单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究
引言
单晶硅超精密切削试验表明,加工表面粗糙度值呈现明显的扇形分布O 不同晶面,其扇形形貌不同,即使车削同一晶面,在不同晶向上表面粗糙度差异也很大O 光学晶体塑性可加工性的各向异性是大多数光学元件的应用中面临的一个迫切需要研究的问题[1]O 一些脆塑转变机理如相变机理~应力均布机理等都没有对这种表面切削质量各向异性产生的原因给出解释[2]O 本章首先从晶体结构出发,分析在超
精密切削平面应变条件下所涉及的每个晶面的和切削方向的关系,并在单晶硅考虑单晶硅晶体物理力学性能各向异性的基础上,基于单晶硅脆塑转变机理,利用计算机仿真模拟了切削加工各个晶面时的脆塑转变过程O 切削试验证明,本模拟结果正确反映了单晶硅超精密切削加工表面质量各向异性的分布特性O 单晶硅超精密切削加工表面各向异性产生机理的研究结果还表明,单晶硅(111)晶面是最佳切削晶面,选择该晶面作为切削平面有利于提高加工表面质量O
单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究!
王明海"!卢泽生#
1.沈阳航空工业学院1沈阳1100349
2.哈尔滨工业大学机电工程学院1哈尔滨150001
$摘要%分析了单晶硅超精密切削时被加工晶面和滑移面间的相对关系以及单晶硅的力学特性1基于单
晶硅超精密切削加工脆塑转变机理1模拟了分别以单晶硅(111)\(110)\(100)晶面为被加工面时的表面质量的各向异性特性0模拟结果表明这些晶面在不同晶向方向上表面质量呈现明显的各向异性特性1而以单晶硅
(111)晶面作为被加工面时可以得到最好的加工表面质量0$关键词%单晶硅9表面质量9各向异性9超精密切削[中图分类号]TG506.7"T~16[文献标识码]A
[文章编号]1003-5451(2007>01-0013-04
Research on Orientation dependence of Surface Ouality Involved
in Ultra-precision Turning of Single Crystal Silicon
WANG Ming-hai,LU Ze-sheng
(1.shenyuang Institute of Aelonauticai Engineeling,shenyang 110034; 2.~albin Institute of Technoiogy,~aelbin 150001>
[abstract]The clystaiioglaphic leiations of machined clystai piane and siip piane invoived in uitla -plecision tulning and the
mechanics chalactelistic of singie clystai siiicon ale studied.Based on the blittie -ductiie tlansition mechanism of uitla -plecision tulning of singie clystai siiicon,olientation dependence of sulface guaiity of siiicon which machined lespectiveiy aiong the (111),(110)and (100)clystai piane ale investigated by using computel simuiation and tulning expeliment.Accolding to the simuiation lesuits,sulface guaiity of aii these machined clystai pianes have obviousiy showed clystaiioglaphic olientation dependence and (111)clystai piane has best machinabiiity than othels.
[Keywords]singie clystai siiicon;sulface guaiity;olientation dependence;uitla-plecision tulning
航空精密制造技术
AVIATION PRECISION MANUFACTURINC TECHNOLOCY
!""7年2月
第#3卷第1期
F b . 7Vol.43No.1
!单晶硅的晶体结构以及主要力学性能
单晶硅是八面体晶体结构,(lll)晶面是其滑移面和解理面,其中(l00)晶面~(ll0)晶面和(lll)晶面间的夹角!分别为54.74!和35.26!,(lll)晶面间的夹角为70.52!当沿不同晶面切削时,被切削晶面与相关的滑移面间的关系如图l~3所示根据单晶硅超精密切削脆塑转变机理,单晶硅在切削力作用下的变形过程是裂纹扩展和位错运动的相互作用过程,所以,根据超精密切削受力情况和单晶硅晶体结构的分析,在平面应变条件下,假设晶体承受复合载荷作用,包含裂纹的单晶硅承受应力强度因子为
I
和
II
,建立了如图4所示的裂纹前方具有滑移面的单晶硅裂纹面-滑移面模型
图l(l00)和(lll)晶面图2(ll0)和O lll O晶面
图3(lll)晶面间关系图4裂纹面-滑移面模型则沿某晶面切削时,当切削方向变化"角时,裂纹前缘晶面间的夹角!的变为!":
Sin!'
Sin!
!"+coS2!'Sin2"=l O l O
在切削加工中涉及到的单晶硅的力学特性主要是弹性~塑性和断裂韧性单晶硅是各项异性的晶体,其弹性变形随着晶体的相对取向而不同,并且弹性模量和切变模量为
l E =S ll-2S O l2l l22+l22l23+l23l2l O O2O
U
E
=-[S l2+S O l2l m2l+l22m22+l22m22O]O3O
其中,S ll,S l2,S44--
-柔度系数,并且S ll=0.768#
l0-ll Pa-l,S l2=-0.2l4#l0-ll Pa-l,S44=l.256#l0-ll Pa-l3
l l,l2,l3和m l,m2,m3--
-晶体学相互正交取向
的方向余弦3
S=O S ll-S l2-
S44
2O3
单晶硅的断裂韧性可由下式求得[3]
K2cieace#4#
Ea0
l8O l-2U O n0O
4O
式中:a0--
-单晶硅的晶格常数3
#--
-剪切模量3
n0=4
裂纹发射位错的临界应力强度因子可由下式求
得[4]
K IIe=
2"r us
l-U
!"l/2O5O
式中:h--
-两个相邻滑移面的间距3
r us=
"b2
2#2h,为不稳定堆垛能
根据(2)和(3)式可知,单晶硅晶体结构和力学性
能的各向异性共同造成了单晶硅在不同晶面和晶向
上,断裂能力和塑性滑移能力的各向异性,这是形成
单晶硅切削表面各向异性的原因
"单晶硅超精密切削表面各向异性模拟
在切削过程中,切屑的形成方式直接影响已加
工表面的形成切屑的形成主要有两种方式即:如果
是以塑性变形方式,此时会形成的连续带状切屑,而
如果是以脆性断裂方式,此时会形成崩碎状的切屑
所以,从单晶硅的脆塑转变机理可知,单晶硅切削时
形成连续带状或者崩碎状切屑,而产生不同的加工
表面,除与单晶硅的晶体结构外还和切屑形成的微
观机理有关切屑的形成过程,都伴随着位错和裂纹
的彼此竞争过程,只是不同的应力条件使得它们谁
优先产生,如果依据材料的晶体结构和受力特征模
拟计算出单晶硅受力时的变形行为,就能达到了解
控制单晶硅超精密切削加工过程中的变形方式的目
单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究!
