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微波等离子刻蚀金刚石膜提高机械研磨效率

时间:2008-08-14 00:08:50  浏览:        

0 引 言
金刚石具有优异的热学、光学、力学、电学和摩擦学性能[ 1 ] , 在许多方面都有广泛的应用. 近年来, 低温低压化学气相沉积(CVD) 金刚石膜的研究取得了很大的进展. 但CVD 金刚石膜由于在生长过程中的内在缺陷, 制备的金刚石膜实际上是多晶膜, 往往存在厚度不均匀、颗粒的大小不一等缺点, 而在金刚石膜的许多潜在的应用领域, 均要求CVD 金刚石膜具有很低的表面粗糙度, 因此金刚石膜表面的抛光和表面平整化成为必不可少的工序. 由于金刚石膜的硬度高、化学性质稳定、厚度薄、整体强度低, 使得普通的方法难以对金刚石膜进行抛光. 许多抛光金刚石膜的方法效率低, 薄膜极易损伤且产生微裂纹, 金刚石膜的抛光已经成为多晶金刚石膜产业化的瓶颈, 许多科研工作者正对这一技术难题进行攻关.目前, 国内外使用或正在研究的抛光方法主要有: a. 机械研磨法[ 2, 3 ] , 使用金刚石砂轮或金刚石研磨膏来研磨金刚石膜表面; b. 热化学抛光法[ 4, 5 ] , 利用某些元素(如铁、钼、镧等) 在一定温度和氛围下对碳原子溶解能力强的特点对金刚石膜进行抛光; c. 化学辅助机械抛光法[ 6 ] , 将金刚石膜浸泡在熔融KNO3、KOH 或二者的混合液中,在氧化铝平盘上抛光; d. 激光抛光法[ 7, 8 ] , 采用高能脉冲激光对金刚石表面进行抛光; e. 等离子抛光法, 是一种高能离子的抛光, 它适合于平面、形状复杂的非平面抛光[ 9, 10 ] , 它利用等离子溅射到金刚石表面对所需抛光的表面进行刻蚀.
本文提出了空气等离子刻蚀与机械研磨相结合的抛光方法, 并与纯机械研磨法比较, 观察其抛光前后的膜表面形态, 初步探讨空气等离子刻蚀金刚石膜作为一种辅助的手段对机械研磨效率的影响.
1 实验部分
1. 1 金刚石厚膜的制备
本实验所采用的金刚石膜是在5 kW 的微波等离子CVD 装置上制作的, 金属钨为基体, 反应气体为H2+ CH4, 沉积时间180 h, 膜厚为250~400 Lm.
1. 2 金刚石厚膜的抛光
a. 等离子刻蚀金刚石膜. 等离子刻蚀金刚石膜是在800W 的小功率微波等离子装置上进行的. 空气作为刻蚀气体, 流量为0. 33×10- 6 m3ös( 标准状况下) , 反应室的压力为4 kPa, 功率500W , 基片温度为500 ℃.
b. 机械研磨金刚石膜. 机械研磨金刚石膜在金相万能抛光机上进行, 磨盘采用电镀金刚石磨盘, 粒度号为1000. 磨盘转速可调, 本实验分别采用700 röm in、1 200 röm in.
1. 3 表面分析
抛光过程中分别采用XJP 6A 显微镜和扫描电子显微镜观测表面形貌.
2 结果与讨论
2. 1 等离子刻蚀与机械研磨相结合抛光金刚石膜
2. 1. 1 等离子刻蚀机理 由于等离子刻蚀金刚石膜表面没有选择性, 必须选择合适的防护层对金刚石膜的凹点进行保护, 才能达到抛光的目的.为增强金刚石膜表面与防护层之间的附着力, 首先用丙酮溶液在超声波清洗金刚石膜表面5m in,以便除去膜表面的有机物; 然后在M PCVD 装置上用氢等离子烧10 m in, 除去膜表面的碳或其它杂质. 本实验采用磁控溅射镀铜至金刚石膜表面,膜厚约为50 nm , 然后在氧化铝平盘上研磨, 用XJP 6A 显微镜观察金刚石膜的凸点是否裸露,然后在微波等离子装置中用空气等离子刻蚀80m in.

