单晶SiC基片干式摩擦化学机械抛光初探

针对碳化硅(SiC)基片在抛光过程中效率低、费用高、环境污染大等问题,提出了一种在干式状态下对SiC基片进行摩擦化学机械抛光的方法(dry tribochemical mechanical polishing,DTCMP)。探究不同工艺参数(磨料种类、磨粒粒径、磨粒含量、抛光盘转速、抛光载荷、固相氧化剂含量)对单晶SiC基片抛光效率和表面质量的影响规律。研究结果表明:金刚石磨粒更适合SiC的摩擦化学机械抛光;当磨粒粒径为W1,磨粒质量为4 g,抛光盘转速为70r/min,抛光载荷为20.685 k Pa,固相氧化剂过碳酸钠添加量为10g时,其为最优工艺参数。采用最优工艺参数对表面粗糙度约为20nm的单晶6H-SiC基片进行干式抛光加工,最终获得表面粗糙度R_(a)为3.214 nm。DTCMP方法抛光SiC基片比水基抛光法热量损失少,所产生的界面温度更高,反应所需的活化能更低,可以实现SiC基片的绿色、高效和高质量抛光。

激光熔融系统送粉喷嘴高温摩擦化学磨损行为及机制

激光熔融系统在使用过程中,高温环境下待加工粉末流会导致送粉喷嘴内壁严重磨损,而因设备结构复杂、影响因素众多等,送粉喷嘴的损伤机制尚不清晰。通过喷嘴损伤案例分析和摩擦磨损模拟实验,结合扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等表征手段,对激光熔融系统送粉喷嘴的磨损规律以及高温损伤机制进行研究。结果表明:送粉喷嘴出口处更靠近高温源,因而磨损较其他区域更为严重,其磨损形式由机械应力导致的轻微疲劳磨损和磨粒磨损转变为由摩擦化学主导的严重摩擦化学磨损;在温度-应力多物理场耦合作用下喷嘴材料发生的氧化反应导致界面疏松容易被机械去除;此外摩擦界面生成的脆性钛铜金属间化合物也是导致喷嘴出口处容易被磨损的原因之一。研究结果为高温下送粉喷嘴的设计和应用提供了理论支持。

用于金刚石摩擦化学抛光的Ni-W合金盘制备

为探究镀液成分、工艺条件等因素对Ni-W合金镀层的影响,制备出低内应力、高硬度的Ni-W合金盘,用于金刚石的摩擦化学抛光。采用单一性实验分别探究络合剂浓度、溶液pH、糖精钠浓度对镀层内应力、钨含量、硬度以及沉积速率的影响,并探究不同添加剂对镀层表面整平的效果。最终选用水杨醛为整平剂,并采用反向脉冲电流降低了镀层表面粗糙度,制备出硬度达HV 713,镀层厚度约为0.66 mm的Ni-W合金盘。使用合金盘对金刚石进行摩擦化学抛光,并探究合适的抛光工艺参数。在合金盘转速为8000 r/min,压力为40 N时,金刚石的抛光效果较好,其材料去除率为5.56μm/min,磨削比达0.394,金刚石表面粗糙度Sa为3.7 nm。使用传统铸铁盘对金刚石进行摩擦化学抛光,通过对比磨损参数发现,Ni-W合金盘能够达到更好的抛光效果。

化学机械抛光中摩擦润滑与化学行为研究进展

从三个方面对化学机械抛光(CMP)过程中摩擦与化学行为的研究进行了综述,其主要分为:关于抛光液中化学组分影响晶圆摩擦润滑状态的实验研究、CMP过程中抛光液组分与晶圆表面材料反应的分子动力学和反应力场分子动力学模拟研究、同时考虑摩擦润滑与化学反应的CMP材料去除速率模型。针对CMP过程中机械与化学协同作用的机理研究尚不明确,考虑机械摩擦与化学反应协同作用是未来完善CMP理论框架的重要研究方向之一。

油溶性有机钼添加剂的摩擦学性能及其摩擦化学作用机制

采用四球摩擦磨损试验机考察了2种油溶性有机钼添加剂2 乙基己基 二硫代磷酸氧钼(MoDDP)和硫化 二异丙基 二硫代磷酸钼(MoDTP)的摩擦学性能及其复配体系的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌和表面膜元素组成,探讨了有机钼添加剂的摩擦化学作用机制.结果表明,有机钼添加剂MoDDP和MoDTP均具有优异的摩擦学性能,其复配体系呈现协同抗磨减摩效应,这是由于有机钼添加剂在摩擦副表面形成由FeS、MoS2及MoO2组成的化学反应膜和由含磷化合物组成的沉积膜所致.