!航空精密制造技术"!""7年第#3卷第l期
的0
根据线弹性理论,在I和II型外加载荷k I和k II
作用下,滑移面上的应力为
!"=
l
22#r
\
cos
"
2
[k I0l+cos"0-3k II sin"]060
!r"=
l
22$r
\
cos
%
2
[k I sin"+k II03cos"-l0]070
位错从裂纹尖端发射后,沿滑移面已发射位错产生的应力强度因子为
K Is=-
l
22$r c
\
cb
0l-U0
3sin"cos
"
20
80
K IIs=-
l
22$r c
\
cb
0l-U0
03cos"-l0cos2
"
20
90
式中b--
-bulgels矢量,D lOO=a O和D llO=O.7O7a O,D lll= O.5a O
r c--
-位错与裂纹尖端间的距离
对于坐标系(OX*y*),T.C.Wang引入如下应力强度因子[5]
K I=iim
l-O
2l r
\!o
[]0lO0
K II=iim
l-O
2l r
\G l o
[]0ll0
通过(lO)和(ll)式可分别计算出外加应力强度因子和已发射位错在裂纹尖端形成的应力强度K I, K II,K Is和K IIs当裂纹发射位错后,裂纹尖端的局部应力强度因子,小于外加应力强度因子,这种减小是由于已发射位错的屏蔽作用造成的,裂尖发出的位错对裂尖起屏蔽作用,裂尖有效应力强度因子为
K tip i=K i+K is0l20其中i=I,II,K i tip是型裂纹尖端的应力强度因子,Ki外加载荷形成的应力强度因子,K is是裂尖前方反塞积位错引起的应力强度因子,是裂尖屏蔽程度的度量
根据上述裂纹和位错的相互作用关系模拟了切削(lll)(llO)(lOO)晶面时,单晶硅的塑性变形和断裂的过程超精密切削过程中,金刚石刀具一般对单晶硅施加的是压剪作用,所以对于这种考虑压剪作用的情况,模拟采用的断裂判据为应变能强度因子准则
模拟是基于以下几点假设条件进行的
I0暂不考虑应变速率和切削温度对单晶硅脆塑转变过程的影响
20假设位错均匀分布,位错间无相互作用
30假设切削加工使用-4O$前角刀具
40(lll)晶面的所有物理力学性能均按最大晶面间距计算
模拟切削(lll)(lOO)(llO)晶面时,分别以[ll2]和方向为起始切削方向,然后按逆时针方向切削,转过36O$后,各晶面的切削模拟结果如图5所示模拟结果表明,在切削过程中,由于被切削晶面和滑移面的夹角连续变化以及各晶面本身在不同晶向上的机械力学性能的各向异性造成了加工表面和总的位错数量切削加工晶面的不同晶向时的差异,从而形成了在这些晶面不同晶向上塑性变形能力的差异从上述模拟结果还可以发现,在切削(lll)晶面时,虽然总的位错数量不是最多,然而被加工晶面上的位错数量却是最多的,而且在切削加工面上的位错分布数量比较均匀切削(lOO)晶面时,虽然总的位错数量在所有切削方向上是相同的,然而被加工晶面和滑移面上的位错数量却表现出了各向异性特性,说明加工表面质量的各向异性特性不完全由总的位错数量决定而切削(llO)晶面时,总的位错数量最多,但被加工晶面的位错数量分布却较少,并且滑移面上位错数量波动较大综上所述,超精密切削单晶硅时,如果选择(lll)晶面作为被切削加工晶面,相对于以(llO)和(lOO)晶面作为被切削加工晶面来说,可以保证被切削加工面上发生更好的塑性变形,更易得到光滑的单晶硅的超精密切削表面
(a)切削(lll)晶面(D)切削(lOO)晶面(c)切削(llO)晶面
时的位错分布情况时的位错分布情况时的位错分布情况图5单晶硅超精密切削各晶面变形情况模拟
!试验验证
单晶硅超精密切削表面质量各向异性研究的试验在超精密复合加工机床上完成,金刚石刀具前角
!结论
滚珠丝杠驱动机构结构简单9是工业生产中经过实践\最成熟\最值得信赖的驱动系统9虽然存在摩擦和弹性变形等非线性因素的影响9随着滚珠丝杠副加工和装配技术的提高9以及对系统的微动特性的了解和应用9滚珠丝杠在超精密定位领域获得了广泛的应用0相对于其它超精密驱动机构9具有机械机构和控制结构简单\易于维护\经济性好等优点0采用高增益PID 控制可以通过单步控制在大范围内实现l0nm 的定位分辨率0在目前直线电机驱
动技术还存在防热和隔磁技术不十分成熟的情况下9滚珠丝杠驱动机构仍将是超精密定位的首选0
参考文献!
