采用不锈钢基体外 面镀铜，其与脉冲电源箱14的负极相连作为阴极电极。
[0035] 具体按照以下步骤实施：
[0036] 步骤1、使机床工作台运动至SiC单晶棒24与线锯10之间的距离为100微米-150 微米的位置处；
[0037] 步骤2、在电解液箱17中装入碱性电解液，碱性电解液的pH值为7-9。使碱性电解 液经过导管11由喷嘴喷到线锯10和SiC单晶棒所处切割处的上方；使旋转轴带动SiC单 晶棒24进行旋转，并打开脉冲电源箱14,在脉冲电流电场的作用下，SiC单晶棒24和线锯 10之间的碱性电解液发生电解生成氧气并形成氧气膜；脉冲电源箱14的电压为0-700V、电 压脉冲宽度为6 μ s-18 μ s、峰值电流为0-500A、电流脉冲宽为1000 μ s-3000 μ s ;
[0038] 步骤3、调节脉冲电源箱14使步骤2中形成的氧气膜两端的电场强度至峰值电流 300-500Α、电流脉冲宽1000 μ s-3000 μ s，SiC单晶棒24表层在脉冲电场的作用下产生氧等 离子体，氧等离子体与SiC单晶棒24表层发生化学反应，一方面生成CO逸出，另一方面生 成Si0 2, SiO2沉积在SiC单晶棒24的表层后被喷嘴喷出的碱性电解液去除掉，即达到切割 SiC单晶棒24成为SiC单晶片的目的。
[0039] 本发明切割方法的工作原理如下（参见图3及图4) :SiC单晶微弧放电体加工方 法中，线锯作为阴极，SiC单晶棒作为阳极，当运动的SiC单晶棒靠近线锯至一定间距（100 微米到150微米之间，便于电极之间电解液通过）时，在外加的微秒级脉冲电流电场作用 下，极间的碱性电解液25发生电解生成氧气，其方程式为
[0046] 其中，E为电场强度，V为电源电压，s为极间间距，调制氧气膜两端的电 场强度至气体放电双峰曲线辉弧过渡区的左侧（峰值电流300-500A、电流脉冲宽 1000 μ S-3000 μ s)，使氧气离化的伏安特性向dV/dl - O逼近，调控阴阳极间距s和外电场 电流输入模式（电流峰值Ip，电流脉冲宽度，脉冲间隔t#)，SiC单晶棒表层微区在外 加脉冲电场作用下，产生热积累
[0048] 其中，Q为热量，R1为第i个微区电阻值，根据电热转换途径，当热累积接近SiC单 晶的升华温度时，发生热电子发射，使微区的SiC处于高活性状态。同时构建出等离子体强 度远大于正常辉光放电而不进入弧光放电区的等离子体微区，该微区所产生的最大电场强 度使得所产生的氧气发生最大电离，形成不稳定的激发状态，产生氧等离子体的强度达到 最优值。氧等离子21容易与微区SiC单晶表面层处于高活性状态的Si产生化学反应生成 Si0222,与C反应生成CO逸出，而Si0222沉积在SiC单晶的表面层。
[0049] 由于SiO^电阻率（10 14 Ω · cm)大于SiC单晶的电阻率（IO6 Ω · cm)，微区放电 过程会自发寻找新的易导电的微区，重复微区热积累，形成热电子发射，进而将氧气离化为 氧等离子体，使该过程持续进行。
[0050] 实验中SiC单晶棒24的一端使用工业胶与旋转轴固定，另一端通过导电胶（导电 粘合剂）23与脉冲电源的正极连接使其成为阳极；线锯10采用不锈钢基体外面镀铜，直径 为0. 12_，与脉冲电源的负极相连作为阴极电极；电解液箱17的碱性电解液25经过液压 栗20、流量计12经喷嘴喷入加工区。
[0051] 实施例1 :
[0052] 步骤1、使机床工作台运动至SiC单晶棒24与线锯10之间的距离为100微米的位 置处；
