新成果！中性环保抛光液实现钛合金CMP近原子级制造！

中国粉体网讯  近日，四川大学余德平教授团队采用中性环保抛光液实现TC4合金化学机械抛光的近原子级制造。该成果发表在期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上。

来源：Jinwei Liu, et al. Close-to-Atomic Precision Surface Achieved through a Neutral and Eco-friendly Slurry in Chemical Mechanical Polishing of TC4 Alloy.

原子级制造是指将能量作用于原子，通过原子级材料的可控去除或者原子/分子级结构的大规模操控及组装,实现产品性能与功能跃迁的前沿制造技术，是继微纳制造之后新的使能技术，代表着人类对物质世界认知和制造能力发展的新阶段，对支撑国家重大战略需求乃至促进未来新一轮科技革命和产业变革发展具有重大意义。

来源：雒建斌等，原子级制造的关键基础科学问题.

钛合金因其优异的材料性能而被广泛应用于航空航天、生物医学和新能源产业。例如，在生物医学领域，成骨植入物的表面越光滑，其疲劳寿命就越长。然而，钛合金在加工过程中面临着典型的挑战。它的一些材料特性，如低导热性和高化学活性，不利于传统的机械加工，导致加工过程中钛合金表面极易出现加工缺陷。

原子级和近原子级制造是提高钛合金组件运行性能的先进方法。化学机械抛光因具有低去除能量阈值和低接触压力的特点，是有望实现钛合金表面原子级制造的一种前沿技术。但，尽管化学机械抛光是目前实现原子层抛光最有效的技术之一，在钛合金CMP中，还缺乏一种能够产生超光滑和低损伤表面的中性和环境可持续浆料。

此研究提出了一种由H₂O₂和碱金属离子组成的中性环保型研磨液，它不同于传统TC4合金抛光中需要深度参与的H⁺、OH^-或有害化学物质。结果表明，碱金属离子的动态离子半径不断减小，能显著促进界面机械化学反应。因此，只需添加150 mmol/L K₂SO₄和10 wt % H₂O₂，就能获得接近原子精度（Sa≤1 nm）的超光滑表面。

来源：Jinwei Liu, et al. Close-to-Atomic Precision Surface Achieved through a Neutral and Eco-friendly Slurry in Chemical Mechanical Polishing of TC4 Alloy.

H₂O₂的存在主要影响电化学行为，导致化学腐蚀增强。K₂SO₄会使电双层的有效厚度降至0.56 nm。较薄的电双层会放大化学腐蚀和机械磨损的作用。它们协同促进了滑动界面上机械化学反应的平衡。这种新型浆料对环境和人类以及钛合金CMP工业都是非常理想的。

参考来源：

[1] 等离子体先进制造研究室

[2] 雒建斌等，原子级制造的关键基础科学问题

[3] Jinwei Liu, et al. Close-to-Atomic Precision Surface Achieved through a Neutral and Eco-friendly Slurry in Chemical Mechanical Polishing of TC4 Alloy

（中国粉体网编辑整理/山林）

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