CVD金刚石膜摩擦化学抛光技术研究

摘要

CVD金刚石膜是由化学气相沉积技术沉积的纯金刚石多晶膜，具有最高的硬度和热传导性，良好的化学稳定性和透光性等优越的光学及物理化学性能，被视为21世纪最有发展前途的新材料，在高新技术领域和国防尖端技术领域都有广泛的应用。但是化学气相沉积的金刚石膜表面粗糙、均匀性差，极大限制了金刚石膜的工业应用。所以在工业应用时金刚石膜表面必须经过很好的抛光平坦化处理。 热化学抛光技术是目前研究较多而且能够实现金刚石膜的大面积、低耗高效抛光的技术。但目前这种技术由于采用整体加热方式，容易使抛光盘变形，而且所采用的抛光盘材料硬度低、抗氧化性能差，容易粘结和磨损，影响抛光效率和质量。 本文采用摩擦化学抛光技术，利用抛光盘与金刚石膜之间的摩擦热达到反应温度以实现金刚石膜的抛光。对抛光盘的制备方法、抛光过程、接触模型以及材料去除机理进行研究，主要研究工作如下： (1)将机械合金化和烧结技术(等离子烧结和热压烧结)相结合，制备两种用于摩擦化学抛光金刚石膜的抛光盘材料——FeNiCr基TiC微粉抛光盘和TiAl合金基抛光盘。这两种材料在硬度、组织和高温抗氧化性上比目前通常使用的304不锈钢、高速钢、铸铁优越，满足摩擦化学抛光过程中所需高硬度、好高温抗氧化性能等要求： (2)建立了摩擦化学抛光试验台，采用自行研制的两种不同材料抛光盘对CVD金刚石膜进行摩擦化学抛光试验，研究了抛光盘材料、抛光盘转速、抛光压力等因素对抛光的影响； (3)建立抛光过程中抛光盘与被加工金刚石膜表面之间的接触模型。该模型将原始表面、加工方式、加工时间和加工速率有力地结合起来，形成一个动态的模型，即时地反映抛光过程中加工表面的变化。通过模拟计算，分析了抛光过程中实际接触面积和实际接触压力的变化。 (4)通过检测抛光前后抛光盘表面和金刚石膜表面成分变化，分析摩擦化学抛光过程中金刚石的材料去除机理。结果表明，采用FeNiCr合金基TiC微粉抛光盘抛光时，金刚石在金属的催化作用下，先向石墨转化，然后再以扩散、氧化和机械的方式去除，而采用TiAl合金基抛光盘抛光时，金刚石主要在热作用下与钛反应，以碳化物形式去除。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

2摩擦化学抛光CVD金刚石膜用抛光盘的制备技术

2.1机械合金化技术

2.2等离子烧结技术

2.3真空热压烧结技术

2.4本章小结

3摩擦化学抛光CVD金刚石膜试验研究

3.1试验装置与条件

3.2 FeNiCr合金基TiC微粉抛光盘

3.3 TiAl合金基抛光盘

3.4抛光过程中温度的变化

3.5本章小结

4化学机械抛光CVD金刚石膜接触模型的建立

4.1模型的建立

4.2试验仪器与方法

4.3试验计算结果

4.4本章小结

5摩擦化学抛光CVD金刚石膜去除机理分析

5.1 FeNiCr基TiC微粉抛光盘

5.2 TiAl合金抛光盘抛光

5.3机理分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