碳化硅陶瓷研拋的流場仿真及其摩擦磨損性能研究.pdf

1、碳化硅具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，是制備空間大尺寸輕型反射鏡的新材料。但碳化硅具有硬度高、脆性大、對(duì)缺陷敏感等特點(diǎn)，難以獲得高表面質(zhì)量和高效加工。傳統(tǒng)加工方法以及化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）因磨粒的存在易產(chǎn)生表面及亞表面損傷，摩擦化學(xué)研拋（TCP）不采用磨料，可獲得高精度碳化硅表面，但效率低。
　　摩擦電化學(xué)研拋（TECP）可實(shí)現(xiàn)金屬表面高效、高精度加工，但對(duì)碳化硅陶瓷的摩擦電化學(xué)研拋機(jī)理尚不十分明確。論文通過對(duì)碳化硅陶瓷研拋的流場仿真和摩

2、擦磨損實(shí)驗(yàn)研究，獲得不同工藝條件對(duì)其研拋特性的影響規(guī)律，研究對(duì)實(shí)現(xiàn)碳化硅陶瓷的高效超精密加工具有重要的理論和指導(dǎo)意義。
　　首先針對(duì)帶孔拋光墊，利用Fluent軟件建立研拋過程的二維有限元模型，并研究了研拋速度、拋光墊厚度、小孔尺寸及流體膜厚度對(duì)流體流場特征的影響規(guī)律。利用Ansoft Maxwell軟件建立研拋副間電場分布的三維有限元模型，并研究了拋光墊電導(dǎo)率和厚度對(duì)電場分布的影響規(guī)律。然后，對(duì)原有的行星輪式圓平動(dòng)研拋試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行

3、結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了載荷和電壓的加載；開發(fā)了數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壓力、摩擦力和摩擦系數(shù)的在線監(jiān)測。最后，應(yīng)用改進(jìn)的試驗(yàn)機(jī)研拋碳化硅陶瓷，獲得了不同外加電壓、研拋液及研拋配副對(duì)其摩擦磨損性能的影響規(guī)律。
　　仿真研究表明：帶孔拋光墊的小孔直徑和數(shù)量對(duì)流體的承載能力和摩擦力有重要影響。當(dāng)拋光墊上小孔的數(shù)量一定時(shí)，隨著小孔直徑的增大，承載能力和摩擦力降低；當(dāng)小孔間距和小孔直徑的比值一定時(shí)，隨著小孔數(shù)量的增多，承載能力先降低后增加，摩擦力

4、降低。碳化硅上的外加電壓對(duì)研拋液及拋光墊的影響范圍和作用較小。增加拋光墊電導(dǎo)率、降低拋光墊厚度可提高研拋表面的電流密度。
　　實(shí)驗(yàn)研究表明：碳化硅與鑄鐵盤配對(duì)研磨時(shí)，3％NaOH的研拋效率略高于去離子水的；對(duì)試件不加電或施加正電時(shí)的研磨效率是施加負(fù)電時(shí)的3倍左右。與砂紙配對(duì)研磨時(shí)，砂紙粒度越大，摩擦系數(shù)越大，機(jī)械去除作用越強(qiáng)，因而研磨效率越高。在與細(xì)砂紙研磨時(shí)，因其機(jī)械去除作用減弱，3%NaOH的化學(xué)去除作用，特別是電化學(xué)去除作用