cvd技术解析

cvd技术解析（精选6篇）

篇1：cvd技术解析

1.2.1、CVD技术的优点

与其他沉积方法相比, CVD技术除了具有设备简单、操作维护方便、灵活性强的优点外,还具有以下优势:

(1)在中温和高温下,通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体;

(2)可以在大气压(常压)或者低于大气压下进行沉积,一般说低压效果更好些;

(3)采用等离子和激光辅助技术可以显著促进化学反应,使沉积可在较低的温度下进行;

(4)镀层的化学成分可以改变,从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层;

(5)可以控制镀层的密度和纯度;

(6)绕镀性好,可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上沉积;

(7)气体条件通常是层流的,可在基体表面形成厚的边界层;

(8)沉积层通常具有柱状晶结构,不耐弯曲,但通过各种技术对化学反应进行气相扰动,可以得到细晶粒的等轴沉积层;

(9)可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。只要原料气稍加改变,采用不同的工艺参数便可制备性能各异的沉积层;可涂覆各种复杂形状工件,如带槽、沟、孔或盲孔的工件;涂层与基体间结合力强等。

1.2.2、CVD 技术的缺点

(1)主要缺点是反应温度较高,沉积速率较低(一般每小时只有几μm到几百μm),难以局部沉积;

(2)参与沉积反应的气源和反应后的余气都有一定的毒性;

(3)镀层很薄,已镀金属不能再磨削加工,如何防止热处理畸变是一个很大的难题,这也限制了CVD法在钢铁材料上的应用, 而多用于硬质合金。

篇2：cvd技术解析

为了解决化学气相沉积金刚石膜产业化进程中存在的生长速率慢、沉积尺寸小的难题,自行研制了适宜于大尺寸金刚石膜高速生长的`电子辅助热灯丝式化学气相沉积(EAHFCVD)装置,通过反应气体中加氧将碳源浓度提高到10%以上,并优化反应压力与直流偏流密度二参数间的匹配,研究了该装置的生产特性,同时利用SEM、XRD和Raman光谱对沉积的金刚石膜进行了分析表征.研究结果表明,应用该装置高质量金刚石膜的沉积尺寸可达?100 mm以上,生长速率达到约10 μm/h的水平,并制备出?100 mm×1.5 mm的完整金刚石自支撑膜片,该技术可满足产业化生产的要求.

作 者：王兵 梅军 李力 季锡林 冉均国 苟立 作者单位：王兵,冉均国,苟立(四川大学,无机材料系,四川,成都,610065)

梅军,李力,季锡林(西南结构力学研究所,四川,绵阳,621900)

篇3：CVD金刚石膜抛光技术综述

金刚石是碳的同素异形体,独特的天然面心立方晶格的晶体结构,使它具有优异的力学、热学、光学、电学和声学特性,如:(1)硬度最高,显微硬度可达10000kg/mm2,是制作切削工具的极佳材料;(2)热导速度最快,热导率高达12W/(cm·K),是电子器件的理想散热材料;(3)透光性最好,是防腐耐磨红外光学窗口和高功率激光窗口的理想材料;(4)禁带宽度高达5.5eV,制作的半导体器件可靠性高,抗辐射能力强;(5)具有高的弹性模量,导声速度快,便于高频声学高保真传输;(6)化学稳定性好,耐腐蚀、抗辐射,适合在军队和恶劣环境中应用。这些优异的特性使金刚石具有广泛的应用领域,但由于天然金刚石储量稀少、价格昂贵,因而国内外学者就将研究热点集中到人工生长金刚石上来。1962年,Eversole[1]用化学气相法成功合成了化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)金刚石,20世纪80年代又出现了热丝CVD、等离子体CVD、燃焰CVD和激光CVD等金刚石膜制备方法。但金刚石膜在生长过程中往往会产生厚度不均匀、晶粒大小不一、内部应力和表面凸凹不平等缺陷,这些缺陷严重制约了金刚石膜的广泛应用,因此,对CVD金刚石膜的抛光技术的研究就成了其发挥优异性能的必要前提。但金刚石膜的化学性质稳定、硬度高、厚度薄,整体强度低,因此抛光效率低、难度大,且易发生膜的破裂和损伤。国内外学者对金刚石膜的抛光进行了大量的实验和研究,提出了许多金刚石膜的抛光方法,主要有:机械抛光[2]、热化学抛光[3,4]、化学辅助机械抛光[5,6]、电火花抛光[7]、高能量抛光和其他抛光方法。其中,化学抛光方法又可分为熔融金属刻蚀法和热金属板法,高能抛光包括激光抛光[8]、离子束抛光[9]、等离子体抛光[10]、反应离子刻蚀(reactive ion etching,RIE)[11]和磨料水射流抛光[12],其他抛光方法包括SiO2浆料抛光和漂浮抛光等。

1 机械抛光

机械抛光是最早采用的一种简单而直接的抛光方法,通常采用金刚石研磨粉或金刚石砂轮进行磨削,这种抛光方法主要是利用微粒间微切削的原理去除材料,具体而言是利用游离金刚石粉或金刚石砂轮与金刚石表面接触产生较大摩擦力使金刚石膜表层发生变形甚至碳键断裂而形成碎屑,从而去除材料实现抛光的目的。其抛光过程是一个纳米尺度断裂的过程,微切削模型如图1所示。

一般说来,机械抛光设备简单,不需要加热,对抛光试样无尺寸限制,对大尺寸的金刚石膜只需加大研磨盘的面积即可,而且抛光后样品表面化学性质不变。但机械抛光的抛光效率低,且只能抛光平面形状金刚石膜。又由于金刚石膜内聚强度低,在平整加工中易破裂、损伤或剥落,机械抛光后易产生微裂纹、表面残余应力等现象。但此法抛光对于粗、中、精抛光都适用。

