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。
基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究
第51 卷第 4 期2024年4 月Vol.51，No.4Apr. 2024湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究胡达1，2，路家斌1，2†，阎秋生1，2，骆应荣1，2，雒梓源1，2（1.广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006；2.高性能工具全国重点实验室，广东广州 510006）摘要：针对化学机械抛光中抛光液的环境污染，提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法. 通过腐蚀实验和摩擦磨损实验，研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能. 通过对比Al、Cu、Fe金属在Na2SO4电解质溶液中对Si面的腐蚀性能，发现Al在Si面产生明显的腐蚀层，EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO2. 采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律. 结果表明，提高Na2SO4电解质溶液浓度能获得更大的磨损量，当Na2SO4电解质溶液浓度为1.00 mol/L时，得到最大为7.19 µm2的磨损量；在酸性的金属电化学腐蚀溶液中，Si面具有更好的材料去除性能，在pH=3时磨损量达到11.97 µm2. 单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流，促使阳极SiC表面氧化生成SiO2氧化层，进而去除材料.关键词：化学机械抛光；单晶SiC；金属电化学腐蚀；腐蚀性能；磨损性能中图分类号：TH161 文献标志码：AStudy on Surface Corrosion and Wear Performance of Single-crystal SiCBased on Metal Electrochemical CorrosionHU Da1，2，LU Jiabin1，2†，YAN Qiusheng1，2，LUO Yingrong1，2，LUO Ziyuan1，2（1.School of Electromechanical Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006，China；2.State Key Laboratory for High-Performance Tools， Guangzhou 510006，China）Abstract：Aiming at the environmental pollution of the polishing solution in chemical mechanical polishing， a single-crystal SiC chemical mechanical polishing method based on metal electrochemical corrosion is proposed. The Si surface of single-crystal SiC corrosion performance and wear performance of electrochemically corroded were investigated by corrosion experiments and wear experiments. By comparing the corrosion performance of Al， Cu， and Fe metals on the Si face in a Na2SO4electrolyte solution，it was found that only Al can generate a noticeable corrosion layer. The EDS and XPS analyses of the Si face confirmed that the corrosion is due to the formation of the∗收稿日期：2023-10-27基金项目：国家自然科学基金资助项目（52175385），National Natural Science Foundation of China（52175385）；广东省自然科学基金资助项目（2023A1515010923），Natural Science Foundation of Guangdong Province（2023A1515010923）；攀登计划广东大学生科技创新战略专项（pdjh2023a0157）， Special Fund Project for Science and Technology Innovation Strategy in Guangdong Province（pdjh2023a0157）作者简介：胡达（1996—），男，广西贺州人，广东工业大学博士研究生† 