[0053] 步骤2、在电解液箱17中装入碱性电解液，碱性电解液的pH值为7。使碱性电解液 经过导管11由喷嘴喷到线锯10和SiC单晶棒24所处切割处的上方；使旋转轴带动SiC单 晶棒24进行旋转，并打开脉冲电源箱14,在脉冲电流电场的作用下，SiC单晶棒24和线锯 10之间的碱性电解液发生电解生成氧气并形成氧气膜；脉冲电源箱14的电压为0-700V、电 压脉冲宽度为6 μ s-18 μ s、峰值电流为0-500A、电流脉冲宽为1000 μ s-3000 μ s ;
[0054] 步骤3、调节脉冲电源箱14使步骤2中形成的氧气膜两端的电场强度至峰值电流 300Α、电流脉冲宽1000 μ s，SiC单晶棒24表层在脉冲电场的作用下产生氧等离子体，氧等 离子体与SiC单晶棒24表层发生化学反应，一方面生成CO逸出，另一方面生成Si0 2, SiO2 沉积在SiC单晶棒24的表层后被喷嘴喷出的碱性电解液去除掉，即达到切割SiC单晶棒24 成为SiC单晶片的目的。
[0055] 实施例2 :
[0056] 步骤1、使机床工作台运动至SiC单晶棒24与线锯10之间的距离为125微米的位 置处；
[0057] 步骤2、在电解液箱17中装入碱性电解液，碱性电解液的pH值为8。使碱性电解液 经过导管11由喷嘴喷到线锯10和SiC单晶棒24所处切割处的上方；使旋转轴带动SiC单 晶棒24进行旋转，并打开脉冲电源箱14,在脉冲电流电场的作用下，SiC单晶棒24和线锯 10之间的碱性电解液发生电解生成氧气并形成氧气膜；脉冲电源箱14的电压为0-700V、电 压脉冲宽度为6 μ S-18 μ S、峰值电流为0-500A、电流脉冲宽为1000 μ S-3000 μ S ;
[0058] 步骤3、调节脉冲电源箱14使步骤2中形成的氧气膜两端的电场强度至峰值电流 400Α、电流脉冲宽2000 μ s，SiC单晶棒24表层在脉冲电场的作用下产生氧等离子体，氧等 离子体与SiC单晶棒24表层发生化学反应，一方面生成CO逸出，另一方面生成Si0 2, SiO2 沉积在SiC单晶棒24的表层后被喷嘴喷出的碱性电解液去除掉，即达到切割SiC单晶棒24 成为SiC单晶片的目的。
[0059] 实施例3 :
[0060] 步骤1、使机床工作台运动至SiC单晶棒24与线锯10之间的距离为150微米的位 置处；
[0061 ] 步骤2、在电解液箱17中装入碱性电解液，碱性电解液的pH值为9。使碱性电解液 经过导管11由喷嘴喷到线锯10和SiC单晶棒24所处切割处的上方；使旋转轴带动SiC单 晶棒24进行旋转，并打开脉冲电源箱14,在脉冲电流电场的作用下，SiC单晶棒24和线锯 10之间的碱性电解液发生电解生成氧气并形成氧气膜；脉冲电源箱14的电压为0-700V、电 压脉冲宽度为6 μ s-18 μ s、峰值电流为0-500A、电流脉冲宽为1000 μ s-3000 μ s ;
[0062] 步骤3、调节脉冲电源箱14使步骤2中形成的氧气膜两端的电场强度至峰值电流 500Α、电流脉冲宽3000 μ s，SiC单晶棒24表层在脉冲电场的作用下产生氧等离子体，氧等 离子体与SiC单晶棒24表层发生化学反应，一方面生成CO逸出，另一方面生成Si02, SiO2 沉积在SiC单晶棒24的表层后被喷嘴喷出的碱性电解液去除掉，即达到切割SiC单晶棒24 成为SiC单晶片的目的。
【主权项】
LSiC单晶片的微弧放电微细切割装置，其特征在于，包括床身（1)、导管（11)和脉冲 电源箱（14)，床身（1)上安装有线锯系统和机床工作台，机床工作台上安装有SiC单晶棒， 所述导管（11)的一端通过液压栗（20)与电解液箱（17)连接，导管（11)的另一端位于SiC 单晶棒（24)与线锯系统切割处的上方；所述脉冲电源箱（14)的正极与SiC单晶棒（24)的 一端相连，脉冲电源箱（14)的负极与线锯系统中的线锯（10)相连。
