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化学机械抛光中抛光垫的退化行为研究

润滑与密封 2024年

作者：陈宗昱陈国美倪自丰章平陈国华江南大学机械工程学院江苏省微纳增减材制造工程研究中心无锡商业职业技术学院机电技术学院无锡格锐德半导体科技有限公司

为了提高化学机械抛光(CMP)后晶片之间和晶片内部的均匀性，研究了IC-1000聚氨酯垫的退化行为。进行了抛光实验，了解了材料去除率(MRR)和晶片平均粗糙度(Ra)的变化趋势。利用白光干涉仪和扫描电子显微镜观察抛光垫表面的微观结构。图... 详细信息

为了提高化学机械抛光(CMP)后晶片之间和晶片内部的均匀性，研究了IC-1000聚氨酯垫的退化行为。进行了抛光实验，了解了材料去除率(MRR)和晶片平均粗糙度(Ra)的变化趋势。利用白光干涉仪和扫描电子显微镜观察抛光垫表面的微观结构。图像处理后可以得到抛光垫表面高度的正态分布曲线、表面粗糙度和孔隙率。摩擦磨损试验机用于模拟晶片和抛光垫之间的摩擦行为。结果表明，在连续的CMP过程中(无修整)，抛光20 min后，晶片表面的MRR达到最大值为873.43±65.53 nm/min，Ra达到最小值为 1.13±0.08 nm。衬垫表面微观组织的动态变化大致经历了快速变化期、相对稳定期、性能逐步退化阶段。分析了抛光垫摩擦磨损行为对晶圆加工的影响机理。并对材料去除模型中抛光垫微凸峰变形进行分析，得出微凸峰处于弹塑性变形区间，理论计算与实际情况具有高度一致性。

关键词：化学机械抛光抛光垫摩擦磨损性能退化

表面修饰三氧化钨填充聚四氟乙烯复合材料的制备及其性能研究

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中国塑料 2024年第4期38卷 6-12页

作者：林煦航钱善华张炜卞达倪自丰江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

为提升聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨性能,开展γ⁃缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)表面修饰和未经表面修饰的纳米三氧化钨(nano⁃WO_(3))填充的PTFE复合材料性能研究。通过冷压烧结法制备PTFE/nano⁃WO_(3)复合材料,采用材料试... 详细信息

为提升聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨性能,开展γ⁃缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)表面修饰和未经表面修饰的纳米三氧化钨(nano⁃WO_(3))填充的PTFE复合材料性能研究。通过冷压烧结法制备PTFE/nano⁃WO_(3)复合材料,采用材料试验机和磨损试验机分别研究复合材料的力学及摩擦学性能,探讨nano⁃WO_(3)的含量和表面修饰对复合材料性能的影响。结果表明,KH560接枝到nano⁃WO_(3)的表面,提高nano⁃MWO_(3)与PTFE基体的相容性;与PTFE/nano⁃WO_(3)相比,nano⁃MWO_(3)能够改善PTFE的力学性能;其中PTFE/5%nano⁃MWO_(3)的性能较好,与PTFE相比,拉伸强度降低了17.7%,但断裂伸长率提升了43.5%,弯曲强度提升了16.1%;与PTFE/nano⁃WO_(3)和PTFE相比,nano⁃MWO_(3)能够改善PTFE的耐磨性能;其中PTFE/5%nano⁃MWO_(3)的性能较好,与PTFE相比,对应的摩擦因数和磨损率分别降低了14.2%和73.4%,其研究结果将为PTFE工程应用和新材料研发提供较好的技术参考。

关键词：纳米三氧化钨聚四氟乙烯表面修饰耐磨性能拉伸性能

四工作辊轧机轧制304不锈钢板件截面塑性变形分析

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塑性工程学报 2024年第3期31卷 127-133页

作者：杜春宽陈国美倪晓倪自丰卞达无锡商业职业技术学院智能装备与汽车工程学院江苏无锡214153 江苏省新能源汽车核心部件工程研究中心江苏无锡214153 无锡市新湖冷拔校直机厂江苏无锡214111 江南大学机械工程学院江苏无锡214122

针对四工作辊轧机轧制304不锈钢板件存在变形量大、尺寸不稳定的问题,利用Solidworks软件建立四工作辊轧制系统有限元模型,采用Deform软件对304不锈钢板件在不同轧辊直径、轧辊转速和轧辊压下量下进行轧制仿真,分析其对轧件截面高度和... 详细信息

针对四工作辊轧机轧制304不锈钢板件存在变形量大、尺寸不稳定的问题,利用Solidworks软件建立四工作辊轧制系统有限元模型,采用Deform软件对304不锈钢板件在不同轧辊直径、轧辊转速和轧辊压下量下进行轧制仿真,分析其对轧件截面高度和等效应力分布的影响,根据轧制仿真分析结果设计制造了四工作辊轧机,并对不同压下量下仿真和生产的轧件截面高度进行对比分析。结果表明,轧件截面塑性变形可分为相互作用Ⅰ区、过渡Ⅱ区和变形Ⅲ区,等效应力、等效应变和截面高度在Ⅰ区最大,在Ⅲ区最小且变化平稳,Ⅱ区值位于两者之间并呈U型分布。

