碳化硅超聲-電化學(xué)拋光仿真與研拋實驗研究.pdf

1、碳化硅是第三代半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的電性能與物理化學(xué)性能。同時，碳化硅也是一種超硬材料，具有脆性大、對缺陷敏感、抗沖擊性差、化學(xué)惰性極強的特點，因此加工難度很大。傳統(tǒng)的磨削方法獲得的表面質(zhì)量較差，現(xiàn)行的幾種精密拋光方法則去除率很低。
　　超聲波—電化學(xué)拋光是結(jié)合了電化學(xué)拋光與超聲波輔助拋光的復(fù)合拋光技術(shù)，在模具加工領(lǐng)域已取得顯著的研究成果，但目前尚未有將該技術(shù)應(yīng)用于碳化硅加工的研究。通過對碳化硅超聲波—電化學(xué)拋光過程的流場、電場仿

2、真分析與實驗研究，論文探索了該方法實現(xiàn)碳化硅高效去除的可行性，獲得了不同工藝參數(shù)對研拋效果的影響規(guī)律，對碳化硅高效超精密加工具有重要的理論和指導(dǎo)意義。
　　首先進行流場仿真分析，針對不同的研拋變量，利用Fluent軟件建立了三種不同的仿真模型；分別研究超聲振動、流體膜厚度與拋光墊打孔對流場的速度、壓力與氣相分布等特征的影響規(guī)律。結(jié)果顯示：超聲振動會使試件表面的流體劇烈變化，產(chǎn)生極強的剪切流與高壓作用；流體膜厚度越小，研拋表面承受的

3、壓力越大，剪切流越強，加工效果越好；拋光墊上的小孔會阻礙試件表面的流體流動，使流場的壓力出現(xiàn)臺階變化，有利用超聲空化的產(chǎn)生。
　　然后進行電場分析，利用Ansoft Maxwell軟件，分別研究研磨液電導(dǎo)率、流體膜厚度與試件材料對電場分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明：電壓通過試件時并不擊穿試件內(nèi)部，而是由側(cè)面向下傳導(dǎo)；隨著研磨液電導(dǎo)率升高，試件表面的電流密度線性增大且效果顯著；流體膜厚度的變化對試件表面的電場分布影響很小，在一定范圍內(nèi)，流

4、體膜厚度越小，表面電流越高；在相同的仿真模型中，碳化硅試件在研拋表面的電流密度比鐵、銅等良導(dǎo)體降低了約20％。
　　最后，自主研制超聲波—電化學(xué)研拋實驗機，實現(xiàn)超聲輔助、電壓加載與實時數(shù)據(jù)采集。通過系列研磨與拋光實驗，獲得了超聲輔助、外加電壓與研磨液組分對碳化硅摩擦磨損性能的影響規(guī)律。實驗研究表明：試件對研拋盤的摩擦系數(shù)主要取決于研磨液的成分，相同條件下金剛石懸浮液可使SiC試件去除最快；向試件施加正電壓與超聲輔助都能提高材料去除