[l]Lu L H,Liang Y C,Tachikawa H,et aI.Nanometer positioning system based on baII screw [J].Key Engineering materiaIs,2006,3l5-3l6:7l0-7l4
[2]Lin Ting -Yung,Pan Yih -Chieh,Hsieh Chen.Precision -Iimit positioning of direct drive systems with the existence of friction[J].ControI Engineering Practice,2003,ll:233-244
(收稿日期2006-07-2l )
为-40!9后角为l2!9工件材料为单晶硅(lll)面\(l00)面各一件0车削时9主轴转速l000r/min 9进给量2!m/rev 9切削深度2!m 0表面粗糙度的测量使用AFM 完成9加工前对工件简单分度9并在工件背面
做出标记9加工表面粗糙度测量时记下对应角度的表面粗糙度值9然后重新按图5的坐标对单晶硅进行试验结果绘制表面粗糙度和切削方向的关系9如图6所示9沿工件切削表面同一圆周测得的表面粗糙度分布示意图9其分布与模拟结果基本上相符0
(a)(lll)晶面
(b)(l00)晶面(c)(ll0)晶面图6
单晶硅切削表面质量各向异性示意图
!结论
以单晶硅脆塑转变机理为基础9模拟了以不同
晶面为切削加工面的单晶硅超精密切削加工的脆塑转变过程9并通过试验验证了模拟结果0
"单晶硅超精密切削时9切削方向的连续变化
造成的被切削晶面和滑移面夹角变化以及单晶硅力学性能的各向异性造成了加工表面质量的各向异性特性0
#模拟结果表明9切削(lll)晶面时9被切削加
工面上的位错数量最多9而且分布较为均匀9所以切削(lll)晶面可以获得比(ll0)和(l00)面更好的表面质量0试验结果表明9本模拟正确反映了单晶硅超精密切削表面质量的各向异性特性9为进一步采取措施获得均匀一致的单晶硅超精密切削加工表面质量提供的依据0
$本模拟结果也证实9所使用的单晶硅脆塑转
变机理是正确的0
参考文献!
[l]Jiwang Yan,Kouki MAEKAWA,Jun'ichi TAMAKI,etc.
ExperimentaI study on the uItraprecision ductiIe machinabiIity of singIe -crystaI Germanium [J].JSME InternationaI JournaI 9Series C.VoI.47.No l 2004.
[2]卢泽生,王明海.硬脆光学晶体材料超精密切削理论研究综
述[J].机械工程学报92003939(8):6~l2
[3]ohr S M,Chang S T.DisIocation-free zone modeI of fracture comparison with experiments [J].J AppI Phys.l982,53(8):5645~565l
[4]rice J r.DisIocation nucIeation from a crack tip:an anaIysis based on the peierIs concept[J].J.Mech.Phys.SoIids,l992,40(2):239~27l
(收稿日期2006-06-29)
!上接第!"页"
单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究
#
单晶硅超精密切削表面质量各向异性的研究
作者：王明海， 卢泽生， WANG Ming-hai， LU Ze-sheng
作者单位：王明海,WANG Ming-hai(沈阳航空工业学院,沈阳,110034)， 卢泽生,LU Ze-sheng(哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨,150001)
刊名：
航空精密制造技术
英文刊名：AVIATION PRECISION MANUFACTURING TECHNOLOGY
年，卷(期)：2007,43(1)
参考文献(4条)
1.卢泽生;王明海硬脆光学晶体材料超精密切削理论研究综述[期刊论文]-机械工程学报 2003(08)
2.Rice J R Dislocation nucleation from a crack tip:an analysis based on the peierls concept 1992(02)
3.Ohr S M;Chang S T Dislocation-free zone model of fracture comparison with experiments 1982(08)
4.Jiwang Yan;Kouki MAEKAWA;Jun'ichi TAMAKI Experimental study on the ultraprecision ductile machinability of single-crystal Germanium 2004(01)
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/b512099225.html,/Periodical_hkjmzzjs200701004.aspx
超精密加工技术的发展现状是怎么样的
超精密加工技术的发展现状是怎么样的 自从中国将“装备制造业”列为国家发展战略后，中国的装备制造业取得了突飞猛进的发展，很多大型装备的制造能力都已经跃居世界先进水平，甚至成为世界的顶级水平，但中国制造业总体还是落后的，其落后就在于精密制造的落后。 超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术，是现代高科技产业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展方向。 现代科学技术的发展以试验为基础，所需试验仪器和设备几乎无一不需要超精密加工技术的支撑。由宏观制造进入微观制造是未来制造业发展趋势之一，当前超精密加工已进入纳米尺度，纳米制造是超精密加工前沿的课题。世界发达国家均予以高度重视。 超精密加工的发展阶段 目前的超精密加工，以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性(无或极少的表面损伤，包括微裂纹等缺陷、残余应力、组织变化)为目标。 超精密加工的研究内容，即影响超精密加工精度的各种因素包括：超精密加工机理、被加工材料、超精密加工设备、超精密加工工具、超精密加工夹具、超精密加工的检测与误差补偿、超精密加工环境(包括恒温、隔振、洁净控制等)和超精密加工工艺等。一直以来，国内外学者围绕这些内容展开了系统的研究。超精密加工的发展经历了如下三个阶段。1）20世纪50年代至80年代，美国率先发展了以单点金刚石切削为代表的超精密加工技术，用于航天、国防、天文等领域激光核聚变反射镜、球面、非球面大型零件的加工。2）20世纪80年代至90年代，进入民间工业的应用初期。美国的摩尔公司、普瑞泰克公司，日本的东芝和日立，以及欧洲的克兰菲尔德等公司在政府的支持下，将超精密加工设备的商品化，开始用于民用精密光学镜头的制造。单超精密加工设备依然稀少而昂贵，主要以专用机的形式订制。在这一时期还出现了可加工硬质金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术及磨床，但其加工效率无法和金刚石车床相比。
单晶硅与多晶硅的区别、功能及优缺点
单晶硅与多晶硅的区别、功能及优缺点 单晶硅 硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。 单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、电脑、冰箱、电话、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。 单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息---利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进行科学研究活动。也就是说，只要有了单晶硅，在太阳光照到的地方，就有了能量来源单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。人类在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以单晶硅为基础。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。 单晶硅在太阳能电池中得到广泛的应用。高纯的单晶硅是重要的半导体材料，在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。单晶硅太阳能电池的特点：1.光电转换效率高，可靠性高； 2.先进的扩散技术，保证片内各处转换效率的均匀性； 3.运用先进的PECVD成膜技术，在电池表面镀上深蓝色的氮化硅减反射膜，颜色均匀美观；4.应用高品质的金属浆料制作背场和电极，确保良好的导电性。 单晶硅广阔的应用领域和良好的发展前景北京2008年奥运会将把"绿色奥运"做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。
