机械抛光的原理、工艺流程以及应用领域。
原理化学机械抛光是一种结合了化学溶解与机械研磨的表面处理技术。
其原理可以归纳为以下几点:1.软、硬材料同步处理:化学机械抛光同时采用了化学反应和机械研磨两种方式,使得对软硬材料的处理更为全面。
化学反应可以有效溶解硬质材料,而机械研磨则可平整软质材料表面。
2.二元作用:化学机械抛光通过浸泡在化学溶剂中的研磨材料,产生摩擦和化学反应,将被抛光表面的材料溶解并磨平。
这种二元作用的机制有效提高了抛光速度和抛光质量。
3.光化学效应:化学机械抛光中常用的化学溶剂中添加了光敏剂,通过光化学效应来控制抛光过程。
光敏剂吸收特定波长的光能,产生电化学反应,进一步加强抛光效果。
工艺流程化学机械抛光的工艺流程通常包括以下几个步骤:1.清洗:将待抛光的材料表面进行清洗,去除附着物、油脂等杂质,为后续的抛光工艺做好准备。
2.研磨:采用机械研磨设备对待抛光表面进行初步磨削,消除表面凹凸不平。
3.化学溶解:将待抛光材料浸泡在特定的化学溶剂中,使化学反应发生,将材料表面的硬质材料溶解掉。
同时,该步骤中的光敏剂也会发挥作用。
4.机械研磨:在化学溶解后,继续使用机械研磨设备对材料表面进行慢速旋转,进一步磨削,使表面更加平整。
5.清洗:将抛光后的材料进行彻底清洗,去除化学溶剂残留和研磨材料等杂质。
应用领域化学机械抛光广泛应用于以下领域:1.半导体制造:在半导体制造中,化学机械抛光被用于平坦化晶圆表面,以提高晶圆的质量和表面光滑度。
它可以去除表面缺陷,提高晶圆的效率和可靠性。
2.光学器件制造:光学器件在制造过程中往往需要高度平整的表面。
化学机械抛光可以消除光学器件表面的微观划痕和凹凸不平,提高光学器件的透光性和抗反射性。
硒化锌晶体超精密切削材料去除机理研究

CMP抛光— 化学机械抛光

CMP抛光—化学机械抛光概念CMP,即Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛光。
CMP技术所采用的设备及消耗品包括:抛光机、抛光浆料、抛光垫、后CMP清洗设备、抛光终点检测及工艺控制设备、废物处理和检测设备等。
CMP技术的概念是1965年由Monsanto首次提出。
该技术最初是用于获取高质量的玻璃表面,如军用望远镜等。
1988年IBM开始将CMP技术运用于4MDRAM 的制造中,而自从1991年IBM将CMP成功应用到64MDRAM 的生产中以后,CMP技术在世界各地迅速发展起来。
区别于传统的纯机械或纯化学的抛光方法,CMP通过化学的和机械的综合作用,从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。
它利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。
CMP抛光液CMP抛光液是以高纯硅粉为原料,经特殊工艺生产的一种高纯度低金属离子型抛光产品,广泛用于多种材料纳米级的高平坦化抛光。
如何抛光1. 机械抛光机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法,一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等,以手工操作为主,特殊零件如回转体表面,可使用转台等辅助工具,表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。
超精研抛是采用特制的磨具,在含有磨料的研抛液中,紧压在工件被加工表面上,作高速旋转运动。
利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度,是各种抛光方法中最高的。
光学镜片模具常采用这种方法。
2. 化学抛光化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解,从而得到平滑面。
这种方法的主要优点是不需复杂设备,可以抛光形状复杂的工件,可以同时抛光很多工件,效率高。
化学抛光的核心问题是抛光液的配制。
化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。
3. 电解抛光电解抛光基本原理与化学抛光相同,即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分,使表面光滑。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
[ 2 ] 宋 晓岚 , 李 宇煜 , 江楠. 化学 机械抛 光技术研究 进展 [ J ] . 化工进 展 ,
2 0 0 8( 1 ) : 2 6 — 3 0 .
