金刚石与磨料磨具工程

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大尺寸单晶硅片加工技术简介

康仁科

2020, 40(4): 1-4.

摘要(508)

PDF 788KB(106)

摘要:

半导体硅片制备技术及产业现状

闫志瑞, 库黎明, 白杜娟, 陈海滨, 王永涛

2020, 40(4): 5-11. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0001

摘要(825)

PDF 1413KB(75)

摘要:
介绍半导体硅片制备技术及理论，分析目前全球硅片的产业概况、产业历史发展趋势及特点；结合我国目前的实际情况，论述国内大力发展硅片产业面临的机遇、挑战及存在的问题。

单晶硅切片加工技术研究进展

葛培琪, 陈自彬, 王沛志

2020, 40(4): 12-18. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0002

摘要(818)

PDF 1716KB(100)

摘要:
单晶硅切片加工是集成电路产业和光伏产业的重要环节，其加工方式和加工质量直接影响到晶片的出片率、晶圆衬底和光伏太阳能电池板的生产成本。随着晶片尺寸的不断增大，线锯切片技术已成为目前单晶硅片的主流切片加工技术。为实现单晶硅片高效、精密、低裂纹损伤的切片加工，阐述了线锯切片技术的分类及其加工特点，总结了金刚石线锯切片加工机理的研究现状，探讨了对金刚石线锯切片加工过程的微观分析，概括了单晶硅切片加工引起的裂纹损伤及其抑制措施，指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势和面临的挑战。

陶瓷结合剂金刚石砂轮组织结构对其性能的影响

丁玉龙, 苗卫鹏, 骆苗地, 冯兵强, 朱建辉, 赵延军, 包华

2020, 40(4): 19-23. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0003

摘要(567)

PDF 2010KB(52)

摘要:
研究单晶硅片磨削用陶瓷结合剂金刚石砂轮的组织结构对砂轮性能的影响，评估砂轮组织结构对砂轮磨损速率、磨床主轴电流、磨削后的单晶硅片表面粗糙度及其表面形貌的影响。试验结果显示：主轴电流随着砂轮组织中孔隙率的增加呈现下降趋势，从最高的7.0 A降低至6.3 A；砂轮的磨损速率则表现出相反的规律，气孔率最大的砂轮的磨损速率是最小的砂轮的近2倍，分别为2.525 2 μm/片和1.423 8 μm/片；砂轮组织结构对磨削后工件的表面粗糙度影响不大，工件的表面粗糙度R_a值分别为7.67、7.47和7.37 nm；但当气孔孔径过大、孔壁变薄时，会造成磨削工件表面出现深划痕，导致硅片磨削质量恶化。

硅片化学机械抛光技术的研究进展

徐嘉慧, 康仁科, 董志刚, 王紫光

2020, 40(4): 24-33. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0004

摘要(1181)

PDF 1506KB(185)

摘要:
随着硅片厚度的增大和芯片厚度的减小，硅片在加工中的材料去除量增大，如何提高其加工效率就成了研究的热点之一。由于化学机械抛光过程复杂，抛光后硅片的质量受到多种因素的影响，主要包括抛光设备的技术参数、耗材(抛光垫和抛光液)的性质和硅片自身在抛光时的接触应力状态等。本文介绍了硅片化学机械抛光技术的研究进展，讨论了影响硅片抛光后表面质量和表面材料去除率的因素，如抛光液、抛光垫、抛光压力等，并对目前用于硅片化学机械抛光的先进设备进行了综述。

热压工艺参数对WC-Cu基胎体力学性能的影响

刘鑫, 张伟龙, 赵小军, 谭松成, 段隆臣

2020, 40(4): 34-40. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0005

摘要(260)

PDF 1070KB(20)

摘要:
在深部钻探中，WC-Cu基金刚石钻头胎体被广泛使用。为了提高钻头使用性能，在同一胎体配方下，采用正交试验方案对热压参数进行设计，并烧制试样进行抗弯强度和显微硬度测试。通过方差和极差分析不同烧结温度(A)、烧结压力(B)、保温时间(C)、冷却方式(D)对金刚石钻头胎体力学性能的影响。试验结果表明：对纯胎体和含金刚石胎体抗弯强度影响的顺序为A>D>B>C；对胎体维氏硬度影响的顺序是A>C>B>D。本次正交试验中的最优理论烧结参数为A₃B₃C₁D₄，即烧结温度为960 ℃、烧结压力为16 MPa、保温时间为3 min、冷却方式为400 ℃保温炉冷。此时，与理论参数最接近的工艺试验结果为：纯胎体抗弯强度为983.33 MPa、硬度为437.40 HV，金刚石胎体试样抗弯强度为525.00 MPa。

组合添加剂用于提高氨基磺酸镍镀液的分散能力和深镀能力

赵尧敏, 吴学领, 方向前, 王坤, 李英华

2020, 40(4): 41-46. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0006

摘要(265)

PDF 1264KB(17)