精密和超精密加工技术复习思考题答案
精密和超精密加工技术复习思考题答案 第一章 1.试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。 答：超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。 尖端技术方面，大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。因为集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。 2.从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。 答：通常将加工精度在0.1-lμm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1μm之间的加工方法称为精密加工。而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。 3.精密和超精密加工现在包括哪些领域。 答：精密和超精密加工目前包含三个领域： 1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。 2)精密和超精密磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。 3)精密特种加工。如电子束，离子束加工。使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。 4.试展望精密和超精密加工技术的发展。 答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。 5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何。 答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品。磁盘生产质量尚未完全过关，激光打印机的多面棱镜尚不能生产。1996年我国进口精密机床价值达32亿多美元(主要是精密机床和数控机床)。相当于同年我国机床的总产值，某些大型精密机械和仪器国外还对我们禁运。这些都说明我国必须大力发展精密和高精密加工技术。 6.我目要发展精密和超精密加工技术，应重点发展哪些方面的内容。
单晶硅的原材料
单晶硅棒、单晶硅片成品和主要原料 单质硅有无定形及晶体两种。无定形硅为灰黑色或栗色粉末，更常见的是无定形块状，它们是热和电的不良导体、质硬，主要用于冶金工业（例如铁合金及铝合金的生产）及制造硅化物。晶体硅是银灰色，有金属光泽的晶体，能导电（但导电率不及金属）故又称为金属硅。高纯度的金属硅（≥99．99％）是生产半导体的材料，也是电子工业的基础材料。掺杂有微量硼、磷等元素的单晶硅可用于制造二极管、晶体管及其他半导体器件。 由于半导体技术不断向高集成度，高性能，低成本和系统化方向发展，半导体在国民经济各领域中的应用更加广泛。单晶硅片按使用性质可分为两大类：生产用硅片；测试用硅片。 半导体元件所使用的单晶硅片系采用多晶硅原料再经由单晶生长技术所生产出来的。多晶硅所使用的原材料来自硅砂（二氧化硅）。目前商业化的多晶硅依外观可分为块状多晶与粒状多晶。 多晶硅的品质规格： 多晶硅按外形可分为块状多晶硅和棒状多晶硅；等级分为一、二、三级免洗料。 多晶硅的检测： 主要检测参数为电阻率、碳浓度、N型少数载流子寿命；外形主要是块状的大小程度；结构方面要求无氧化夹层；表面需要经过酸腐蚀，结构需致密、平整，多晶硅的外观应无色斑、变色，无可见的污染物。对于特殊要求的，还需要进行体内金属杂质含量的检测。 单晶硅棒品质规格： 单晶硅棒的主要技术参数
其中电阻率、OISF密度、以及碳含量是衡量单晶硅棒等级的关键参数。这些参数在单晶成型后即定型，无法在此后的加工中进行改变。 测试方法： 电阻率：用四探针法。 OISF密度：利用氧化诱生法在高温、高洁净的炉管中氧化，再经过腐蚀后观察其密度进行报数。 碳含量：利用红外分光光度计进行检测。 单晶硅抛光片品质规格： 单晶硅抛光片的物理性能参数同硅单晶技术参数 单晶硅抛光片的表面质量：正面要求无划道、无蚀坑、无雾、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、无刀痕等。背面要求无区域沾污、无崩边、无裂缝、无刀痕。(太阳能人才太阳能招聘人才招聘太阳能商情网)
超精密加工技术论文
超精密加工技术简介论文 学校：XXXXX 学院：XXXX 班级：XXXXX 专业：XXXXX 姓名：XXXX 学号：XXXX 指导教师：XXX
目录 目录 .......................................................................................................................................... - 2 - 一、概述................................................................................................................... - 1 - 1、超精密加工的内涵...................................................................................... - 1 - 2.、发展超精密加工技术的重要性................................................................. - 1 - 二、超精密加工所涉及的技术范围....................................................................... - 2 - 三、超精密切削加工............................................................................................... - 3 - 1、超精密切削对刀具的要求.......................................................................... - 3 - 2、金刚石刀具的性能特征.............................................................................. - 3 - 3、超精密切削时的最小切削厚度.................................................................. - 3 - 四、超精密磨削加工............................................................................................... - 4 - 1、超精密磨削砂轮.......................................................................................... - 4 - 2、超精密磨削砂轮的修整.............................................................................. - 