Ollison等[14]在铸铁盘上使用金刚石磨粒抛光金刚石膜,发现在前半小时表面粗糙度下降很快,最终表面粗糙度的最小值达到了43.6nm。Tang等[15]采用膜对膜的抛光方法,极大地提高了传统机械法的抛光效率,去除材料率可达10μm/h。王俊峰等[16]用机械法抛光金刚石膜,用刻槽的铸铁盘代替未刻槽的研磨盘,发现研磨效率明显提高,材料去除率达6.1μm/h,平均表面粗糙度Ra值从5.9μm下降到0.19μm。余忠民等[17]研究了抛光方式、转速、磨粒尺寸、抛光面积与抛光效率的关系,发现转速越高,磨粒的颗粒越大,面积越小,抛光的效率就越高。徐峰等[18]经过进一步的研究,最后得出对抛光效率的影响从大到小的因素依次是磨粒尺寸、转速、正压力和抛光面积的结论。

Yoshikawa等[4]发现抛光后的金刚石膜表面尽管看不出划痕,但经氢气刻蚀去除表面层后,表层下面存在着沿抛光方向分布的划痕,这种由机械抛光本身的特点决定的缺陷,可以改善,不能消除。陈春林等[13]进一步发现,被抛光试件的最终表面粗糙度是由研磨剂的尺寸决定的。当磨粒的尺寸大于1.0μm时,会在抛光表面形成较深的划痕,当磨粒尺寸小于1.0μm时,抛光表面质量明显提高。袁慧等[19]通过实验进一步发现,磨粒的粒度、抛光盘的转速和施于膜上的压力均对抛光的表面质量有影响。其中磨粒颗粒越细、转速越高、表面质量越好。

2 热化学抛光

在最近几年的研究中,中外一些学者以不同的实验装置研究了热化学抛光在多晶金刚石膜抛光中的应用。

2.1 热金属板法

热金属板抛光是利用过渡族金属元素(如Fe、Ni、Mn、Mo)在高温下的溶碳性来达到抛光的目的的。其原理为:将金刚石膜与高温的过渡族金属制成的研磨盘相互研磨,使得金刚石中的碳原子扩散至热金属板中,同时,金刚石膜表面被石墨化和氧化。研究表明:碳原子在铁中扩散速度应远远大于金刚石石墨化的速度。在抛光初始阶段,金刚石被石墨化处于优势状态,随着抛光时间的延长,金刚石膜与铁板的接触面积增大,碳扩散成为主要因素。其原理示意图如图2所示。一般情况下,通过金刚石膜在真空、氢气或惰性气体环境下、在温度为750~1100℃的热铁板上转动摩擦,使高温下碳原子向金属板中扩散来抛光金刚石膜。

热铁板的抛光速率取决于金刚石膜表面的碳原子向热金属板中的扩散速度。一般情况下,抛光速率较大,但随着抛光时间的延长,碳在金属板中的积累增加,抛光速率会有所下降。影响热化学抛光质量的因素有很多。如:研磨盘表面的质量、金刚石的纯度、研磨方向与各晶面的相对位置、研磨的时间和力等[21]。抛光时间、环境气氛、金属板成分、转速等对抛光质量的影响需作进一步的研究[22]。

2.2 熔融金属刻蚀

熔融金属刻蚀是用某些化学活性很强的金属(如镧(La)、铈(Ce)、铯(Cs)等)在一定的工艺条件下使金刚石表面产生化学反应,使金刚石膜表面的粗糙部分熔蚀,从而达到抛光目的的一种工艺。其材料的去除也是借助于碳原子向熔融的稀土金属中的扩散实现的。

用熔融金属刻蚀的方法来抛光金刚石膜,一般采用如图3所示的两种结构形式:(1)三明治型多层金属板;(2)熔融稀土池刻蚀。热化学抛光设备较为复杂,对抛光金刚石膜的形状也有限制,一般只能用来抛光较厚的、平面的金刚石膜,对于热金属板抛光而言,金属板粒子容易在膜表面残留而造成污染,且在高温下,金属和金刚石交界处产生石墨和类金刚石成分的机率也增大。当温度较高时,熔融金属刻蚀法也会在膜的边缘产生“过蚀”现象。因此,这种方法常用于金刚石膜的粗抛光。

熔融金属刻蚀虽具有较高的抛光效率,但难以达到较高的表面质量[24]。付一良等[25]用稀土金属La在温度高于900℃条件下抛光金刚石膜,Ra值从12μm下降到1.6μm,抛光速率达到34μm/h。孙玉静等[26]用熔融稀土铈抛光金刚石膜,在温度为850℃接近于零载荷的条件下对金刚石膜抛光0.5h,使金刚石厚膜的Ra值从10.845μm下降到0.6553μm,抛光速率最大可达每小时数百微米。

研究发现,铈合金可在不影响抛光效率的情形下有效降低抛光温度。李俊杰等[27]用Ce-7%Fe(原子分数,下同)合金在592℃下抛光金刚石膜,比报道的稀土抛光温度要低200℃以上。在680℃条件下抛光3h,Ra值从5.95μm下降到0.69μm,抛光速率达到30μm/h。孙玉静等[28]用Ce-3%Mn合金,在660℃下抛光2h,金刚石膜的Ra值从10.849μm下降到3.6826μm,抛光速率高达37.5μm/h。McCormack等[29]提出了利用熔融Ce-22%Ni共晶合金在590℃抛光金刚石膜的方法,抛光速率为5μm/h。

沈阳理工大学研发了稀土金属作用下的金刚石膜超高速抛光方法,该方法采用较高的线速度(线速度大小对抛光过程本身没有明显影响)来提升膜表面的温度,使其达到碳扩散的温度,同时在与膜对称的另一侧装上稀土金属盘来实时清除扩散到抛光盘中的碳原子,使得抛光过程顺利进行。抛光装置示意图如图4所示[30]。