通信联系人，Email：*****************.cn文章编号：1674-2974（2024）04-0123-09DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2024178湖南大学学报（自然科学版）2024 年SiO2layer. Frictional wear experiments were conducted to investigate the influence of solution composition on the wear behavior of Si face. Increasing the concentration of the Na2SO4 electrolyte solution resulted in higher wear， with a maximum wear value of 7.19 µm2obtained in 1.00 mol/L Na2SO4electrolyte solution. In an acidic corrosive solution， the Si face exhibited the highest material removal， with a wear value of 11.97 µm2 achieved at pH=3. The material removal mechanism of single-crystal SiC via metal electrochemical corrosion involved the corrosive reaction involving Al at the cathode， which generated a corrosion current， and the subsequent oxidation of the SiC surface at the anode， thereby forming a SiO2 oxide layer leading to material removal.Key words：chemical mechanical polishing；single-crystal SiC；metal electrochemical corrosion；corrosion performance；wear performance单晶SiC作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大、电子迁移率高、电子密度高、临界击穿电场高等优异的物理性能，被认为是未来电子电力领域革命性的材料［1-3］. 利用单晶SiC制作的高功率半导体器件被广泛应用在卫星通信、航空航天、核能开发、轨道交通、光伏发电、电动汽车等电子器件领域［4-5］. SiC材料应用于电子器件制备和外延膜生长需要无损伤、无缺陷的超光滑表面，但是由于其高硬度、高脆性的物理性质和稳定的化学性质，其加工变得非常困难［6］.化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）被认为是实现高硬脆半导体材料全局平坦化最有效的加工技术之一［7］. 在CMP过程中，抛光液和工件表面发生化学反应产生氧化层，然后通过抛光垫和磨料的机械作用对氧化层发生材料去除.要提高SiC的材料去除率，关键在于提高SiC表面的化学反应速率. 目前常用的HF、H2SO4、H2O2、KMnO4等强酸或强碱溶液抛光效率低，且腐蚀性的抛光液对设备及环境会造成伤害［8-9］. 因此，开发高效环保的CMP方法，使用对环境友好的抛光液受到越来越多关注［10］.碱性抛光液中的OH-能与SiC表面的Si原子发生硅氧化水反应，Chen等［11］采用碱性KOH溶液对Si 面抛光，抛光后材料去除率达到153 nm/h. Chen等［12］使用强酸性的KMnO4溶液作为CMP抛光液抛光SiC 的C面，抛光后的表面粗糙度R a为0.54 nm，材料去除率（Material Removal Rate， MRR）为6412 nm/h. Lu 等［13］采用强氧化剂H2O2溶液和FeSO4溶液产生芬顿反应来抛光单晶SiC，发现产生高浓度的•OH可以获得很高的MRR和表面粗糙度R a为0.186 9 nm的光滑晶片表面，但由于反应剧烈，易出现大量铁污泥，影响反应的持续性；采用Fe3O4固相颗粒作为催化剂可以获得较好的持续性抛光效果［14］. Isohashi等［15］使用金属Pt催化剂辅助刻蚀6H-SiC，获得了表面粗糙度R a 为0.082 nm的超光滑表面，但其抛光效率仅为13.4 nm/h，且常用的HF溶液对环境具有严重的危害. 将阳极氧化和CMP结合的电化学机械抛光，可以使SiC发生阳极氧化反应，提高材料去除能力［16］. Khanna 等［17］利用电化学机械抛光SiC，通电后将H3PO4溶液和去离子水作为电解液进行对比抛光，实验结果表明，使用去离子水作为电解液时MRR仅为23 nm/h，使用H3PO4溶液作为电解液时MRR为840 nm/h.有学者利用金属催化作用提出了金属盘抛光SiC. Lin等［18］提出了铁盘在水中抛光SiC的氧化反应机理，在水的氧化作用下，SiC可以生成SiO2氧化物，抛光后，表面粗糙度R a为3.507 nm，但抛光效率MRR 仅为60 nm/h. Wu等［19］利用铁盘、镍盘对SiC进行摩擦化学抛光，抛光过程中没有添加抛光液，依靠摩擦热在摩擦界面处反应形成金属硅化物和氧化物，可以实现MRR为8.9 µm/min的高效材料去除，但是无抛光液的干摩擦形成的高温、高压容易使SiC表面发生位错、晶格畸变等缺陷. 