論文開題報(bào)告：表面改性對(duì)溶膠凝膠軟拋膜中磨料分散與把持的影響

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
學(xué)院：機(jī)電學(xué)院　　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級(jí)：　08機(jī)械制造2班　

課題名稱 表面改性對(duì)溶膠凝膠軟拋膜中磨料分散與把持的影響

1、本課題的的研究目的和意義：
SiC是繼Si和GaAs之后發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材料,具有大的禁帶寬度、高飽和電子遷移速度、高擊穿電場強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)良的特性。SiC單晶片的應(yīng)用要求晶片表面超光滑、無缺陷、無損傷, SiC的加工質(zhì)量和精度直接影響器件的性能。
由于SiC單晶的硬度高，僅次于金剛石，在晶體的研拋過程中，加工難度極大，且半導(dǎo)體元器件對(duì)基片的表面質(zhì)量要求越來越高，因此需要采用超細(xì)（亞微米和納米）金剛石對(duì)SiC進(jìn)行高效超精拋光。納米金剛石兼具金剛石和納米顆粒的雙重特性。目前，已開發(fā)的納米金剛石拋光液以其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體硅片拋光、計(jì)算機(jī)硬盤基片拋光、計(jì)算機(jī)磁頭拋光、光纖連接器拋光、精密陶瓷、人造晶體、硬質(zhì)合金、寶石拋光等領(lǐng)域。
現(xiàn)有對(duì)SiC等脆性材料的拋光方式基本是游離磨料拋光。此外還有固結(jié)磨料拋光等方式。國內(nèi)外研究表明，由于SiC單晶片的高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，在加工過程中，采用傳統(tǒng)的游離磨料拋光，其材料去除率極低，且磨料消耗量大。采用固結(jié)磨料對(duì)SiC單晶片進(jìn)行加工，工件表面容易產(chǎn)生劃痕。
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技術(shù)難題。圍繞超細(xì)磨料在不同介質(zhì)中穩(wěn)定分散及提高工具對(duì)磨料的把持力的問題，近年來，國內(nèi)外均有研究人員對(duì)超細(xì)金剛石的分散與把持進(jìn)行了一定的探索。
Chigandva用飽和AlCl3水溶液加熱處理納米金剛石,制得了質(zhì)量濃度約為1%的懸浮液,懸浮液中納米金剛石的二次粒度為幾百納米。
俄羅斯的JSC Diamond Center的科學(xué)家用超聲方式在水溶液中分散納米金剛石,得到了可穩(wěn)定1個(gè)月以上的納米金剛石懸浮液,團(tuán)聚體的平均尺寸在300 nm 左右。該中心還對(duì)納米金剛石在非水體系中的分散進(jìn)行了研究,所用介質(zhì)有丙酮、添加了5%水的丙酮、苯、丙醇等。他們利用聚異戍二烯改性納米金剛石表面,制得了可穩(wěn)定存放10天左右的懸浮液。
日本學(xué)者H．Nakamura等人運(yùn)用凝膠造粒法，以粒度為1um的SiO2、5um的Al2O3和2um的Cr2O3做為磨料，海藻酸鈉為粘結(jié)劑，制備了一種新型的GPD磨拋盤。雖能獲得較高加工質(zhì)量，但是由于采用粒度微粉級(jí)的普通磨料，加工效率低；
北京理工大學(xué)陳鵬萬等采用水+Na3PO4、乙醇、明膠水溶液+ Na2CO3等3種介質(zhì)分散納米金剛石,得到了納米金剛石含量為0.75%、0.35 %、0.9 %的溶膠,但靜置一段時(shí)間,納米金剛石又發(fā)生團(tuán)聚和沉淀。
南京航空航天大學(xué)朱永偉等人將5～10um金剛石微粉磨粒用超分散劑分散，經(jīng)超聲分散后，注入模具固化，制備出均勻鑲嵌在剛性拋光丸片基體的親水性固結(jié)磨料拋光墊。采用較粗的微粉級(jí)金剛石磨粒，且由于工作時(shí)發(fā)生“讓刀”現(xiàn)象，雖能提高加工質(zhì)量，但是出刃高度達(dá)大的磨粒易脫落，加工效率相對(duì)降低。
北京理工大學(xué)張棟等使用硅烷偶聯(lián)劑KH-570和高聚物JQ-3表面改性過的納米金剛石，以超聲作為分散手段，將其分散在乙醇中，得到了平均粒徑51.7nm的膠體溶液。兩種高聚物分散劑復(fù)配使用，可以明顯提高納米金剛石在乙醇中的分散性和穩(wěn)定性，為油性拋光液的制備奠定了基礎(chǔ)。
南京航空航天大學(xué)許向陽和胡志孟等分別研究了納米金剛石團(tuán)聚體在白油介質(zhì)中的解聚與分散方法。他們的結(jié)論是納米金剛石可用作超精加工中的拋光材料，能大大降低表面粗糙度。
華僑大學(xué)龔勇波等運(yùn)用溶膠凝膠法，制備了金剛石微粉磨拋墊和磨拋片。采用微粉級(jí)金剛石磨料，對(duì)不同硬脆性材料進(jìn)行拋光；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金剛石微粉磨拋墊對(duì)硅片磨拋加工時(shí)，無論磨料粒度大小，硅片的拋光表面質(zhì)量都是不理想的。
燕山大學(xué)王艷輝在納米金剛石磨料表面鍍鈦，使金剛石表面金屬化，實(shí)現(xiàn)了金剛石與許多材料之間的結(jié)合，鍍鈦后結(jié)合劑對(duì)金剛石顆粒的把持力提高，金剛石圓鋸片工作面上脫落的金剛石減少，提高了金剛石圓鋸片的使用壽命。
燕山大學(xué)陸靜在納米金剛石表面鍍鈦，實(shí)現(xiàn)了納米金剛石表面納米涂層的均勻沉積改性，研究發(fā)現(xiàn)改性后的納米金剛石在乙醇溶液中能長時(shí)間穩(wěn)定分散。在納米金剛石表面涂覆氧化鈦或氧化鋯涂層也有效地改善納米金剛石的分散特性。
現(xiàn)階段，超細(xì)金剛石一些是分散于水性或油性介質(zhì)中做成拋光液，另外一些分散于基體中制備成拋光盤，但這些方法都很難解除超細(xì)金剛石制備過程中通過氧橋鍵形成的硬團(tuán)聚，并且制備出的拋光墊加工后，金剛石磨料脫落比較嚴(yán)重。而對(duì)超細(xì)金剛石的表面鍍鈦及涂覆氧化物，可以提高其在液體中的分散性，且在金剛石圓鋸片的應(yīng)用中，提高了結(jié)合劑對(duì)金剛石顆粒的把持力，但在超精密拋光領(lǐng)域的應(yīng)用還不是很普遍。









