本文選題：金剛石刀具 + 化學(xué)機(jī)械拋光��； 參考：《沈陽工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：金剛石是自然界已知材料中硬度最大、摩擦系數(shù)最小的材料。其集多種優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)等性能于一身,作為新一代信息技術(shù)中重點(diǎn)研發(fā)的第三代半導(dǎo)體材料,具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場潛力。隨著我國人造金剛石產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,人造金剛石刀具開始被廣為應(yīng)用,但受生長機(jī)制所限,制備后的金剛石晶體粗大,表面粗糙度較差,無法直接作為金剛石刀具,再加上金剛石的高硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性給超光滑、高精度和低損傷的平面加工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為此,本課題以化學(xué)機(jī)械拋光金剛石為基礎(chǔ),與光催化氧化技術(shù)相結(jié)合,提出全新的金剛石拋光方法。旨在建立高效平坦金剛石刀具的加工方法,及解決目前化學(xué)機(jī)械拋光中存在的拋光液易揮發(fā)、腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境等問題。光催化輔助氧化刃磨金剛石刀具拋光液的主要研究工作如下:(1)通過光催化氧化機(jī)理分析提出光催化輔助刃磨金剛石方法,搭建光催化輔助拋光試驗(yàn)平臺(tái),試驗(yàn)選擇Merc-1000型汞燈作為輸出光源,氧化還原電位儀作為拋光液表征設(shè)備。采用金相顯微鏡、原子力顯微鏡等作為材料檢測設(shè)備。(2)針對(duì)不同光催化劑、氧化劑、磨料、pH調(diào)節(jié)劑的選擇,建立三種拋光液表征方法。經(jīng)氧化還原電位與電導(dǎo)率表征試驗(yàn)得出:5nmTiO_2溶液氧化性最好,P25型TiO_2最為穩(wěn)定,H_2O_2投加量為2~3ml、pH值為3時(shí)拋光液光催化活性最好。通過光催化降解甲基橙1h后完全脫色,驗(yàn)證了拋光液氧化性。為驗(yàn)證拋光可行性,建立硅片拋光材料表征試驗(yàn),由7種拋光液對(duì)比拋光后得出,最佳拋光液為TiO_2(P25)+H_2O_2+紫外光+SiO_2+H+,材料去除率為(5.9mg/h),拋光后表面形貌最好。(3)建立多種金剛石刀具拋光液驗(yàn)證試驗(yàn)。在金剛石膜光催化拋光中,獲得極為光滑金剛石臺(tái)階面,整體表面粗糙度從Rz387.6μm下降到Rz47.131μm。通過不同催化劑拋光液對(duì)CVD金剛石拋光,得出P25型拋光效果最好,最終表面粗糙度Ra0.399nm。在高溫高壓金剛石拋光中獲得了0.012mg/h的材料去除率。通過Matlab建立拋光軌跡仿真,合理的拋光盤轉(zhuǎn)速為60r/min,載樣盤31r/min。結(jié)合以上優(yōu)化工藝,研磨拋光出優(yōu)質(zhì)的金剛石刀具后刀面與刀刃。通過XPS能譜分析得出,在紫外光照射條件下TiO_2表面生成具有很強(qiáng)氧化性空穴,空穴在酸性環(huán)境中能夠?qū)⑺纸獬删哂袕?qiáng)氧化性的羥基自由基,羥基自由基與金剛石反應(yīng)生成氧化物。
[Abstract]:Diamond is the material with the highest hardness and the lowest friction coefficient among known materials in nature.It has many excellent mechanical, optical, thermal and electrical properties. As the third generation semiconductor material, it has a wide application prospect and great market potential.With the rapid development of synthetic diamond industry in China, synthetic diamond tools have been widely used. However, due to the growth mechanism, the prepared diamond crystals are coarse and the surface roughness is poor, so they can not be used as diamond cutting tools directly.In addition, the high hardness and good chemical stability of diamond pose a great challenge for ultra-smooth, high-precision and low-damage planar machining.Therefore, based on chemical-mechanical polishing diamond and photocatalytic oxidation technology, a new diamond polishing method is proposed.The purpose of this paper is to establish the machining method of high efficient and flat diamond tools and to solve the problems existing in chemical mechanical polishing such as easy volatilization of polishing fluid corrosion of equipment and pollution of environment.The main research work of photocatalytic assisted oxidation grinding diamond tool polishing liquid is as follows: (1) based on the analysis of photocatalytic oxidation mechanism, a method of photocatalytic assisted grinding of diamond is put forward, and a photocatalytic polishing test platform is set up.Merc-1000 mercury lamp was used as output light source and redox potentiometer was used as polisher.Metallographic microscope and atomic force microscope (AFM) were used as testing equipment. Three methods of characterization of polishing solution were established according to the selection of different photocatalysts, oxidants and abrasive pH modifiers.The results of redox potential and electrical conductivity test show that the best oxidizing property of the solution is the P25 type TiO_2. The dosage of H _ 2O _ 2 is 2 ~ 3 ml ~ (-1) and pH value is 3 ~ 3. The photocatalytic activity of the solution is the best.After photocatalytic degradation of methyl orange for 1 h, the oxidation property of polishing solution was verified.In order to verify the feasibility of polishing, a characterization test of silicon wafer polishing material was established. The results showed that the best polishing solution was TiOS2P25) H_2O_2 UV SiO_2 H, which was compared with seven polishing fluids.The material removal rate is 5.9 mg / h, and the surface morphology after polishing is the best.In photocatalytic polishing of diamond film, extremely smooth diamond step surface was obtained, and the overall surface roughness decreased from Rz387.6 渭 m to Rz47.131 渭 m.Through polishing CVD diamond with different catalyst polishing liquid, the result shows that P25 type polishing is the best, and the final surface roughness Ra0.399nm.The material removal rate of 0.012mg/h was obtained in high temperature and high pressure diamond polishing.The polishing trajectory simulation is established by Matlab. The reasonable rotation speed of the polishing disc is 60 r / min and the sample carrying disk is 31 r / min.Combined with the above optimization process, the surface and edge of the diamond cutting tool with high quality are lapped and polished.By XPS energy spectrum analysis, it was found that the surface of TiO_2 had strong oxidizing holes under UV irradiation, and the holes could decompose water into hydroxyl radicals with strong oxidation in acidic environment.Hydroxyl radical reacts with diamond to form oxide.
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG580.15

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本文編號(hào)：1740105