上述研究说明，金属抛光盘在一定条件下可以直接和SiC表面发生反应，且不需要添加具有强腐蚀性的化学抛光液.Luo等［20］研究表明，金属Al在Na2SO4溶液中可以与SiC的C面发生金属电化学腐蚀反应，采用Al金属盘抛光后的MRR达到1 011.43 nm/h. 为了进一步确定SiC的Si面能否发生金属电化学腐蚀，本文研究124第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究了不同金属（Al、Cu、Fe）在Na2SO4电解质溶液中对Si面的腐蚀性能. 在此基础上，通过摩擦磨损实验研究Na2SO4电解质溶液浓度、pH值对Si面的材料磨损性能，为单晶SiC金属电化学腐蚀抛光应用提供依据.1 实验设计1.1 金属电化学腐蚀实验为了验证单晶SiC的Si面是否能与金属发生电化学腐蚀反应，选用Al、Cu、Fe的金属板（成分如表1所示）与Si面进行静态腐蚀实验（如图1所示）. 使用砂纸打磨金属板表面去除氧化层，超声清洗后用高压空气吹干，用不导电的塑料夹具将金属板和单晶SiC的Si面固定接触.为对比腐蚀效果，金属板只与Si面部分接触，然后放入pH=7，质量分数为1%的Na2SO4电解质溶液中浸泡1 h.腐蚀结束后，用去离子水冲洗单晶SiC的Si面，用低压氮气对Si面进行干燥后检测. 使用扫描电子显微镜（HITACHI-S3400N，日本）观察实验前、后Si 面形貌，利用能谱仪（EDS，Bruker-QUANTAX，德国）对Si面进行元素分析，采用X射线光电子能谱仪（XPS，Thermo Fisher-Escalab 250Xi，美国）分析腐蚀前、后Si面的化合物.1.2 摩擦磨损实验Luo等［20］研究表明，金属电化学腐蚀中溶液参数对单晶SiC的C面有不同的腐蚀效果. 因此，采用摩擦磨损实验研究Na2SO4电解质溶液浓度、pH值对单晶SiC的Si面磨损性能的影响.实验在摩擦磨损仪（兰州中科凯华科技开发有限公司WTM-2E，中国）上进行，摩擦磨损实验装置如图2所示，摩擦磨损实验参数如表2所示. 摩擦磨损实验中使用的金属Al（根据2.1节的实验结果确定）对磨球直径为5 mm；单晶4H-SiC（Si面）选用n型，尺寸为10 mm × 10 mm，原始表面粗糙度R a为2 nm. 实验前使用酒精、去离子水清洗SiC和对磨球，去除表面杂质，然后将SiC晶片贴在工件盘上，使用夹具将对磨球固定在摩擦磨损仪上，采用表2中的参数进行实验. 使用白光干涉仪（BRUKER Contour GT-X，德国）检测SiC表面磨痕形貌，并取SiC表面磨痕圆周上8个均布位置的磨痕横截面积通过Snipaste、Origin软件计算作为最终的磨痕横截面积，以此评价磨损率.图1 Si面与金属接触腐蚀示意图Fig.1 Schematic diagram of contact corrosionof Si face with metal表1 金属板成分Tab.1 Composition of metal plates%金属板Al Cu Few Al95.474―0.05w Cu0.26099.600 00.02w Fe0.4000.000 899.16w Mg1.160―0.02w Si0.6600.000 40.03w Zn1.6000.000 90.02w Ti0.0160.000 9―w Cr0.010―0.03w Mn0.420―0.06图2 摩擦磨损实验装置Fig.2 Setup for frictional wear experiments表2 摩擦磨损实验参数Tab.2 Parameters of frictional wear experiments磨损实验实验 1实验 2Na2SO4浓度/（mol∙L-1）0、 0.75、1.00、1.25、1.501pH73、5、7、9其他参数转速： 150 r/min压力： 6 N时间： 60 min磨损球： Al125湖南大学学报（自然科学版）2024 年2 实验结果与讨论2.1 金属对SiC 表面腐蚀性能的影响不同金属板在Na 2SO 4溶液中对单晶SiC 表面腐蚀前、后的SEM 形貌及EDS 元素如图3所示.由图3（a ）可知，腐蚀前SiC 表面存在部分划痕.由图3（b ）可知，腐蚀前SiC 表面仅存在Si 、C 元素.从图3（c ）可以看出，与Al 金属板接触的Si 面区域出现了明显的腐蚀龟裂层，而在非接触区没有出现腐蚀层. 对比腐蚀前的Si 面［图3（a ）］、非腐蚀区域（位置1，即没有与金属板接触的Si 面区域）、腐蚀层区域（位置2，与金属板接触的Si 面区域）的EDS 元素分析［见图3（f ）］发现，非接触区域位置1主要为C 、Si 元素，出现了极少的O 、Al 元素；而接触区域的腐蚀层位置2出现了大量的O 元素（20.79%），Si 元素原子分数下降到76.72%，几乎没有发现C 元素，但出现了2.49%的Al 元素.以上结果表明，直接与Al 接触的Si 面可以发生金属电化学腐蚀，生成氧化层.由图3（d ）可知，Si 面出现了深色斑点状分布，斑点均匀分布在Si 面与Cu 接触区域，似乎出现了轻微的氧化层. 