摘要
近年来，碳化硅作为第三代半导体材料，因其密度适中、耐热冲击性好、抗辐射能力强等一系列优良的物理性质以及良好的化学稳定性而得到了快速的发展以及广泛的应用。碳化硅属于硬脆材料，普通的车削、铣削等加工方式不仅容易造成刀具的磨损，还会给工件表面带来严重的损伤，而微磨削加工方式不仅可以满足碳化硅作为光学元器件所应具备的表面光滑、形状精度高且表面完整性较好等应用条件，而且相对于抛光，微磨削加工还可以大大提升加工效率。 本课题制定了碳化硅微磨削工艺及微观损伤研究的总体方案。通过对单晶碳化硅材料的微磨削加工，研究磨削加工参数对碳化硅表面粗糙度及面型的影响、磨削振纹的产生及抑制以及亚表面微观损伤。 首先进行碳化硅微磨削粗糙度实验。采用全面实验法，对砂轮转速、进给速度和磨削深度三个因素的较优水平作初步的探究。在全面实验获得的较优水平参数基础上进行两次正交实验，寻找本实验参数范围内最佳水平参数组合。其次使用正交实验法对碳化硅微磨削加工非球面面型偏差进行研究。实验获得了各磨削参数对该偏差的影响规律，并通过补偿加工实验对非球面面型偏差进行了优化。研究表明:使用粒度1200#的砂轮，全面实验所得最低粗糙度Sa为15.101nm，两次正交实验后所得最低粗糙度Sa为2.533nm。非球面正交实验所得最低面型偏差Pt值为7.485μm，在此基础上，经过两次补偿加工实验，面型偏差Pt值降至3.088μm。 然后，对微磨削加工中碳化硅表面出现的振纹现象进行了实验研究。分析振纹产生的原因，并制定相应的振纹抑制措施。实验结果表明:在一定的实验参数范围内，砂轮与工件的转速比越大，振纹则越不明显;使用金刚石笔对砂轮进行修整，抑制振纹的效果要优于绿碳化硅油石修整的效果;对夹具以及碳化硅工件动平衡进行调整，调整后的动平衡PV值越低，振纹则越不明显。 最后开展对碳化硅亚表面损伤的研究。使用截面显微法对不同磨削参数下亚表面最大裂纹深度进行研究。实验结果表明:在一定的参数范围内，砂轮转速的增加、进给速度的降低以及磨削深度的减小，均有利于减小碳化硅微磨削亚表面损伤。通过正交实验，确定了本实验参数范围内关于最大裂纹深度的最优水平参数组合，该水平参数组合下最大裂纹深度为9.636μm。
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