超薄304不锈钢片Roll-to-Roll化学机械抛光液研究

发布时间：2017-03-25 22:02

  本文关键词：超薄304不锈钢片Roll-to-Roll化学机械抛光液研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着时代的进步、科学技术的发展,柔性显示器(FOLED)因其更轻薄、更耐冲击和可弯曲性等优越性越来越受到重视,柔性显示基板作为柔性显示器研发的基础,也同样备受关注。相比玻璃、聚合物、石墨烯材料,金属材料因其低热膨胀系数、水氧隔离性能优越、原材料获取方便且价格低廉被认为是柔性显示衬底材料的首选。304不锈钢因其超薄、质量轻、耐用、储存量大、设计自由、可挠曲、可收卷和耐冲击等性能或将成为柔性显示器的主要衬底材料。为了实现柔性显示衬底超薄、大尺寸,并与后续器件制程实现无缝对接,最好的方法是采用Roll-to-Roll连续超精密加工,化学机械抛光技术被认为是能兼顾表面粗糙度和表面平整度要求的最好的工艺方法。研究主要在抛光液配方、抛光化学作用机理和抛光工艺参数三个方面:研究配制初始抛光液,通过单因素试验分析方法,了解抛光液中磨料、氧化剂、pH调节剂和分散剂种类、浓度变化对抛光效果的影响,再通过正交试验和SAS方差分析得到双氧水-草酸型抛光液:2.8wt%w3.5白刚玉、1.9wt%六偏磷酸钠、1.5wt%草酸、5.6wt%双氧水、0.04 wt%十六烷基硫酸钠;三氯化铁-草酸型抛光液3.8wt%w0.5白刚玉、1.8wt%丙三醇、1.4wt%草酸、5.4wt%三氯化铁、0.2 wt%壬基酚氧乙烯醚。并制定了粗抛、半精抛方案。考虑两种单一氧化剂抛光液的优势和存在的问题,将两种氧化剂混合并对304不锈钢进行抛光效果测试,可以得出通过调节双氧水和三氯化铁浓度来调整抛光速率以及表面质量。利用正交试验和方差分析得到双氧水-三氯化铁型抛光液配方:2.8wt%w0.5白刚玉、1.8wt%丙三醇、5.6wt%三氯化铁、1.8wt%草酸、0.6wt%壬基酚氧乙烯醚、3.6wt%双氧水。并制定了粗抛、半精抛、精抛方案。研究抛光液部分主要组分抛光中起到的化学作用机理进行试验分析。证明了抛光过程中2Fe3++Fe→3Fe2+反应和Fenton反应2Fe2++H2O2+2H+→2Fe3++2H2O的存在,且反应中形成的铁离子能够发生水合作用形成络合物[Fe(H2O)6]3+,它在不断的与水反应形成更复杂的铁的络合物质,这些络合物可以附着在304不锈钢表面,填充凹陷,阻止低洼处进一步腐蚀,提高表面质量。运用XRD技术证明双氧水-三氯化铁型抛光液抛光304不锈钢不会改变其原本基体的物相,证明了使用该抛光液抛光后的304不锈钢不会失去其应有的性能。研究了抛光工艺参数对304不锈钢抛光速率及表面质量的影响,制定出合适的抛光工艺参数。提高抛光盘转速,材料去除率上升,但转速过高表面质量下降。增大抛光压力,材料去除率上升,表面粗糙度随压力变化有起伏。加大抛光液流量,材料去除率呈下降趋势,表面粗糙度先减后增。升高抛光温度,材料去除率持续下降,表面粗糙也呈下降趋势。抛光时间超过15分钟,随着抛光时间增加,材料去除率变化不明显,但表面粗糙度有明显下降。
【关键词】：化学机械抛光 304不锈钢 抛光液 材料去除率 表面粗糙度
【学位授予单位】：河南科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG175.1;TG580.692
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 论文的选题背景12-15
• 1.1.1 柔性显示技术发展状况12-13
• 1.1.2 柔性显示器衬底材料13-15
• 1.2 不锈钢表面超精密加工技术国内外研究现状15-17
• 1.2.1 不锈钢机械抛光研究15-16
• 1.2.2 不锈钢化学抛光研究16
• 1.2.3 不锈钢电化学抛光研究16
• 1.2.4 不锈钢电化学机械抛光研究16-17
• 1.2.5 不锈钢化学机械抛光研究17
• 1.3 化学机械抛光技术17-22
• 1.3.1 化学机械抛光概述17-18
