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金刚石精密研磨制品的研制

作　者: 王森
导　师: 贾晓林
学　校: 郑州大学
专　业: 材料学
关键词: 金刚石表面改性抛光液研磨膜
分类号: TG580.68
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

超精密加工是现代尖端产业重要的生产技术,其不仅要求高精度、高质量,而且要求低成本和高的再现性。而超精密研磨抛光由于具有独特的加工原理和对加工设备、环境因素要求不高等特点,可以实现纳米级甚至原子级的加工,已成为超精密加工技术中的一个重要部分,实现超精密研磨抛光的关键材料是精密研磨制品。金刚石微粉具有硬度高和耐腐蚀等优点,成为精密研磨制品的首选原料。本文利用HLB值较低的非离子表面活性剂作为改性剂,以烷烃类溶剂作为改性介质,高能超声作为分散手段对纳米金刚石表面进行接枝改性。通过毛细管法和黏度法研究改性前后纳米金刚石粉体的亲油疏水性,通过红外光谱（FTIR）和热分析研究改性剂在粉体表面的吸附效果。结果表明:用Span-60可以对纳米金刚石表面进行湿法改性,而且改性后纳米金刚石表面由亲水性变成亲油性。改性剂在纳米金刚石表面发生了化学吸附,使其在有机溶剂中的分散性更好。采用改性过的纳米金刚石粉体作为研磨剂,从几种轻质油中选择合适的分散介质,并加入表面活性剂,超声分散后再经离心处理制成了油基纳米金刚石抛光液。研究了分散剂的种类及其用量、超声时间、离心转速和时间对抛光液性能的影响,并对抛光液的分散性、抗氧化性和抛光性能进行了表征。结果表明:以白油作为抛光液的分散介质较合适;DBS和PEG复配的分散效果最好;150W超声20min时,悬浮液的沉降量趋于最小值;2500r/min离心处理30min后,抛光液的二次粒度趋于最小;单晶硅片抛光后表面粗糙度达到0.306nm。将改性后的单晶金刚石微粉与树脂胶混合,制成料浆,流延涂布于聚酯薄膜基带上,经干燥固化制成金刚石精密研磨膜。研究了影响料浆性能的因素,流延机刮刀的高度、料浆液面的高度、流延速度、干燥温度和料浆的黏度及磨料的固含量对研磨膜质量的影响,并对研磨膜进行了表征。结果表明:流变剂气相二氧化硅加入量为1.8%时,剪切速率为10s^-1时料浆黏度由190mPa.s提高到260mPa.s;行星磨600转/分磨30分钟后料浆的沉降量趋于最小值;随着磨料粒度的减小干膜表面的Benard涡流会越来越明显;在料浆黏度由25s降低到15s（涂4杯）时,干膜表面的流痕消失;随磨料含量增加,研磨膜的磨削比增加,拉伸强度降低。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
1. 文献综述  8-28
  1.1 研磨技术的发展现状  8-11
    1.1.1 研磨技术概述  8-9
    1.1.2 各种研磨技术的特点  9-10
    1.1.3 精密研磨制品  10-11
  1.2 金刚石概述  11-19
    1.2.1 金刚石的结构和特性  12-13
    1.2.2 人造金刚石的合成  13-14
    1.2.3 金刚石微粉的生产工艺及应用  14-16
    1.2.4 纳米金刚石的提纯与应用  16-19
  1.3 纳米粉体的分散及表面改性  19-22
    1.3.1 纳米粉体的分散机理  19-21
    1.3.2 纳米粉体的分散技术  21-22
    1.3.3 纳米粉体的表面改性  22
  1.4 流延工艺  22-26
    1.4.1 流延工艺简介  22-23
    1.4.2 流延成型工艺过程  23-24
    1.4.3 流延料浆组成  24-26
  1.5 选题意义和研究内容  26-28
    1.5.1 选题意义  26
    1.5.2 研究内容  26-28
2. 纳米金刚石表面改性与表征  28-35
  2.1 引言  28
  2.2 实验  28-30
    2.2.1 实验原料及设备  28-29
    2.2.2 试样制备  29
    2.2.3 测试与表征  29-30
  2.3 结果与讨论  30-34
    2.3.1 试样的红外光谱(IR)分析  30-31
    2.3.2 试样在水中的润湿性表征  31-32
    2.3.3 试样的热分析  32
    2.3.4 白油中纳米金刚石的粒度表征  32-33
    2.3.5 白油中纳米金刚石的粘度表征  33-34
  2.4 小结  34-35
3. 油基研磨液研制  35-52
  3.1 引言  35
  3.2 实验  35-37
    3.2.1 实验药品及设备  35-36
    3.2.2 制备工艺  36-37
  3.3 测试与表征  37
  3.4 结果与讨论  37-51
    3.4.1 分散介质种类的确定  37-39
    3.4.2 乳化剂的用量的确定  39
    3.4.3 分散剂的配伍及用量的确定  39-42
    3.4.4 超声处理时间的确定  42-43
    3.4.5 离心处理的转速与时间的影响  43-45
    3.4.6 抛光液中分散剂的吸附性表征  45-47
    3.4.7 抛光液的分散性表征  47-49
    3.4.8 抛光液的抗氧化性表征  49
    3.4.9 抛光性能表征  49-51
  3.5 小结  51-52
4. 金刚石精密研磨膜的研制  52-63
  4.1 引言  52
  4.2 实验  52-54
    4.2.1 所用试剂和设备  52-53
    4.2.2 实验过程  53-54
  4.3 测试与表征  54-55
  4.4 结果与讨论  55-62
    4.4.1 料浆的触变性能  55-56
    4.4.2 料浆的沉降性能  56-57
    4.4.3 研磨膜的表面形貌  57-60
    4.4.4 研磨膜的厚度  60-61
    4.4.5 研磨膜的拉伸强度和磨削量  61-62
  4.5 小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
附录  70

金刚石精密研磨制品的研制

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