4 - 3、磨削速度和磨削液...................................................................................... - 5 - 五、超精密加工的设备........................................................................................... - 5 - 六、超精密加工的支撑环境................................................................................... - 6 - 1、净化的空气环境.......................................................................................... - 6 - 2、恒定的温度环境.......................................................................................... - 6 - 3、较好的抗振动干扰环境.............................................................................. - 7 - 七、超精密加工的运用领域................................................................................... - 7 - 八、超精密加工的现状及未来发展....................................................................... - 7 - 1、超精密加工的现状...................................................................................... - 7 - 2、超精密加工的发展前景.............................................................................. - 8 - 总结：....................................................................................................................... - 9 - 参考文献：.....................................................................................错误!未定义书签。
如何评估单晶与多晶的好坏
一、单/多晶硅片性能对比 1、单晶硅片与多晶硅片在晶体品质、电学性能、机械性能方面有显着差异。 2、单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面，单晶是直拉提升法，多晶是铸锭方法，后端制造工艺只有一些细微差别。 二.单/多晶硅片晶体品质差异 1、单晶硅片，是一种完整的晶格排列;单晶硅片的位错密度和金属杂质比多晶硅片小得多，各种因素综合作用使得单晶的少子寿命比多晶高出数十倍，从而表现出转换效率优势。 2、多晶硅片，它是多个微小的单晶的组合，中间有大量的晶界，包含了很多的缺陷，它实际上是一个少子复合中心，因此降低了多晶电池的转换效率。 3、单晶是一种完整的晶格排列，在同样的切片工艺条件下表面缺陷少于多晶； 4、在电池制造环节，单晶电池的碎片率也小于1%的，通常情况下是0.8%左右。而多晶的晶体结构缺陷导致在电池制造环节的碎片率一般大于2%。 三、单/多晶硅片电学性能差异 单/多晶的少子寿命对比。各种实验数据显示，单晶的使用寿命明显要高于多晶的使用寿命； 四、单/多晶硅片机械性能差异 1、多晶硅片的最大弯曲位移比单晶硅片低1/4，因此在电池的生产和运输过程中更容易破碎； 2、单晶在运输中的抗破坏性能比较好； 3、单/多晶在长期的高低温交替过程中，多晶更容易发生隐裂； 五.单/多晶硅片转换效率对比 1、影响单/多晶转换效率主要是以下参数来决定的 1.1Voc(开路电压) 1.2Isc(短路电流) 1.3FF(填充因子) 1.4计算公式为：Eta=Voc×Isc×FF 2、实验表明 2.1单晶最高转换率为25%；
2.2多晶最搞转换率为20.8%； 【总结】 1、单晶硅片比多晶硅片有更高的机械强度，更低的易碎率； 2、单晶硅电池比多晶硅电池有更高的转换效率； 3、25年的生命周期内，单晶硅电站的实际发电量比多晶硅电站的发电量多(大约6%)； 4、在长期可靠性方面，单晶硅电站比多晶硅的衰减少3%左右；
我对精密超精密加工技术的认识
我对精密超精密加工技 术的认识 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
我对精密超精密加工技术的认识目前，精密、超精密技术在我国的应用已不再局限于国防尖端和航空航天等少数部门，它已扩展到了国民经济的许多领域，应用规模也有较大增长。计算机、现代通信、影视传播等行业，现都需要精密、超精密加工设备，作为其迅速发展的支撑条件。计算机磁盘、录像机磁头、激光打印机的多面棱镜、复印机的感光筒等零部件的精密、超精密加工，采用的都是高效的大批量自动化生产方式。 传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表面质量好、使用范围广等特点。精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级。珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动，加工后的表面粗糙度可达~μ;m，最好可到μ;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra≤μ;m加工变质层很小，表面质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。抛光是利用机
单晶硅生长原理及工艺_刘立新
单晶硅生长原理及工艺 摘要：介绍了直拉法生长单晶硅的基本原理及工艺条件。通过控制不同的工艺参数（晶体转速：2.5、10、20rpm ；坩埚转速： 5、 150×1000mm 优质单晶硅棒。分别对这三种单晶硅样品进行 了电阻率、氧含量、碳含量、少子寿命测试，结果表明，当晶体转速为10rpm ，坩埚转速为 ０７ ），男，助理研究员，E-mail ：lxliu2007@https://www.wendangku.net/doc/b512099225.html, 。 刘立新1，罗平1，李春1，林海1，张学建1，2，张莹1 （1.长春理工大学 材料科学与工程学院，长春 130022；2.吉林建筑工程学院，长春 130021） Growth Principle and Technique of Single Crystal Silicon LIU Lixin 1，LUO Ping 1，LI Chun 1，LIN Hai 1，ZHANG Xuejian 1，2 ，ZHANG Ying 1 （1.Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022；2.Jilin Architectural and civil Engineering institute ，Changchun 130021） Abstract ：This paper introduces the basic principle and process conditions of single crystal silicon growth by Cz method.Through controlling different process parameters (crystal rotation speed:2.5，10，20rpm;crucible rotation speed:-1.25，-5，-10)，three high quality single crystal silicon rods with the size of é? ??ì?2a?÷?￠?ˉ3éμ??·?￠ì????üμ?3?μè ［1］ 。此外，硅 没有毒性，且它的原材料石英(SiO 2)构成了大约60%的地壳成分，其原料供给可得到充分保障。硅材料的优点及用途决定了它是目前最重要、产量最大、发展最快、用途最广泛的一种半导体材料［2］。 到目前为止，太阳能光电工业基本上是建立在 硅材料基础之上的，世界上绝大部分的太阳能光电器件是用单晶硅制造的。其中单晶硅太阳能电池是 最早被研究和应用的，至今它仍是太阳能电池的最 主要材料之一。单晶硅完整性好、纯度高、资源丰富、技术成熟、工作效率稳定、光电转换效率高、使用寿命长，是制备太阳能电池的理想材料。因此备受世界各国研究者的重视和青睐，其市场占有率为太阳能电池总份额中的40%左右［3］。 随着对单晶硅太阳能电池需求的不断增加，单晶硅市场竞争日趋激烈，要在这单晶硅市场上占据重要地位，应在以下两个方面实现突破，一是不断降低成本。为此，必须扩大晶体直径，加大投料量，并且提高拉速。二是提高光电转换效率。为此，要在晶体生长工艺上搞突破，减低硅中氧碳含 第32卷第4期2009年12月 长春理工大学学报（自然科学版） Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.32No.4 Dec.2009
