【摘要】：碳化硅材料具有許多優(yōu)異性能,如高強(qiáng)度、高硬度、高密度以及良好的高溫性能和耐磨性、熱膨脹系數(shù)小、抗沖擊好等,使得在航空、航天、通信方面有著廣闊的應(yīng)用前景。然而SiC材料極強(qiáng)的化學(xué)惰性和超高的硬度使得現(xiàn)行的加工方法難以實(shí)現(xiàn)高材料去除率的同時(shí)獲得原子級(jí)的平整表面。本文致力于SiC材料的超精密加工,將電化學(xué)輔助、超聲振動(dòng)和半固定磨粒拋光三者結(jié)合進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究,來提高SiC材料的表面質(zhì)量與加工效率。利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)試件與拋光盤之間的拋光液區(qū)域進(jìn)行了流場建模與仿真分析,探究了不同的超聲頻率、振幅、拋光墊對(duì)流場的壓力、流速的影響情況。仿真結(jié)果表明,流體的速度和壓力都會(huì)隨著超聲頻率或振幅的增加而增加。使用多孔拋光墊時(shí),試件下方的流體速度變得更小、更平穩(wěn),而壓力增大了近百倍,空化也變得更加強(qiáng)烈,更有利于化學(xué)反應(yīng)自由基的生成。利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)碳化硅試件研拋過程中的溫度場、電場及質(zhì)量傳遞過程進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明,試件與拋光盤接觸面的溫度先急劇升高,然后逐漸降低,最后趨于平緩,隨著超聲頻率、振幅等的增加,試件表面的溫升也隨之增加。當(dāng)使用拋光墊后,試件底面的電壓顯著升高,在拋光墊液孔處的電流密度要明顯高于周圍溶液。當(dāng)試件與芬頓液中的羥基離子接觸時(shí),兩側(cè)邊緣的腐蝕速度要明顯高于底部的腐蝕速度。分別應(yīng)用鑄鐵拋光盤、聚氨酯拋光盤、半固定磨粒拋光盤三種拋光盤在自來水、KOH溶液、芬頓反應(yīng)液三種研拋液中對(duì)SiC進(jìn)行了超聲-電化學(xué)機(jī)械研拋試驗(yàn),并利用稱重法計(jì)算出材料去除率。結(jié)果表明,使用鑄鐵拋光盤時(shí)材料去除率高,但表面質(zhì)量差,使用半固定磨粒拋光盤時(shí)表面質(zhì)量最好,但材料去除率低。芬頓反應(yīng)液對(duì)提高試件的材料去除率效果最好。在試件與拋光盤之間的電壓為+10V時(shí),試件的材料去除率最高。超聲振動(dòng)對(duì)碳化硅試件研拋的影響要大于電場,可見超聲振動(dòng)對(duì)碳化硅試件拋光起主要作用。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ163.4
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒論研究的背景及意義源于國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“單晶碳化硅電化學(xué)機(jī)械與摩擦磨損機(jī)理”，本文擬完成其中的一部分內(nèi)容。由 C 和 Si 以共價(jià)鍵為主（共價(jià)鍵占 88%）結(jié)合而成的化i-C 四面體，Si 原子位于中心，周圍為 C 原子。按照 Si-方晶系（Cubic）、六方晶系（Hexagonal）和三方晶系（dral），分別以 C、H、R 表示，共有 250 多種多型體，每層的堆垛次序不同,形成 2H-SiC 結(jié)構(gòu),4H-SiC 結(jié)構(gòu),……H-SiC，15R-SiC，3C SiC，2H-SiC，最常見的是立方晶的 4H-SiC、6H -SiC，不同的多型體的電學(xué)性能與光學(xué)結(jié)構(gòu)及晶格結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。

研究現(xiàn)狀分析 材料的優(yōu)良性能，國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)其拋光加工機(jī)理了化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、電化學(xué)拋光（ECMP）、刻蝕（CACP/CARE）、摩擦化學(xué)拋光（TCP）和等研究現(xiàn)狀械拋光（CMP）是用化學(xué)腐蝕和機(jī)械力對(duì)加工過程中襯底材料進(jìn)行平示意圖如圖 1-2 所示，將 SiC 晶片固定在拋光頭的最盤上，拋光時(shí)，旋轉(zhuǎn)的拋光頭以一定的壓力壓在同向化學(xué)溶液組成的研磨液在 SiC 表面和拋光墊之間流動(dòng)SiC 表面材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將硬度高的 SiC 氧化成的微機(jī)械摩擦作用將 SiO2從 SiC 晶片表面去除，溶化學(xué)腐蝕和機(jī)械去除的交替過程中實(shí)現(xiàn)平坦化的目的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2720807