关键词：四工作辊轧机冷轧塑性变形轧辊转速压下量

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氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响

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润滑与密封 2024年第5期49卷 152-158页

作者：季明捷陈国美倪自丰张鑫郑世坤江南大学机械工程学院江苏无锡214122 无锡商业职业技术学院机电技术学院江苏无锡214153 江苏省微纳增减材制造工程研究中心江苏无锡214122

为了探究氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响及其作用机制,采用过氧化氢作为氧化剂,研究不同氧化剂质量分数下304不锈钢材料去除率及表面粗糙度值的变化规律,并基于接触角和电化学试验分析过氧化氢在抛光过程中的作用机制。结果表... 详细信息

为了探究氧化剂含量对304不锈钢化学机械抛光的影响及其作用机制,采用过氧化氢作为氧化剂,研究不同氧化剂质量分数下304不锈钢材料去除率及表面粗糙度值的变化规律,并基于接触角和电化学试验分析过氧化氢在抛光过程中的作用机制。结果表明:化学机械抛光过程中过氧化氢含量的增加有利于304不锈钢表面氧化膜的生成,从而有效提高304不锈钢的材料去除率及表面质量;但是过高的过氧化氢含量会导致304不锈钢表面氧化膜致密,使得化学作用与机械作用失衡从而造成304不锈钢表面质量下降;当过氧化氢质量分数为0.04%时,抛光后304不锈钢表面粗糙度值最低,仅有2.5 nm,材料去除率达到324.21 nm/min。

关键词： 304不锈钢化学机械抛光氧化剂电化学

环保型缓蚀剂壳寡糖对304不锈钢化学机械抛光的影响

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润滑与密封 2024年第3期49卷 97-104页

作者：张鑫陈国美倪自丰季明捷郑世坤卞达钱善华江南大学机械工程学院江苏无锡214122 无锡商业职业技术学院机电技术学院江苏无锡214153 江苏省微纳增减材制造工程研究中心江苏无锡214122

为研究环保型缓蚀剂壳寡糖对304不锈钢化学机械抛光过程和抛光效果的影响,探讨其在抛光过程中与金属表面的作用方式及吸附机制,采用化学机械抛光试验、接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线色散能谱仪(EDS)分析等方法,研究壳寡糖有... 详细信息

为研究环保型缓蚀剂壳寡糖对304不锈钢化学机械抛光过程和抛光效果的影响,探讨其在抛光过程中与金属表面的作用方式及吸附机制,采用化学机械抛光试验、接触角测量、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线色散能谱仪(EDS)分析等方法,研究壳寡糖有机分子对304不锈钢化学机械抛光的影响,采用量子化学计算研究壳寡糖分子的全局反应参数,分析计算反应活性位点,采用分子动力学模拟有机分子在金属表面的吸附并分析活性原子的径向分布。结果表明:CMP抛光过程中添加壳寡糖能够通过吸附作用在304不锈钢表面形成一层疏水性的薄膜,抑制氧化剂对不锈钢表面的刻蚀,提高抛光后的表面质量;在壳寡糖质量浓度为400 mg/L时得到表面粗糙度为1.65 nm的最佳表面质量。量子化学研究表明,壳寡糖的活性反应位点主要为O原子,能够在金属表面形成多中心吸附。分子动力学模拟表明,壳寡糖有机分子能够平行吸附在金属表面,有机分子中的O原子能够与铁原子形成配位键,在吸附中占据主导地位。

关键词：壳寡糖化学机械抛光吸附机制量子化学研究分子动力学模拟

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模拟口腔环境下脂肪对沙拉酱顺滑感的影响

中国食品学报 2022年第12期22卷 165-173页

作者：王亮钱善华丁宗如倪自丰卞达江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

脂肪对维持沙拉酱良好的品质发挥关键的作用,其含量变化影响沙拉酱的质构特性。摩擦测试是用于评价食品部分质构属性的常用方法。为弄清脂肪含量对沙拉酱顺滑感的影响,对不同脂肪含量的市售沙拉酱进行粒径和质构剖面分析(TPA),在聚二甲... 详细信息

脂肪对维持沙拉酱良好的品质发挥关键的作用,其含量变化影响沙拉酱的质构特性。摩擦测试是用于评价食品部分质构属性的常用方法。为弄清脂肪含量对沙拉酱顺滑感的影响,对不同脂肪含量的市售沙拉酱进行粒径和质构剖面分析(TPA),在聚二甲基硅氧烷(PDMS)及模拟唾液所构建的模拟口腔环境摩擦副上研究其摩擦性能。结果表明,沙拉酱的粒径随脂肪含量的降低而增大,与其摩擦性能显著相关(P<0.05),与TPA参数和摩擦性能无显著的关联性。在唾液作用下,高脂沙拉酱平均摩擦系数显著低于低脂沙拉酱,且随脂肪含量的增加,沙拉酱的摩擦系数总体上呈线性降低;选择合适的工况参数更有利于表征沙拉酱顺滑感的差异。研究结果将为低脂沙拉酱及同类健康食品的研发提供参考。