3、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式：
1. 研究主要內(nèi)容
本課題主要研究：對(duì)比分析超細(xì)金剛石磨料在球磨和鍍鈦改性后在溶液中和拋光盤上的分散情況，評(píng)價(jià)不同分散方式的分散效果。把超細(xì)金剛石表面涂覆氧化物改性后制備成拋光盤，檢測其在加工過程中金剛石磨料的脫落情況。主要分以下三個(gè)部分：
 對(duì)比分析兩種分散方式在溶液中和拋光盤上的分散情況，評(píng)價(jià)分散效果；
 分別對(duì)超細(xì)金剛石表面進(jìn)行涂覆氧化硅和氧化鋯改性；
 制備兩種改性后磨料的拋光盤對(duì)SiC單晶片進(jìn)行加工，檢測其在加工過程中金剛石磨料的脫落情況，評(píng)價(jià)表面改性對(duì)把持力的影響。











4、擬解決的關(guān)鍵問題：
本文基于前期實(shí)驗(yàn)研究出現(xiàn)的問題：超細(xì)金剛石磨料在拋光盤上不均勻分布以及在拋光過程中磨料脫落比較嚴(yán)重等，提出解決方案：對(duì)于分散問題，首先分別對(duì)超細(xì)金剛石進(jìn)行剪切、球磨、鍍鈦改性分散，檢測分析磨料在溶液中的分散情況，然后再利用凝膠反應(yīng)的原理制備超細(xì)磨料拋光盤，最后采用這種半固結(jié)的方式來加工SiC晶片，檢測加工后工件表面質(zhì)量。對(duì)于把持問題，通過對(duì)超細(xì)金剛石表面涂覆改性制備出拋光盤，加工SiC晶片后能提高拋 ……（未完，全文共7174字，當(dāng)前僅顯示2519字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報(bào)告：表面改性對(duì)溶膠凝膠軟拋膜中磨料分散與把持的影響》）