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脉冲放电驱动磨料流辅助磨削单晶碳化硅研究
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作者 谢晋 +2 位作者 刘军汉 熊长新 李迪帆 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期383-392,共10页
单晶碳化硅作为半导体材料,其被加工表面及亚表面质量直接影响到电、磁、光等工作性能,但在高精度的机械加工中,纳米切深的不可控和高速主轴转动的刀具端跳会产生不稳定的切削力,导致表面微毛刺和改性层以及亚表面残余应力和损伤。因此... 单晶碳化硅作为半导体材料,其被加工表面及亚表面质量直接影响到电、磁、光等工作性能,但在高精度的机械加工中,纳米切深的不可控和高速主轴转动的刀具端跳会产生不稳定的切削力,导致表面微毛刺和改性层以及亚表面残余应力和损伤。因此,在单晶碳化硅的金刚石磨削中,利用砂轮与工件间的脉冲放电驱动游离磨料流动,抵消机械作用对其表面及亚表面的影响,探究机械加工、磨料流抛光和热化学去除的复合加工对表面完整性的作用机制。首先建立复合加工表面成型与脉冲放电和流体动压的关系模型,然后分析脉冲放电对材料去除率以及磨粒损耗率的影响,最后讨论去毛刺效果、表面残余应力及亚表面损伤等。结果表明:在固结磨粒切削与轮廓复制过程中工件与磨粒界面形成了复合加工链,脉冲放电可驱动游离磨粒并对表面进行热化学改性,游离磨粒获得去除力去消除表面二氧化硅并重新暴露出Si-C键。降低脉冲放电能量和流体动压会促进脆性破坏转变为高表面质量的塑性去除。即使较大切深和较大主轴端跳产生的机械振动,脉冲放电驱动的热化学改性及游离磨粒抛光与金刚石磨削复合可以将残余压应力、表面微毛刺和亚表面损伤层厚度分别减少93%、73%和50%。 展开更多
关键词 亚表面损伤 残余应力 单晶碳化硅 脉冲放电 磨料流加工
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芯片材料表面微纳流道的金刚石滚压成型实验研究
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作者 周聪 +1 位作者 谢晋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1785-1792,共8页
在微流控芯片中,微流体自驱动受限于微纳流道制造技术。因此,提出一种采用分布有锯齿状微尖端的金刚石刀轮滚压硬脆性芯片材料表面的微纳流道加工方法。通过实验研究,分析微纳流道成型机理,且研究工艺参数及材料性质的作用机制,并探究... 在微流控芯片中,微流体自驱动受限于微纳流道制造技术。因此,提出一种采用分布有锯齿状微尖端的金刚石刀轮滚压硬脆性芯片材料表面的微纳流道加工方法。通过实验研究,分析微纳流道成型机理,且研究工艺参数及材料性质的作用机制,并探究其自驱动微流变性能。结果表明:在一定的切深和气压下,刀轮微尖端处的材料接触面产生应力集中,当达到压痕间裂纹贯通值时,以远大于刀轮滚压速度在材料表面形成纳米流道,当超过材料强度极限时形成微米流道,且深宽比随着最大应力增大而增大。单晶碳化硅、蓝宝石和光学玻璃形成纳米流道的最大应力范围分别为266~750 MPa,256~600 MPa和74~150 MPa,其中,光学玻璃的纳米流道深宽比高达1.1,表面粗糙度低至1 nm。低硬度材料可生成高深宽比的纳米流道,而高断裂韧性的材料表面质量最高。此外,纳米流道能够以高至0.055 mm/s的速度和低至0.001μm^(3)/s的剂量自驱动微流体。 展开更多
关键词 微纳流道 金刚石刀轮 单晶碳化硅 蓝宝石 光学玻璃
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金刚石刀轮滚压脆断单晶硅和蓝宝石的实验研究 被引量:3
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作者 周聪 +1 位作者 谢晋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期702-710,共9页