1.抛光盘2.金刚石膜3.卡紧装置4.稀土盘

3 化学辅助机械抛光

化学辅助机械抛光(chemically assisted mechanical polishing,CAMP)是由Raju[31]提出的将化学抛光和机械抛光结合起来的一种抛光方法。它是在载荷作用下将金刚石膜压在放有KOH与KNO3的氧化剂的氧化铝抛光盘上来实现抛光的。具体做法是:用外力将金刚石膜压在放有KOH与KNO3的抛光盘上,同时加热氧化铝盘使氧化剂熔化,从而金刚石膜浸在熔融态的氧化剂中,熔融态的KOH和KNO3对金刚石腐蚀生成CO和CO2,同时硬质的抛光盘对金刚石膜进行机械抛光。由于机械接触在多晶金刚石表面产生了许多微裂纹,故使得裂开的新鲜表面与氧接触,使抛光得以继续。其抛光模型如图5所示。

1.陶瓷盘2.CVD金刚石膜3.熔融氧化剂4.铝盘

由于此种抛光方法的抛光过程只发生在与抛光盘相接触的凸起部分,因此抛光效率并不高,但抛光后微观表面质量高,可达到镜面效果。所加载荷对抛光效果有较大影响,载荷越大,膜表面产生的裂纹越多,抛光越容易进行,但也越容易对膜造成损坏。此外,抛光盘的硬度对抛光效率也有影响,硬度越高,抛光过程中抛光盘产生的弹塑性变形越小,越易产生裂纹。因此在抛光中常采用Al2O3作为抛光盘。

化学辅助机械抛光的抛光速率比机械抛光高,与抛光片的旋转速率成正比,且相关设备费用低,表面污染比热化学抛光小,理论上这种抛光技术也可用于非平面金刚石膜的抛光。化学辅助机械抛光利用氧化性物质来提高抛光速率,是一种很有前途的精抛光方法。

4 电蚀抛光

电蚀抛光又叫电火花抛光,它是利用电火花产生的高温效应来抛光金刚石膜的。首先通过金刚石膜的表面改性或整体改性使金刚石膜具有导电性,利用电火花加工产生的热能及表面涂覆金属的热扩散作用,对金刚石进行局部碳固融蚀,使其受热石墨化和气化,实现金刚石膜的高效光整加工。抛光是多种效应综合作用的结果,包括金刚石膜的熔化、气化、氧化及石墨化,以及电火花放电的抛光作用和金刚石表面的金属化,涂覆材料的熔化使材料的蚀除得以继续进行。去除机理模型如图6所示。

由于热应力的作用,在金刚石膜表面易产生微裂纹和金刚石晶粒的断裂破碎,抛光后在膜表面也会残存一些石墨和非晶碳,因此电火花抛光后,金刚石膜表面十分粗糙,此种抛光方法适合于金刚石膜的粗抛光。

郭钟宁等[7]通过实验发现,不同的涂覆材料对抛光效果影响很大,其中纯钛熔融后可均匀地分布于放电点表面,钛是一种较为理想的涂覆材料。曹振中等[32]将CVD金刚石厚膜掺硼后用电火花进行抛光实验,结果表明:掺杂后的金刚石厚膜的表面粗糙度与材料去除率随放电电流和脉冲宽度的增大而增大。

5 高能量抛光

5.1 激光抛光

激光抛光金刚石膜主要有两种形式:激光热抛光和激光冷抛光。热抛光的原理是将激光束照射到金刚石厚膜表面,引起金刚石膜表面温度升高,使被加热金刚石表面产生C的升华、气化和石墨化,从而达到蚀除材料的目的。冷抛光的原理为:借助高能、高密度的光子引发或控制光化学反应的加工过程,使光子深入到金刚石结构中,破坏C-C结合键,达到去除材料的目的。

激光冷抛光(即准分子激光抛光)具有许多优越性:首先在加工过程中不会产生石墨和非晶碳等非金刚石成分,省去了酸洗步骤;其次准分子光斑能量均匀分布于金刚石膜表面,使抛光过程可控;再次准分子激光脉冲宽度极短,可以在较小的脉冲能量下获得较大的脉冲功率密度,从而去除微量的金刚石,实现金刚石膜的微细加工。

激光抛光是一种非接触式抛光,无机械力,不易使金刚石膜破碎,适于抛光金刚石薄膜。优点为:速度快(几秒到几十秒)、效率高、无需真空或其他特殊的化学环境、对抛光面积的大小无限制。缺点为:此种抛光方法通常不能获得光滑的抛光表面,一般只能用于金刚石膜的粗抛光。

20世纪80年代,Rothschild等[33]对波长为193nm的ArF激光抛光方法进行了研究,指出波长为193nm的激光特别适合于金刚石薄膜的抛光。它的光子能量为6.4eV,在此波长范围内金刚石吸收光子的能力最强。最新的激光抛光技术是采用两种或两种以上波长的激光来对金刚石膜表面进行抛光,即先用Nd-YAG激光或红外光处理材料表面,造成材料微结构的破坏,然后再用波长为193nm的激光处理结构破坏后的金刚石膜表面[34]。实验表明,其抛光效果较单独用YAG激光处理更理想。

Tokarev等[35]的研究表明:激光的入射角对抛光过程有很大影响,随着入射角的增大,激光能量密度降低,抛光效率也随之下降。当入射角在30°~60°之间时,抛光表面质量较高。

5.2 离子束抛光

离子束抛光是利用氧气或具有较大溅射率的惰性气体(Ar)离子,对金刚石膜进行溅射刻蚀。即用等离子体轰击金刚石膜表面来去除碳原子,当高能离子与金刚石表面碰撞时,金刚石晶体结构被破坏,碳原子就从金刚石膜表面溅射出来,从而达到抛光的目的。

离子束抛光的离子源采用ECR(electron cyclontron resonance)离子枪,这种离子枪可获得均匀稳定的离子束。工件安装在支架上,当离子束入射方向与膜片法线方向夹角α=0°时,金刚石膜片固定不动,当α≠0°时,由电机带动金刚石膜片回转,使其表面各部分均匀受离子束作用,以获得无方向性的光滑表面。其抛光装置如图7所示。