但是，图3（g ）的EDS 元素分析表明，斑点区域的元素原子分数与原始Si 面的几乎一致，腐蚀前、后的O 元素原子分数分别为0.77%和0.35%，这说明SiC 的Si 面没有出现明显的氧化物.以上结果（a ）腐蚀前SiC 表面形貌 （b ）腐蚀前SiC 表面元素（c ）Al 板对SiC 表面腐蚀后形貌 （d ）Cu 板对SiC 表面腐蚀后形貌 （e ）Fe 板对SiC 表面腐蚀后形貌（f ）Al 板对SiC 表面腐蚀前、后元素 （g ）Cu 板对SiC 表面腐蚀前、后元素 （h ）Fe 板对SiC 表面腐蚀前、后元素图3 不同金属板在Na 2SO 4溶液中对单晶SiC 表面腐蚀前、后的SEM 形貌及EDS 元素Fig.3 SEM morphology and EDS elements before and after corrosion of single-crystal SiC surface by different metalplates in Na 2SO 4 solution126第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究表明，Cu在Na2SO4溶液的作用下，没有使Si面出现明显的氧化痕迹，O元素原子分数没有明显提高，说明Cu在Na2SO4溶液中对Si面的金属电化学腐蚀很弱.由图3（e）可知，Si面与原始表面相比没有明显变化，在表面可以看到原始表面的划痕.由图3（h）可知，实验前、后Si面的C、O、Fe、Si原子分数变化非常小，可以认为各元素变化量为EDS仪器的检测误差，说明实验过程Si面没有发生氧化反应.以上结果表明，Fe在Na2SO4溶液中对Si面的金属电化学腐蚀很弱或者没有.由图3可知，只有与Al接触的单晶SiC的Si面在Na2SO4溶液中有明显的金属电化学腐蚀效果.这与单晶SiC的C面的结果明显不同，在Al、Cu、Fe分别与C面接触时，C面均出现了氧化层，但与Al接触时氧化层最为明显和最厚［20］. 这体现了单晶SiC的Si面和C面的腐蚀特性和加工特性有明显差异.采用XPS对与Al接触的Si面的氧化产物进行分析，图4为Al在Na2SO4溶液中对Si面腐蚀的XPS全谱图，图5为Al在Na2SO4溶液中对Si面腐蚀前、后的XPS的Si、O、C、Al元素谱图. 从图4可以看出，氧化后的Si面O1 s的相对强度从0.9×105 Counts/s提高到2.3×105Counts/s，Si2 p从1.1×105Counts/s降低到0.84×105 Counts/s，同时出现了少量的Al2 p. XPS结果与EDS结果［图3（f）］一致，均表明腐蚀后Si面的O元素原子分数出现了大幅度的增加.由图5（a）、（b）可知，氧化前Si面结合能峰值出现在100.8 eV［图5（a）］，对应化学形态为Si―C；氧化后Si面氧化区域的结合能峰值分别为100.6 eV、101.2 eV和101.9 eV［图5（b）］，分别对应Si―C、Si―O 和SiO x. 这说明，Al与Si面的金属电化学腐蚀产生了明显的硅氧化合物.由图5（c）可知，氧化前Si面结合能峰值为532.1 eV，对应的化学形态为SiO2［21］，这可能是由于样品静置在空气中时发生了缓慢的氧化.氧化后Si面结合能峰值为531.35 eV和532.1 eV［图5（d）］，对应Al（OH）3和SiO2，其中，SiO2从20×103Counts/s提高到35×103 Counts/s，而SiO2相对强度远高于Al（OH）3，说明Al（OH）3相对于SiO2氧化物而言较少. 这些表明，在Na2SO4溶液中Al和SiC均发生了氧化反应.由图5（e）可以看出，氧化前Si面结合能峰值出现在283.0 eV、284.8 eV、285.4 eV和288.2 eV，其中结合能284.8 eV对应C―C键为XPS检测过程中添加的成分，用于校准谱图的结合能位置；结合能283.0 eV对应Si―C，结合能285.4 eV、288.2 eV均对应有机碳氧键.由图5（f）可知，氧化后结合能峰值分别为282.9 eV、284.8 eV、286.7 eV和288.7 eV，其中结合能282.9 eV对应Si—C，而结合能286.7 eV和288.7 eV均对应有机碳氧键. 以上结果表明，氧化后Si面并没有出现碳氧化合物.由图5（g）可知，氧化后Si面在74.4 eV和74.9 eV位置出现峰值，均对应Al2O3，说明在实验过程中Al 和SiC表面接触，产生Al2O3附着在SiC表面.上述结果表明，在Na2SO4溶液中Al和单晶SiC 的Si面可以发生金属电化学腐蚀. 主要过程为SiC 表面氧化生成了SiO2，同时Al产生的Al2O3黏附到SiC表面，整个反应过程生成了SiO x、Si―O、SiO2、Al2O3等氧化产物.2.2 溶液参数对单晶SiC的 Si面磨损性能的影响2.1节结果表明，只有金属Al对单晶SiC的Si面有明显的腐蚀效果，因此，选择Al作为金属电化学腐蚀中的金属材料，进一步通过摩擦磨损实验研究溶液中的Na2SO4电解质浓度、pH值对Si面的磨损性能的影响，具体的实验方案见1.2节.