软脆晶体碲镉汞超精密磨抛的试验研究

论文摘要

碲镉汞（Hg1-xCdxTe, MCT）晶体是Ⅱ—Ⅵ族软脆光电材料的杰出代表,是当代最重要的红外探测器材料；同时具有高吸收系数、高量子效率、覆盖波段范围广和响应速度快等一系列优点,现已成为制作红外光电探测器以及发展新一代红外焦平面器件的最佳材料。MCT探测器,尤其是红外焦平面阵列探测器广泛应用于航天航空红外遥感、国民经济、军事国防等许多领域,成为当代具有重大应用的核心关键器件。由于MCT晶体是典型的软脆材料,同时也是难加工材料,目前国内MCT的超精密加工主要采用传统的加工工艺,加工精度不高,会对MCT晶体表面造成划痕、嵌入等缺陷,难以达到高分辨红外探测器对MCT晶体表面质量的需求,因此研制MCT晶体的新型超精密加工技术显得尤为重要。鉴于MCT晶体在红外探测器领域的垄断地位,以及软脆晶体在超精密加工领域的重要性,本文将软脆晶体MCT的超精密加工技术作为本文的研究目标。本课题采用原位纳米压痕仪对MCT晶体进行了纳米压痕及纳米划痕试验,对晶体表面的弹性模量、硬度、摩擦系数等力学性能进行了测试与分析,并研究其在纳米尺度下的可加工性。试验结果表明,MCT晶体在纳米尺度下表现出良好的软塑特性,与宏观条件下的软脆特性不同,说明其在纳米条件下可进行延性域加工,为开发新型超精密加工方法提供了实验及理论依据。采用新型陶瓷结合剂超细金刚石砂轮对MCT晶体进行了纳米磨削试验。试验结果表明,超细金刚石砂轮表现出良好的磨削性能,MCT晶体在纳米磨削下材料以延性域方式被去除,可以获得无裂纹、无嵌入、无烧伤的超光滑低损伤磨削表面。以ZYP200型研磨抛光机为试验平台,选用纳米级硅溶胶和化学试剂双氧水为主要成分配成抛光液,对MCT品体进行系统的化学机械抛光试验,研究了磨粒粒度、抛光液浓度、抛光压力、抛光盘转速等参数对材料表面质量和材料去除率的影响,并得到了最佳的工艺参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景
• 1.2 CZT晶体的研究现状
• 1.2.1 MCT材料的特性
• 1.2.2 MCT材料的生长制备现状
• 1.2.3 MCT材料的加工现状
• 1.3 课题的研究目的与重要意义
• 1.4 课题的来源及本文的研究内容
• 1.4.1 课题的来源
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 2 MCT晶体的纳米力学性能测试
• 2.1 纳米压痕技术的理论基础
• 2.2 MCT晶体的纳米压痕试验
• 2.2.1 试验条件
• 2.2.2 试验结果及分析
• 2.3 MCT晶体的纳米划痕试验
• 2.3.1 试验条件
• 2.3.2 试验结果及分析
• 2.4 本章小结
• 3 MCT晶体的超精密磨削试验
• 3.1 脆性材料去除机理
• 3.2 试验条件
• 3.3 试验结果
• 3.4 本章小结
• 4 MCT晶体的化学机械抛光试验
• 4.1 化学机械抛光技术
• 4.2 试验条件
• 4.2.1 试验设备
• 4.2.2 试验样品的夹持方案
• 4.2.3 检测仪器
• 4.2.4 试验样品的清洗
• 4.2.5 试验样品的研磨
• 4.2.6 试验样品的粗抛
• 4.3 抛光液中磨料的选择
• 4.4 抛光液中氧化剂的选择
• 4.5 抛光压力和抛光盘转速对化学机械抛光的影响
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