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同时研究电化学Oxidation-Assisted抛光Reaction-Sintered碳化硅的二氧化铈泥浆

沈XM^1*彭K¹张X¹,阴问¹和Yamamura K^2*

¹领域工程大学,中国科技大学,中国

²日本大阪大学研究生院工程

*通讯:

沈XM领域工程,大学,中国科技大学,江苏210007年,中国,电子邮件:shenxmjfjlgdx2014@163.com

Yamamura K大阪,大阪大学工程研究生院565 - 0871年,日本,电子邮件:yamamura@upst.eng.osaka-u.ac.jp

文摘

介绍了电化学氧化加工reaction-sintered碳化硅(RS-SiC)陶瓷结合研磨抛光。通过治疗二氧化铈电解质和磨料浆,同时电化学oxidation-assisted抛光(S-EOAP)可以实现,可获得高的材料去除率(MRR)和光滑的表面质量的同时。S-EOAP实验进行了8组不同条件。抛光RS-SiC样本被扫描白光干涉仪(SWLI)表面质量进行评估,并进一步研究了扫描电子显微镜(SEM)分析抛光表面的形态。实验结果表明,表面抛光的样品的品质取决于氧化的合作潜力,泥浆浓度,和负载。研究S-EOAP RS-SiC样品可以改进流程级别,促进RS-SiC产品的应用。

关键字

电化学氧化;S-EOAP;RS-SiC;表面质量;MRR

介绍

介绍了电化学氧化处理reaction-sintered碳化硅(RS-SiC)陶瓷1),旨在提高材料去除率(MRR)和改善表面质量,结合磨料抛光。RS-SiC镜是一种很有前途的材料为太空望远镜系统(2),因为它具有良好的物理、机械、化学、热力、电气性能,如比刚度高,抗弯强度高,尺寸稳定性好,高辐射抗性,低热膨胀系数、热导率高、和廉价的生产成本3- - - - - -5]。因此,处理RS-SiC光学和陶瓷领域研究的焦点6]。

Oxidation-assisted抛光(养老金)一直在探索新技术开发的有效过程RS-SiC [7],因为RS-SiC古典难加工(DTM)材料物理硬度高、化学惰性(8]。养老金的基本机制是硬底物的氧化和氧化去除软(9,10]。在这些发达的氧化方法,如热氧化(11,12),等离子体氧化(13,14],电化学氧化[15,16),和紫外线照射17),电化学氧化的速率RS-SiC可以达到5.3 nm / s根据Deal-Grove计算模型(18,19),这是目前最大的那些氧化方法。因此,同时电化学oxidation-assisted抛光(S-EOAP)被认为是一种有效的方法来获得高MRR加工RS-SiC光滑的表面质量。

二氧化铈泥浆作为电解液,磨料在这项研究中。RS-SiC底物的氧化和清除氧化层是同时进行的。加工RS-SiC样本检测到的扫描白光干涉仪(SWLI)表面质量进行评估,并进一步研究了扫描电子显微镜(SEM)研究抛光表面的形态。通过这种方式,处理由S-EOAP RS-SiC的可行性验证。

实验装置

S-EOAP系统原理图(20.)所示图1。S-EOAP系统可以分为两个部分:电化学氧化部分和研磨抛光部分。电化学氧化部分包括数字存储示波器(DSO),数字函数发生器(DFG),高速双极电源、阴极(Pt),阳极(RS-SiC样本),电解液(二氧化铈浆),和一些连接电线。同时,研磨抛光部分的阶段,抛光垫,磨料(二氧化铈浆)、电机、固定板、滚珠花键,皮带轮和皮带,负载板、重量(可调),支点,抗衡,有些关节。RS-SiC样品固定在舞台上,可以实现二维运动的驾驶汽车。RS-SiC联系了泥浆的样品表面被氧化的潜力,和氧化层被抛光垫。LD乐动体育官网

调查的目的的关系RS-SiC样本和表面质量之间的不同的实验条件,进行了8组实验,总结了实验参数所示表1(7]。RS-SiC样品的氧化速率是由氧化潜力,电解质浓度(二氧化铈泥浆浓度)和氧化层的MRR决定了二氧化铈泥浆、负载、粒子大小、抛光垫大小、旋转速度、扫描速度。实验的处理时间是1 h从2到8,除了在实验1中是3 h。经过加工,加工RS-SiC被SWLI和扫描电镜检测。

表1:总结了实验参数S-EOAP RS-SiC。

结果与讨论

加工表面质量的评估RS-SiC样本所示图2,通过SWLI测量。他们可以发现,在不同的工艺条件下,表面质量得到RS-SiC样本不同,这是确定的的关系RS-SiC样品的氧化速率与氧化层的去除率。

