基于芬頓反應(yīng)的單晶SiC化學腐蝕層納米力學特性研究.pdf

1、本文主要利用納米壓痕實驗法與納米劃痕實驗法，對基于芬頓反應(yīng)的化學機械拋光腐蝕液催化劑進行優(yōu)選，檢測單晶SiC芬頓反應(yīng)腐蝕層表面的力學性能與材料表面的微觀形貌，從機理上對化學機械拋光進行理論研究。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括以下幾個方面:
　　使用五種不同價態(tài)的鐵元素化合物作為催化劑，經(jīng)過芬頓反應(yīng)制備腐蝕樣品，利用納米壓痕實驗法，從材料力學角度測定不同深度的硬度、彈性模量，試圖尋找腐蝕效果最佳的鐵化合物催化劑。隨后采用X射線衍射儀

2、(XRD)分析腐蝕后單晶SiC樣品的結(jié)構(gòu)變化，使用掃描電子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDS)檢測腐蝕后的表面微觀形貌以及化學成分。進一步確定不同催化劑產(chǎn)生的腐蝕層產(chǎn)物的一致性，理論分析和測試結(jié)果一致確認腐蝕層為SiO2,硬度為2GPa左右，遠低于單晶SiC的39GPa。尋找出腐蝕效果最佳的單晶SiC芬頓反應(yīng)的催化劑，發(fā)現(xiàn)催化效果排列順序為Fe3O4＞FeO＞FeSO4＞Fe2(SO4)3＞Fe2O3,印證了在芬頓反應(yīng)中Fe2+做主導(dǎo)作用

3、，F(xiàn)e3+做輔助作用，五種催化劑中Fe3O4的腐蝕效果最好效率最高。
　　通過控制芬頓反應(yīng)腐蝕時間的長短，結(jié)合納米壓痕實驗法在軟膜硬基底上的基底效應(yīng)的影響，分析單晶SiC拋光片表面芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕層厚度與時間的對應(yīng)關(guān)系。腐蝕反應(yīng)從1min開始就對單晶SiC表面的力學性能產(chǎn)生了影響，并生成了腐蝕層，SiC表面的腐蝕層的厚度隨著時間的增加在不斷的增加。采用箱形圖，對芬頓反應(yīng)生成的腐蝕層的厚度分析，為后續(xù)協(xié)調(diào)化學機械拋光過程中化學反應(yīng)

4、與機械反應(yīng)的協(xié)同作用奠定基礎(chǔ)。
　　采用納米劃痕實驗方法進行測量腐蝕層與基底間的臨界附著力的研究，選取原始單晶SiC拋光片作對比。分別設(shè)計了不同腐蝕時間對臨界附著力影響的實驗，以及不同劃痕速度對臨界附著力影響的實驗。分析發(fā)現(xiàn)腐蝕層的厚度對于腐蝕層與基底間的附著力沒有影響。不同厚度的腐蝕層，剝離其所需要的載荷即臨界載荷在劃痕速度確定的情況下是固定不變的。當劃痕的速度發(fā)生變化時，臨界載荷的數(shù)值也將相應(yīng)發(fā)生改變，劃痕的速度越小，所需要的