人工关节滑液的摩擦学性能及摩擦化学研究

采用小牛血清和0.9%NaCl生理盐水配制了关节滑液,在四球摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,并用X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面膜的元素组成和化学状态.结果表明:生理盐水的减摩抗磨性能较差,而小牛血清具有优异的减摩抗磨性能;滑液的减摩抗磨性能随小牛血清体积分数增加而逐步提高;滑液具有优良减摩抗磨性能的原因在于,血清在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成由蛋白质吸附膜、CaCO3沉积膜以及FePO4化学反应膜等组成的边界润滑膜.

表面修饰硼酸盐润滑油添加剂的摩擦化学作用机制

采用 X射线光电子能谱仪研究了表面修饰硼酸盐润滑油添加剂在钢球表面形成的表面膜的元素组成和化学状态 ,并考察了摩擦化学反应膜的结构和化学作用机制 .结果表明 :在不同油润滑条件下 ,硼酸盐润滑油添加剂均与钢球磨损表面发生了相互作用 ,并形成主要由吸附膜和摩擦化学反应膜组成的复杂表面膜 ;摩擦化学反应膜中所含元素的化学状态及其含量与试验负荷有关 ,且沿反应膜深度方向而变化 ,即由表及里 ,Fe与 B、N及 O等形成的无机化合物的含量逐渐增加 。

密度泛函理论派生概念和原理在摩擦化学中的应用

评述了密度泛函理论派生概念和原理在摩擦化学中的应用,指出可以采用摩擦化学势(或摩擦化学电负性)和摩擦化学硬度作为表征固体摩擦材料和润滑剂分子力化学反应活性的量化参数,从而为摩擦化学计算与设计提供量子化学参数.

环氧树脂在干摩擦过程中的表面化学效应研究

研究了环氧树脂在干摩擦下载荷为49 N和98 N时的摩擦磨损性能及其表面化学效应,利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪和傅立叶变换红外光谱仪对环氧树脂磨损表面的形貌和官能团进行观察与分析.结果表明:在载荷49 N下环氧树脂表现出良好的耐磨性能;在载荷98 N下,环氧树脂表面磨损较严重且呈脆性剥落;环氧树脂在干摩擦过程中发生的表面化学效应主要是其分子链的断裂和氧化降解,其磨损形式主要为疲劳磨损.

十二烷和硬脂酸的摩擦化学

运用摩擦学实验和红外光谱分析相结合的方法， 考察了十二烷和硬脂酸在摩擦过程中发生的化学变化。分析结果表明： 在室温下， 静态的十二烷和硬脂酸均不与铝（ 或氧化铝） 发生化学反应； 在摩擦过程中， 十二烷和硬脂酸均发生了化学反应， 十二烷氧化生成了醇或过氧化物， 硬脂酸与铝（ 或氧化铝） 反应生成了交联结构的硬脂酸铝； 虽然反应物和摩擦反应产物均以物理吸附的方式吸附于金属表面， 但摩擦化学反应产物无论是在金属表面的吸附强度还是在减摩性能上均好于反应物， 说明通过发生摩擦化学反应， 润滑油的减摩性能得到了提高。

原位摩擦化学处理对45钢力学性能及摩擦学特性的影响

制备了一种含有天然无机矿物微粉的摩擦处理剂,采用SEM、XRD、EDS分析了该摩擦处理剂的成分及结构,基于原位摩擦化学处理技术设计了环-块磨损试验,研究了摩擦处理剂对45钢摩擦学性能的影响,采用纳米压痕仪测试了原位形成的摩擦化学转移膜的纳米硬度和弹性模量等力学性能,探讨了摩擦化学处理过程及其化学转移膜的形成规律。结果表明,摩擦处理剂的主要成分为羟基硅酸镁,其结晶构造式为Mg3(Si2O5)(OH)4。通过摩擦化学处理,摩擦处理剂在45钢表面原位生成了含Si、Mg、Fe、C等元素构成的摩擦化学转移膜,从而使金属的表面硬度提高33%,摩擦系数降低15%,表面粗糙度是未处理的1/4。

碳化硅陶瓷摩擦化学磨损机理及磨损图的研究

研究了碳化硅陶瓷自对偶摩擦在空气中从室温到 12 0 0℃的摩擦磨损特性、磨损图和摩擦化学。其摩擦学特性与实验温度和载荷密切相关 ,磨损呈现 3种模式 :即其比磨损率分别随温度的升高呈现基本不变、增加和减少的规律。在此基础上用磨损图描述了磨损特性和试验温度及载荷等摩擦环境参数的关系。碳化硅陶瓷自对偶摩擦的高温摩擦化学反应产物———无定形SiO2

摩擦化学进展——化学的地位与作用

评述了化学在摩擦学和摩擦化学研究中的地位与作用 ,概述了摩擦化学发展中的若干化学问题 。

硼化植物油的摩擦化学研究

在植物油中引入硼,合成了新型润滑油添加剂硼化植物油.四球机摩擦磨损试验表明,硼化植物油具有极好的减摩、抗磨和极压性能,其润滑作用机理是由于长链植物油的载体作用、硼的缺电子以及两者的协同作用于摩擦金属表面形成了一层高强度的吸附膜和/或摩擦化学反应膜.