现代超精密加工技术
现代超精密加工技术 字体:小中大 | 打印发布: 2008-3-19 10:53 作者: webmaster 来源: 本站原创查看: 50次 机械制造技术从提高精度与生产率两个方面同时迅速发展起来。在提高生产率方面，提高自动化程度是各国致力发展的方向，近年来，从C N C到C I M S发展迅速，并且在一定范围内得到了应用。从提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，这也是世界各主要发达国家致力发展的方向。其精度从微米到亚微米，乃至纳米，其应用范围日趋广泛，在高技术领域和军用工业以及民用工业中都有广泛应用。如激光核聚变系统、超大规模集成电路、高密度磁盘、精密雷达、导弹火控系统、惯导级陀螺、精密机床、精密仪器、录象机磁头、复印机磁鼓、煤气灶转阀等都要采用超精密加工技术。 它与当代一些主要科学技术的发展有密切的关系，是当代科学发展的一个重要环节，超精密加工技术的发展促进了机械、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术以及材料科学的发展。 1超精密加工技术概述 超精密加工目前就其质来说是要实现以现有普通精密加工手段还达不到的高精度加工，就其量来说是要加工出亚微米乃至毫微米级的形状与尺寸赖皮并获得纳米级的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要视零件大小、复杂程度以及是否容易变形等因素而定。 超精密加工主要包括超精密切削(车、铣) 超精密磨削、超精密研磨 (机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等)以及超精密特种加工(电子束、离子束以及激光束加工等)。上述各种方法均能加工出普通精密加工所达不到的尺寸精度、形状精度和表面质量。每种超精密加工方法都是针对不同零件的要求而选择的。1．1超精密切削加工 超精密切削加工的特点是采用金刚石刀具。金刚石刀具与有色金属亲和力小，其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且能刃磨得非常锋利(刃口圆弧半径可小于ρ0．01 μm，实际应用一般ρ0，05 μm) 可加工出优于Ra0．01 μm的表面粗糙度。此外，超精密切削加工还采用了高精度的基础元部件(如空气轴承、气浮导轨等)、高精度的定位检测元件(如光栅、激光检测系统等)以及高分辨率的微量进给机构。机床本身采取恒温、防振以及隔振等措施，还要有防止污染工件的装置。机床必须安装在洁净室内。进行超精密切削加工的零件材料必须质地均匀，没有缺陷。在这种情况下加工无氧铜，表面粗糙度可达到Ba0．005μm，加工
超精密加工技术的发展与展望
精密与特种加工技术 结课论文 题目：超精密加工技术的发展与展望指导教师：沈浩 学院：机电工程学院 专业：机械工程 姓名：司皇腾 学号：152085201020
超精密加工技术的发展与展望 摘要:超精密加工是多种技术综合的一种加工技术,是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。根据当前国内外超精密加工技术的发展状况,对超精密切削、磨削、研磨以及超精密特种加工及复合加工技术进行综述,简单地对超精密加工的发展趋势进行预测。精密加工技术发展方向是：向高精度、高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展。本世纪的精密加工发展到超精密加工历程比较复杂且难度大，目前超精密加工日趋成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特种加工等。在不久的将来，精密加工也必将实现精密化、智能化、自动化、高效信息化、柔性化、集成化。创新思想及先进制造模式的提出也必将为精密与超精密技术发展提供策略。环保也是机械制造业发展的必然趋势。 关键词:加工精度;超精密加工技术;超精密特种加工;纳米技术;复合加工 【引言】 精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，往往我们一提到超精密这个词，就会觉得它很神秘，但同任何复杂的高新技术一样，经过一段时间的熟悉和掌握，都会被大众所了解，也就不再是所谓的高科技了，超精密加工也是这样。实际上，如果拥有超精密的加工设备，并且在其它相关技术和工艺上能匹配，经过一段时间的实践之后，就能很好地掌握它，但这需要一个过程。超精密加工领域集成了很多IT、机械以及电气控制方面的技术，设备方面的操作和使用也非常复杂，所以，只有在对它有很深的理解之后才能把它用好。 通常按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工。在不同的历史阶段,不同的科学技术水平下,对超精密加工有不同的定义,由于生产技术的不断发展,划分的界限不断变化。过去的超精密加工对今天来说可能已经是普通加工了,所以对其划分的界限是相对的,而且在具体数值上至今没有确切的界限。现阶段通常把被加工零件的尺寸精度和形位精度达到零点几微米,表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术称为超精密加工技术[1],也可以理解为超精密加工就是在超精密机床设备上,利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动,对材料进行微量切削,以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程,其精度从微米到亚微米,乃至纳米。超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术,是现代高科技产业和科学技术的发展基础,是现代制造科学的发展方向[2]。 超精密加工技术综合应用了机械技术发展的新成果及现代光电技术、计算机技术、测量技术和传感技术等先进技术。同时,作为现代高科技的基础技术和重要组成部分,它推动着现代机械、光学、半导体、传感技术、电子、测量技术以及材料科学的发展进步。超精密加工在现代武器和一些尖端产品制造中具有举足轻重的地位,是其它一些加工方法无可替代的,它不仅可以应用于国防,而且可以广泛地应用于比较高端的民用产品中,是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志。 1、超精密加工技术的发展历史 精密超精密加工技术的起源从一定意义上可以上溯到原始社会：当原始人类学会了制作具有一定形状且锋利的石器工具时，可以认为出现了最原始的手工研
光伏组件选型：单晶、多晶的可靠性与经济性比较分析
光伏组件选型：单晶、多晶的可靠性与经济性比较分析