集成电路芯片快速分割是半导体器件制造的关键工艺。通常采用固定的单点金刚石刀刃划线切断,但其过程会产生不规则裂纹,损害芯片电路。因此,针对单晶硅与蓝宝石两种芯片材料,采用直径为2.5 mm的金刚石刀轮进行滚压脆断加工实验,分析不... 集成电路芯片快速分割是半导体器件制造的关键工艺。通常采用固定的单点金刚石刀刃划线切断,但其过程会产生不规则裂纹,损害芯片电路。因此,针对单晶硅与蓝宝石两种芯片材料,采用直径为2.5 mm的金刚石刀轮进行滚压脆断加工实验,分析不同加工工艺下的应力分布,探究刀轮几何形状和工艺参数对不同材料的裂纹扩展和滚压脆断质量的影响。结果表明:刀轮刃端处集中的张应力引起微裂纹的产生与扩展,在滚压方向上逐渐形成微切痕,导致最后的脆断,但也会产生横向裂纹,使脆断边缘破碎。在合适的张应力下,边沿破碎低至约1μm,脆断面质量较高。此外,若芯片材料硬度和断裂韧度大,可选择较小的刀轮角度和较大的滚压压力。当单晶硅滚压压力为0.015 MPa,刃端接触处的张应力在100 MPa左右,蓝宝石的滚压压力为0.095 MPa,张应力在350 MPa左右时,滚压脆断后的断面裂纹扩展相对均匀,断面质量最优。最后实验显示,具有微锯齿结构的金刚石刀轮切割集成电路芯片的边沿质量较好。 展开更多
关键词 单晶硅 蓝宝石 金刚石刀轮 裂纹扩展 精密滚压脆断
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微孔气流加压对ITO玻璃激光刻蚀平面度的影响 被引量:1
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作者 谢晋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期1564-1571,共8页
针对ITO玻璃表面线路激光刻蚀中因定位问题玻璃工件产生的微变形,采用微孔陶瓷对工件进行微气流阵列加压,确保高精度的激光刻蚀加工。分析不同加工工艺下的微气流压力分布,探究气流压力和刻蚀间隙对ITO玻璃刻蚀表面平面度的作用机制。... 针对ITO玻璃表面线路激光刻蚀中因定位问题玻璃工件产生的微变形,采用微孔陶瓷对工件进行微气流阵列加压,确保高精度的激光刻蚀加工。分析不同加工工艺下的微气流压力分布,探究气流压力和刻蚀间隙对ITO玻璃刻蚀表面平面度的作用机制。结果表明:经微孔气流加压后,工件在气体流动的区域受到正压力,加工区域的压力分布较为均匀。由此可知,工件表面受到均布气压有利于刻蚀表面的定位,但过大的压力会导致工件微变形。实验结果显示:在合适的压力下,微孔气流加压可使得平面度低至8μm,当压力在0.16-0.2 kPa,刻蚀间隙在1.8-1.9 mm时,工件表面压力为13.2-14.4 Pa,此时平面度最好,微米尺度的刻蚀线路清晰,不产生破损。最后,对微孔气流加压的ITO玻璃进行激光刻蚀加工,可得到8μm以及25μm的表面微细线路,解决了通常无微孔气流加压的刻蚀工艺导致局部断点或变形线路引起产品短路或开路等问题。 展开更多
关键词 激光刻蚀 微孔气流 ITO玻璃 刻蚀工艺 高精密加工
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激光、放电、磨料流辅助精密微细磨削技术
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作者 谢晋 罗宜毫 +2 位作者 何铨鹏 胡满凤 《中国科技成果》 2021年第4期53-55,共3页
优化工件表面微结构形状并提高其加工精度可以挖掘出更高的零件表面功能特性,从而附加形成新的产业价值.目前,精密微细加工技术正在成为新兴产业的研发热点及探索方向.基于光能、热能、流体动能等的微细加工技术,因无定型工具难以控制... 优化工件表面微结构形状并提高其加工精度可以挖掘出更高的零件表面功能特性,从而附加形成新的产业价值.目前,精密微细加工技术正在成为新兴产业的研发热点及探索方向.基于光能、热能、流体动能等的微细加工技术,因无定型工具难以控制微细结构的形状精度,机械加工技术可获得高形状精度的表面,但在加工过程中存在超硬工具的微细尖端易磨损和机械剪切产生微毛刺导致微细结构加工表面质量差等问题.分别基于激光的光能、放电的热能和流体的动能,开发出3种复合磨削技术,其关键是研究物理加工和机械加工的复合加工原理及其多工艺参数的融合控制方法,旨在实现硅晶片、蓝宝石、光学玻璃及硬质模具钢等难加工材料的高精度微结构加工.研究得出,激光辅助磨削技术可以在线去除微细机械加工中的边沿毛刺和提高微结构表面质量;放电辅助磨削技术可以在线修整微金刚石磨粒,优化微切削性能,无需冷却液和后续抛光工艺便可实现光滑表面的机械加工;磨料流辅助磨削技术可以在微细磨削过程中加工出光滑的结构表面. 展开更多
关键词 微细加工 机械加工 光学加工 物理加工 复合加工
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