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碳化硅陶瓷研抛的流场仿真及其摩擦磨损性能研究

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  • 发布时间:2021-04-30 14:23
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碳化硅陶瓷研抛的流场仿真及其摩擦磨损性能研究

碳化硅陶瓷研抛的流场仿真及其摩擦磨损性能研究

碳化硅具有优良的物理化学性能,是制备空间大尺寸轻型反射镜的新材料。但碳化硅具有硬度高、脆性大、对缺陷敏感等特点,难以获得高表面质量和高效加工。传统加工方法以及化学机械抛光(CMP)因磨粒的存在易产生表面及亚表面损伤,摩擦化学研抛(TCP)不采用磨料,可获得高精度碳化硅表面,但效率低。摩擦电化学研抛(TECP)可实现金属表面高效、高精度加工,但对碳化硅陶瓷的摩擦电化学研抛机理尚不十分明确。论文通过对碳化硅陶瓷研抛的流场仿真和摩擦磨损实验研究,获得不同工艺条件对其研抛特性的影响规律,研究对实现碳化硅陶瓷的高效超精密加工具有重要的理论和指导意义。首先针对带孔抛光垫,利用Fluent软件建立研抛过程的二维有限元模型,并研究了研抛速度、抛光垫厚度、小孔尺寸及流体膜厚度对流体流场特征的影响规律。利用Ansoft Maxwell软件建立研抛副间电场分布的三维有限元模型,并研究了抛光垫电导率和厚度对电场分布的影响规律。然后,对原有的行星轮式圆平动研抛试验机进行结构改进,实现了载荷和电压的加载;开发了数据采集处理系统,实现了压力、摩擦力和摩擦系数的在线监测。最后,应用改进的试验机研抛碳化硅陶瓷,获得了不同外加电压、研抛液及研抛配副对其摩擦磨损性能的影响规律。仿真研究表明:带孔抛光垫的小孔直径和数量对流体的承载能力和摩擦力。