1 河南科技大学材料科学与工程学院, 洛阳 471023
2 河南东风新研材科技有限公司, 洛阳 471023
采用溶胶-凝胶技术合成Al2O3刚玉前驱体, 以SiO2-MgO-CaO为助烧剂, α-Al2O3纳米粉体为晶种, 利用传统烧结技术制备微晶陶瓷刚玉(SG)磨料。借助透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及热重-量热扫描(TG-DSC)等技术分析了晶种的特性和凝胶前驱体的热学性能, 探讨了烧结温度和烧结时间对SG磨料微观结构和力学性能的影响。结果表明, 纳米α-Al2O3晶种的添加使θ-Al2O3α-Al2O3相变温度降低了250 ℃。单颗粒抗压强度和密度随烧结温度的升高和烧结时间的延长先增大后减小, 晶粒形貌由等轴晶转变为片状晶。在1 320 ℃烧结45 min制备的SG磨料的单颗粒抗压强度和密度分别为40.2 N和3.88 g/cm3, 平均晶粒粒径为0.56 μm, 优于用传统烧结技术制备的微米晶种磨料样品。
溶胶-凝胶 微晶陶瓷 Al2O3刚玉磨料 单颗粒抗压强度 助烧剂 晶种 sol-gel microcrystalline ceramic Al2O3 corundum abrasive single particle compressive strength sintering aid crystal seed
在对蓝宝石衬底进行粗磨时，需采用大颗粒高硬度磨料以缩短用时。考虑到大颗粒磨料流动性和悬浮性弱的特征，通过监测去除量的指针的摆动情况研究粗磨过程中磨料颗粒的分布和运动规律，表明磨料层的动态平衡性对衬底的厚度均匀性和表面质量具有决定性影响，而该平衡的建立依赖于致密、均匀的初始磨料层，粗磨过程中补充的磨料仅能维持已有的平衡，不能在已失衡的情况下进行补救。该工作有助于提高粗磨工艺控制水平，并对深入研究研磨过程中磨料颗粒的运动情况具有一定的指导意义。
磨料层 动态平衡 蓝宝石衬底 粗磨 abrasive layer dynamic balance sapphire substrate rough grinding
红外与激光工程
2023, 52(9): 20230471
光学 精密工程
2023, 31(16): 2362
1 广东工业大学物理与光电工程学院, 广州 510006
2 松山湖材料实验室, 东莞 523808
4H-SiC单晶是典型的难加工材料, 研磨加工后表面损伤的密度和深度直接影响后续抛光工序的质量和效率。采用普通铸铁盘研磨工艺会导致晶圆表面划痕多、边缘破片以及去除率不稳定等问题。本实验采用聚氨酯垫研磨工艺, 减少研磨划痕, 提高了研磨后的表面质量, 实现了SiC衬底的精准研磨。通过改变金刚石磨料粒度、磨抛盘转速、研磨压强进行SiC衬底的研磨实验, 探究最优工艺参数及各条件对研磨效果的影响规律。实验结果表明: 随着研磨盘速度增大, 研磨的去除率增大, 其对应的粗糙度先降低后升高; 增大金刚石磨料的粒径会增大研磨的去除率, 但研磨后表面粗糙度也会持续增大; 通过增加研磨压强, 材料的去除率和表面粗糙度都将增加, 但去除率增加的速率由快变慢, 而粗糙度增加的速率逐渐加快。综合考虑, 采用聚氨酯垫研磨时, 较优研磨工艺参数为: 金刚石研磨液浓度为3%, 金刚石粒径为1 μm, 研磨液供给速度为5 mL/min, 研磨压强为47 kPa, 研磨转速35 r/min。该工艺下SiC材料的去除率为0.7 μm/h, 研磨后SiC衬底的表面粗糙度为24 nm。
研磨 聚氨酯垫 表面粗糙度 去除率 金刚石磨料 4H-SiC 4H-SiC grinding polyurethane pad surface roughness removal rate diamond abrasive
1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室，四川绵阳6200
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川绵阳61900
为了研究磁流变抛光液中磨粒团聚对光学玻璃元件的磨损性能，利用环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机，以不锈钢球为对磨副，以熔石英为基底，系统地研究了磁流变抛光液中纳米金刚石磨粒团聚程度对熔石英摩擦磨损性能的影响，并利用光学显微镜、白光干涉仪等设备分析熔石英的磨损机制，最后将摩擦学实验结果与实际磁流变抛光结果进行对比。实验结果表明：纳米金刚石磨粒团聚程度越大，熔石英表面的材料去除率越大，磨损区域亚表面损伤情况越严重。当载荷为0.5 N时，熔石英在团聚磨粒作用下的磨损主要以黏着磨损为主，伴随着轻微的磨粒磨损，同时熔石英的亚表面无明显损伤；当载荷从0.5 N增加到4 N时，熔石英的磨损形式以磨粒磨损为主，熔石英的表面和亚表面出现大量损伤。采用相同磨粒团聚程度的抛光液进行熔石英磨损与磁流变抛光实验发现，熔石英在磁流变抛光过程中的材料去除率与磨损实验的材料去除率变化趋势保持一致，表明借助摩擦磨损实验在一定程度上可以预测实际磁流变抛光中的材料去除率。
磁流变抛光 磨粒团聚 纳米金刚石 熔石英 磨损性能 magnetorheological finishing abrasive agglomeration nanodiamond fused silica wear properties
1 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083
