YG8硬质合金刀片CMP机理及工艺参数优化研究

发布时间：2022-10-09 15:23

　　硬质合金刀具以其高硬度、高耐磨性等优良性能成为高速和超高速切削加工领域的主流刀具,随着高速切削技术的不断发展,对硬质合金刀具的切削性能提出了更高的要求,而刀片表面质量成为制约刀具高速切削精度和使用寿命的关键因素之一。化学机械抛光（chemical mechanical polishing,CMP）技术能够有效改善刀片表面精度和切削性能,目前对CMP加工硬质合金刀片过程中材料去除机理和工艺技术方面的许多问题尚未完全解决,而CMP刀片的表面精度很大程度上取决于对机理的认识和工艺的控制。因此,本文以YG8硬质合金刀片前刀面为研究对象,对硬质合金刀片化学机械抛光的机理和工艺进行了研究,主要研究工作如下:首先,在考虑硬质合金刀片CMP过程化学作用的条件下对CMP的化学—机械材料去除模型进行了修正。通过分析YG8硬质合金刀片在弱酸性H2O2基抛光液中的化学氧化作用揭示了刀片表面的化学成膜过程,并通过研究CMP过程的实际接触面积、压力以及抛光垫—磨粒—刀片的接触形式和磨粒的磨削模型,推导得到了 YG8刀片CMP过程化学—机械材料去除率的表达式,方程表明:材料去除率主要受抛光垫特性（微凸峰的表面密度f... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 课题来源
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 硬质合金刀片加工现状
        1.3.2 化学机械抛光机理研究现状
        1.3.3 化学机械抛光工艺研究现状
        1.3.4 目前存在的主要问题
    1.4 研究目标及内容
第2章 YG8硬质合金刀片CMP加工的机理
    2.1 YG8硬质合金刀片化学机械抛光
        2.1.1 YG8刀片CMP系统的工作原理
        2.1.2 YG8刀片CMP系统的主要影响因素
    2.2 YG8硬质合金刀片CMP的化学反应机理
        2.2.1 YG8刀片的材料特性
        2.2.2 抛光液的配置
        2.2.3 YG8刀片CMP的化学反应原理
    2.3 YG8刀片与抛光垫之间的作用机理
        2.3.1 YG8刀片与抛光垫的运动关系
        2.3.2 YG8刀片与抛光垫的实际接触面积与接触压力
    2.4 硬质合金刀片CMP系统磨粒的化学—机械材料去除机理
        2.4.1 磨粒磨削模型
        2.4.2 刀片CMP磨粒的化学—机械磨削模型
        2.4.3 磨粒化学—机械材料去除的建模
    2.5 本章小结
第3章 YG8刀片CMP工艺的试验研究
    3.1 YG8刀片CMP试验仪器与设备
    3.2 抛光垫特性对YG8硬质合金刀片CMP效果的影响
        3.2.1 抛光垫特性及表面组织结构
        3.2.2 试验方案和工艺参数
        3.2.3 抛光垫特性对YG8刀片CMP试验的结果与分析
    3.3 抛光液中磨粒对YG8硬质合金刀片CMP效果的影响
        3.3.1 磨料的物理特性
        3.3.2 试验方案与工艺参数
        3.3.3 磨粒特性对YG8刀片CMP试验的结果与分析
    3.4 抛光转速和压力对YG8刀片CMP材料去除率和表面粗糙度的影响
        3.4.1 抛光转速对YG8刀片CMP试验结果与分析
        3.4.2 抛光压力对YG8刀片CMP试验结果与分析
    3.5 本章小结
第4章 基于响应曲面法的工艺参数优化研究
    4.1 响应曲面法
        4.1.1 响应曲面设计
        4.1.2 响应变量和自变量的选取
    4.2 响应曲面的试验设计
        4.2.1 中心复合设计(CCD)试验方案
        4.2.2 试验数据采集与结果
    4.3 基于响应曲面法建立回归模型
        4.3.1 工艺参数的显著性分析
        4.3.2 二次响应曲面回归模型的建立
    4.4 基于响应曲面法的模型检验和优化分析
        4.4.1 模型的检验
        4.4.2 工艺参数对材料去除率和表面粗糙度影响规律的分析
        4.4.3 基于回归模型的工艺参数组合优化
        4.4.4 试验验证
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间所取得的成果以及参与项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]CVD金刚石化学机械抛光工艺研究[J]. 苑泽伟,金洙吉,李强,杜海洋.  人工晶体学报. 2016(01)
[2]碳化硅圆柱槽微结构表面的化学机械抛光[J]. 赵清亮,孙智源,郭兵.  机械工程学报. 2015(15)
[3]CMP过程中抛光垫表面沟槽对液膜厚度影响研究[J]. 钟静,魏昕,谢小柱,杨向东.  制造技术与机床. 2015(05)
[4]硬质合金刀具在水基金属加工液中的腐蚀研究[J]. 张好强,王莉娜,贾晓鸣,张桓.  机械设计与制造. 2014(01)
[5]300mm晶圆化学机械抛光机关键技术研究与实现[J]. 王同庆,路新春,赵德文,门延武,何永勇.  机械工程学报. 2014(05)
[6]基于中心复合设计试验的SiC单晶片超声振动加工工艺参数优化[J]. 刘永,李淑娟,李言,孔令飞,万波.  机械工程学报. 2013(07)
[7]旋转超声磨削硬质合金的表面质量实验研究[J]. 赵春阳,宫虎,房丰洲.  机械科学与技术. 2012(10)
[8]从“2012株洲硬质合金国际学术会议”论文看硬质合金行业现状与发展趋势[J]. 张忠健,孔卫宏,谢浩,袁红梅.  硬质合金. 2012(05)
[9]新型抛光垫沟槽及其在化学机械抛光中的作用研究进展[J]. 方照蕊,魏昕,杨向东,邹微波.  金刚石与磨料磨具工程. 2012(02)
[10]硬质合金刀片清洗及表面腐蚀的研究[J]. 佘俊杰,李昆.  硬质合金. 2011(04)

博士论文
[1]硬脆材料超精密加工关键技术研究[D]. 李军.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2007
[2]IC制造中硅片化学机械抛光材料去除机理研究[D]. 苏建修.大连理工大学 2006

硕士论文
[1]硬质合金抛光刀片加工镍基高温合金的切削性能试验研究[D]. 方涛.湘潭大学 2017
[2]硬质合金刀片CMP抛光机理及工艺参数决策研究[D]. 彭姣.湘潭大学 2014
[3]YG8硬质合金Ni-Cu-P化学镀层制备及钎焊性能研究[D]. 罗娟.浙江大学 2011
[4]非接触化学机械抛光的材料去除机理研究[D]. 章建群.北京交通大学 2008
[5]抛光垫特性及其对化学机械抛光效果影响的研究[D]. 吴雪花.大连理工大学 2005



本文编号：3688883