通过调整离子源的入射角可以抛光形状复杂的金刚石膜,由于离子束和离子腔尺寸的限制,离子束抛光只能抛光小尺寸样品。刻蚀速率与离子能量有一定的关系,离子束能量越高,刻蚀速度越大,对表面损伤也越严重。另外,离子束抛光要求离子源需有稳定均匀的电流密度,这样才能在膜表面得到较低的表面粗糙度值。

一些学者研究了一定轰击能量离子和一定入射角下的刻蚀速率。Zhao等[37]用100eV的氩离子束轰击金刚石的刻蚀速率为11nm/min,并观察到氧离子以47°入射角轰击金刚石时,刻蚀速率达20nm/s。

5.3 等离子体抛光

等离子抛光又称电子束辅助等离子体加工[38](electron beam-assisted plasma etching,EDAPE)。这种抛光方法一般用于精细光整加工,可用于处理最小厚度为5μm极薄的金刚石膜,加工速度约为10~40nm/min。Buchkremer-Hermanns等[39]用ECR等离子体抛光金刚石得到2.5μm/h的抛光速率,表面平均粗糙度从1000nm下降到了71nm。

近年来,郑先锋等[40]利用直流辉光等离子体对金刚石厚膜进行刻蚀,研究了不同工作条件对刻蚀速率的影响。苟立等[41]研究微波等离子平整金刚石膜的工艺条件,得出微波功率为400W、氧流量为50mL/min是较好的刻蚀条件,刻蚀10min,得到金刚石膜的表面粗糙度Ra为60nm,约为处理前的1/2。

5.4 反应离子刻蚀

反应离子刻蚀比离子束刻蚀的抛光速率要大,Sandhu等[42]利用氧气和氢气反应刻蚀金刚石膜,反应离子刻蚀速率为30~40μm/min,比离子束抛光速率大3倍。但由于等离子体需要加热的原因,金刚石表面容易被污染。辅助设备的费用也相当高,且样品受等离子体尺寸的限制。

RIE[11]是一种很有前途的抛光方法,它能有效降低金刚石表面的粗糙度而对膜的厚度影响不大。

5.5 磨料水射流抛光

磨料水射流抛光是将磨粒悬浮液高速喷向金刚石膜表面,依靠射流的冲击、热效应以及摩擦、挤压作用来达到抛光目的的一种抛光方法。其原理是:水平放置的磨料射流喷嘴与金刚石膜处于准接触状态,高速喷出的射流到达膜表面后立即改变方向沿喷嘴边缘外泄。抛光过程中膜片不断旋转,喷嘴可沿径向移动,工件表面在射流的冲击与摩擦作用下被抛光。其抛光装置如图8所示。

该方法用于金刚石膜的粗中抛光,加工效率较高。但该种抛光方法对设备的要求较高,且抛光加工的均匀性有待于进一步改善;再者由于抛光时金刚石膜受到较大冲击,膜表面易产生裂纹。抛光的表面质量受到诸如水的压力,喷管的直径、长度,喷头移动速度、作用时间,磨粒大小等诸多因素影响。

6 其他抛光方法

除上述抛光方法外,有关学者还提出了其他一些抛光方法。如SiO2浆料抛光技术、漂浮抛光等金刚石膜抛光方法。SiO2浆料抛光技术可用于精抛光,抛光速率高达20~40μm/h,表面粗糙度Ra值达10μm。漂浮抛光时将工作台和抛光片浸入含有硅胶的水基悬浊液中,旋转速率为1r/min,此种抛光方法要求工作台和抛光片间的厚度要达到最优值,厚度最优值下抛光后的表面粗糙度Ra值可达到1nm。

7 各类抛光方法的比较

不同的抛光方法有其各自的优缺点和适用范围,没有哪一种抛光方法能完全满足不同的应用需求,所以应依据金刚石膜的形状、最终表面质量的要求、抛光效率和抛光设备的限制来选择不同的抛光方法。各种抛光方法的比较见表1。

8 复合式抛光

国内外学者经过大量的实验研究发现:将两种抛光方法结合起来使用,可以提高抛光效率,达到理想的抛光效果。

陈君[44]将电火花抛光方法与机械抛光方法相结合,先用电火花方法高效抛光金刚石膜,然后再采用机械的方法进行精抛光,得到了较高质量的抛光膜。该方法成本低、效率高。王俊峰等[45]采用了等离子体刻蚀-机械研磨相结合的办法,首先用等离子刻蚀对CVD金刚石膜进行80min的粗抛光,然后用机械抛光的方法对金刚石膜进行4h的精抛光,膜表面基本能达到镜面的效果,而若全部采用机械法抛光,则需15h才能得到较为平坦的膜表面。Zheng等[46]在抛光金刚石厚膜时,先用氧等离子体刻蚀作为机械抛光的预处理技术,有效地提高了粗抛光的效率。Ollison等[14]先用机械抛光法抛光48h,然后采用辅助机械抛光法抛光3~5h,最理想的微观表面粗糙度值可达2.8nm。

反应离子刻蚀作为化学辅助机械抛光的预处理抛光方法,可大大提高CAMP抛光的效率[47]。

9 结论

(1)国内外学者对影响机械抛光表面质量和效率的因素进行了研究,得出:磨粒越细、转速越高,表面质量越好;转速越高、磨粒越粗、面积越小,抛光效率越高。

(2)热化学抛光是一种有前途的高效率的抛光方法,但其抛光过程需在较高的温度下进行,且温度越高,材料蚀除率越高,而热铁板在较高温度下容易加剧金刚石表面的氧化和石墨化,因此国内外学者采用Ce-Fe、Ce-Mn、Ce-Ni合金抛光金刚石膜,在不影响抛光效率的前提下,可大大降低抛光反应温度。

