基于磨粒螺旋排布电镀线锯的SiC单晶精密锯切的基础研究

SiC single crystal has wide application field, which is an important material for production of high-temperature, high-frequency, anti-radiation, high-power electronic devices, especially in extreme conditions and harsh environments, the characteristics of SiC devices are far better than the Si devices and GaAs devices..The proposal is planned for the present problems of the poor quality of sliced surface and low wire saw life in slicing SiC single crystal, to propose the basic research on precision slicing SiC single crystal using a new type of grits-spiral-distribution electroplated wire saw. This proposal focuses on study the "micro-channel trap" effect and influencing factors in the slicing process, analysis of the wire saw design theory, preparation techniques, sawing performance and failure mechanism; to study the material removal mechanism and wafer damage mechanism in wire saw slicing SiC single crystal to achieve the precision slicing; to built the relationship between slicing quality and process parameters, and supply the optimized slicing process parameters to meet the machining efficiency requirements and improve machining quality, which will provide a theoretical basis for the realization of SiC single crystal high-quality precision slicing, give a powerful push forward the development and progress of SiC Single Crystal slicing technique, and provide an important academic value for development of high hardness crystal slice machining theory. So, there are great theoretical significance, broad application prospect and actual economic value of the research of this proposal.

SiC单晶具有广泛的应用领域，是制作高温、高频、抗辐照、大功率电子器件的重要材料，特别是在极端条件和恶劣环境下，SiC器件特性远远超过了Si器件和GaAs器件。.本项目拟针对目前SiC单晶锯切存在表面质量差和锯丝寿命低的问题，提出研究表面金刚石磨粒螺旋排布的新型电镀锯丝切割SiC单晶的基础理论，研究与实现SiC单晶线锯精密锯切相关的切割过程"微通道陷阱"效应及影响因素，锯丝设计理论、制备技术、锯切性能及失效机理，研究SiC单晶线锯锯切材料去除机理与切片损伤机理，建立切片质量与工艺参数的联系，提出满足效率要求而提高切片质量的优化锯切工艺参数，为实现SiC单晶高质量精密切片提供理论依据，对丰富和发展高硬度晶体切片理论具有重要的学术价值，将有力推进我国SiC单晶切片技术的发展和进步，因此具有重大的理论意义、广阔的应用前景和实际经济价值。

SiC单晶具有广泛的应用领域，是制作高温、高频、抗辐照、大功率电子器件的重要材料，特别是在极端条件和恶劣环境下，SiC器件特性远远超过了Si器件和GaAs器件。针对目前SiC单晶固结磨料线锯锯切加工存在切片表面质量差和锯丝寿命低等问题，项目进行了表面金刚石磨粒螺旋排布的新型电镀锯丝制作工艺及切割SiC单晶的基础理论研究。. 本项目进行了悬砂法制作电镀金刚石锯丝的电镀工艺与工艺参数的探索研究，获得了合理的电镀工艺与工艺参数组合，揭示了电镀锯丝的电镀缺陷与原因，完善了电镀金刚石锯丝质量和性能评价，研制了表面磨粒螺旋排布电镀金刚石线锯丝，获得了其制造工艺，开展了锯丝切割性能测试试验，评价了锯丝的锯切效果，揭示了锯丝失效机理，设计了长锯丝连续生产的实验装置方案。. 建立了线锯锯切过程的材料去除率数学模型，分析了锯切过程磨粒的平均切削深度，建立了线锯锯切加工SiC晶体材料脆塑转变临界条件的工艺参数关系，进行了材料去除机理的理论与实验研究。. 进行了锯切过程有限元数值仿真分析，分析了锯切应力场及温度场分布规律，研究了球状孔洞缺陷对切片与晶体最大主应力与应力集中的影响，建立了亚表面微裂纹损伤深度分析有限元数值计算模型，并采用截面显微法对分析模型进行了实验验证。. 开展了锯切实验与锯切工艺研究，理论分析了相关工艺参数对锯丝振动的影响规律，分析了相关工艺参数对锯丝振动的影响规律，研究了锯丝速度、进给速度和切削液等工艺参数对切片表面质量和面型质量的影响规律，获得了获得较高质量切片的工艺参数组合。