8月29日，全球發(fā)行期刊“International Journal of Extreme Manufacturing”（極限制造）在線發(fā)表了由天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院先進(jìn)材料與高性能制造團(tuán)隊(duì)的最新成果——氮化鋁、氮化硅陶瓷半導(dǎo)體設(shè)備耗材高精度加工基礎(chǔ)與應(yīng)用研究方面取得新突破，該團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)出主軸微納調(diào)控超精密制造系統(tǒng)，為硬脆材料高精度低損傷加工提供了重要的技術(shù)支撐。

論文通訊作者，研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人隋天一副教授/博導(dǎo)介紹，由于其材料特性，硬脆材料在精密加工過程中極易引入表面/亞表面損傷，進(jìn)而影響精密部件使役性能及壽命。以氮化硅、氮化鋁陶瓷為代表的硬脆材料高超精密部件廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)中晶圓的氧化、刻蝕、離子注入等各種工藝制程中，是制造門檻極高的一類重要器件，成為限制我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，其復(fù)雜結(jié)構(gòu)陶瓷構(gòu)件超精密制造涉及的大量科學(xué)問題和關(guān)鍵制造技術(shù)亟待解決和突破。

主軸調(diào)制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化。（a）2自由度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì)原理。（b）2自由度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（c）2自由度旋轉(zhuǎn)平臺(tái)優(yōu)化與分析。

本次科研團(tuán)隊(duì)提出了一種提高表面光潔度的主軸精度調(diào)整方法。以銑削過程為例，利用多體運(yùn)動(dòng)學(xué)理論識(shí)別加工過程中的敏感誤差。設(shè)計(jì)、優(yōu)化與制作了二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)（編者注：這是一種可以在兩個(gè)獨(dú)立軸上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械平臺(tái)，通常用于精密定位和控制應(yīng)用，比如這種平臺(tái)能夠在兩個(gè)不同的方向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或傾斜，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的角度調(diào)整）。基于彈性梁理論建立平臺(tái)靜力學(xué)模型，并通過有限元分析對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證（編者注：可以幫助分析平臺(tái)在外力作用下的變形和應(yīng)力分布）。采用響應(yīng)面法結(jié)合Pareto前沿優(yōu)化對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，主軸轉(zhuǎn)速、電壓幅值、振動(dòng)頻率、切削深度、進(jìn)給速度對(duì)平臺(tái)調(diào)制性能的影響。靜態(tài)調(diào)制實(shí)驗(yàn)表明，主軸與導(dǎo)軌之間的垂直度誤差可由92.5μrad降至0.25μrad。最后銑削試驗(yàn)表明，主軸調(diào)校后表面質(zhì)量可提高37.6%。

研究方法以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摲治鰹榛A(chǔ)，結(jié)合了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和優(yōu)化策略，最終通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值驗(yàn)證確保結(jié)果的可靠性。這種系統(tǒng)的研究方法具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用前景。

編譯整理 YUXI