(3)高能抛光中,激光抛光加工效率高,但表面质量较差;离子束抛光的表面质量较为理想,但其设备投入较高,粗抛光时效率较低,更适合于金刚石膜的精抛光;磨料水射流抛光对设备的要求也较高,适用于金刚石膜的快速粗中抛光,但其抛光的均匀性有待于进一步改善。

(4)实验证明,复合式抛光达到了良好的抛光效果,其关键在于不同抛光方法的合理搭配,不同抛光阶段选择不同的抛光方法。在以后的工作中应大胆尝试各种复合式抛光方法。

篇4：显卡“混合”技术解析

全新的技术概念

“混合”是一个全新的技术概念。从应用价值来看，无论是nVIDIA的混合SLI还是AMD的混合交火都一样为显卡带来了直接有效的性能表现，使系统效率更高、更节能，以及安静的应用环境。

所谓混合SLI，是指nVIDIA最新提出的一项Hybrid SLI技术，它可以让主板集成显示芯片和独立显卡互连，从而提高PC性能。nVIDIA的Hybrid SLI技术结合nVIDIA绘图处理器(GPU)和SLI多重GPU技术，内置了GeForce Boost与HybridPower两项新技术。GeForce Boost负责nVIDIA板载GPU与nVIDIA独立显卡协同运作，在3D游戏、多媒体应用中，GeForce Boost能够自动加入绘图处理器作业，提升程序的执行效率和画面更新率；Hybrid Power可提供“高效能”和“低功耗”两种运行模式。其中高效能模式是板载GPU核心和独立显卡同时运行，在进行大型3D复杂运算时能够显著提高平台的整体性能。例如在3D游戏和图像处理等软件需求下，开启高效模式，将板载GPU核心和独立显卡组成SLI模式，能够增强图形效能，提高效率，节省时间。如果用户开启低功耗运行模式，Hybrid SLI平台将会关闭独立显卡，仅仅以板载的GPU核心运行输出显示，能够有效降低功耗和发热量。这一模式不仅对个人用户相当有用，更能帮助网吧经营业主将设备运行功耗降到最低，节省很大一部分的开支。

所谓混合交火，是指AMD最新推出的一项Hybrid CrossFireX(混合交叉火力)技术。该技术与nVIDIA的混合SLI技术有同工异曲之妙。其优势是能够让独立显卡和主板集成显示芯片组成交叉火力，提升电脑的显示性能。当需要进行高负荷运行时，IGP显示核心与独立显示核心将会协同工作，以达到最佳的图形处理性能。而在2D模式或轻负载3D模式下，独立显示核心会暂时停止运算，仅由IGP显示核心负责运算，让整机功耗大幅度减少。因此，Hybrid CrossFireX技术不仅仅提升性能，也为PC用户带来了节能效果。青出于蓝而胜于蓝

众所周知，nVIDIA的SLI技术，通过一种特殊的接口连接方式，在一块支持双PCI Express×16插槽(注意这里只是插槽而不一定都具有16条PCIExpress Lanes)的主板上，同时使用两块同型号的PCI Express显卡，以增强系统图形处理能力。交火(CrossFire)技术则是ATI为了对付nVIDIA的SLI而推出的一种双显卡技术。虽然SLI和交火技术显著地提升了系统技术性能，但却带来了高功耗、高热量和高噪音等弊端，并增加了PC用户的使用成本。有鉴于此，才出现了混合SLI和混合交火技术。

从技术原理上来看，nVIDIA的混合SLI技术还是比较简单的：当开启了GeForce Boost后，板载GPU与独立GPU同时工作，待处理图形数据分别通过系统总线和PCI-E2.0的数据通道分配到板载GPU与独立GPU当中，并分别渲染不同的帧画面，独立GPU的数据交换缓存为本地现存，而板载GPU通过系统内存分配的内存进行数据交换，两者的存储空间都有一部分FB(frame buffers，帧缓存)空间作为专门的存放地址，独立GPU的最终输出数据会再次通过PCI-E2.0通道返回到板载数据地址，并进行整合数据信息，最后从合适的接口上输出，完成整个渲染过程。

AMD的混合交火技术是通过Hybrid graphics与CrossFireX两种技术来完成任务的。其中，CrossFireX是AMD Spider高性能平台的一个重要部分，它的主要作用是负责将多GPU进行互联协调工作，它可以任意使用一款混合交火技术显卡进行搭配，组合成为3 GPU或4 GPU交火方案。而Hybrid graphics则是一种多GPU绘图技术。在混合实现原理上，板载GPU与独立GPU分别处理不同的数据，板载GPU负责与系统总线进行数据交换，而独立GPU则以PCI-E2.0通道进行数据交换。最终，两个通道的数据会在Hybrid CrossFireX技术的作用下进行整合并输出到显示输出接口，性能提升幅度可达50％以上。

两大技术优势现山露水

在CeBIT 2008展上，nVIDIA与AMD两大芯片组厂如期发布了新一代的整合图形主板芯片组MCP78和RS780G，其最大亮点是分别融入了混合SLI和混合交火技术，不仅都支持AMD K10处理器的特性、PCI-E 2.0显卡插槽，支持DX10显示核心，而且内建的图形核心可以和独立显卡联动，提高低端显卡的性能。尤其值得一提的是，部分AMD780G(RS780)主板会自带16-128MB的板载专用显存“SidePort”，利于提高集成显卡的性能。

nVIDIA的混合SLI技术，内置有一项HybridPower混合动力技术，它可以对显示输出能力进行控制和调节。其工作原理是通过一个特殊的SM BUS来实时对独立显卡进行开启和关闭的操作。在“低功耗”模式下，HybridPower会发送一个SM BUS指令来关闭独立显卡，仅以板载GPUT作而显示。独立显卡关闭后，完全的断电停止工作，理论功耗为OW。如果需要进行3D游戏，可以让HybridPower再次发送一个SM BUS指令，重新启动独立显卡，使板载GPU与独立GPU协作。

