磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响

预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正VOF多相流模型,开发用户自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响。结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不同。提高磨料质量分数,能够提高破煤岩效果,但存在最优值。每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数,此质量分数下能量转化效率最高,磨料冲击动能最大。如射流压力5 MPa时,80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11%。同一质量分数下,提高射流压力可提高磨料冲击动能,但是能量转化率和利用率降低。提高压力使射流速度增加,曳力增大,但射流与磨料接触时间缩短,导致射流能量未能及时转化为磨料动能。相较于提高射流压力,适当增加磨料质量分数以提高能量转化效率和能量利用率,是达到最佳破煤岩效果的更经济低能耗的方式。

低磨料质量分数碱性阻挡层抛光液的研究

主要研究了低磨料质量分数阻挡层抛光液的抛光性能,并将其与商用抛光液进行了对比。由实验结果可以看出,当固定抛光液中的磨料质量分数时,铜的去除速率随着磨料粒径的减小而升高。当固定磨料粒径不变时,铜的去除速率随着磨料质量分数的升高而迅速升高,而钽略有升高但不明显。当磨料质量分数为5%时,铜和钽的去除速率选择比最优。通过对比实验可以看出,用磨料质量分数为5%的抛光液抛光后,晶圆表面粗糙度较商用抛光液降低了约30%,并且磨料质量分数为5%的抛光液抛光后的晶圆蝶形坑明显优于商用抛光液抛光后的晶圆蝶形坑。

磨料质量分数对磨硅片用金刚石砂轮磨削性能的影响

采用改进的凝胶注模技术制备多孔陶瓷结合剂超细金刚石砂轮,研究6种不同质量分数磨料(质量分数分别为27%、30%、33%、36%、39%、42%)的多孔金刚石砂轮的显微结构和磨削性能。结果表明:磨料的质量分数直接影响砂轮磨削时的磨削电流、砂轮磨损速率,进而影响硅片磨削后的表面一致性。使用磨料质量分数为39%的砂轮时,硅片磨削后可获得粗糙度为4.8 nm的光滑表面。

硅衬底CMP过程中抛光雾的控制

抛光雾(Haze)是硅晶圆精抛过程中表面质量评定的重要参数之一。主要研究了化学机械抛光(CMP)过程中抛光液磨料质量分数、p H值、FA/O型非离子表面活性剂和混合表面活性剂对Haze值的影响。实验结果显示,磨料质量分数为0.1%是影响Haze值变化的拐点。当磨料质量分数由2%降至0.1%时Haze值下降迅速;当磨料质量分数由0.1%降至0.01%乃至0%时Haze值稍有增加。抛光液p H值约为9.5时Haze值最低,硅片表面质量最好,在此基础上提高或降低p H值都会增加Haze值。随着非离子表面活性剂体积分数的增加,Haze值快速下降。渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC)和FA/O型非离子表面活性剂混合使用比单独使用其中任何一种更有利于降低Haze值,且当JFC与FA/O的体积比为3∶1时,Haze值降到0.034,满足了工业生产的要求。