单晶硅微磨削复合化学改性层

降低磨削能垒

该改性层为均匀非晶硅酸盐层，并具有非晶-纳米晶-微孪晶梯度结构，可选择性降低单晶硅磨削能垒，同时保持基体原有力学性能。

任莹晖 · Li, Kexin · 李巍 · 黄向明 · Liu, Xiaoman · 陈根余 · Doi, Toshiro

Chinese Journal of Aeronautics 2023

参数信息

改性层厚度

600 nm

纳米硬度

2.7 ± 0.60 GPa

压痕模量

93.7 ± 22.9 GPa

技术优势

硬度大幅降低

改性后表层纳米硬度从单晶硅的高值降至 (2.7 ± 0.60) GPa，显著降低了机械去除所需的能量壁垒。

抑制热损伤

液体介质中的气泡通过折射和反射激光能量，抑制了 IR 激光扫描区域的热损伤。

结构梯度化

从表面到内部形成非晶层、纳米晶和微孪晶的层状结构，在降低表面硬度的同时保留了基体内部的优异力学性能。

应用场景

• 微细磨削：在微磨削前对局部区域进行化学改性，使材料变软，降低磨削力，提高加工效率和表面质量。
• 微纳制造：为微纳结构的高精度加工提供一种可选择性降低材料硬度的工艺，拓展了硅基微器件的制造能力。
• 硬脆材料加工：针对单晶硅等硬脆材料，通过表面改性层将脆性去除转变为较易的塑性去除，减少加工损伤。