[发明专利]一种单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法

权利要求书

1.一种单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将集群圆柱形磁铁（2）镶嵌在抗磁抛光盘（1）上，形成集群磁流变抛光盘；将单晶碳化硅晶片（5）通过粘结剂粘结在抗磁工具头(3)上，抗磁工具头(3)安装在电机主轴上；制作化学磁流变液(4)；

2）将化学磁流变液（4）倒入恒温搅拌装置中，并通过循环管（7）加入到集群磁流变抛光盘中，化学磁流变液(4)在集群圆柱形磁铁（2）作用下会形成磁流变微磨头（6），多点的磁流变效应微磨头（6）的集群阵列组合构成柔性抛光膜；

3）调节单晶碳化硅晶片（5）的工作面与抗磁抛光盘（1）之间的间隙，调节抗磁工具头（3）的转速及抗磁抛光盘（1）的转速，调节抗磁工具头(3)相对抗磁抛光盘（1）的摆速，控制化学磁流变液(4)的温度，单晶碳化硅晶片（5）的表面与化学磁流变液(4)中的磨料之间产生剧烈摩擦，单晶碳化硅晶片（5）的表面与化学磁流变液(4)发生化学反应，形成软质层，形成的软质层在磁流变微磨头（6）的柔性抛光膜的作用下能迅速去除，完成单晶碳化硅晶片（5）的粗加工；

4）在上述化学磁流变液(4)中增加平均粒径为100nm—2um的金刚石磨料，调节单晶碳化硅晶片（5）的工作面与抗磁抛光盘（1）之间的间隙，再调节抗磁工具头（3）的转速及抗磁抛光盘（1）的转速，调节抗磁工具头(3)相对抗磁抛光盘（1）的摆速，控制化学磁流变液(4)的温度，在磁流变效应和化学共同作用下，粒径更细的金刚石磨料参与工作，完成单晶碳化硅晶片（5）的工作面的精加工；

5）重新配置化学磁流变液(4)，调节单晶碳化硅晶片（5）的工作面与抗磁抛光盘（1）之间的间隙，再调节抗磁工具头（3）的转速及抗磁抛光盘（1）的转速，调节抗磁工具头(3)相对抗磁抛光盘（1）的摆速，控制化学磁流变液(4)的温度，在磁流变效应下，二氧化硅磨料参与工作,完成单晶碳化硅晶片(5)的原子级加工，获得表面无损伤的超光滑单晶碳化硅晶片表面。

2.根据权利要求1所述的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，其特征在于上述集群圆柱形磁铁（2）的端面磁场强度至少为2000GS；集群圆柱形磁铁（2）的每个磁性体直径为8～30mm，集群圆柱形磁铁（2）中彼此磁铁之间的间距为0～10mm。

3.根据权利要求1所述的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，其特征在于上述步骤2）中，将化学磁流变液（4）倒入恒温搅拌装置中，并以100～800ml/min流量通过循环管（7）加入到集群磁流变抛光盘中，化学磁流变液（4）在集群圆柱形磁铁（2）的作用下会形成磁流变微磨头（6）。

4.根据权利要求1所述的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，其特征在于上述化学磁流变液(4)需要搅拌和循环，循环流量在100～800ml/min，化学磁流变液(4)的抛光工作温度控制在25～65⁰C之间。

5.根据权利要求1所述的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，其特征在于上述步骤1）中，如果抛光单晶碳化硅晶片(5)的硅面时，制作化学磁流变液(4)的方法是：在去离子水中加入浓度为5%～25%的通过SiO₂胶体粒子表面定向沉积法对羰基铁粉(CIP)进行表面包覆而形成的平均粒径为2um～10um的CPI-SiO₂复合粒子，浓度为3%～15%的平均粒径为2um～7um的金刚石磨料，浓度为5%～20%的甘油，浓度为10%—30%的双氧水或者次氯酸钠，并通过加入氢氧化钠或者氢氧化钾调节PH值为10-12；抛光单晶碳化硅晶片(5)的碳面时，制作化学磁流变液(4)的方法是：在去离子水中加入浓度为5%～25%的通过正硅酸乙酯(TEOS)对羰基铁粉(CIP)表面改性得到的平均粒径为2um～10um的改性CIP复合粒子，浓度为3%～15%的平均粒径为2um～7um的金刚石磨料，浓度为5%～20%的甘油，浓度为10%—30%的双氧水或者次氯酸钠，并通过加入稀氢氟酸调节PH值为2-4。

6.根据权利要求1所述的单晶碳化硅晶片的化学集群磁流变复合加工方法，其特征在于上述步骤3）中，粗抛光时，单晶碳化硅晶片（5）与抗磁抛光盘（1）之间的间隙为0.4～1mm，抗磁工具头（3）的转速为1000～3000rpm，抗磁抛光盘（1）的转速为60～180rpm，抗磁工具头(3)相对抛光盘摆速为5～20m/min。