化学机械微磨具的研制及其微细磨削性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:GT454208911
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硅基硬脆材料微小零件在航空航天、生物工程、微电子工业等尖端行业的应用及需求急剧扩大,同时对该类微小零件的功能结构、表面质量、尺寸精度、使役性能等要求不断提高。微细磨削技术在加工该类微小零件相比MEMS制造技术具有难以比拟的优势,但是受制于硅基硬脆材料的特性和现有的微磨具性能,存在材料脆性断裂严重、加工表面质量差、微磨具寿命短等问题。为此,本文提出了化学机械微细磨削技术加工硅基硬脆微小零件的方法,研制了化学机械微细磨削专用的软磨料微磨具,并对其微细磨削性能进行综合评价与研究,旨在通过化学和机械的耦合作用解决单晶硅脆性断裂严重、表面质量差等难题,以实现硅基硬脆微小零件的精密加工。论文具体工作如下:(1)研究了商用金刚石微磨具的磨损机理,以及微磨具磨损对表面粗糙度和平均边缘碎裂宽度的影响规律。指出采用金刚石微磨具的单一机械作用是造成微细磨削质量较差,边缘碎裂严重等加工损伤缺陷的主要原因。并提出化学机械微细磨削技术的加工方法。(2)针对典型硅基硬脆材料单晶硅,分析了单晶硅的理化特性,采用正交试验法设计了不同成分的氧化铈(CeO2)软磨料微磨具配方,制定了微磨具的制备工艺流程,以及确定了软磨料微磨具的修整方法。(3)对制备的不同类型的微磨具开展了磨削性能对比试验,以材料去除率、磨削比以及加工表面粗糙度值作为评价指标,分析讨论了各配方成分对微磨具磨削性能的影响趋势。结果表明,化学机械微细磨削的材料去除方式为延性去除,磨削质量显著提高。并采用灰色关联分析法对微磨具各评价指标进行综合评价,通过试验证明经过配方成分优化后的微磨具具有更好的磨削性能。(4)应用共聚焦拉曼显微镜和X射线衍射仪分别对单晶硅磨削表面和磨屑进行化学成分检测,分析了磨料、活性剂与单晶硅之间的固相化学反应,揭示了微磨具在加工单晶硅过程中化学作用和机械耦合作用的机理,建立了化学机械微细磨削的材料去除模型。研究表明,化学机械微细磨削可以有效解决单晶硅脆性断裂严重、表面质量差等问题,其材料去除方式为延性去除,对材料的损伤很小,本文的研究成果为实现硅基硬脆材料微小零件的化学机械微细磨削加工提供了试验及理论依据。
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超级电容器是一种依靠双电层结构或是赝电容层发生氧化还原反应从而进行电荷的储存和释放的元器件,电极材料、集流体、电解液等是决定其综合使用效果的要点,其中最关键的因素是电极材料的选用,因此开发出具有优秀性能的电极材料是提升超级电容器总体性能的第一要务。本论文基于低投入、表现优、环境友好的理念,围绕新型碳基复合杂元素材料的开发和设计工作,探讨了材料的微观结构以及电化学性能等方面的效果,研究内容及主要成果