摩擦化学的主要研究领域及其发展趋势

本文从摩擦过程中表面产生的化学效应、干摩擦及油润滑状态下的摩擦化学三个方面评述了摩擦化学的研究内容和进展；介绍了摩擦化学在材料制备中的应用及摩擦化学的研究方法；对摩擦化学研究中存在的问题及其发展趋势进行了讨论。

Mo/2Si混合粉末的摩擦化学效应

利用 ZJM10 T型搅拌机和 X射线衍射仪研究了 Mo/ 2 Si混合粉末在机械球磨过程中的摩擦化学效应 .结果表明 :在球磨初期 ,晶粒尺寸明显减小 ,显微应变和有效温度系数明显增加 ;在球磨 3h后 ,Mo和 Si粉末的晶粒尺寸和显微应变变化幅度减小 ;球磨 10 h后 ,有效温度系数趋于极限值 ,晶粒尺寸和显微应变几乎保持不变 .塑性 Mo颗粒的机械活化以变形或晶格畸变加剧为主 ,而脆性 Si颗粒的机械活化以细化或比表面积增加为主 .

二烷基二硫代磷酸镧的摩擦化学研究

以稀土元素的摩擦学应用为出发点，用异辛醇、La2O3和P2S5为原料合成出一种新型油溶性润滑油极压抗磨剂──二烷基二硫代磷酸镧(LaDDP)，对其减摩抗磨性能进行考察，同时还用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪对边界润滑状态下形成的磨斑和表面膜元素组成及化学状态进行了分析。结果表明：这种添加剂在给定试验条件下使ISOVG68油的摩擦因数明显降低和卡咬负荷提高2.2倍，减摩抗磨性能比二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)好，主要原因是在摩擦过程中发生摩擦化学反应生成了由La、La2O3、FeS、硫酸盐和磷酸盐组成的边界润滑膜和镧渗透层。最后，用质谱仪模拟了LaDDP的摩擦分解过程，提出了其摩擦化学反应机理。

铝材轧制润滑剂的摩擦化学研究进展

从轧制过程中金属表面化学效应、润滑剂在金属表面吸附机理、润滑吸附膜的结构和润滑剂的摩擦化学反应等几方面评述了铝材轧制润滑剂的摩擦化学研究内容和最新进展 ,对其存在的问题及发展趋势也作了讨论。

Si_3N_4与Si_3N_4-hBN陶瓷配副在水润滑下的摩擦化学行为

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察了蒸馏水润滑条件下Si3N4-hBN(六方氮化硼)复合陶瓷与Si3N4陶瓷配副时的摩擦磨损性能,并分别采用扫描电子显微镜、激光扫描显微镜、X光电子能谱和X射线能谱分析了摩擦面的形貌和物质组成.结果表明:在滴定法水润滑条件下,Si3N4-hBN/Si3N4配副的摩擦因数随hBN含量的增加而显著降低,当hBN体积分数为20%时,摩擦因数降至0.01,Si3N4-hBN的磨损率接近0;在浸入法水润滑条件下,Si3N4-hBN/Si3N4配副的摩擦因数均降至0.01.在滴定法水润滑条件下,磨屑不易被水带走,当Si3N4-hBN与Si3N4配副摩擦时,由于Si3N4-hBN摩擦面上hBN偏聚区域发生脆性断裂和剥落而形成剥落坑,磨屑在剥落坑中堆积并氧化、水解,反应产物富集于剥落坑中,进而在摩擦表面形成含B2O3和SiO2的摩擦化学反应膜,从而保护了Si3N4-hBN和Si3N4摩擦面,使其变得光滑,为发生流体润滑提供了条件.

油溶性二正辛基二硫代氨基甲酸铈的合成及其摩擦化学特性研究

以二正辛胺、Ｃｅ２Ｏ３和ＣＳ２为原料合成出一种新型油溶性润滑油极压抗磨添加剂二正辛基二硫代氨基甲酸铈（Ⅲ），并在环－块式摩擦磨损试验机和四球试验机上，测定了它的减摩性能、承载能力和抗磨性能等，同时还就其添加量对这些性能的影响进行了考察；利用俄歇电子能谱仪和Ｘ射线光电子能谱仪，对边界润滑状态下形成的摩擦表面膜的元素组成和化学状态进行了分析．结果表明：在给定的试验条件下，这种添加剂可以使ＩＳＯＶＧ３２石蜡基矿物油的摩擦系数明显降低，能够使这种油的初始卡咬负荷和烧结负荷分别提高２．２倍和４．７倍，可见其减摩和抗磨性能良好；在这种添加剂作用下形成的表面层内含有有机物膜、氧化物膜、化学反应膜和Ｃｅ３＋渗透层等。