单晶金刚石CMP工艺及在刀具刃磨中的应用

发布时间：2017-08-03 06:14

  本文关键词：单晶金刚石CMP工艺及在刀具刃磨中的应用

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【摘要】：单晶金刚石在力学、光电学、热学等方面都具有极其优异的性能,广泛运用于工业、国防等领域。若要使得单晶金刚石材料合理而充分地表现其优异特性,必须借助于成熟的材料加工及处理方法来获得超光滑低损伤表面。目前运用广泛的机械研磨抛光法或是其他一些加工方法如激光抛光、动摩擦抛光、热铁盘抛光等都无法获得低损伤的最终表面,而化学机械抛光法理论上可以获得超光滑低损伤的金刚石加工表面。本文通过研究金刚石化学机械抛光工艺,优化研磨抛光工艺参数来提高金刚石加工表面质量,并最终尝试将该加工技术运用于提高圆弧刃圆柱后刀面单晶金刚石车刀后刀面表面质量。主要研究内容如下：(1)机械研磨是化学机械抛光的预处理工序,本文从磨料、研磨盘、研磨压力以及研磨盘转速等方面优化了研磨工艺。在优化后的工艺条件下研磨40 min,金刚石表面粗糙度Ra降至10 nm以下,且没有明显机械划痕,为后续的化学机械抛光提供了良好的初始加工表面。(2)金刚石化学机械抛光是机械与化学相互协同作用的结果,抛光液中氧化剂对金刚石氧化性的强弱是化学作用的直观体现。使用Fenton(过氧化氢与硫酸亚铁混合溶液)作为氧化剂进行化学机械抛光可以获得非常光滑的加工表面。(3)化学机械抛光过程中影响机械作用强弱的主要因素为磨料、压力及抛光转速等。通过优化抛光工艺参数使机械作用与化学作用实现平衡,并在优化后的工艺条件下抛光金刚石90 min获得Ra 2 mm以下的超光滑表面,局部粗糙度Ra达到0.308 nm(检测区域70μm×50μm)。(4)通过Raman光谱分析、扫描电镜分析等检测手段研究金刚石化学机械抛光后表面情况,推测材料去除机理。(5)设计并搭建了圆弧刃金刚石刀具圆柱后刀面化学机械抛光试验台。在该试验台上进行单晶金刚石车刀化学机械抛光90 min,可以使刀具后刀面线粗糙度Ra由280nm以上降至110nm左右。
【关键词】：单晶金刚石 化学机械抛光 机械研磨 圆弧刃金刚石刀具
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG58;TG712
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景与意义9-11
• 1.1.1 单晶金刚石结构与性质9
• 1.1.2 单晶金刚石的应用9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 金刚石研磨抛光技术11-13
• 1.2.2 金刚石材料去除机理13-14
• 1.2.3 金刚石CMP技术14-15
• 1.2.4 单晶金刚石车刀研抛工艺15-16
• 1.3 课题来源与研究内容16-18
• 1.3.1 课题来源16
• 1.3.2 论文研究内容16-18
• 2 单晶金刚石研磨工艺优化18-29
• 2.1 实验条件和方法18-19
• 2.2 磨料的选择19-21
• 2.3 研磨盘的选择21-25
• 2.4 研磨工艺参数的确定25-28
• 2.4.1 研磨压力的影响25-27
• 2.4.2 研磨盘转速的影响27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 单晶金刚石CMP工艺优化29-44
• 3.1 抛光液组分分析29-36
• 3.1.1 抛光液基本组成成分29-30
• 3.1.2 抛光液中氧化剂的选择依据30-31
• 3.1.3 不同氧化剂对抛光效果的影响31-36
• 3.2 抛光工艺参数确定36-40
• 3.2.1 磨料种类对表面粗糙度的影响36-38
• 3.2.2 抛光压力对表面质量的影响38-40
• 3.3 单晶金刚石CMP机理研究40-42
• 3.3.1 单晶金刚石抛光表面拉曼分析40-41
• 3.3.2 单晶金刚石抛光表面扫描电镜分析41
• 3.3.3 单晶金刚石CMP材料去除机理41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 利用CMP技术研抛圆弧刃金刚石车刀44-58
• 4.1 单晶金刚石车刀几何参数及寿命影响因素44-46
• 4.1.1 试验用单晶金刚石车刀几何参数44-46
• 4.1.2 影响金刚石刀具使用寿命的因素46
• 4.2 单晶金刚石车刀CMP试验台搭建46-52
• 4.2.1 试验台整体结构设计46-50
• 4.2.2 圆柱后刀面自动抛光运动分析与运动控制50-52
• 4.3 圆弧刃金刚石车刀后刀面CMP抛光试验52-57
• 4.3.1 单晶金刚石车刀研磨抛光工艺确定52-55
• 4.3.2 圆弧刃金刚石车刀CMP抛光效果分析55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况62-63
• 致谢63-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨保和,常明,杨晓萍,呈晓国;金刚石薄膜压力传感器的研究[J];材料导报;2000年08期

2 王东胜;王志勇;董耀华;;人造大单晶金刚石合成技术及应用研究现状[J];广东建材;2010年04期

3 王先逵;精密和超精密加工技术[J];机械工人.冷加工;2000年08期

4 黄文浩，章海军，，诸家如，洪义麟;超光滑表面的离子束抛光与微观形貌检测[J];仪器仪表学报;1995年S1期

5 谈耀麟;;单晶金刚石在高端技术领域的应用[J];超硬材料工程;2006年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王坤;CVD金刚石膜化学机械抛光工艺研究[D];大连理工大学;2010年

本文编号：612978