2. 1. 2 等离子刻蚀效果平坦很多, 也更为致密, 说明空气等离子在一定的
条件下的确把金刚石膜表面的“峰点”刻蚀了. 单个晶形被刻蚀成更多的尖角, 能量壁垒降低, 使金刚石膜更容易抛平.
2. 1. 3 机械研磨金刚石膜 将等离子刻蚀后的金刚石膜在金相万能抛光机上研磨, 转速700röm in, 时间4 h.  刻蚀后的金刚石膜表面与金刚石磨片接触, 在磨削作用下膜表面上的尖角逐渐被磨平, 表面形貌显示, 研磨1 h 后大量的高位颗粒被研磨, 只剩下少许的凹陷(低位颗粒) 处未被磨平. 表面形貌为研磨4 h的金刚石膜表面, 少量的低位颗粒基本被磨平, 金刚石膜表面基本上呈光滑如镜的表面.
2. 2 纯机械研磨金刚石膜 将金刚石膜样品在转速700 röm in、的条件下对金刚石膜表面研磨7h, 然后再在转速1 200 röm in、条件下对金刚石膜表面研磨8 h, 共研磨时间为15 h.研磨前的原始样品的表面形貌; (b) 为研磨4 h 样品的表面形貌; (c) 为样品研磨7 h 的表面形貌; (d) 为研磨15 h 的样品的表面形貌. 观可知,研磨4 h 只有少量的凸位颗粒被磨平, 而大量的低位颗粒的晶形保持不变.可知, 随着研磨的不断进行, 膜表面的晶形被逐渐的破坏, 只留下少许的低位颗粒的晶形没有改变, 膜表面存在明显的划痕. 研磨15 h 后, 出现较为平坦的金刚石膜表面.
2. 3 两种方法的比较
经等离子处理后的金刚石膜机械研磨4 h,基本上就能抛出平如镜面的金刚石膜表面, 而纯机械研磨4 h 只有少许的高位颗粒被磨平, 研磨15 h 后才出现较为平坦的平面, 说明金刚石膜经等离子刻蚀后更容易抛平.
3 结 语
通过本试验可知, 等离子刻蚀确实起到了明显的作用, 只刻蚀了80 m in, 就大大地减少了机械研磨的间, 与单纯的机械研磨相比, 缩短了抛光的时间, 提高了抛光的效率. 实验结果表明: 可以用等离子刻蚀金刚石膜作为粗抛光, 然后利用机械研磨的方法作为精抛光, 这二者相结合的抛光方法可以节省时间和提高经济性.
参考文献:
[1 ] Bhat D G, Tohnson D G,M alshe A P. A p relim inaryinvestigation of the effect of post depositionpolish ing of diamond film s on themach ining behaviorof diamond coated cutting tools [J ]. D iamond andRelated materials, 1995, 4: 921 929.
[ 2 ] M alshe A P, Park B S, B row nW D, et al. A reviewof technique for polish ing and p lanarizing chem ically vapor desposited diamond film s and substrates[J ].D iamond and Related M aterials, 1999, 8: 1198
1213.
[3 ]  Tang C J , N eves A J , Fernandes A J S, et al. Anew elegant technique for polish ing CVD diamondfilm s[J ]. D iamond and relatedM aterials, 2003, 12:1411 1416.
[4 ] M asanori Yosh ikaw a, Fum inoriOkuzum i. Hot ironmetal polish ing mach ine for CVD diamond film sand characteristics of the polished surfaces [ J ].Surface and Coatings Technology, 1996, 88: 197203.
[5 ] Zaitsev A M , Kosaca G, R icharz B, et al. Thermochem ical polish ing of CVD diamond film s [ J ].D iamond and Related M aterials, 1998, 7: 11081117.
[ 6 ] L lison C D O, B row nW D, M alshe A P, et al. Acomparison of mechanical lapp ing versus chem ical
assisted mechanical polish ing and p lanarization ofchem ical vapor desposited (CVD ) diamond [ J ].D iamond and Related M aterials, 1999, 8: 10831090.
[ 7 ] Gloor S, P imenorM S, Obraztsova E D, et al. L aserablation of diamond film s in various atmosphere[J ].
D iamond and RelatedM aterials, 1998, 7: 607 611.
[8 ] P imenov SM , Kononenko V V , Ralchenko V G, etal, L aser polish ing of diamond p lates [J ], App l Ph s
A , 1999, 69: 81 88.
[ 9 ] Buchk remer Hermanns H, Long C, w eiss H. ECRp lasma polish ing of CVD diamond film s[J ]. D iamond
and RelatedM aterials, 1996, 5: 845 849.
[10 ] Gop iM R , N aseem H A , M alshe A P , et al .Reactive ion etch ing of diamond as a means of
enhancing chem ically assisted mechanical polish ingefficiency [ J ]. D iamond and Related M aterials,1997, 6: 952 958

  
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