论文开题报告：表面改性对溶胶凝胶软抛膜中磨料分散与把持的影响

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：机电学院　　　　　　　　　　　　　专业班级：　08机械制造2班　

课题名称 表面改性对溶胶凝胶软抛膜中磨料分散与把持的影响

1、本课题的的研究目的和意义：
SiC是继Si和GaAs之后发展起来的第三代半导体材料,具有大的禁带宽度、高饱和电子迁移速度、高击穿电场强度、高热导率、低介电常数和抗辐射能力强等优良的特性。SiC单晶片的应用要求晶片表面超光滑、无缺陷、无损伤, SiC的加工质量和精度直接影响器件的性能。
由于SiC单晶的硬度高，仅次于金刚石，在晶体的研抛过程中，加工难度极大，且半导体元器件对基片的表面质量要求越来越高，因此需要采用超细（亚微米和纳米）金刚石对SiC进行高效超精抛光。纳米金刚石兼具金刚石和纳米颗粒的双重特性。目前，已开发的纳米金刚石抛光液以其优异的性能广泛应用于半导体硅片抛光、计算机硬盘基片抛光、计算机磁头抛光、光纤连接器抛光、精密陶瓷、人造晶体、硬质合金、宝石抛光等领域。
现有对SiC等脆性材料的抛光方式基本是游离磨料抛光。此外还有固结磨料抛光等方式。国内外研究表明，由于SiC单晶片的高硬度和化学稳定性，在加工过程中，采用传统的游离磨料抛光，其材料去除率极低，且磨料消耗量大。采用固结磨料对SiC单晶片进行加工，工件表面容易产生划痕。
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略897字，正式会员可完整阅读）……　
技术难题。围绕超细磨料在不同介质中稳定分散及提高工具对磨料的把持力的问题，近年来，国内外均有研究人员对超细金刚石的分散与把持进行了一定的探索。
Chigandva用饱和AlCl3水溶液加热处理纳米金刚石,制得了质量浓度约为1%的悬浮液,悬浮液中纳米金刚石的二次粒度为几百纳米。
俄罗斯的JSC Diamond Center的科学家用超声方式在水溶液中分散纳米金刚石,得到了可稳定1个月以上的纳米金刚石悬浮液,团聚体的平均尺寸在300 nm 左右。该中心还对纳米金刚石在非水体系中的分散进行了研究,所用介质有丙酮、添加了5%水的丙酮、苯、丙醇等。他们利用聚异戍二烯改性纳米金刚石表面,制得了可稳定存放10天左右的悬浮液。
日本学者H．Nakamura等人运用凝胶造粒法，以粒度为1um的SiO2、5um的Al2O3和2um的Cr2O3做为磨料，海藻酸钠为粘结剂，制备了一种新型的GPD磨抛盘。虽能获得较高加工质量，但是由于采用粒度微粉级的普通磨料，加工效率低；
北京理工大学陈鹏万等采用水+Na3PO4、乙醇、明胶水溶液+ Na2CO3等3种介质分散纳米金刚石,得到了纳米金刚石含量为0.75%、0.35 %、0.9 %的溶胶,但静置一段时间,纳米金刚石又发生团聚和沉淀。
南京航空航天大学朱永伟等人将5～10um金刚石微粉磨粒用超分散剂分散，经超声分散后，注入模具固化，制备出均匀镶嵌在刚性抛光丸片基体的亲水性固结磨料抛光垫。采用较粗的微粉级金刚石磨粒，且由于工作时发生“让刀”现象，虽能提高加工质量，但是出刃高度达大的磨粒易脱落，加工效率相对降低。
北京理工大学张栋等使用硅烷偶联剂KH-570和高聚物JQ-3表面改性过的纳米金刚石，以超声作为分散手段，将其分散在乙醇中，得到了平均粒径51.7nm的胶体溶液。两种高聚物分散剂复配使用，可以明显提高纳米金刚石在乙醇中的分散性和稳定性，为油性抛光液的制备奠定了基础。
南京航空航天大学许向阳和胡志孟等分别研究了纳米金刚石团聚体在白油介质中的解聚与分散方法。他们的结论是纳米金刚石可用作超精加工中的抛光材料，能大大降低表面粗糙度。
华侨大学龚勇波等运用溶胶凝胶法，制备了金刚石微粉磨抛垫和磨抛片。采用微粉级金刚石磨料，对不同硬脆性材料进行抛光；实验发现金刚石微粉磨抛垫对硅片磨抛加工时，无论磨料粒度大小，硅片的抛光表面质量都是不理想的。
燕山大学王艳辉在纳米金刚石磨料表面镀钛，使金刚石表面金属化，实现了金刚石与许多材料之间的结合，镀钛后结合剂对金刚石颗粒的把持力提高，金刚石圆锯片工作面上脱落的金刚石减少，提高了金刚石圆锯片的使用寿命。
燕山大学陆静在纳米金刚石表面镀钛，实现了纳米金刚石表面纳米涂层的均匀沉积改性，研究发现改性后的纳米金刚石在乙醇溶液中能长时间稳定分散。在纳米金刚石表面涂覆氧化钛或氧化锆涂层也有效地改善纳米金刚石的分散特性。
现阶段，超细金刚石一些是分散于水性或油性介质中做成抛光液，另外一些分散于基体中制备成抛光盘，但这些方法都很难解除超细金刚石制备过程中通过氧桥键形成的硬团聚，并且制备出的抛光垫加工后，金刚石磨料脱落比较严重。而对超细金刚石的表面镀钛及涂覆氧化物，可以提高其在液体中的分散性，且在金刚石圆锯片的应用中，提高了结合剂对金刚石颗粒的把持力，但在超精密抛光领域的应用还不是很普遍。









3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
1. 研究主要内容
本课题主要研究：对比分析超细金刚石磨料在球磨和镀钛改性后在溶液中和抛光盘上的分散情况，评价不同分散方式的分散效果。把超细金刚石表面涂覆氧化物改性后制备成抛光盘，检测其在加工过程中金刚石磨料的脱落情况。主要分以下三个部分：
 对比分析两种分散方式在溶液中和抛光盘上的分散情况，评价分散效果；
 分别对超细金刚石表面进行涂覆氧化硅和氧化锆改性；
 制备两种改性后磨料的抛光盘对SiC单晶片进行加工，检测其在加工过程中金刚石磨料的脱落情况，评价表面改性对把持力的影响。











4、拟解决的关键问题：
本文基于前期实验研究出现的问题：超细金刚石磨料在抛光盘上不均匀分布以及在抛光过程中磨料脱落比较严重等，提出解决方案：对于分散问题，首先分别对超细金刚石进行剪切、球磨、镀钛改性分散，检测分析磨料在溶液中的分散情况，然后再利用凝胶反应的原理制备超细磨料抛光盘，最后采用这种半固结的方式来加工SiC晶片，检测加工后工件表面质量。对于把持问题，通过对超细金刚石表面涂覆改性制备出抛光盘，加工SiC晶片后能提高抛 ……（未完，全文共7174字，当前仅显示2519字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告：表面改性对溶胶凝胶软抛膜中磨料分散与把持的影响》）