相比这下，AMD混合交火技术提供有“2D”、“Light3D”和“Performance 3D”三个工作模式，在2D、Light3D模式下，显卡会发出特殊的控制指令，让PCI-E23.0通道处于关闭状态，独立显卡进入休眠模式，仅由PCI显示核心负责运算。如果搭配低端独立显卡，两块显卡的协同工作能带来性能上的显著提升，这比AMD的Power Play圣殿技术更进一步。目前AMD已经在中国率先发布了采用Hybird CrossFireX技术的7系列芯片组，其中包括RS780、RS780C。

篇5：cvd技术解析

CVD金刚石膜材料是21世纪最具发展前景的功能性材料, 利用性能优异的高质量CVD金刚石膜替代天然金刚石制作超精密刀具可以降低生产成本, 打破国外技术垄断, 减少国内精密加工领域对国外技术的依赖, 在提高企业知名度的同时, 为企业带来丰厚的经济效益。超精密金刚石刀具用途广泛, 军事领域可用于航空仪表轴承、雷达波导管、光学器件、高能加速器等精密仪器的加工, 在民用领域, 如隐形眼镜的加工, 眼科手术, 人体器官移植, 多种新型产品装饰加工等, 是超精密制造中必不可少的工具。目前国内超精密金刚石刀具大部分依赖进口, 国外刀具价格奇高, 属于技术垄断的产品。随着超精度CVD金刚石刀具的研制开发, 可以大大改善和提高国内超精密加工刀具在国际市场的地位, 加强我国超精度刀具业的国际影响力。

2 问题的提出

由于天然金刚石独特的力学性能, 目前世界上几乎均使用天然金刚石制作超精密刀具, 但由于能够制作刀具的大尺寸天然单晶金刚石资源极为匮乏, 价格极其昂贵, 且由于天然单晶金刚石晶面表现各向异性, 因此, 利用它制作超精密刀具不但材料成本很高, 而且还有很高的加工技术难度。CVD金刚石膜材料是上世纪80年代利用化学气相沉积方法 (Chemical Vapor Deposition-CVD) 研究并开发出来的一种新型金刚石材料, 近年来随着CVD金刚石膜材料生长技术的不断进步, CVD金刚石多晶膜材料不但在生产制备, 生长速率, 沉积面积等方面大为改进, 其晶粒组织结构等很多物理性能方面如硬度, 导热, 密度, 透光性与天然金刚石已极为接近, (如表1所示) , 而且已经形成工业产品并进入市场开始商业化运作。

由于CVD金刚石膜为多晶结构, 具有各向同性的晶形特征, 并可根据需要和用途, 在生产中人为控制速度 (热丝法) 生长出不同直径 (Φ50～Φ200) 和不同厚度 (0.5～2mm) , 生长速率可达每小时20μm[2]的膜状材料。尤其是CVD金刚石材料在使用中, 不用复杂的定向测试分析, 就可以根据需求切割成任何形状进行工具制作。作为超精密刀具刃口材料, 在研磨方面, 其加工技术难度远远小于天然单晶金刚石刀具, 且有较低的研磨加工成本。

由此可见, 利用CVD金刚石膜替代天然金刚石制作超精密刀具, 无论从经济方面还是从技术可行性方面均具备很大的优势。

3 超精密刀具应用领域

超精密金刚石刀具具有非常广阔的应用领域, 如表2所示。

超精密加工领域是用高效率的切削加工替代磨削和其它研磨加工的一种高精加工技术, 每年我国在航天航空和光学等精密加工领域所消耗的超精密加工刀具总值超过数百万美元, 而且随着科学技术的发展遍布在国民经济许多领域, 多种产品的高光洁度装饰加工要求与日俱增, 这是一个巨大的具有活力的市场。从生产技术方面讲, CVD金刚石膜完全可以作为超精密加工刀具的刃口材料[3], CVD金刚石膜超精密刀具的技术研究将有效地推动国内超精密加工领域的技术进步, 具有重大的社会、经济效益。

4 CVD金刚石膜超精密度刀具制作工艺技术研究

CVD金刚石超精密度刀具工艺技术流程如图1所示。

研究认为, CVD金刚石超精密度刀具制作的关键技术主要由以下几个方面构成:

4.1 CVD金刚石膜材料的选择和切割加工

超精密度刀具的刃口加工具有很高的精度要求, 一般刀尖尺寸精度要求达到±2μm, 圆弧精度1μm。因此刀具刃口的研磨加工具有很大的难度。虽然CVD金刚石本身自有的物理力学性能表明它是极好的超精密刀具的刃口材料, 但由于CVD金刚石生长过程中的不稳定因素往往造成材料自身存在不可避免的内在缺陷, 因此在选其做刀具刃口材料时必须注意以下问题: (1) 结晶粒度尽可能细的膜材料; (2) 内部晶粒结构致密, 不能存在显微裂纹; (3) 膜片的厚度尽量均匀平整 (0.5～0.8mm为好) ; (4) 膜片的磨耗比尽可能高, 且一致性要好。

由于CVD金刚石具有极高的硬度和脆性, 所以对材料实施切割加工具有一定难度, 我们采用了计算机控制的YGA激光器切割加工技术。利用激光技术切割CVD金刚石, 不但具有很高的切割效率和加工精度, 而且可实现多功能复杂形状的快速切割, 极大地提高了材料的有效利用并大大降低生产成本。图2给出了用激光器切割的各种形状的CVD金刚石膜刀具及修整工具用坯料图片。

4.2 CVD金刚石膜片的研磨及抛光技术

CVD金刚石膜片的研磨与抛光是生产超精密刀具的关键技术之一, 通过对研磨盘原位修正, 平整化设计, 磨粒选择, 研磨方向, 研磨速率, 研磨压力及诸多研磨参数的研究, 建立了完整实用的研磨工艺技术流程, 经过多次实验和测试, 获得了理想的结果。经研磨抛光的CVD金刚石膜表面粗糙度测试结果曲线如图3所示。