光伏组件选型：单晶、多晶的可靠性与经济性比较分析 本文摘要：单晶硅片与多晶硅片在晶体品质、电学性能、机械性能方面有显著差异。下面的图1是晶体硅光伏产业链的完整图示，从硅料到硅棒、硅片、电池、组件再到系统。如图中红色边框标示，单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面，单晶是直拉提升法，多晶是铸锭方法，后端制造工艺只有一些细微差别。 单多晶硅片性能对比 单晶硅片与多晶硅片在晶体品质、电学性能、机械性能方面有显著差异。下面的图1是晶体硅光伏产业链的完整图示，从硅料到硅棒、硅片、电池、组件再到系统。如图中红色边框标示，单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面，单晶是直拉提升法，多晶是铸锭方法，后端制造工艺只有一些细微差别。 图1晶体硅光伏产业链图示 晶体品质差异 图2展示了单晶和多晶硅片的差异。硅片性质的差异性是决定单晶和多晶系统性能差异的关键。左图是单晶硅片，是一种完整的晶格排列；右图是多晶硅片，它是多个微小的单晶的组合，中间有大量的晶界，包含了很多的缺陷，它实际上是一个少子复合中心，因此降低了多晶电池的转换效率。另一方面，单晶硅片的位错密度和金属杂质比多晶硅片小得多，各种因素综合作用使得单晶的少子寿命比多晶高出数十倍，从而表现出转换效率优势。
图2单晶硅片与多晶硅片外观图示 单晶是一种完整的晶格排列，在同样的切片工艺条件下表面缺陷少于多晶，在电池制造环节，单晶电池的碎片率也是小于1%的，通常情况下是0.8%左右。单晶硅片可以稳定应用金刚线切割工艺，显著降低切片成本，并提高电池转换效率。对多晶而言，晶体结构的缺陷导致在电池环节的碎片率一般大于2%，并且硅片切割工艺的改进难度很大，因为它没法用金刚线切割，只能用传统的砂线来切，成本上基本没有多大的下降空间。 电学性能差异 图3是单多晶的少子寿命对比。蓝色代表少子寿命较高的区域，红色代表少子寿命较低的区域。很明显，单晶的少子寿命是明显高于多晶的。 图3单晶与多晶少子寿命分布比较
精密与特种加工作业
1.目前精密和超精密加工的精度范围分别为多少？ 答：精密加工：加工精度为0.1~1μm，加工表面粗糙度为Ra=0.02~0.1μm； 超精密加工：加工精度为>0.1μm，加工表面粗糙度为Ra<0.01μm。 2.超精密切削对刀具有什么要求？ 答：为实现超精密切削，刀具应具有如下性能： 1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和尺寸耐用度。 2）切削刃钝圆半径要极小才能实现超薄切削厚度。 3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。 4）工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。 3.超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用金刚石砂轮？ 答：超精密磨削主要用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如陶瓷、玻璃、半导体材料、宝石等。 多采用金刚石砂轮的原因： 1）可以加工各种高硬度高脆性的材料。 2）磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。 3）磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。 4）磨削效率高,由于金刚石有锋利的刃口，耐磨性高，因此有较高的切除率和磨削比。 5）加工成本低，虽然金刚石砂轮比较昂贵，但其寿命长，加工效率高，工时少，综合成本低。 4.固结磨料加工与游离磨料加工相比有什么特点？ 答：固结磨料加工与游离磨料加工相比其特点如下： 1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体材料、宝石、石材、硬质合金、铜铝等有色金属及合金等。 2）磨削能力强、耐磨性好、耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。 3）磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。 4）磨削效率高，有锋利的刃口，耐磨性高，因此有较高切除率和磨削比。 5）加工成本低，加工效率高，工时少，综合成本低。 5.简述精密磨削获得高精度和低粗糙度表面的机理。
单晶硅
基本内容 晶圆是指硅半导体积体电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之IC产品。晶圆的原始材料是硅，而地壳表面有用之不竭的二氧化硅。二氧化硅矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶硅，其纯度高达 99.999999999%。晶圆制造厂再将此多晶硅融解，再于融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单 晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为―长晶‖。硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为积体电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是―晶圆‖。 硅是由石英沙所精练出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将些纯硅制成硅晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程序，将多晶硅融解拉出单晶硅晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。我们会听到几寸的晶圆厂，如果硅晶圆的直径越大，代表著这座晶圆厂有较好的技术。另外还有scaling技术可以将电晶体与导线的尺寸缩小，这两种方式都可以在一片晶圆上，制作出更多的硅晶粒，提高品质与降低成本。所以这代表6寸、8寸、12寸晶圆当中，12寸晶圆有较高的产能。当然，生产晶圆的过程当中，良品率是很重要的条件。 晶圆制造工艺 1、表面清洗 晶圆表面附着一层大约2um的Al2O3和甘油混合液保护之,在制作前必须进行化学刻蚀和表面清洗。 2、初次氧化 有热氧化法生成SiO2缓冲层，用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力氧化技术：干法氧化Si(固)+O2 à SiO2(固)和湿法氧化Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2。干法氧化通常用来形成，栅极二氧化硅膜，要求薄，界面能级和固定电荷密度低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于湿法。湿法氧化通常用来形成作为器件隔离用的比较厚的二氧化硅膜。 当SiO2膜较薄时，膜厚与时间成正比。SiO2膜变厚时，膜厚与时间的平方根成正比。因而，要形成较厚SiO2膜，需要较长的氧化时间。SiO2膜形成的速度取决于经扩散穿过SiO2膜到达硅表面的O2及OH基等氧化剂的数量的多少。湿法氧化时，因在于OH基SiO2膜中的扩散系数比O2的大。氧化反应，Si 表面向深层移动，距离为SiO2膜厚的0.44倍。因此，不同厚度的SiO2膜，去除后的Si表面的深度也不同。SiO2膜为透明，通过光干涉来估计膜的厚度。这种干涉色的周期约为200nm，如果预告知道是几次干涉，就能正确估计。对其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式计算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2)。SiO2膜很薄时，看不到干涉色，但可利用Si的疏水性和SiO2的亲水性来判断SiO2膜是否存在。也可用干涉膜计或椭圆仪等测出。SiO2和Si界面能级密度和固定电荷密度可由MOS二极管的电容特性求得。(100)面的Si的界面能级密度最低，约为10E+10-- 10E+11/cm ?2.eV-1 数量级。(100)面时，氧化膜中固定电荷较多，固定电荷密度的大小成为左右阈值的主要因素。 3、热CVD(HotCVD)/(thermalCVD) 此方法生产性高，梯状敷层性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到达表面而附着薄膜)等，故用途极广。膜生成原理，例如由挥发性金属卤化物(MX)及金属有机化合物(MR)等在高温中气相化学反应(热分解，氢还原、氧化、替换反应等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜方法。