2. 根据权利要求1所述的一种SiC单晶片的微弧放电微细切割装置，其特征在于，所述 导管（11)的另一端安装有喷头，导管上安装有流量计（12)。
3. 根据权利要求1所述的一种SiC单晶片的微弧放电微细切割装置，其特征在于，所述 床身⑴上表面设置有导流槽，导流槽与排水管（16)的一端相连，排水管（16)的另一端通 向所述电解液箱（17);电解液箱（17)内部设置有过滤网（18)。 4. SiC单晶片的微弧放电微细切割方法，其特征在于，所采用的切割装置结构如下：包 括床身（1)、导管（11)和脉冲电源箱（14)，床身（1)上安装有线锯系统和机床工作台，机床 工作台上安装有SiC单晶棒，所述导管（11)的一端通过液压栗（20)与电解液箱（17)连接， 导管（11)的另一端位于SiC单晶棒（24)与线锯系统切割处的上方；所述脉冲电源箱（14) 的正极与SiC单晶棒（24)的一端相连，脉冲电源箱（14)的负极与线锯系统中的线锯（10) 相连；所述导管（11)的另一端安装有喷头，导管上安装有流量计（12);所述床身（1)上表 面设置有导流槽，导流槽与排水管（16)的一端相连，排水管（16)的另一端通向所述电解液 箱（17);电解液箱（17)内部设置有过滤网（18); 具体按照以下步骤实施： 步骤1、使机床工作台运动至SiC单晶棒（24)与线锯（10)之间的距离为100微米-150 微米的位置处； 步骤2、在电解液箱（17)中装入碱性电解液，使碱性电解液经过导管（11)由喷嘴喷到 线锯（10)和SiC单晶棒（24)所处切割处的上方；使旋转轴带动SiC单晶棒（24)进行旋 转，并打开脉冲电源箱（14)，在脉冲电流电场的作用下，SiC单晶棒（24)和线锯（10)之间 的碱性电解液发生电解生成氧气并形成氧气膜； 步骤3、调节脉冲电源箱（14)使步骤2中形成的氧气膜两端的电场强度至峰值电流 300-500A、电流脉冲宽1000 y s-3000 y s，SiC单晶棒表层在脉冲电场的作用下完成切割。
5. 根据权利要求4所述的SiC单晶片的微弧放电微细切割方法，其特征在于，步骤2中 所述的碱性电解液的pH值为7-9。
6. 根据权利要求4所述的SiC单晶片的微弧放电微细切割方法，其特征在于，步骤2中 所述的脉冲电源箱14的电压为0-700V、电压脉冲宽度为6 y s-18 y s、峰值电流为0-500A、 电流脉冲宽为1000 U s-3000 y s。
【专利摘要】本发明公开了SiC单晶片的微弧放电微细切割装置，包括床身、导管和脉冲电源箱，床身上安装有线锯系统和机床工作台，机床工作台上安装有SiC单晶棒，导管的一端通过液压泵与电解液箱连接，导管的另一端位于SiC单晶棒与线锯系统切割处的上方；脉冲电源箱的正极与SiC单晶棒的一端相连，脉冲电源箱的负极与线锯系统中的线锯相连。本发明还公开了SiC单晶片的微弧放电微细切割方法。本发明通过微弧放电体的放电加工方法缩短了SiC单晶片的切割时间，提高了材料去除率，降低晶片表面粗糙度和TTV，降低了线锯的磨损，节省珍贵硬脆材料。
【IPC分类】B28D5/00
【公开号】CN105034180
【申请号】CN201510378770
【发明人】李淑娟, 麻高领, 梁列, 蒋百灵
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月1日