（a）腐蚀前SiC的Si面XPS全谱图（b）腐蚀后SiC的Si面XPS全谱图图4 Al在Na2SO4溶液中对Si面腐蚀的XPS全谱图Fig.4 XPS full spectrum of the Si face corrosion by Al in theNa2SO4 solution127湖南大学学报（自然科学版）2024 年2.2.1 Na 2SO 4浓度的影响Na 2SO 4浓度对Si 面的磨损效果的影响如图6所示.由图6可知，各Na 2SO 4浓度下的磨痕较宽，深度较浅，各磨痕深度均在200 nm 以下.当Na 2SO 4浓度为0 mol/L（溶液为去离子水）时，Si 面各划痕不集中，磨痕宽度约为300 µm ，横截面积约为3.03 µm 2. 当Na 2SO 4浓度为0.75 mol/L 时，磨痕区域宽度约为200 µm ，深度约为100 nm ，磨痕整体呈波浪状，横截面积为4.94 µm 2，比0 mol/L 时提高了63%. 当Na 2SO 4浓度为1.00 mol/L 时，磨损量最高，横截面积达到7.19 µm 2，比0 mol/L 时提高了137.3%，此时磨痕集中分布，磨痕呈V 形结构，宽度约为280 µm ，深度达到了200 nm. 当Na 2SO 4浓度分别提高到1.25 mol/L 和1.50 mol/L 时，磨损横截面积分别下降到7.07 µm 2和6.96 µm 2.上述实验结果表明，Na 2SO 4溶液的浓度变化对Si 面磨损量影响显著. Na 2SO 4溶液的浓度可以直接影响金属电化学腐蚀中金属和SiC 表面的电子转移效率，电解质浓度越大，金属产生的腐蚀电流电子转移速率越高，Si 面的氧化反应效率越高. 当Na 2SO 4浓度为0 mol/L 时，由于没有电解质溶液，Si 面和Al 对磨球之间没有化学反应，使得Si 面和Al 对磨球直接摩擦，对Si 面形成机械磨损. 当Na 2SO 4浓度为1.00 mol/L 时，化学作用和机械作用趋于平衡，可以获得高的材料去除能力和好的表面质量. 但是过高的Na 2SO 4溶液浓度使Al 表面生成过多的Al 2O 3，化学作用明显大于机械作用，氧化层不能及时去除，影响了Al 和SiC 表面的接触状态，降低了两者间的电子转移效率，导致抛光材料去除能力下降.2.2.2 pH 值的影响pH 值对Si 面的磨损效果的影响如图7所示. 由图7可知，磨痕横截面积在酸性环境下最大，中性环（a ）腐蚀前Si2 p 谱图 （b ）腐蚀后Si2 p 谱图（c ）腐蚀前O1 s 谱图 （d ）腐蚀后O1 s 谱图（e ）腐蚀前C1 s 谱图 （f ）腐蚀后C1 s 谱图 （g ）腐蚀后A12p s 谱图图5 Al 在Na 2SO 4溶液中对Si 面腐蚀前、后的XPS 的Si 、O 、C 、Al 元素谱图Fig.5 Elemental spectra of Si ， O ， C and Al obtained through the XPS before and after corrosion of Si face by Al in Na 2SO 4 solution128第 4 期胡达等：基于金属电化学腐蚀的单晶SiC 表面腐蚀和磨损性能研究境居中，碱性环境最小，在pH=3的强酸性环境中能获得高的磨损，为11.97 µm 2. 溶液pH 值为3时，磨痕轨迹宽度约为250 µm ，磨痕相对集中，呈V 形结构，磨痕表面比较粗糙. 当溶液pH 值为5时，对磨球运动轨迹宽度为300 µm ，磨痕分布不均匀，在磨痕中间区域磨损量很低，横截面积为8.24 µm 2，比pH=3时降低了31.17%. 当溶液pH 值提高到7时，对磨球运动轨迹宽度为250 µm ，磨痕横截面积为8.72 µm 2，比pH=3时降低了27.16%. 将pH 值进一步提高到9时，对磨球运动轨迹宽度约200 µm ，磨痕中间还存在大量的未磨损区域，磨痕横截面积为5.79 µm 2，比pH=3时降低了51.63%. 上述实验结果表明，Si 面磨损量在酸性环境中较大，说明金属电化学腐蚀单晶SiC 的Si 面在酸性环境中的反应效率更高.上述摩擦磨损实验结果表明，金属电化学腐蚀对Si 面的材料去除能力在酸性环境下最大，中性环境居中，碱性环境最小，表明金属电化学腐蚀在酸性环境中对单晶SiC 的Si 面化学作用强，可以产生更多的SiO 2氧化层，以提高材料去除能力.3 金属电化学腐蚀材料去除机制单晶SiC 金属电化学腐蚀抛光材料去除机制如图8所示，在抛光压力P 的作用下SiC 的Si 面和Al 抛光盘在Na 2SO 4溶液中接触，在直接接触的区域发生金属电化学腐蚀［图8（a ）］，作为阴极的Al 在电解质中发生金属电偶腐蚀，在Al 表面形成钝化层，其反应过程如下［22-24］：Al(s)+3OH -→Al(OH)3，ads +3e-（1）生成的Al （OH ）3，ads 在溶液中不稳定，会转化成Al 2O 3•H 2O ［23］，这与图5的XPS 检测结果一致，Al 板表面的Al 2O 3氧化层会有部分残留在SiC 表面.2Al(OH)3，ads =Al 2O 3·3H 2O（2）单晶SiC 作为阳极（一般电化学中常用石墨C 作为阳极，其标准电极电位为+3.700 V ，本实验中SiC代替石墨作为阳极）发生氧化反应. 