基于电化学氧化速率的不同组合RS-SiC衬底和摩擦去除氧化层,可以分析4 8组实验条件:

1)当氧化潜力,二氧化铈浆浓度、负载很低,如实验1,这表示低RS-SiC衬底和电化学氧化速率低摩擦去除氧化层,几乎没有凸起或裂缝处理RS-SiC样本,获得表面均方根和Ra粗糙度2.143和1.552 nm,分别如图所示图2一个。虽然光滑表面质量可以很容易地获得在这种情况下,相当于MRR S-EOAP过程很低。同时,获得表面质量在这个S-EOAP过程比获得的热oxidation-assisted抛光或获得的血浆oxidation-assisted抛光(11- - - - - -14]。因此,这组参数不适合高MRR RS-SiC样本的快速处理。

2)当氧化潜力低和负载高,如实验2,3和4,表示低RS-SiC底物的氧化速率和氧化层,去除率高表面质量的加工RS-SiC样本改变更好的增加二氧化铈浆的浓度,获得表面均方根粗糙度为4.920 nm, 5.121 nm,分别和5.300海里。类似与分裂的电化学修饰样本质量oxidation-assisted抛光(D-EOAP) RS-SiC [8),的结合低氧化速率和高去除率可以获得表面粗糙度均方根5 nm左右,和等效MRR S-EOAP过程也较低,这表明,这些团体也不是最优的参数。

3)在氧化电位高,负载很低,如实验5,它表明RS-SiC衬底和高氧化率低氧化层的去除率,等于波兰氧化物SiO S-EOAP过程₂二氧化铈浆。一方面,SiO的抛光₂二氧化铈的泥浆可以获得一个跟表面容易(21]。另一方面,生成的氧化层不能完全清除,所以地下裂缝氧化层不能被删除,这将导致表面粗糙。这两个效应的实际结果是妥协,和获得的表面均方根粗糙度为3.836 nm。在此,这些团体的参数也不适合。

4)在氧化电位和抛光负荷高,如实验6,7,8,这表明RS-SiC衬底的电化学氧化率高和高摩擦氧化去除率,相当于MRR S-EOAP高。尽管氧化速率和去除率可以增加与二氧化铈泥浆浓度的增加,去除率的增加速度大于氧化速率,导致更糟糕的表面品质的增加二氧化铈浆的浓度。获得的表面品质实验6、7、8 4.416 nm, 7.707 nm,分别和13.166海里。它可以发现实验6获得一个平滑的表面质量和高MRR同时,证明这组参数是最优的S-EOAP RS-SiC在这项研究中。

后来,加工RS-SiC样品在实验1中,3,5,7进行了SEM研究表面形态和详细的人物,和所示的结果图3。它可以发现低RS-SiC底物的氧化率低氧化层的去除率是有利于获得高的表面质量,和几乎没有裂缝或刮痕抛光表面,如图所示图3一和3 b。当氧化率低,去除率高,会有划痕抛光面,如图所示图3 c和3 d,类似的修饰导致D-EOAP RS-SiC [8]。相反,当氧化率高,去除率很低,会有残留氧化物抛光面,如图所示图3 e和3 f类似于Insufficient-polishing结果在D-EOAP RS-SiC [8]。当氧化速率和去除率很高,他们两个应该严格控制之间的关系。否则,会有划痕的处理RS-SiC样本当氧化层的去除率大于RS-SiC底物的氧化率。

结论

可行性的S-EOAP RS-SiC主要是在这项研究中进行验证。结果表明,通过控制RS-SiC衬底的电化学氧化速率和氧化层的摩擦去除率,高MRR和光滑的表面质量可以同时获得。8组实验中,当氧化潜力,二氧化铈浆的浓度和抛光负载10 V, 0.1 wt %, 100克,分别显示高电化学氧化速率和较高的去除率,高MRR实现和光滑的表面粗糙度均方根4.416 nm实验6中得到。与此同时,当RS-SiC底物的氧化速率等于氧化层的去除率,不会有残留氧化物抛光表面。此外,会有一些划痕,裂纹,地下损失,最优加工残余应力在S-EOAP RS-SiC样本。

从这个研究可以得出结论,S-EOAP RS-SiC是一个有效的方法流程。研究的S-EOAP RS-SiC RS-SiC样品可以改进流程级别,促进RS-SiC产品的应用在光学和陶瓷领域。

确认

这项工作由拨款支持国家重点研发项目(批准号2016 yfc0802903),从中国国家自然科学基金资助(批准号51505498),并从江苏省自然科学基金资助(批准号BK20150714)。

作者还表达他们的感谢超精密加工的研究中心的工作人员和学生大阪大学的科学和技术。

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