【正文】 糙度探索了基于表面粗糙度分布的磨損機理；1996年， Liu等基于磨粒在拋光墊和硅片之間的滾動運動分析了化學機械拋光的磨損機理； 1999年， Larsen— Basse和 Liang指出化學機械拋光的主要磨損機理是由于拋光液中的顆粒所產(chǎn)生的磨損；同年， Tseng等基于彈性接觸理論建立了一種理論模型，模擬了拋光墊和晶片界面間由于晶片曲率引起的壓力分布，解釋了晶片拋光的不均勻性問題；2022年 Borucki基于 Greenwood— Williamson接觸理論提出了晶片 CMP加工拋光速率衰減的數(shù)學模型，預測結(jié)果與實驗吻合較好。其中前者是指表面粗糙度． R 1 μm的表面整平；后者是指表面粗糙度 R 1μm的表面整平 。此后叉存在一粘性薄膜穩(wěn)定存在區(qū)。這一最早闡明電拋光機理的理論已為部分研究者所接受 。還有文獻認為，是陽極表面不同晶面的電位及溶解速度存在區(qū)別所致。這是由于凸起處溶解產(chǎn)物濃度梯度比在凹處高。 ? ② 增加表面光亮度的微觀整平機制及進展 ? 宏觀整平機制沒有考慮陽極的極化行為，因而也就無法進一步解釋表面光亮度的提高和金屬光澤的產(chǎn)生。表面亮度可達到極值。 ? （ 3）激光拋光技術(shù) ? ① 激光拋光技術(shù)的發(fā)展 ? 近年來，隨著材料科學，特別是材料表面科學的發(fā)展，激光器在材料科學中的應用得到進一部的拓寬；更由于工業(yè)應用中對材料表面的光潔度的要求越來越高，人們不斷探索新的拋光技術(shù)，由于激光獨特的性質(zhì) ,激光拋光技術(shù)出現(xiàn)了。 ? ② 激光拋光的機理 ? 激光拋光本質(zhì)上就是激光與材料表面相互作用 , 主要有兩種效果：熱作用和光化學作用。在拋光過程中 ,熱效應可以忽略 ,熱應力很小 ,不產(chǎn)生裂紋 ,不影響周圍材料 ,材料去除量易控制 ,所以 ,特別適合精密拋光 ,尤其適合硬脆材料。再其次，如果利用激光對超硬材料表面進行拋光時，應為材料粗拋光后的精拋光，如直接對樣品進行激光拋光，則材料的剝離量小，效率較低，一般是綜合使用多種拋光方法。 ? 超聲波拋光適用于加工各種硬脆材料，特別是不導電的非金屬材料，如玻璃、陶瓷、石英、金剛石等。在溶液腐蝕、電解的基礎(chǔ)上，再施加超聲波振動攪拌溶液，使工件表面溶解產(chǎn)物脫離 , 表面附近的腐蝕或電解質(zhì)均勻；超聲波在液體中的空化作用還能夠抑制腐蝕過程，利于表面光亮化。 ? ③ 流體動力研磨 由液壓驅(qū)動 , 使攜帶磨粒的液體介質(zhì)高速往復流過工件表面?？梢院愣ù艌觯\動工件；也可以工件不動，改變磁場。通過變化外部的磁鐵改變磁力線的方向即可控制磁性研磨粒子按照規(guī)定的軌跡研磨內(nèi)表面，完成過去所無法加工的領(lǐng)域。 鋼材預處理成套設(shè)備示意圖 鋼板玻璃鋼前處理池 鋼材預處理線 全自動前期處理生產(chǎn)線 超聲波除油設(shè)備 超聲波除油清洗機 電解超聲波清洗機 全自動超聲波清洗機 拋丸處理線 鋼板拋丸清理機 鋼丸 噴砂除銹 多功能自動拋光機 SSM05雙頭砂帶機（拋光機） 拋光機 六角滾桶研磨機 珩磨機 。 粗糙化處理 ? 制備粗糙的表面以提高噴涂層或涂料涂裝層的結(jié)合強度。 ? 磁研磨加工法的特點是： ? 加工間隙中的研磨粒子組成磁性刷，隨著工件形狀的變化而變化，在工件表面仿形壓附、翻滾、分離，不受表面形狀的限制，有很好的加工柔性，可以對任意形狀的表面進行拋光處理。 ? （ 6）磁研磨拋光 ? 磁研磨法就是通過磁場中磁力的作用，將磁性研磨粒子吸壓在工件表面，工件表面與磁極之間可以有數(shù)毫米間隙，磁性研磨粒子在加工間隙中沿磁力線整齊排列，形成磁性刷，并由于磁力的作用壓附在工件表面。 ? ① 磨料噴射加工 以壓縮氣體作介質(zhì) , 將數(shù) mm至數(shù) μ m直徑的磨粒噴射或投射到被加工工件的表面上。超聲波加工宏觀力小，不會引起工件變形，可以拋光薄壁、薄片、窄縫及低剛度零件。總之，激光拋光技術(shù)的發(fā)展會推動激光精密加工技術(shù)和激光微細加工技術(shù)的更快發(fā)展。 ? ③ 存在的問題及發(fā)展 ? 激光拋光技術(shù)作為一項新技術(shù) ,目前還處于發(fā)展階段 , 也存在一些問題。 ? 熱拋光一般用連續(xù)長波長激光 , 作用機理是激光與材料相互作用的熱效應 ,通過熔化、蒸發(fā)等過程來去除材料表面的成分。從上世紀 90 年代中期以來，在美國、俄羅斯、德國和日本等國家，廣泛開展了金剛石薄膜的激光拋光研究，已經(jīng)得到了納米級的表面粗糙度。所以，微觀整平應同時滿足兩個條件： (1)陽極處于極化狀態(tài)， (2)陽極表面有一致密、完整的鈍化膜。 ? Hoar研究了不同陰離子 (Cx一 ／ H2O)電解液及陽極電位對金屬活 — 鈍化 — 去鈍化（增亮）三者之問相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的影響，隨著陽極電位或陰離子濃度的不斷增加，陽極表面將由活化區(qū)過渡到增亮區(qū)或由活化區(qū)過渡到鈍化區(qū)，再過渡到增亮區(qū)。此理論對宏觀整平現(xiàn)象進行了較好解釋。因為此理論的結(jié)果將導致表面顯露組織或侵蝕。 ? 有文獻指出：電拋光時粗糙表面的宏觀整平是由于凹起處在拋光過程中產(chǎn)生的氣體絕緣層比凸起處更厚，因而使凸起處溶解速度較快所致。由于陽極表面的“絕緣”程度不同，因而其上面的電流分布也就不均勻，在凸起處的電流密度較凹處的電流密度大些。 ? Edwards 認為，宏觀整平是陽極表面幾何形狀均勻化的過程，主要是陽極表面生成的特性薄膜提高了陽極表面電阻引起的。 1994年， Y． Yu等結(jié)合拋光墊的 Ra及拋光液流體動力學壓力的影響，提出一種物理 CMP模型； 1997年， Srinivasa—Murthy模擬了化學機械拋光的應力分布，指出化學機械拋光晶片的不平度與晶片表面的應力分布相關(guān)； 1999年Tichy等提出了一種一維模型來預測 CMP加工中流體動力學壓力的大小以及載荷、轉(zhuǎn)速、粗糙度的影響； 2022～2022年 Cho和 Park等人建立了化學機械拋光加工時整個硅片范圍的三維流體力學模型，分析了拋光液厚度和壓力分布及接觸剪應力分布。 1994年 Runnels等在數(shù)值求解了Navier— Stokes方程后，研究了化學機械拋光過程的潤滑與磨損率；1999年 Sundararajan等通過解雷諾方程計算了 CMP漿料膜的厚度和流體動力壓力。 ? CMP技術(shù)的機理研究 ? CMP過程涉及到摩擦學、化學、流體力學、固體物理等諸多學科領(lǐng)域，因而其作用機理非常復雜，也增加了研究的難度．針對化學機械拋光加工過程中的磨損機理和材料去除機制，大量的學者進行了研究，歸納起來，主要有 4種建模方法。 ? 拋光工藝的進展 ? （ 1）化學機械拋光（ CMP） ? 上世紀 90年代興起的新型化學機械拋光 (Chemical Mechanical Polishing， CMP)技術(shù)是機械削磨和化學腐蝕的組合技術(shù)，它借助超微粒子的研磨作用以及漿料的化學腐蝕作用在被研磨的介質(zhì)表面上形成光潔平坦表面。 ? （ 3）電化學拋光 在化學拋光劑中通直流電流，通過陽極電解作用來促進拋光的過程。 ? （ 2）化學拋光 通過金屬表面在化學拋光劑中浸漬時，微觀凸起處的溶解速度大于微觀凹陷處，從而獲得平滑、光亮的表面。 粗拋時將大量鋼球、石灰和磨料放在傾斜的罐狀滾筒中，滾筒轉(zhuǎn)動時，使鋼球與磨料等在筒內(nèi)隨機地滾動碰撞以達到去除表面凸鋒而減小表面粗糙度的目的，可去除 量。 ? 拋光工藝 ? （ 1）機械拋光 拋光輪＋拋光劑，拋光劑分拋光膏和拋光液兩類。 ? 研磨劑由磨料（氧化鋁、碳化硅、氧化鐵、氧化鉻 ）、研磨液（機油、煤油、動植物油、乳化液 ）及輔助材料（硬脂酸、油酸、脂肪酸、工業(yè)甘油 ）組成。 光飾處理 ? 光飾處理的目的：制備平整而光潔的表面。有時，活化的目的是去除除銹后表面殘留的不良合金成分或惰性物質(zhì)，如中、高碳鋼和鑄鐵經(jīng)電化學除銹后顯露出來的碳黑或石墨，在掃描電鏡下呈白色相，對鍍層結(jié)合有極大妨礙。因此，其市場應用面寬，應用途徑主要有兩個方面： ? （ 1）建設(shè)工程：指新開工建設(shè)的鋼結(jié)構(gòu)工程及機械設(shè)備，按照有關(guān)國家標準及施工規(guī)范，所使用的鋼鐵材料銹蝕程度不超過 D級，直接用除銹防銹劑涂刷后，形成的防銹膜層在 10um左右，與金屬基底的平整度一致，覆蓋油漆后，不影響漆膜外觀。鋼結(jié)構(gòu)材料經(jīng)此除銹防銹處理后，油漆內(nèi)在質(zhì)量得以提升，防銹能力顯著提高。 ? 鋼結(jié)構(gòu)除銹新技術(shù) —— JZ噴砂常用于熱噴涂或涂料涂裝前除銹，一般要求除銹質(zhì)最達到瑞典標準 SIS 0559001967所規(guī)定的 Sa2． 5等級或之上。 ? 噴砂工藝參數(shù)主要有槍距、傾角。 ? 噴砂常用磨料為石英砂、鋼砂、氧化鋁及碳化硅等。 ? 噴砂除銹法 ? 其它除銹法有：機械法如噴砂、切削、刷涂或打磨；火焰烘烤法；滾筒法等。通常采用陰極與陽極的聯(lián)合電解除銹法，通過電解時間的分別控制來減輕各自的不良影響。 表 24 常用金屬酸洗規(guī)范 組分 鋼鐵 銅及銅合金 鋅及鋅合金 鋁及鋁合金 鹽酸 ,HCl() 150～ 400 硫酸 ,H2SO4() 100 350 硫酸亞鐵 ,FeSO4 100 硝酸 HNO3() 10～ 20 鉻酐 ,CrO3 65 溫度 T,℃ 室溫 40～ 50 室溫 60～ 70 時間 t， min 1～ 5 1 ～ 2 ? 電解法除銹 ? 在酸洗液中通入電流，通過電解氣泡作用加速除銹過程。 ?（ 1）浸蝕劑種類及特點 主要是無機酸，見表 23。 ? 化學除銹采用侵蝕劑進行，為強化侵蝕過程，還可通以電流加強刻蝕作用，則稱為電解除銹。使用熒光分光光度計還可作定量分析。也可在光亮鎳鍍液中以 Dk=1A/dm2條件電鍍 30s后觀察，除油不良處光澤不好，并可浮現(xiàn)拋光殘渣或指紋類缺陷。在水中加入可溶顏料更有助于判別。可用接觸角測量儀測量表面上水滴接觸角，接觸角越小則凈化程度越高。 表 21 常用金屬堿洗工藝規(guī)范 組分 g/L 鋼鐵 銅材 鋁材 鋅材 錫材 氫氧化鈉， NaOH 20 10～ 15 碳酸鈉， Na2CO3 30～ 40 10～ 20 15～ 20 15～ 30 磷酸鈉， Na2PO4?12H2O 40～ 60 10～ 20 15～ 30 硅酸鈉， Na2SiO3 20～ 30 10～ 20 10～ 20 20～ 30 碳酸氫鈉， NaHCO3 5～ 10 焦磷酸鈉， Na4P2O7?10H2O 10～ 15 表面活性劑 1～ 2 2～ 3 1～ 2 1～ 3 pH 10 10 t ℃ 70～ 90 70～ 80 50～ 70 60～ 80