由测试曲线可见, 膜片的表面平整程度很高, 粗糙度达到了Ra (0.1～0.2) μm范围之内, 对于硬度极高的金刚石膜材料, 这已是一个非常高的质量水平。测试结果表明, 研磨抛光工艺设计合理可行, 既保证了高效率的研磨, 又充分保证了刀具刃口粗糙度的精度要求。

4.3 CVD金刚石膜与刀体焊接技术的研究

CVD金刚石膜能否与刀具刃口支撑体材料形成强有力的焊接, 这是金刚石刀具制作非常关键的技术。空气中当温度达到600℃以上时金刚石表面将开始石墨化[4], 为保证CVD金刚石膜与刀体的牢固焊接又不损失其固有的特性, 我们采用了超高真空焊接技术, 很好地解决了CVD金刚石膜与刀体的焊接技术问题, 制作的超精密刀具完全符合使用技术要求。焊接基本参数如下:

焊接设备:CK-300型超高真空加热炉;

真空度: 1×10-5Pa;

焊接温度:800℃～900℃;

焊接材料: (3～5) % 钛, 银铜真空焊料。

4.4 刀具的刃口研磨加工技术

CVD金刚石膜超精密刀具的刃口研磨加工技术是刀具制作过程中最重要的技术环节, 如前所述, 超精密刀具的刃口刀尖精度一般最低要达到±2μm, 圆弧精度要达到1μm以上, 为能达到刀具的精度要求, 我们在自行设计开发的具有空气悬浮轴承的六轴联动 (空气主轴跳动<0.2μm) 精密研磨设备上进行了超高精密刀具的刃口研磨加工实验性研究, 通过不断地工艺改进, 制备出了数种CVD金刚石膜超精密刀具。如图4所示。

4.5 CVD金刚石膜超精密刀具使用情况

对CVD金刚石膜超精密刀具进行了现场使用情况测试, 测试使用单位为国内某航空精密机械研究所的重点实验室, 下面给出某加工件具体实验参数, 表面粗糙度测试曲线及加工件结果图片。

5 结论

CVD金刚石膜因其具有优良的性能, 较低的生产成本, 可以制作成多种形状的刀具。我们利用性能优良的高品质CVD金刚石膜, 开发出了超精密度的CVD金刚石圆弧刀具, 刀具的加工光洁度达到Ra0.02～0.04μm;圆弧刀具刀尖圆弧轮廓精度达到0.53μm。

从生产技术方面讲, CVD金刚石膜完全可以作为制作超精密加工刀具的刃口材料, 如果将研磨技术和研磨设备精度再提高一些, 将圆弧精度控制在亚微米级, 完全可以替代进口的同一精度级的天然金刚石圆弧刀具。经过两年多的研究, 除CVD金刚石膜生长技术外, 对CVD金刚石膜超精密加工刀具从焊接技术一直到刀具的最后精研磨技术工序过程进行深入的研究试验, 解决了超精密刀具制作关键技术, 目前已具备了生产技术能力。

目前, 国内超精密金刚石的圆弧刀具, 尚无做到微米级以下的报道。我们开发的CVD金刚石膜圆弧精密刀具是国内首例应用高品质的CVD金刚石膜研磨开发出的超精密加工刀具。它有两个创新点:一是国内首次应用CVD金刚石膜研磨圆弧刀具, 二是研磨出的圆弧刀具达到了1微米的圆弧精度和切削加工工件达到Ra0.02的表面粗糙度, 被加工工件表面精度可达到13级以上镜面光洁度。

综上所述, CVD金刚石膜材料在超精密刀具领域具有非常广阔的应用前景。

摘要：文章对CVD金刚石的物理特性进行了描述, 研究了CVD金刚石膜制作超精密刀具的工艺技术方法, 设计了生产工艺流程, 对生产的CVD金刚石膜直刃和圆弧超精密刀具的精度及加工件的精度进行了测试, 表明CVD金刚石膜是一种非常优异的超精密刀具的制作材料, 应用前景非常广阔。

关键词：CVD金刚石,超精密,刀具,研究

参考文献

[1]蒋翔六.CVD金刚石薄膜的应用和市场前景, 金刚石薄膜研究进展[M].北京:化学工业出版社, 1991.

[2]李卫, 陈继锋.CVD金刚石膜的产业化进展[J].中国超硬材料, 2006 (4) :34.

[3]短文资料.CVD修整刀具[J].超硬材料工程, 2007 (5) :59.

篇6：环保包装技术方案解析

在目前的形势下，笔者认为应用当今先进的包装技术，结合环保需求，进行集成创新将是包装行业的重要发展方向。包装材料单一化、用料减量化、体积最小化、操作简易化，以及包装的循环使用是切实有效的包装技术开发课题。在此，笔者将我公司所做的3个包装技术改进方案与大家分享，希望能给包装行业相关人士提供有益的参考。

显示器一体化包装

传统的显示器包装通常采用瓦楞纸箱作为外包装容器，内部缓冲材料则以EPS泡沫塑料为主。EPS泡沫塑料因价格便宜、缓冲性好被大多数用户所采用，但同时由于其产生的废弃物难于处理且对环境有较大危害，因此被称为“白色污染”，国际上一些发达国家已经禁止或限制使用，一些世界知名企业也相继制定了有关环保策略，以削减EPS泡沫塑料的用量，寻找新的环保替代材料。

我公司根据用户运输包装测试要求，采用高强瓦楞纸板作为显示器的单一包装材料，充分利用瓦楞纸板本身固有的缓冲特性，对产品的角棱面采取不同的防护结构，重点增强角棱的结构强度，以应对强烈冲击产生的能量对产品造成损害，并且针对面接触部位减少缓冲面积，减轻冲击传递率，通过包装材料受到冲击时产生适当的形变来达到有效吸收冲击能的效果。显示器一体化包装结构如图1所示。