2 珠海市巨海科技有限公司,珠海 519110
本文通过调整Fe-Co-Cu-Sn中石墨烯的含量来探究石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等测试了铁基金属结合剂金刚石磨具的显微结构、物相结构、力学性能和物理性能。结果表明: 结合剂中石墨烯的含量仅对晶相含量有影响; 当石墨烯含量为0.4%(质量分数)时, 磨具的抗弯强度最高, 为256.0 MPa, 较无石墨烯磨具提高了17.4%; 随着石墨烯含量增加, 石墨烯由片状均匀分布转变为逐渐团聚, 断口组织由脆性断裂转变为韧性断裂, 磨具的热膨胀系数逐渐降低, 导热系数逐渐提高; 磨具的磨耗比呈先增加后减少的趋势, 当石墨烯含量为0.4%时, 磨耗比最高, 为199.8, 较不添加石墨烯的磨具提高了约21%。
石墨烯 铁基金属结合剂 金刚石磨具 抗弯强度 热膨胀系数 磨耗比 graphene Fe-based metal binder diamond abrasive tool bending strength thermal expansion coefficient abrasive ratio
1 浙江大学杭州国际科创中心先进半导体研究院，浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室，杭州 311200
2 浙江大学硅材料国家重点实验室，材料科学与工程学院，杭州 310027
3 杭州乾晶半导体有限公司，杭州 311200
4 浙江机电职业技术学院，杭州 310053
研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一，对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响，基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况，推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明，磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率，材料去除速率越高，晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性，4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面：水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高，磨料分散均匀，水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度；乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小，磨料易发生团聚，增大研磨过程的磨料切入深度，晶片的材料去除速率提高，晶片最大划痕深度随之增大。
4H碳化硅 研磨 金刚石磨料 分散介质 材料去除速率 面型参数 4H-SiC lapping diamond abrasive dispersion medium material removal rate surface parameter
作为碲锌镉衬底表面加工的重要工序, 化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)的加工效果决定了碲锌镉衬底的表面质量和生产效率。抛光液是CMP的关键影响因素之一, 直接影响衬底抛光后的表面质量。对碲锌镉衬底CMP工艺使用的抛光液进行了研究, 探究了以二氧化硅溶胶和过氧化氢为主体的抛光液体系在不同pH值、不同磨料浓度下对衬底抛光表面质量和去除速率的影响。结果表明, 使用改进后的抛光液体系对碲锌镉衬底进行CMP, 能够在获得超光滑表面的同时实现高效率加工, 为批量化制备高表面质量的碲锌镉衬底奠定了良好基础。
碲锌镉 化学机械抛光 磨料浓度 pH值 CdZnTe chemical mechanical polishing abrasive concentration pH value
1 成都大学机械工程学院, 成都 610106
2 柳州铁道职业技术学院智能制造学院, 柳州 545616
3 西南科技大学制造科学与工程学院, 绵阳 621010
材料表面应力状态对材料的冲蚀磨损行为起着重要作用。本文利用有限元方法探讨了冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径对微晶玻璃涂层冲蚀应力的影响, 利用常温冲蚀试验机对微晶玻璃涂层在不同冲蚀角度下的体积磨损率进行了测定。结果表明, 随冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径增大, 涂层的冲蚀应力均逐渐增大。在相同的冲蚀角度和冲蚀速度条件下, 磨料粒径对涂层冲蚀应力的提升效果显著。微晶玻璃涂层冲蚀磨损率随冲蚀角度的增大而增加, 其变化规律与冲蚀应力变化趋势基本一致, 从而验证了有限元应力模拟的可靠性。
微晶玻璃涂层 冲蚀磨损 有限元模拟 应力分布 冲蚀角度 冲蚀速度 磨料尺寸 glass-ceramic coating erosion wear finite element simulation stress distribution erosion angle erosion velocity abrasive particle size
