KDP无磨粒抛光微机械作用力学模型建立与仿真

KDP无磨粒抛光机械作用力学模型建立与仿真*
巡线机器人郭亮龙董会黄姝珂潘金龙
(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621999)
设i t与研究 D e s ig n a n d R e se a rch_______________________________________________2020年第6期
摘要:无磨粒化学机械抛光是一种柔和的表面处理方法,可以有效去除磷酸二氢钾(KDP)晶体表面的小尺度飞切刀纹。在抛光过程中不使用磨粒,KDP晶体与抛光垫粗糙峰直接接触,两者之间相对运
动,在表面接触应力的作用下,抛光堅对KDP晶体表面产生微机械作用,在实现材料去除和改善表
面质量方面具有重要的作用。为了深入了解无磨粒化学机械抛光中微机械去除作用,文章通过研究
合成氨反应表面接触应力分布和变化规律,对抛光过程中的微机械作用进行定量分析,建立了 KDP晶体与抛
光垫粗糖峰接触力学的数学模型并开展系统研究。根据Hertz理论对抛光过程中KDP晶体表面接
触应力进行了计算与分析,研究了抛光压力、摩擦系数、抛光垫杨氏模量和抛光塾粗糙峰半径等抛光
参数对微机械作用的影响规律,获得了不同抛光条件下最大许用抛光压力。结合实验结果,对KDP
晶体与抛光垫之间的微机械作用进行了实验验证,进一步揭示了 KDP晶体无磨粒化学机械抛光去
除机理。
关键词:磷酸二氢钾晶体;无磨粒化学机械抛光;表面接触应力;微机械作用;力学模型;仿真
中图分类号:TH162 文献标识码:A
DOI:10.19287/jki.1005-2402.2020.06.008
Modeling and simulation of micro-mechanical interaction in KDP abrasive-free polishing
GUO Lianglong,DONG H u i,HUANG Shuke,PAN Jinlong
(Institute of Machinery Manufacturing Technology, China Academy of Physical
Engineering (CAEP) , Mianyang 621999, CHN )
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Abstract: Abrasive free chemical mechanical polishing can effectively remove the flying cutter patte
rn remaining on the KDP surface after the KDP fly-cutting. During the polishing process, the KDP and the polishing pad
ISO 14644asperities rubber together. There is micro-mechanical effect in the process that affects the final polishing
effect. In this paper, the mathematical model of KDP and polishing pad asperities was established. Ac­
cording to Hertz theory, the surface contact stress of KDP crystal during polishing was calculated and an­
alyzed. The polishing pressure, friction coefficient, Young^s modulus of polishing pad and asperity radius
of polishing pad were studied. The influence of polishing parameters on the micro-mechanical action was
obtained, and the maximum allowable polishing pressure was obtained under different polishing condi­
tions. In addition, the mechanical effects between KDP and polishing pad were further analyzed in com­
bination with the experimental results, and the mechanism of chemical mechanical polishing removal of
KDP based on microemulsion was further revealed.
我的老师璐君Key w ords: potassium dihydrogen phosphate crystal; non-abrasive chemical mechanical polishing;surface contact stress;micromechanical action;modeling;simulation
K D P晶体具有优良的非线性光学性能,用于激光 约束核聚变等光学装置的倍频晶体元件。因其具有软 脆、易潮解、温度敏感以及各向异性等特点,是一种极 难加工材料。目前,单点金刚石飞切(single point dia­mond turning,SPDT)是能够加工出满足工程要求KDP 晶体的唯一工艺手段,能够实现K D P晶体的超精密加 工,但是会在晶体表面产生飞切刀纹、表面损伤(划 痕、凹坑等)和亚表面损伤(亚表面变质层),给晶体的
窦蔻流浪记*四川省科技厅计划项目(18YYJC0320) 54

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