单晶碳化硅的大抛光模磁流变抛光方法研究

摘要

随着科技不断发展，常用的单晶硅已不能满足其需求。单晶碳化硅材料以其禁带宽度大、热导率高、临界击穿电场高和化学稳定性好等特点，非常适合制作高温、高频、大功率和高集成度的电子器件。但单晶碳化硅由于其高硬度、高脆性的特点，传统抛光方法难以对其实现高效率、高精度、无损伤抛光。磁流变抛光是一种可实现超光滑无损伤加工的先进抛光方法。因此，本文提出将磁流变抛光应用在单晶碳化硅的抛光工艺中，开展如下研究：　　(1)设计了基于间隙漏磁原理的电磁励磁装置。根据大抛光模磁流变抛光的原理，设计了励磁装置的结构，并选择合适的材料。基于间隙漏磁原理和磁路定律计算励磁装置的线圈圈数。　　(2)使用Maxwell软件对励磁装置及其产生磁场进行仿真，并优化其尺寸结构。通过三维软件制作不同尺寸的模型，进行磁场仿真，并引入弧边突起阵列磁极头结构以代替传统直线型磁极头，从而提高磁场强度和范围。将优化前后所得磁场进行比较，分析优化前后的磁感应强度和磁场范围变化规律。　　(3)搭建磁流变抛光实验设备，并进行单晶碳化硅抛光实验。通过单因素实验分析了不同工作间隙、通电电流和工作时间对单晶碳化硅的磁流变抛光效果的影响。发现应用电磁场励磁的大抛光模盘式磁流变抛光方法加工单晶碳化硅材料，可获得亚纳米级表面粗糙度，同时材料表面粗糙度值随着通电电流的增大而减小，随工作间隙的增大而增大。单晶碳化硅抛光40min后，加工面粗糙度值达到Ra0.6nm。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景及研究意义

1.3 单晶碳化硅材料及其抛光工艺发展

1.3.1 碳化硅材料

1.3.2 单晶碳化硅抛光工艺发展

1.4 磁流变抛光技术发展现状

1.5 论文研究目的与内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 内容与章节安排

1.6 本章小结

第2章 励磁装置的设计

2.1 磁流变抛光原理

2.1.1 磁流变效应

2.1.2 盘式大抛光模磁流变抛光机理

2.1.3 单晶碳化硅的磁流变抛光的可行性分析

2.2 励磁装置的设计

2.2.1 励磁方式的选择

2.2.2 励磁装置结构设计

2.2.3 电磁铁材料选择

2.2.4 励磁线圈绕制圈数计算

2.3 励磁装置的初期制作

2.3.1 磁轭的制作

2.3.2 励磁线圈的制作

2.4 本章小节

第3章 励磁装置励磁效果仿真优化

3.1 Maxwell 仿真流程

3.2 励磁装置的励磁效果仿真与结构优化

3.2.1 直线型磁场空间分布特性

3.2.2 直线型磁极头与弧边突起阵列磁极头的励磁效果比较

3.2.3 不同尺寸参数对励磁效果的影响及优化尺寸确定

3.3 励磁装置的后期制作

3.4 本章小结

第4章 单晶碳化硅的大抛光模磁流变抛光实验

4.1 磁流变研抛工艺实验条件

4.1.1 实验装置

4.1.2 检测仪器与检测方法

4.2 实验材料的性能

4.3 磁流变抛光液的成分与制备

4.3.1 磁性颗粒

4.3.2 基液

4.3.3 磨粒种类

4.3.4 添加剂

4.3.5 磁流变液

4.4 单晶碳化硅的磁流变抛光工艺实验

4.4.1 抛光时间对单晶碳化硅磁流变抛光的影响

4.4.2 工作间隙对单晶碳化硅磁流变抛光的影响

4.4.3 通电电流对单晶碳化硅磁流变抛光的影响

4.4.4 参数优化及试验验证

4.5 本章小结

结论与展望

1.论文主要内容及结论

2.论文主要创新点

3.研究展望与不足

参考文献

附录 A 攻读学位期间发表的论文及专利

附录 B 攻读学位期间参与的研究课题

致 谢