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用于精密物理实验的大径厚比纯铜平面构件具有刚性差、对力和热载荷敏感、塑性强、切削加工性差等特点;这些特点导致使用普通的机械方法加工纯铜构件时会产生工件变形、残余应力和表面损伤等缺陷。电化学机械抛光(ECMP)主要利用电化学溶解作用去除材料,不受材料的机械性能和力学性能限制、不存在加工应力。然而目前对纯铜材料的ECMP的研究局限于集成电路用铜或径厚比很小的纯铜工件,研究内容多是表面粗糙度或材料去除率。将现有的ECMP工艺用于加工大径厚比纯铜平面构件,会出现片内材料去除不均匀导致的工件平面度恶化等问题,无法满足精密物理实验对工件高面型精度的需求。因此本文对Φ100 mm×3 mm的纯铜平面构件的ECMP工艺进行研究,以验证该工艺加工大径厚比纯铜平面构件的可行性。本文的主要研究内容如下:筛选ECMP用抛光液配方。通过查阅文献,选择5种酸性抛光液和5种碱性抛光液,并通过极化曲线筛选出一种生成阻挡膜电位区间宽的抛光液,通过能谱仪(EDS)分析该配方生成阻挡膜的元素组成。抛光液配方为:0.5 mol/L甘氨酸+0.1 mol/L硫代水杨酸(TSA)+1 wt.%聚乙二醇+0.4 mol/L KOH。该配方通过其中的TSA在高电位下和铜发生电化学反应,在工件表面形成阻挡膜,因此存在很长的生成阻挡膜的电位区间。确定抛光液配方后,研究ECMP材料去除非均匀性对平面度的影响。依据法拉第定律和抛光轨迹方程推导出ECMP材料去除非均匀性模型,并实验验证其准确性。研究结果表明使用孔为叶序分布方式的抛光垫在公转和自转转速比为40/45~40/50之间、偏心距为50~60 mm之间进行ECMP可以比较均匀的去除材料,得到高面型精度的纯铜平面构件。在能够均匀的去除材料后,研究了ECMP阳极电位对材料去除率和表面粗糙度的影响。在选定的抛光垫、转速比、偏心距下利用单因素实验得到阳极电位对材料去除率和表面粗糙度的影响规律。最后研究ECMP后工件的表面完整性。分别使用激光散斑小孔法、维氏显微硬度仪、扫描电镜测量研磨和ECMP后工件残余应力、显微硬度、亚表面损伤层。结果表明ECMP工艺可以去除研磨工艺产生的残余应力和亚表面损伤层,降低工件表面的显微硬度,得到高表面完整性的纯铜平面构件。上述研究结果表明,ECMP是一种行之有效的加工大径厚比纯铜平面构件工艺。