超声辅助线锯切割SiC单晶实验研究

针对单晶SiC切割过程切割效率低,加工表面粗糙度和表面不平度差以及线锯磨损和断裂严重等问题,提出采用线锯横向施加超声振动的方法切割单晶SiC.通过实验对比研究了普通切割与超声辅助切割两种切割工艺,结果表明:与普通切割相比,超声辅助切割单晶SiC,锯切力减小37;～52;,且减小趋势随工件进给速度的增大更明显;切片表面粗糙度降幅约为26;～55;,晶片表面形貌均匀,无划痕,明显优于普通切割方法所获得的表面;线锯磨损降低约近40;;切割效率提高近56;.     

适用于硅晶体多线切割的线切割液研制

本文通过硅片旋转磨损试验模拟线切割过程,以评价切割液的切割性能。首先,通过对比试验选出线切割液的主要组份;接着,通过正交试验优化各组份的含量并得到最优配方;最后,在相同条件下将最优配方与某市场切割液进行比较。结果表明:自制最优配方切割液MRR为7820 nm/min,Ra为9.12 nm。与市场切割液相比MRR稍低,但表面粗糙度要好。分析原因是由于新配方切割液在分散性和润滑性方面有所提高,而且碱性变强,加大了化学作用,有效的提高了晶片表面质量。     

金刚石切割多晶硅片切割痕性质与消除方法研究

金刚石线锯切割多晶硅片表面存在两种尺度的切割痕纹:由锯线往复运动形成的周期在亚毫米尺度的往复纹,和由金刚石划出的宽度在微米尺度的划痕.金刚石切割硅片的微观粗糙度比砂浆切割硅片小～25;.金刚石切割硅片相对粗糙表观以及往复纹的呈现都来自于光滑划痕的视觉增强作用.酸刻蚀制绒不能消除金刚石切割硅片表面切割痕纹;碱刻蚀只能消除部分晶粒之上的切割痕纹.尝试了一种气相酸刻蚀方法,取得了彻底消除金刚石切割硅片表面切割痕纹的效果,同时获得了良好的制绒效果,但其均匀性有待改善.     

横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量.本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC.基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式.基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响.以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45;,锯切力减少28;~53;.实验结果与理论分析具有良好的一致性.     

钎焊金刚石线锯切割单晶硅时的材料去除机理研究

利用钎焊金刚石线锯,在恒进给速度的方式下对单晶硅材料进行切割加工,探讨切割参数对切割力及表面粗糙度的影响机制.建立了金刚石线锯的切割力模型,推导线锯横截面不同位置处金刚石磨粒的法向力与线锯总法向力之间的关系式,依据单晶硅材料的压痕断裂力学性能,探讨钎焊金刚石线锯切割单晶硅时线锯横截面不同位置金刚石磨粒去除材料的机理.分析表明,随着磨粒位置的变化,其法向力值经历了一个从最大值到零的变化过程,并存在脆塑性转变角,其值的大小决定了工件表面材料的去除方式.     

添加纳米固体润滑剂的自润滑陶瓷材料高温摩擦磨损性能研究

采用真空热压烧结工艺制备了一种添加纳米固体润滑剂CaF2的自润滑陶瓷材料,研究其在室温25℃到600℃环境下与40Cr钢销干摩擦时的摩擦磨损性能.结果表明:自润滑陶瓷材料的摩擦系数与磨损率随环境温度的升高而逐渐降低,600℃时摩擦系数降低到0.21,磨损率降低到2.4×10-6 mm3/N·m.常温下自润滑陶瓷材料的磨损机理是磨粒磨损,高温环境同时存在磨粒磨损和粘着磨损.高温环境下摩擦表面纳米CaF2含量的增加和固体润滑膜的形成是摩擦磨损性能改善的主要原因.     

KDP晶体水溶解辅助金刚石线锯精密切割试验研究

针对软脆功能晶体材料KDP晶体切割过程中极易开裂的问题,采用电镀金刚石线锯切割KDP晶体,利用该材料极易潮解的性质,变不利因素为有利条件,提出基于微乳液的水溶解辅助金刚石线锯切割新方法.结果表明:采用水解辅助线锯切割方法同比油冷却切割,不仅能够获得较低的切割表面粗糙度,而且可以提高切割效率15;～ 20;.     

聚乙二醇分子量对其分散多壁碳纳米管能力的影响

本文研究了聚乙二醇(PEG)分子量对其分散多壁碳纳米管(MWNTs)能力的影响。PEG解团聚的能力与分子量的关系不是单调递增的,而是先降低后增加,存在一个最低点,这与其解团聚路线有关。PEG分散的MWNTs对时间和电解质的稳定性都随着分子量的增加而增加,但是对温度的稳定性却随着分子量的增加而减小。     

长脉冲激光切割蓝宝石的断口分析

采用长脉冲激光对蓝宝石晶体在不同的保护气体作用下切割获得的断口进行了研究.Nd: YAG脉冲激光分别在N2、Ar、O2保护气氛下对蓝宝石晶体的(0001)面上以相同的工艺参数进行切割.蓝宝石切割断口的物相和形貌分别采用XRD和SEM进行表征.结果表明:在保护气体作用下,Ar保护气氛下的切割深度最大,断口平整,有金属光泽,检测断口处以多晶α-Al2O3相为主相,并有少量的Al相;N2保护下断口无金属光泽,有粉化现象,存在多晶α-Al2O3相为主相,并有少量的AlN相;O2保护气下切割深度最浅,而且断口表面粉化严重,检测出以多晶α-Al2O3相为主相,三种切痕条纹均与激光的切削方向相反.     