关键词：沙拉酱脂肪含量食品质构颗粒尺寸摩擦系数

面向水润滑条件磷酸盐黏结复合涂层的摩擦学性能研究

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表面技术 2023年第11期52卷 216-224,247页

作者：卞达钱善华何颖诗刘阳倪自丰江南大学机械工程学院江苏无锡214000 江南大学纺织科学与工程学院江苏无锡214000

目的实现海洋产业设备的不断优化,提高复合涂层在水环境下的摩擦学性能,扩大复合涂层在水环境中的应用。方法通过添加不同含量的PS(聚苯乙烯微球)制备多孔磷酸盐黏结复合涂层,再将PAAM-alginate(聚丙烯酰胺-海藻酸盐)水凝胶真空压入多... 详细信息

目的实现海洋产业设备的不断优化,提高复合涂层在水环境下的摩擦学性能,扩大复合涂层在水环境中的应用。方法通过添加不同含量的PS(聚苯乙烯微球)制备多孔磷酸盐黏结复合涂层,再将PAAM-alginate(聚丙烯酰胺-海藻酸盐)水凝胶真空压入多孔涂层中,并利用UV(紫外线)引发聚合,从而制备PAAM-alginate/磷酸盐黏结复合涂层。此外,利用多功能摩擦试验机、白光干涉仪、SEM和EDS等试验方法,对复合涂层在水环境中的摩擦学特性和微观结构进行研究。结果PAAM-alginate水凝胶的压入,降低了复合涂层的表面粗糙度,平均为0.8μm。由于水凝胶较强的吸水和溶胀能力,改善了复合涂层的亲水性。PAAM-alginate水凝胶的水化润滑能力有效提高了复合涂层在水环境中的摩擦学性能。其中,具有4%PS的复合涂层显示出最佳摩擦学性能,平均摩擦系数由0.494降到了0.332,磨损率为1.18 mm^(3)/(N·m),仅为0%PS的复合涂层磨损率的1/4。水环境下,4种不同PS含量的复合涂层的磨损形式都为疲劳磨损。结论适量地压入PAAM-alginate水凝胶可以降低复合涂层的表面粗糙度,提高复合涂层亲水性,并提升复合涂层在水环境下的耐磨损性能。

关键词：复合涂层水凝胶聚丙烯酰胺-海藻酸盐水化润滑摩擦学性能

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基于响应面法的单晶硅CMP抛光工艺参数优化

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金刚石与磨料磨具工程 2022年第6期42卷 745-752页

作者：卞达宋恩敏倪自丰钱善华赵永武江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省先进食品制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

为提高单晶硅化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)的表面质量和抛光速度,通过响应面法优化CMP抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量3个工艺参数,结果表明抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量对材料去除率和抛光后表面粗糙度的... 详细信息

为提高单晶硅化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)的表面质量和抛光速度,通过响应面法优化CMP抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量3个工艺参数,结果表明抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响依次减小。通过数学模型和试验验证获得最优的工艺参数为:抛光压力,48.3 kPa;抛光盘转速,70 r/min;抛光液流量,65 mL/min。在此工艺下,单晶硅CMP的材料去除率为1058.2 nm/min,表面粗糙度为0.771 nm,其抛光速度和表面质量得到显著提高。

关键词：化学机械抛光硅响应面法材料去除率表面粗糙度

成型气氛对超高分子量聚乙烯生物摩擦学性能的影响

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中国矿业大学学报 2012年第6期41卷 984-987,992页

作者：倪自丰葛世荣钱善华江南大学机械工程学院江苏无锡214122 中国矿业大学摩擦学国家重点实验室生物摩擦学中心江苏徐州221116

研究了热压成型气氛对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)力学和生物摩擦学性能的影响.分别在常规气氛和10-3 Pa的低真空环境下通过热压成型工艺制备UHMWPE试样,对其断口形貌、密度、球压痕硬度、冲压剪切强度、抗划痕性能和生物摩擦学性能进行... 详细信息

研究了热压成型气氛对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)力学和生物摩擦学性能的影响.分别在常规气氛和10-3 Pa的低真空环境下通过热压成型工艺制备UHMWPE试样,对其断口形貌、密度、球压痕硬度、冲压剪切强度、抗划痕性能和生物摩擦学性能进行测试分析.结果表明,常规气氛模压成型UHMWPE会在试样内部残留有气孔缺陷;低真空环境下模压成型UHM-WPE能有效地消除试样内的气孔缺陷,并增加其密度、硬度、冲压剪切强度和抗划痕性能.小牛血清润滑下的往复式摩擦磨损结果显示,低真空环境模压成型UHMWPE试样的耐磨性能比常规气氛模压成型的耐磨性能提高18.9%.

关键词：超高分子量聚乙烯(UHMWPE) 成型气氛生物摩擦学