( S o n g Xi a o - l a n , L i Yu — k u n , J i a n g N a n . R e c e n t d e v e l o p m e n t o f c h e mi c a l
No. 2
F e b . 2 0 1 4
机 械 设 计 与 制 造
3 9
学机械抛光 , 研究抛光液 p H值对材料去除率的影响f 7 1 , 一些科研 释表面材料 的去除机理, 分析 C M P中有效作用的磨粒并建立抛光 人员认为 :碱性抛光液 中的一 O H离子和碳 化硅表 面悬挂 的单一 垫 、 磨粒和工件表面的接触模型 , 建立合理 的力学公式 ; ( 3 ) 突破 目 硅原 子键发生化学反应形成 S i O , S i O : 与S i C相 比要软 的多 , 然 前将 C MP机械作用和化学作用分开研究 的局限眭, 综合考虑机械 后通过抛光液中磨粒 和工件 表面的研磨作用 去除材料 。但 是 , 作用和化学作用以及各因素的耦合作用 , 建立 C MP模型 。
( Hu a n g C h u a n - j i n , Z h o u H a l , C h e n X i - f u S t u d y t h e c h e m i c  ̄m e c h a n i c a l
o n s a p p h i r e s u b s t r a t e[ J ] . Ma c h i n e r yD e s i g n&Ma n u f a c t u r e , 2 0 1 0( 1 1 ) :
m a t e i r a l r e m o v a l i n c h e mi c l— a me c h a n i c l a p o l i s h i n g ( C MP) [ Cj . I E E E
T r a n s a c t i o n s o nS e mi c o n d u c t o r Ma n u f a c t u r i n g 。 2 0 0 1 ( 1 4 ) : 4 0 41 7 .
散性提高而增大。文献 提 出, 碱性抛光液 中含有大量的一 O H离
me c h a n i c a l p o l i s h i n g l J ] . C h e mi c a l I n d u s t I y a n d E n g i n e e r i n g P r o c e s s , 2 0 0 8
( 1 ) : 2 6 — 3 0 . )
[ 3 ] E v a n s C J , P a u l E , D o r n f e l d D . M a t e i r a l r e m o v a l m e c h a n i s m s i n l a p p i n g a n d p o l i s h i n g[ J ] . C I R P A n n a l s — M a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y , 2 0 0 3 ( 2 ) :
键 ,若所有 的 s i — s i 键被 S i — O H键代替便形成了可溶性硅酸盐 , [ 4 ] F u G . , C h a n d r a , A, G u h a , S . , S u b h a s h , G . . A p l a s t i c i t y _ b a s e d m o d e l o f
高p H值的抛光液并不一定会加速材料去除率 ,抛光液 p H值 的 效果 取决 于所用抛光液 的类型 , 温度升高 , 抛光 垫纤维 的动态剪 切模 量减小 , 进而影响抛光垫的性 能 , 动态剪切模量 减小使工 件 和抛光垫接触深度增加 , 进而接触更多的抛光液磨粒。
一
计与制造 , 2 0 1 0 ( 1 1 ) : 2 5 6 — 2 5 8 .
O H离子能够削弱 S i — C键 , 高的p H值提高 了一 O H离子 的
浓度从而加快化学反应速度 。 抛光液的 p H值随着温度 的升高而 降低 , 这是因为从碳酸 H C O 中电离 出来的 H 擞 量不断增加 , 进 而影 响抛光液 的 p H值。一般情况下 , 料去除率随着抛光 液的分
61 1 — 6 3 3 .
子, 一 O H离子破坏 s i — s i 键形成 S i — O H, 每个 s i 原子有 四个 s i — s i
但是如果某个原子的 S i — s i 键中有一个以上没有被破坏那么就不 会形 成可溶性 硅酸盐 , 而是在 表面形成一层氧化膜 , 进而作用将表 面一层材料去除。
[ 5 ]K w o n D, Ki m H, J e o n g I 4 . He a t a n d i t s e f f e c t s t o c h e mi c a l me c h a n i c a l
T r o g o l o 和R a j a n 持有另外一种看法 : 硅在抛光液 中溶解生成 s i 参考文 献
1 ] 黄传锦 , 周海 , 陈西府. 化学机械抛光 的理论模型研究综述 I J 1 . 机械设 ( O H) d b , S i ( O H) 在高 p H值的抛光液中溶解。实验结果表 明: 过 [