口腔修复体材料与天然牙的磨损匹配性研究

以人工唾液为润滑剂,采用新鲜拔除的天然牙与TC4钛合金以及氧化锆陶瓷平面试件进行低速往复磨损实验.分别从定性和定量分析两个角度研究了口腔修复体材料与天然牙的磨损匹配性.同时,提出了基于逆向工程技术的天然牙最大磨损深度的测量方法,将磨损前后的天然牙进行三维扫描,采用最佳拟合对齐法实现模型的配准.通过对天然牙磨损表面及对摩试件的三维形貌和能谱分析,明确了天然牙与TC4钛合金之间的磨损机制主要表现为磨粒磨损和黏着磨损,而与氧化锆陶瓷之间的磨损更为轻微,主要表现为磨粒磨损.对比天然牙和对摩试件的磨损量可知,氧化锆陶瓷相比于TC4钛合金表现出良好的耐磨损性能和对摩物的低磨损率.     

基于单磨粒微米划刻的单晶硅精密切削机理研究

为了探究硅片器件精密磨削加工的切削特征与机理,运用三棱锥形状的金刚石磨粒以不同加载压力划刻单晶硅材料表面模拟磨削加工过程,分析了划痕形貌特征、切削力与切削深度的演变规律,阐释了单晶硅的微米级切削加工机理。单晶硅微破碎去除发生的临界条件为法向切削力80 mN,临界切削深度2.03 μm;剥落去除发生的临界条件为法向切削力800 mN,切削深度5.65 μm。切削深度、切削力比在不同切削机理条件下具备可区分的差异化特征。平均切削深度随加载压力的变化规律呈现出鲜明的自相似性特征。此外,还分别构建了塑性去除、微破碎去除、剥落去除三个阶段的切削力方程,更准确地描述了切削力与切削深度的密切关系。     

磨料形貌及分散介质对4H碳化硅晶片研磨质量的影响研究

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。     

β-Ga2O3晶体金刚石线锯切割的表面质量研究

本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对β-Ga₂O₃单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响,从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割β-Ga₂O₃单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面β-Ga₂O₃单晶切割片表面质量的影响,并采用SEM和SJ-210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明,增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度,有效改善晶片表面质量。     

低位错密度4 inch GaSb(100)单晶生长及高质量衬底制备

采用液封直拉法(LEC)生长了4 inch直径(100)GaSb单晶并进行了衬底晶片的加工制备.通过优化热场,可重复生长出非掺和掺Te 整锭(100)单晶,单晶锭的重量为5~8 kg, 成晶率可达80;以上.4 inch(100)晶片大部分区域的位错腐蚀坑密度小500 cm-2,其(004)双晶衍射峰的半峰宽为29弧秒,表明晶片衬底的完整性相当好.晶体生长过程中固液界面较为平坦,因而晶片表现出良好的横向电学均匀性.经研磨和机械化学抛光,制备出具备良好平整度和表面粗糙度的开盒即用衬底晶片.通过控制本征受主缺陷浓度和掺杂浓度,制备出具有良好近红外透光率的n型GaSb单晶衬底.     

Morphologies of calcium carbonate crystallites grown from aqueous solutions containing polyethylene glycol

Calcium Carbonate has been precipitated from aqueous solutions containing different concentrations and different molecular weight of Polyethylene Glycol (PEG). The precipitations were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT‐IR) and X‐ray diffraction (XRD). The results demonstrated that PEG has profound influence on the nucleation and crystal growth of CaCO₃, under condition of low PEG6000 (refer to PEG M_W=6000) concentration, it favored the formation of calcite, while high PEG6000 concentration promoted vaterite formation. Additionally, low molecular weight PEG can stabilize vaterite phase. (© 2006 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

脆性材料切削温度理论模型及实验研究

通过将单次断裂扩展成连续断裂,并利用被加工面表面形貌面积和投影面积之比k1,计算断裂次数,根据脆性材料微观断裂机理的能量守恒原理,建立了脆性材料切削温度理论模型;使用硬质合金刀具切削氟金云母陶瓷,开展车削实验,验证模型可靠性;结果表明,建立的脆性材料切削温度理论模型,可以在一定范围内,对温度随工艺参数变化趋势进行预测.     

稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料的组分设计及其使用性能研究

以稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料为基础,进行了基于抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能的组分设计.结果发现,与最佳的抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能相对应,弥散相Ti(C,N)的最优体积含量分别为27.7;、26.5;和30.7;,其最优性能分别比纯Al2O3陶瓷提高约71.4;、40.4;和28.9;.在此基础上,实验研究了稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料用于刀具时的切削特性.表明该材料具有良好的耐磨性能,可以作为刀具材料使用.     

Correlation of fundamental photoreflectance spectra with surface quality of bulk ZnTe semiconductor grown from Te solution

Large size ZnTe single crystals were grown from Te‐solution with the vertical Bridgman method. The fundamental photoreflectance (PR) spectra of bulk ZnTe crystal subjected to a successive sequence of surface treatments, i.e., mechanical and chemical polishing, and passivation, have been measured over the wavelength range 200–600 nm at room temperature (RT) for the first time. The shape, relative intensity and evolution of the distinct E₀, E₁, E₁+∆₁ and E₂ transitions during each stage of wafer processing were investigated. It was found that, those distinct transitions vary with varying crystal surface quality. The intensity of the reflectance peaks is large with sharp peak profile when the surface has good crystalline quality. However, E₀ peak can be easily eliminated by a small amount of structural damages on the wafer surface. The dispersion tendency of the E₁ and E₁+∆₁ peaks suggesting the wafer surface is widespread covered by structural damages. The reflection peaks’ intensity were all reduced after passivated with H₂O₂ solution. E₂ peak intensity is more easily to be reduced during passivation.