在阴极Al 和阳极SiC 的接触过程中，形成的腐蚀电流传导至SiC 表面形成聚集的空穴（h +），h +比所有的化学氧化物都具有更强的氧化性［25］，促使SiC 表面发生阳极氧化反应生成SiO 2，该过程的反应如下［26-28］：SiC +4H 2O +8h +→SiO 2+8H ++CO 2（3）2H 2O +2e -→H 2+2OH -（4）Al 2O 3+H 2O →2AlOOH（5）2AlOOH +2SiO 2→Al 2Si 2O 5·H 2O（6）（a ）磨损表面形貌（b ）磨痕横截面积图6 Na 2SO 4浓度对Si 面的磨损效果的影响Fig.6 Effect of Na 2SO 4concentration on the wear of Si face（a ）磨损表面形貌（b ）磨痕横截面积图7 pH 值对Si 面的磨损效果的影响Fig.7 Effect of pH on the wear of Si face129湖南大学学报（自然科学版）2024 年在单晶SiC Si 面的金属电化学腐蚀过程中，涉及溶液中的电子和离子转移. 在去离子水溶液中，由于缺乏可移动的离子，因此SiC 表面的化学反应很弱. 在Na 2SO 4中，由于溶液中存在更多的离子移动，在SiC 表面更容易产生腐蚀电流，从而使SiC 表面发生更强的腐蚀，且酸性的电解质溶液对Si 面的腐蚀更强. 抛光过程中Si 面的微凸峰首先和Al 接触产生硬度低、结合力小的SiO 2氧化层，然后在Al 盘的机械力作用下对SiO 2氧化层发生材料去除，然后暴露出新的SiC 表面［图8（b ）］继续发生氧化和材料去除，在这样的循环过程中实现SiC 表面的高效材料去除.4 结 论本文提出了一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC 化学机械抛光方法，研究了不同金属对Si 面的接触腐蚀性能、摩擦磨损性能，讨论了单晶SiC 金属电化学腐蚀的材料去除机制，得到了以下结论：1）对比金属Al 、Cu 和Fe 对单晶SiC 的Si 面的腐蚀效果，仅有Al 对Si 面有明显的金属电化学腐蚀效果，出现了明显的腐蚀层，EDS 和XPS 分析证明该腐蚀层为SiO 2.2）Na 2SO 4电解质溶液浓度和pH 值对单晶SiC 的Si 面磨损性能影响较大. 当Na 2SO 4浓度为1.00 mol/L 时，能获得最高材料去除能力，对Si 面的磨损量达到7.19 µm 2（比0 mol/L 时提高了137.3%）. Na 2SO 4溶液在强酸性环境中对单晶SiC 的Si 面材料去除能力更大，pH=3时磨损量达到了11.97 µm 2.3）Al 盘在Na 2SO 4溶液中发生电偶腐蚀，产生的腐蚀电流促使SiC 的表面发生阳极氧化反应产生SiO 2氧化层，Al 盘对氧化层发生材料去除暴露出新的SiC 表面继续发生氧化和材料去除.参考文献［1］YIN X C ，LI S J ，CHAI P ．Investigation of SiC single crystalpolishing by combination of anodic oxidation and mechanical polishing ［J ］．International Journal of Electrochemical Science ，2020， 15（5）： 4388-4405．［2］SETERA B ，CHRISTOU A ．Challenges of overcoming defects inwide bandgap semiconductor power electronics ［J ］．Electronics ，2021，11（1）：10．［3］ANDERSON C P ， BOURASSA A ， MIAO K C ， et al.Electrical and optical control of single spins integrated in scalable semiconductor devices ［J ］. Science ， 2019，366（6470）：1225-1230.［4］RACKA-SZMIDT K ， STONIO B ， ŻELAZKO J ， et al. A review ：inductively coupled plasma reactive ion etching of silicon carbide ［J ］. Materials ， 2022，15（1）：123.［5］IANNACCONE G ， SBRANA C ， MORELLI I ， et al. Powerelectronics based on wide-bandgap semiconductors ： opportunitiesand challenges ［J ］. 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硬脆材料加工技术的研究
环形 锯条 。最早 出现在 市场上 的金刚石 带锯是在 ２ ０ 世纪 ５ 年代 ，我 国在 ２ Ｏ ０世纪 ８ ０年代前后才 逐渐开 始研制 出该类设 备。这种切割方 式的优点是锯 口小 、
锯切速度快 、 刀具材料消耗小 、 噪音小 。 缺点是对荒料
压痕 断裂力学模 型是 把硬脆 性材料 加工 中磨粒
与工件之间的相互作用看作小规模的压痕现象 ， 它是
基于压痕断裂力学模型产生 的 ， 图 ２ 如 所示 。当磨粒 与加工材料接触时 ， 磨粒下方工件 的材料在压应力 的
要求规 整 、 不能进行 多片切割等 。钢片切割机的原理
类似 于钢砂锯 ， 它利用 一排一定间隙 的张紧 的钢片在 工件上作往复运动进行切割 。 在钢片与工件 的接触部