• 1.3.2 抛光机主要参数对CMP的影响18-19
• 1.3.3 抛光垫对CMP的影响19-20
• 1.3.4 抛光液各成分对CMP的影响20-22
• 1.4 不锈钢特性22-23
• 1.5 课题来源及主要研究内容23-24
• 1.5.1 课题来源23
• 1.5.2 主要研究内容23-24
• 1.6 本章小结24-26
• 第二章 试验条件与准备26-30
• 2.1 研究环境条件26
• 2.2 抛光试验台26-27
• 2.3 试验样品27
• 2.4 检测仪器及设备27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 抛光液成分的选择30-50
• 3.1 磨料的选择30-34
• 3.1.1 试验条件及安排31
• 3.1.2 试验结果与分析31-34
• 3.2 氧化剂的选择34-39
• 3.2.1 试验条件及安排34-35
• 3.2.2 试验结果与分析35-39
• 3.3 pH调节剂的选择39-42
• 3.3.1 试验条件及安排39-40
• 3.3.2 试验结果与分析40-42
• 3.4 分散剂的选择42-45
• 3.4.1 试验条件及安排42-43
• 3.4.2 试验结果与分析43-45
• 3.5 活性剂的选择45-49
• 3.5.1 试验条件及安排45-46
• 3.5.2 试验结果与分析46-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 抛光液设计50-74
• 4.1 双氧水-草酸型抛光液的配制50-57
• 4.1.1 试验方案选择50-51
• 4.1.2 试验条件及安排51
• 4.1.3 正交试验表51-53
• 4.1.4 试验结果分析53-56
• 4.1.5 抛光液抛光方案56-57
• 4.2 三氯化铁-草酸型抛光液的配制57-64
• 4.2.1 试验方案选择57-58
• 4.2.2 试验条件及安排58
• 4.2.3 正交试验表58-60
• 4.2.4 试验结果分析60-63
• 4.2.5 抛光液抛光方案63-64
• 4.3 双氧水-三氯化铁型抛光液的配制64-73
• 4.3.1 双氧水与三氯化铁配比研究64-66
• 4.3.2 试验方案选择66
• 4.3.3 试验条件及安排66-67
• 4.3.4 正交试验表67-68
• 4.3.5 试验结果分析68-72
• 4.3.6 抛光液最优配比验证与抛光方案72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 抛光液抛光化学机理74-90
• 5.1 抛光试验设计74
• 5.2 酸性环境中Cl-对304不锈钢的腐蚀74-77
• 5.3 酸性环境中双氧水对304不锈钢的作用77
• 5.4 三氯化铁对304不锈钢的蚀刻77-81
• 5.4.1 不同浓度三氯化铁溶液氧化还原电位随时间的变化77-79
• 5.4.2 蚀刻速率与三氯化铁蚀刻液浓度的关系79
• 5.4.3 邻菲罗啉分光光度法测定S2和S4的Fe~(2+)含量79-81
• 5.5 双氧水与三氯化铁交互作用81-86
• 5.5.1 类Fenton反应对304不锈钢抛光的作用81-84
• 5.5.2 利用ICP测定抛光废液中Fe、Cr、Ni元素含量84-86
• 5.6 利用XRD对抛光后不锈钢片进行物相分析86-87
• 5.7 本章小结87-90
• 第六章 抛光工艺参数研究90-99
• 6.1 试验方案选择90
• 6.2 试验条件及安排90
• 6.3 正交试验表90-92
• 6.4 试验结果分析与验证92-98
• 6.5 本章小结98-99
• 第七章 结论与展望99-102
• 7.1 研究结论99-100
• 7.2 创新点100-101
• 7.3 不足与展望101-102
• 参考文献102-108
• 致谢108-110
• 攻读学位期间取得的研究成果目录110

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