[发明专利]一种纳米切深高速单点划擦试验装置及其试验方法

摘要

本发明公开了一种纳米切深高速单点划擦试验装置及其试验方法，所述装置包括工作台、气浮转台、试件夹具、试件、Z向进给装置、纳米运动平台、力传感器和划擦工具，所述试件的待划擦位置制有长度、高度可控的微凸结构。本发明在划擦速度方面从μm/s提升至m/s，真实地还原了超精密磨削过程中磨粒的加工速度。本发明在高速划擦条件下准确采集不同纳米切深条件下的划擦力信号，划擦力‑划擦深度对应关系明确。本发明在试件表面构造微凸结构，避免了金刚石针尖在整个晶圆表面留下很长划痕，在较短划痕内提供了丰富的试验数据，极大地提高了单位划擦长度内有效信息的含量，有利于后续的划痕分析和残留划痕的特征识别，保证了划擦工具的完整性。

主权项

1.一种纳米切深高速单点划擦试验装置，其特征在于：包括：基座(1)；水平放置的工作台(2)，固定安装在基座(1)顶面；竖直放置的气浮转台(3)，固定安装在工作台(2)上；试件夹具(4)，装接在气浮转台(3)顶部端面，且与气浮转台(3)同轴，通过气浮转台(3)带动试件夹具(4)旋转；所述试件夹具(4)是真空吸盘、磁力吸盘或机械结构夹具；试件(5)，装接在试件夹具(4)上；Z向进给装置(12)，装接在工作台(2)顶面，沿气浮转台(3)回转轴线方向进给；所述Z向进给装置(12)通过螺纹连接的方式装接在工作台(2)顶面，其定位精度优于5μm；纳米运动平台(10)，通过纳米运动平台连接件(11)装接在Z向进给装置(12)上；力传感器(8)，通过力传感器连接件(9)装接在纳米运动平台(10)上；所述力传感器(8)具有测量法向力和切向力功能，法向即Z向，切向即X向；划擦工具(6)，通过划擦工具连接件(7)装接在力传感器(8)上；所述试件(5)为有色金属、黑色金属或硬脆材料，在试件(5)待划擦位置制作长度、高度可控的微凸结构(14)，划擦深度d所对应的微凸结构(14)沿划擦方向的长度L_x满足下式：其中，v为试验所需的划擦速度，m/s；q为有效划擦区域内、试验所需的力信号点数；f为力传感器(8)设定的采样频率，Hz；所述微凸结构(14)沿径向的长度L_y不小于划擦过程中划擦工具(6)沿Y方向的进给步长l_y；所述微凸结构(14)沿Z向的最大高度H大于试验所需的最大切削深度d_max；所述微凸结构(14)的Y截面形状呈圆弧状或折线状，根据划擦试验设定的划擦速度、划擦深度以及划擦长度，选取圆弧半径或直线斜率。