通过振动试验（图2）和跌落试验（表1）测试结果表明，其保护效果可以达到相关要求，且棱角跌落试验数据显示，一体化包装比EPS泡沫塑料具有更强的减振能力，保护效果更佳。由于一体化包装充分利用了瓦楞纸板的黏弹性以及挺度，包装的体积可以进一步减小。表2为以某品牌19英寸显示器包装为例，将一体化包装方式与传统包装方式进行了比较，从中可以看出，一体化包装方式综合成本较低。

液晶面板循环包装

目前液晶面板的包装方式仍以一次性集合包装为主，包装形式通常采用纸包装容器，内部通过EPS、EPE、纸托、瓦楞纸板、蜂窝纸板等材料达到固定、区隔和缓冲防护的效果。由于包装在使用过程中容易破损，并且内部包装物结构相对固定，回收体积较大，使得大多数用户不愿意再回收利用。

我公司针对此现象进行了调查分析，发现此包装的物流形式是点对点的交易模式，非常适合集中回收。但仍需重点解决以下几个问题：①包装使用过程中的破损率；②包装回收状态下的体积；③包装的标准化与通用性；④包装的拆装便利性；⑤包装的使用与回收管理模式。

我公司技术人员综合考虑了以上问题，比较了多种包装材料的优劣性及包装材料的可制造性，选定可折叠木质包装容器作为回收容器，内部包装物采用复合EPE包装材料。液晶面板最终包装方案如图3所示。

可折叠木质包装容器的特点是：

（1）包装回收过程中可折叠成片状结构，大大节省了回收体积；

（2）使用时易于装配成箱，使用后易于拆卸；

（3）结构稳定，强度高，不易破损，且可堆码。

内部EPE包装物的特点是：

（1）EPE为复合EPE材料，采用不同密度的材料复合成型，并使用整体开槽工艺加工出固定槽，使整个结构坚固耐用；

（2）采用V槽结构达到使用时易于装配、回收时可展开存放的效果，节省运输空间；

（3）采用菱形可伸缩结构，可适用于不同规格的内装物，使包装的通用性得到明显改善。

同时，包装企业与终端用户之间应当达成紧密的合作关系，形成闭环的包装物循环模式，同时兼顾经济原则，借助产业联盟或区域布局，在小区域内形成小循环，区域间形成大循环，使整体达到供需相对平衡。

该方案的优点是：

（1）循环包装是为了实现高效物流和资源有效循环，可保障区域内进行循环使用和共用网络及运行体系。

（2）包装制造公司负责保障各面板产品制造商与各组装面板制造商之间共享和循环使用该包装，使其自由流通；

（3）可以租赁的方式向客户提供使用；

（4）有利于实现面板产品包装和物流的集装化、标准化、单元化、模块化、机械化、信息化和作业一贯化，减少货损，增强安全性，可以节约资源和能源，降低运营成本；

（5）回收系统的平台搭建与业务特点的契合非常重要，通过标准化操作可以达到物流和包装管理的效率提升。

新型环保纸托盘

随着物流现代化发展，托盘已成为物流中的重要支柱之一。目前，全国托盘的保有量已超过2亿只，并且90%以上为木托盘，浪费了大量的木材资源。这已引起了国务院的关注，并由工信部等七部委联合推动全国开展节材代木试点工作。我公司作为首批节材代木试点企业之一，多年来致力于推进轻载托盘的研究。纸托盘是轻载托盘的重要发展方向，但长期以来存在防水性差、适用性差、自动化生产水平低等问题，严重制约着纸托盘的大面积推广。通过对纸托盘结构强度的设计、防水方案的实施以及机械化生产设备的研究，我公司已成功突破该瓶颈，开发出新型环保纸托盘，并在部分用户中大批量推广使用，取得了良好的经济效益和社会效益。

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1.纸托盘结构强度设计

该纸托盘以蜂窝纸板和瓦楞纸板相结合的方式，结合不同承载要求，形成不同的托盘面板材料结构和托盘垫块结构，并根据生产工艺特点调配出高黏、快干、防潮性好的环保胶黏剂，配合自动化快速生产。

我公司对纸托盘面板和垫块进行了相关试验（如图4、图5），试验结果显示，单个托盘垫块可承载1000kg以上压力，与面板的黏合强度超过100Nm的扭矩；托盘抗弯载荷压力为500kg的试验条件下，变形量为5mm；抗压压力为2200kg的试验条件下，变形量为9mm；跌落高度为500mm的条件下，变形量不超过1%。

2.托盘防水设计

根据托盘使用环境要求，可以采用不同等级的防水处理。一般拔水要求可采用在托盘表面涂布拔水剂的方法处理，泡水要求可以采用特定的防水剂进行涂布处理，另外，在材料的端面需要采用封边处理，以全面防止水分子进入材料内部，破坏材料的强度。值得一提的是，长时间泡水要求则需要采用塑料类薄膜或片材在材料外表面形成隔水层。我公司独有的封边技术可保证外形美观，且贴合紧密牢固。面板封边及垫块隔水罩处理如图6所示。

3.机械化生产

我公司对纸托盘生产工艺进行了优化，自主研发了纸托盘生产线，极大地提升了生产效率，降低了劳动强度。将纸托盘生产工艺流程分为面板与垫块分别预先加工备料和成型加工两大部分。对面板和垫块半成品物料实施标准化生产和管理，减少物料的品种规格，实现效率最佳化。成型加工时根据不同的要求选配不同的材料，在定位模具的辅助下，快速组装成型。由于自主调配的快干型胶黏剂非常适合高速生产，使整个生产过程比较顺畅。

该纸托盘具有质量轻、成本低、完全环保、出口不受限制等优势，特别是作为空运托盘，可显著节省运输费用。机械化生产的实现，耐水性技术的完善，使得该纸托盘已具备大规模使用的条件，是一项值得向用户推广使用的技术。

总之，在提倡“绿色、节材、低碳”的今天，环保包装技术已经越来越受到社会各界的关注，开发和应用环保包装技术是有效减少资源浪费、解决环境问题、改善人类生存条件的有效途径，同时也是提升企业竞争力、促进可持续经营的有利保证。