因只在高温下反应故用途被限制，但由于其可用领域中，则可得致密高纯度物质膜，且附着强度极强，若用心控制，则可得安定薄膜即可轻易制得触须(短纤维)等，故其应用范围极广。热CVD法也可分成常压和低压。低压CVD适用于同时进行多片基片的处理，压力一般控制在0.25-2.0Torr之间。作为栅电极的多晶硅通常利用HCVD法将SiH4或Si2H。气体热分解（约650oC）淀积而成。采用选择氧化进行器件隔离时所使用的氮化硅薄膜也是用低压CVD法，利用氨和SiH4 或Si2H6反应面生成的，作为层间绝缘的SiO2薄膜是用SiH4和O2在400--4500oC的温度下形成SiH4+O2-SiO2+2H2或是用Si(OC2H5)4(TEOS:tetra ethoxy silanc)和O2在750oC左右的高温下反应生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2膜具有台阶侧面部被覆性能好的优点。前者，在淀积的同时导入PH3 气体，就形成磷硅玻璃（PSG：phosphor silicate glass）再导入B2H6气体就形成BPSG(borro ? phosphor silicate glass)膜。这两种薄膜材料，高温下的流动性好，广泛用来作为表面平坦性好的层间绝缘膜。 4、热处理 在涂敷光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上附着性增强剂或将基片放在惰性气体中进行热处理。这样处理是为了增加光刻胶与基片间的粘附能力，防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀
超精密加工的主要方法
研究生课程考核试卷 科目：先进制造技术教师：周忆 姓名：张林刚学号：20110713312 专业：机械设计及理论 上课时间：2011年12 月至2012 年 1 月 阅卷评语： 阅卷教师(签名)
超精密加工的主要方法 -机设一班张林刚20110713312 超精密加工技术是20世纪60年代发展和完善起来的，现已成为当代高技术产品的关键制造技术。近20年来，超精密加工不仅进入到国民经济的各个领域，而且正从单件小批生产方式走向规模生产，可以预见，随着新产品的不断涌现，超精密加工的应用范围将进一步扩大。而我国超精密加工技术起步较晚，技术水平与发达国家相比也有一定差距，因此，寻求超精密加工新的方法并探讨其影响因素就成为目前迫在眉睫的问题。 一、超精密加工技术简介 目前，超精密加工是指精度在0.1～0.01μm，表面粗糙度Ra 值在0.03～0.05μm 的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。它适用于精密元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电路的制造。而且，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺，日趋向纳米级工艺发展。 二、超精密加工方法 根据加工方法的机理和特点，超精密加工方法可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类，如表1 所示。 下面对三类超精密加工方法分别加以分析。 （一）去除加工 去除加工又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加工方法，如车削、铣削、磨削、研磨和抛光，以及特种加工中的电火花加工、电解加工等，均属这种加工方法。 （二）结合加工 结合加工利用物化方法，将不同材料结合在一起。按结合的机理不同，它又分为附着、注入和连接加工三种。1.附着加工又称为沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质，是一种弱结合，其中典型的加工方法是镀；2.注入加工又称为渗入加工，是在工件表面上注入某些元素，使之与基体材料产生物理化学反应，是具有共价键、离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳、渗氮等；3.连接加工将两种相同或不同材料通过物化方法连接在一起。
精密及超精密加工技术作业
精密及超精密加工技术专题作业 一、精密超精密加工的发展 精密、超精密加工技术是20 世纪50 年代末、60 年代初发展起来的一项新技术，由于电子技术、计算机技术、宇航和激光技术发展的需要，美国组织有关公司和研究机构对微米级加工技术进行研究，在美国诞生的金刚石刀具镜面车削技术催生了超精密加工技术。1962 年美国首先研制出了超精密车床，在该机床上使用单刃金刚石车刀加工直径的铝合金半球面，成功实现了镜面车削，迈出了微米级超精密加工的第一步。 在工业发达国家，一般工厂已经可以稳定掌握1 微米的加工精度。现代机械工业之所以致力于提高加工精度，其主要原因在于，提高制造精度之后可以提高产品的性能和质量，可以提高其稳定性和可靠性。精密和超精密加工技术在尖端产品和现代化武器制造中占有十分重要的位置。 精密和超精密加工技术发展到目前，已经取得了重大的进展，精密和超精密加工已经不再是一个孤立的加工方法或者单纯的工艺的问题，而成为一个包含内容十分广泛的系统工程。实现精密和超精密切削加工，不仅需要精密的机床设备和刀具，也需要稳定的环境条，还需要运用计算机技术进行实时的误差测量和补偿反馈。只有将各个领域的技术结合在一起，才有可能实现经济和超精密加工技术。 通过使用天然的单晶金刚石刀具对超精密零件进行超精密的切削，源自于20 世纪50 年代的末期，初期被加工的工件多为形状简单的圆柱表面等。金刚石刀具的超精密切削加工技术，主要应用于单件的大型超精密零件和批量生产的中小型零件的超精密切削技术两个方面。单件大型零件的超精密金刚石刀具切削，以美国最为发达，居于世界的领先位置。超精密切削是一项内容广泛的新技术，它的加工精度和表面质量是由所使用的超精密设备、金刚石刀具以及切削工艺和误差补偿技术等因素的综合结果。 二、简述研磨抛光的机制
超精密切削加工技术探析
超精密切削加工技术探析 超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的,故一般称为金刚石刀具具切削或SPDT。对超精密切削加工技术及其机理进行介绍和总结,希望对超精密加工行业同事有所指导。 标签：超精密切削；金刚石；机床 通常,按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。加工精度在0.1～1μm,加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1μm之间的加工方法称为精密加工；精度高于0.1μm,表面粗糙度小于Ra0.01μm之间的称为超精密加工。因此,如果从去除单位尺寸将切削加工加以区别的话,以微米级的去除,才属于超精密加工。 1 金刚石刀具切削的机理 超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的,故一般称为金刚石刀具切削或SPDT(Single Point Diamond Turning)。金刚石刀具的超精密切削加工虽有很多优点,但要使金刚石刀具超精密切削达到预期的效果,并不是很简单的事,许多因素都对它有影响。 1.1 切削厚度与材料切应力的关系 金刚石刀具超精密切削属微量切削,其机理和普通切削有较大差别。精密切削时要达到0.1微米的加工精度和Ra0.01微米的表面粗糙度,刀具必须具有切除亚微米级以下金属层厚度的能力。由于切深一般小于材料晶格尺寸,切削是将金属晶体一部分一部分地去除。因此,精密切削在切除多余材料时,刀具切削要克服的是晶体内部非常大的原子结合力,于是刀具上的切应力就急剧增大,刀刃必须能够承受这个比普通加工大得多的切应力。 切削厚度与切应力成反比,切削厚度越小,切应力越大。当进行切深为0.1微米的普通车削时,其切应力只有500MPa；当进行切深为0.8微米的精密切削时,切应力约为10000MPa。因此精密切削时,刀具的尖端将会产生根大的应力和很大的热量,尖端温度极高,处于高应力高温的工作状态,这对于一般刀具材料是无法承受的。因为普通材料的刀具,其刀刃的刃口不可能刃磨得非常锐利,平刃性也不可能足够好,这样在高应力和高温下会快速磨损和软化,不能得到真正的镜面切削表面。而金刚石刀具却有很好的高温强度和高温硬度,能保持很好的切削性能,而不被软化和磨损。 1.2 材料缺陷及其对超精密切削的影响 金刚石刀具超精密车削是一种原子、分子级加工单位的去除(分离)加工方法,要从工件上去除材料,需要相当大的能量,这种能量可用临界加工能量密度