摘要:
通过在氨基磺酸镍镀液中加入组合添加剂来优化镀液的性能。试验结果表明：使用二苯磺酰亚胺(BBI)0.45～0.60 g/L、烯丙基磺酸钠(SAS)1.30～1.50 g/L、丙炔磺酸钠(PS)0.08～0.10 g/L、羟烷基磺酸钠盐(SSO3)0.02～0.03 g/L、1-(3-磺丙基)吡啶内盐(PPS-OH)0.08～0.10 g/L为组合添加剂，可显著提高氨基磺酸镍镀液的分散能力和深镀能力，其分散能力由原来的21.43%增加到58.29%，深镀能力由原来的40.0%提高至53.5%。BBI、SAS、PS、SSO3和PPS-OH对镀液分散能力和深镀能力的提高均有不同程度的贡献，且是组合添加剂协同作用的结果。

PCD刀具高速铣削TC4钛合金的工艺参数优化

王胜, 刘文军, 周明安, 张玉贤, 顾怡红, 余文利

2020, 40(4): 47-52. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0007

摘要(471)

PDF 1381KB(15)

摘要:
用PCD铣刀平面精铣TC4(Ti-6Al-4V)钛合金，再用三坐标测量机、表面粗糙度仪、显微维氏硬度计和便携式X射线残余应力分析仪测量钛合金加工后的平面度、平行度、表面粗糙度、表面硬度及表面残余应力，分析不同铣削工艺参数对TC4钛合金质量和表面形貌的影响。结果表明：在主轴转速16 000 r/min，切削深度0.2 mm，每齿进给量0.06 mm/z的最佳铣削工艺参数下，PCD铣刀寿命较长，TC4钛合金工件的表面质量和形貌较好，其平面度为0.26 μm，平行度为0.64 μm，表面粗糙度为0.63 μm，表面显微硬度为3 080 N/mm²，表面残余应力为-250 MPa。

寿山石的自动化拖拽抛光研究

王键, 陆静

2020, 40(4): 53-58. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0008

摘要(219)

PDF 2322KB(9)

摘要:
针对寿山石表面手工抛光效率低、质量较差等问题，分析5种寿山石的造岩矿物、显微硬度、矿物颗粒大小和致密度等参数，优选不同种类的磨料用拖拽抛光机来对其自动抛光。结果表明：拖拽抛光技术可自动抛光寿山石，寿山石抛光后的表面质量良好。对含较多石英、硬度较大、矿物致密度适中的寿山石，用核桃壳加金刚石的磨料抛光，其表面粗糙度R_a为293和335 nm；对含大量云母、硬度较低、矿物致密度较小的寿山石，用玉米芯加氧化铝的磨料抛光，其表面粗糙度R_a为521 nm；对造岩矿物纯粹、硬度居中、矿物最致密的寿山石，用玉米芯加金刚石的磨料抛光，其表面粗糙度R_a为235和186 nm。

航发钛合金叶片金刚石砂带磨削的磨粒磨损研究

梁巧云, 单坤, 李兆瑞, 邹莱, 黄云

2020, 40(4): 59-64. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0009

摘要(463)

PDF 1758KB(30)

摘要:
金刚石砂带精密磨削航空发动机钛合金叶片时，砂带磨损对加工精度及表面质量一致性影响很大。针对这一问题，利用ABAQUS软件开展单颗磨粒磨削过程仿真研究，进而进行航发钛合金叶片金刚石砂带磨削试验。仿真及试验结果表明：在磨削速度为10～20 m/s时，摩擦接触点的温度达700 K以上，且随磨削速度的增大而升高；砂带磨损程度随磨削速度的增大而升高，与磨削速度对摩擦接触点磨削温度的影响规律一致。M10/20金刚石砂带的磨损形式为磨粒损耗和磨粒脱落，磨屑的黏结加剧了砂带的磨损。

基体孔隙率对汽车腻子打磨用网格砂磨削性能的影响规律

翟建昌, 孟霞, 傅桂华

2020, 40(4): 65-69. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0010

摘要(319)

PDF 1888KB(14)

摘要:
网格砂基体孔洞的数量会影响有效磨削面积，从而影响网格砂的磨削性能。以不同孔隙率的聚酯网格布为基体，经过预处理、底胶、植砂、复胶工序制备网格砂。通过打磨汽车腻子，观察在磨削过程中网格砂磨削面的堵塞情况，并测试其磨削面的粗糙度，探讨基布的孔隙率对网格砂磨削性能的影响。结果表明：粗粒度磨削优选孔隙率为30%的网格基体，细粒度磨削优选孔隙率为20%的网格基体。

20CrMnTi磨削表面质量试验研究

刘瑶, 李睿, 赵亦东, 徐利军, 吴重军

2020, 40(4): 70-75. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0011

摘要(370)

PDF 1203KB(13)