料 内部一定 的深度 ， 并且 观察 材料的变形情 况 。可以 得 出如下结论 ： 在很小 载荷作用下 ， 即使是 硬脆材 料
也会产生 塑性变形 。当增加 载荷 时 ， 材料的变形方式
由塑性 向脆性破 坏转变并且 在材料的表面 、 内部均产 生 由于脆性破坏 引起 的裂纹。在整个 转变的过程 中，
ｔ ｔ
ｃ
属加热使金属 达到熔融状 ， 再利用高速工作将熔融金 。 属从工件表面剥离 。电熔 爆技术 主要特点如下 。 一 （ ） 电容爆加工技术 同传 统加工技术相 比 ，加工碳 ０ １ 化钨 、 高铬合 金 、 镍基合金 、 稀土合金 、 金属 陶瓷 、 钛合 金等各种硬脆性 材料 ， 具有效率高 、 能耗低 、 成本小等
硬 脆材料加工难 度很 大 ， 加工时稍不 注意就会引
大 的片状切屑 ， 并在被切削表面 留下凹痕或裂 纹。
磁流变抛光技术在SiC晶片加工工艺中的应用研究
磁流变抛光技术在SiC晶片加工工艺中的应用研究作者：赵卫豆立博刘玲来源：《价值工程》2018年第11期摘要：碳化硅作为新兴的一种第三代半导体材料，现已在电力电子行业得到非常广泛的应用。
碳化硅应用技术的发展趋势必然会对晶片表面状况有着越来越高的要求，而这将是目前亟待解决的问题。
本文简单介绍机械抛光、机械化学抛光、重点分析磁流变抛光技术原理，并通过大量试验得到碳化硅晶片通过磁流变抛光技术无论是晶片表面状况还是工作效率均有了很大的提高，这对该技术应用到实际生产中有很好的指导和参考意义。
Abstract： As one of the third generation semiconductor materials， silicon carbide has been widely used in the power electronics industry. The development trend of silicon carbide application technology is bound to have higher and higher requirements on the wafer surface condition， which will be an urgent problem to be solved. This paper introduces the mechanical polishing， chemical mechanical polishing， focuses on the analysis of principle of magnetorheological polishing technology， and through a lot of experiments obtained by silicon carbide wafer magnetorheological polishing technology regardless of wafer surface conditions or the working efficiency has been greatly improved， it should be used in the actual production has a good guide and reference for the technology.关键词：碳化硅；晶片表面；磁流变抛光Key words： SiC；wafer surface；magnetorheological finishing中图分类号：O786 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0222-020 引言碳化硅半导体材料作为继第一代和第二代半导体材料后快速发展起来的第三代宽带隙半导体核心材料，具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、击穿电场强度高、相对介电常数低、抗辐射能力强等特点。
化学机械抛光中的抛光皮知识讲解ppt课件
继续反应生成新的反应膜,
如此周而复始的进行,使表
面逐渐被抛光修平,实现抛
光的目的。
.
5
2.抛光皮的分类-1
无磨料的 抛光皮
抛光过程 中的光圈
稳定
含氧化铈 的抛光皮
提高抛光 速率
是否有 磨料
有磨料的 抛光皮
含氧化锆 的抛光皮
提高被抛 光工件的 光洁度
.
6
2.抛光皮的分类-2
依抛光皮的材质不同
不织布磨皮
分进行； 5.保持抛光过程的平稳、表面不变形，以便获得较
好的产品表面形貌。
.
9
3.抛光皮的作用（图解）
研磨压力
研磨对象物
研磨对象物 被磨液的化学成分脆化
旋转・移动
扩大
研磨对象物在磨皮上方加压移 动产生负压从而使最初存在磨 皮开孔部位的磨液流入磨皮和 研磨对象物之间进行研磨。
发泡⇒具有磨液保持 以及缓冲效果。 对研磨对象物平坦度 有一定效果。
坦度）
发泡聚 氨酯硬 质磨皮
通常被使用于要求高平坦性的抛光工程。 根据硬度，密度，磨粒的种类，磨粒大小分
布等可以做出各种适合不同需求的磨皮。
LCD用玻璃基板， 玻璃圆盘，光学镜
片等
可以加工出高 水准的平坦性
容易发生刮伤
阻尼布 磨皮
没应有用经于过高抛平光于滑的玻性阻璃，尼等低布的欠主研要陷磨性作。的 为吸精磨 附工 垫应序用半宝LC导石D体玻 玻晶璃 璃片主 的，板 精硬， 磨盘蓝 等，平滑性性好，欠陷
.