摘要:
为了探讨磨削工艺参数对20CrMnTi磨削表面质量的影响，采用CBN砂轮开展单因素磨削试验，选取表面洛氏硬度H、表面残余应力σ_s和亚表面残余应力分布σ_ss作为指标，通过试验分析20CrMnTi的磨削加工特性。试验结果表明：相同条件下，H随着砂轮线速度v_s和磨削深度a_p的增大而减小，随着工件进给速度v_w的增大而增大，且a_p的影响最大、v_w的次之、v_s的最小；磨削后工件表面表现为残余压应力，压应力σ_s的大小(绝对值)随着v_w增大而增大，随着a_p增大而减小，随v_s增大呈现波动；磨削后工件的σ_ss随着a_p增大逐渐由压应力转变为拉应力，最后趋于0；在小v_s和较小a_p时，在相同亚表面深度情况下可以获得更大的压应力或者更小的拉应力。在本试验所讨论的参数范围内，v_s=60 m/s，v_w=1.045 m/s，a_p=3 μm时可以获得较高H和残余压应力以及较好的σ_ss，即20CrMnTi磨削加工质量较好。

碳纤维复合材料铣削与磨削加工对比研究

周井文, 秦文津, 穆英娟, 任培强, 刘星, 陈燕

2020, 40(4): 76-80. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0012

摘要(476)

PDF 2854KB(57)

摘要:
使用单层钎焊金刚石磨头和金刚石涂层玉米铣刀对T800碳纤维增强环氧树脂复合材料层压板进行切边加工，研究铣削加工和磨削加工工艺对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics，CFRP)表面质量的影响。通过对加工表面微观形貌的观察和表面粗糙度的测量对比，讨论2种加工方式下表面质量差异和缺陷形成的原因。结果表明：磨削加工的表面质量优于铣削加工的表面质量，铣削加工后CFRP表面会出现凹坑和树脂涂覆等缺陷，但磨削加工的表面纤维断口清晰可见，无明显缺陷。铣削工艺下的凹坑是纤维集束断裂而形成的，树脂涂覆是由刀具后刀面与工件材料的频繁挤压、摩擦而形成。在表面质量和加工缺陷要求严格的条件下，应优先选用磨削加工工艺。

PCD刀具前刀面焊后抛光试验研究

陈乾, 李嫚, 赵敏, 王风奇

2020, 40(4): 81-86. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0013

摘要(270)

PDF 1061KB(12)

摘要:
通过3因素4水平正交试验，研究PCD刀具热损伤层的布轮抛光去除工艺参数对PCD刀具前刀面表面粗糙度变化的影响规律。试验结果表明：粗糙度变化随转速增大先增大后减小，随压缩量增大先增大后减小再增大，随抛光时间延长先增大后减小。同时，建立三元二次粗糙度变化值预测模型，分析布轮转速、压缩量、抛光时间对粗糙度变化值的影响程度。结果表明：布轮转速对粗糙度变化值的影响最大，压缩量的次之，抛光时间的最小；布轮转速、压缩量、抛光时间与粗糙度变化值的相关性比较显著，且粗糙度变化值预测模型与试验数据的拟合效果较好。

偏振激光散射检测单晶硅片磨削后的亚表面微裂纹

李庆鹏, 白倩, 张璧

2020, 40(4): 87-92. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0014

摘要(388)

PDF 1226KB(18)

摘要:
单晶硅片在磨削过程中会不可避免地产生亚表面微裂纹损伤。采用偏振激光散射检测方式对单晶硅片亚表面微裂纹损伤进行无损检测，得到其对应的检测信号强度，再利用有损检测方式对单晶硅片亚表面微裂纹损伤体积密度进行定量测定，建立检测信号强度与体积密度之间的对应关系并进行试验验证。结果表明：采用偏振激光散射检测方式得到的硅片亚表面微裂纹体积密度与有损检测方式的比较，其相对误差在10%以内；在不影响生产效率的前提下，偏振激光散射检测方式能无损、准确、快速地检测硅片的亚表面微裂纹。

改性酚醛树脂对树脂结合剂砂轮胎体性能的影响

陈春晖, 陈哲, 刘一波, 黄霞, 卜宏基, 刘伟, 孔帅斐

2020, 40(4): 93-97. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2020.4.0015

摘要(291)

PDF 1568KB(36)

摘要:
选用4种不同超硬材料树脂砂轮专用改性酚醛树脂，分别制备树脂结合剂砂轮胎体。使用综合热分析仪、万能力学试验机、洛氏硬度仪和超景深显微镜分析4种改性酚醛树脂的分解温度，探究不同改性方法对砂轮胎体机械性能和树脂显微结构的影响。结果表明：4种酚醛树脂的热分解温度分别为552、527、557、457 ℃；由于酚醛树脂改性方式不同，各砂轮胎体机械性能具有较大差异。3031树脂的硬度(HRB)最高，为64；3034树脂的硬度(HRB)最低，为41，仅为3031的64%。3031的抗弯强度最高，为87 MPa；3034的最低，为50 MPa，仅为3031的57.5%。