18
化学机械抛光的发展趋势
随着集成电路的高密度化、微细化和高速化，CMP在集成电路中的应用，对
于45nm纳米以后的制程，传统的化学机械抛光将达到这种方法所能加工的极限，
试谈曲面手机玻璃的一种抛光工艺
试谈曲面手机玻璃的一种抛光工艺摘要：在科学技术高速发展的背景下，手机材质逐渐发生改变，目前，曲面手机玻璃已经被众多知名手机所应用，并成为旗舰机的标配。
在曲面手机玻璃加工流程之中，抛光环节十分关键，与成品率存在密切的关联。
本文以曲面手机玻璃的一种抛光工艺为研究内容，结合笔者自身工作经历，对一种曲面手机玻璃的抛光工艺进行论述，希望通过本次研究，填补相关领域的空白。
关键词：曲面手机玻璃；手机材质；抛光液成分引言：手机显示板材质经过多次更新换代，已经由塑料和铝合板材质变为了现如今的铝硅酸盐玻璃，且逐渐成为了一种潮流和趋势。
尤其是曲面手机玻璃的出现，促进了手机行业发展，究其原因，主要是这种玻璃的优势较为显著，其优点表现为重量较轻、手感良好、轻薄和防眩光等等。
但曲面手机玻璃属于硬脆材料，厚度仅为0.4mm，对抛光的要求较为严格，因此对此项课题进行研究，其意义十分重大。
一、曲面手机抛光工艺原理在电子产品领域，手机制造工艺的发展速度最为显著，目前，高铝硅玻璃材质是手机显示面板的主要材质。
曲面手机相较于平面手机而言，在厚薄度上具有明显的优势，一般情况下，曲面手机的厚度仅为平面手机的一半，不会超过0.4mm，再加上曲面手机具有边缘弧宽的特点，因此对手机抛光的要求较为严格。
在选择抛光材质的过程中，制造厂商会将二氧化铈作为抛光液的主要成分，再辅以柔性抛光垫和毛刷，实现对曲面手机玻璃进行抛光的目的，“软磨硬”是此类抛光工艺的原理。
目前，常用的抛光方法主要为两类，分别为直接接触和非接触抛光，其中前者是指利用抛光垫和光刷，直接与玻璃进行接触，通过摩擦完成抛光处理。
而后者可以使磨料和工件表层发生作用，最终完成抛光。
在对比后得知，第二种方法相较于第一种方法而言，虽然抛光效果较好，但成本相对偏高[1]。
二、GMP化学机械抛光工艺（一）作用机理这种抛光工艺属于现代抛光工艺的一种，由两种抛光方法组合而成，分别是机械抛光方法和化学抛光方法，目前，被广泛应用于曲面手机制作之中。
精密金刚石砂轮的制造_修整及其磨削机理研究进展
图 4 在线电解修整工作原理示意图[17] F ig. 4 Sketch of EL ID op era ting p rincip le
32
候, 产生电解, 把多余的金属腐蚀掉, 从而达到金刚石 磨粒出刃的目的。学者们在EL ID 过程中主要研究砂 轮表面氧化层的形成、氧化层结构与砂轮表面状况以 及砂轮磨削性能和工件加工质量之间的关系。
第 20 卷 第 4 期 超 硬 材 料 工 程
2008 年 8 月
SU PERHA RD M A T ER IAL EN G IN EER IN G
V o l. 20 A ug. 2008
精密金刚石砂轮的制造、修整及其磨削机理研究进展①
硬质合金刀具材料化学机械抛光机理研究
硬质合金刀具材料化学机械抛光机理研究硬质合金刀具作为一种新型加工工具，在生产环节中可以有效提高加工效率，减少加工时间，精确加工表面，提高加工效果。
然而，由于硬质合金的加工性能和精度要求较高，为了达到最佳切削效果，需要对该刀具的表面进行抛光处理，以增强刀具的表面硬度和抗疲劳性能。
本文重点研究硬质合金刀具材料的化学机械抛光机理。
首先，化学机械抛光是一种利用化学反应引起材料表面微形变，机械作用使变形更为均匀的一种抛光方法。
它将化学和机械过程结合在一起，利用摩擦力结合微粒和粘滞作用，使材料表面擦拭变得更加平滑，从而达到抛光效果。
其次，硬质合金刀具材料用于化学机械抛光时，主要是利用化学反应引起材料表面的微小变形，进而形成新的表面，消除表面的不平整，使表面更加平滑光洁等效果。
具体来说，化学机械抛光，通过改变表面氧化膜，使原本粗糙的材料表面发生变化，同时由于机械摩擦和粘滞作用而形成新的地层形状，使表面更加光滑美观。
再次，为了达到硬质合金刀具的最佳抛光效果，可以采用不同的抛光方案。
由于硬质合金刀具材料的特殊性，可以选择采用机械抛光技术进行抛光，以确保抛光物的质量符合预期。
同时，可以采用不同的抛光液，如氯化钠，用于调节材料表面的反应速率，使表面更加光洁，提高表面质量。
最后，在实际应用中，硬质合金刀具材料的抛光效果可以通过采用有效的抛光工艺来显著提高。
针对不同的抛光物，可以调整抛光参数和状态，使抛光效果更好。
同时，硬质合金刀具材料的抛光效果还受到抛光设备的影响，应当选择性能较好的抛光设备以达到最好的抛光效果。
以上是本文关于硬质合金刀具材料化学机械抛光机理研究的内容。
硬质合金刀具材料的抛光效果可以通过有效的抛光工艺来显著提高，且抛光效果受到抛光设备的影响，应当选择性能较好的抛光设备以达到最好的抛光效果。
综上所述，化学机械抛光技术在提高硬质合金刀具材料表面光洁度和耐用性方面具有良好的应用价值，将为硬质合金刀具材料的抛光表面处理提供参考。
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［ 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 ［