CN117245460B - 一种陶瓷研磨片的表面处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于表面处理技术领域，为提高陶瓷研磨片的性能和金属化后产品可靠性，本发明提供了一种陶瓷研磨片的表面处理方法及装置，通过在纳米粉末环境下应用超声波进行打磨，有效去除陶瓷研磨片表面的毛刺和加工变质层，从而使得锐利区域钝化；随后，采用高压水冲洗和有机溶剂的超声清洗，彻底清除陶瓷研磨片表面的纳米粉末；通过热处理去除陶瓷研磨片表面的有机杂质，并促使陶瓷表面的晶粒在高温条件下逐渐致密化；最后通过快速降温处理防止晶粒异常长大。本发明的表面处理方法可以有效去除表面的污染物，降低表面粗糙度，提高机械强度、表面活性和陶瓷材料的稳定性，有利于后续的金属化工序。
Description
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及陶瓷研磨片的表面处理方法及装置。
背景技术
陶瓷基片在电子、光电、通信和半导体等领域具有广泛的应用。其优异的机械、电气、光学和磁学性能，使其成为制造高性能电子器件和光学器件的理想材料选择。同时，陶瓷基片还具有耐高温、耐腐蚀和长寿命等优点，适用于各种苛刻的工作环境。
陶瓷基片表面可能存在凹凸不平、毛刺和瑕疵等问题。这些表面瑕疵和不平坦会影响金属化薄膜的均匀性和稳定性，进而导致陶瓷基片表面金属化薄膜的厚度不均匀或出现局部缺陷，从而影响器件的性能和可靠性。此外，陶瓷基片的表面粗糙度会影响金属化薄膜的附着力和性能。如果表面粗糙度较高，金属化薄膜与基片界面容易产生缺陷，导致器件性能下降或失效。
为了提高陶瓷基片的光洁度及降低表面粗糙度，通常需要对陶瓷基片进行研磨抛光加工处理，陶瓷基片经研磨抛光处理后得到陶瓷研磨片。然而，在这个过程中，陶瓷研磨片表面和边缘往往会吸附夹杂许多如灰尘、研磨砂、分散剂、油脂等污染物。这些污染物会影响后续金属化薄膜的附着和质量，甚至导致器件故障。
由于陶瓷是硬脆材料，研磨过程中施加的力和摩擦会引起陶瓷正常晶粒区外侧的研磨界面处的晶粒破碎和细化，从而形成晶粒细化区。由于晶粒内的可移动位错数量有限，晶粒的细化会进一步促进塑性变形的发生；这些细小的晶粒在塑性变形的作用下，形成了陶瓷基片表面的塑性变形层。塑性变形层在陶瓷基片上的存在可能会引起以下一些问题：
引入内部应力：塑性变形层的存在意味着陶瓷基片表面的晶粒结构已经发生了变化。这种变化会导致内部应力的聚集和积累，进而导致陶瓷基片的脆性增加。这可能会使陶瓷基片在使用过程中更容易发生裂纹扩展和破损。
影响力学性能：塑性变形层会改变陶瓷基片的力学性能。晶粒细化和塑性变形层的形成会导致陶瓷基片的硬度和强度下降。这对陶瓷基片在高应力、高温或其他恶劣环境下的耐久性产生负面影响。
影响化学稳定性：塑性变形层的形成会导致陶瓷基片表面的组织和组成发生变化。这可能使陶瓷基片表面更容易受到化学腐蚀，从而降低其化学稳定性和耐腐蚀性。
影响金属化薄膜附着力：塑性变形层的存在会影响陶瓷基片上金属化薄膜的附着力。由于塑性变形层的存在，金属化薄膜与基片之间的界面可能会出现缺陷，降低附着力和稳定性，导致金属化薄膜脱落或发生失效。
目前常用的表面处理方法包括机械清洗法、化学清洗法和离子清洗法。但由于陶瓷研磨片表面状态各异，传统方法难以完全去除污染物，甚至可能引入新的杂质。同时，这些方法也无法有效去除加工变质层，从而影响陶瓷金属化性能。
发明内容
本发明的内容旨在解决陶瓷研磨片表面处理过程中的污染物清除、加工变质层和表面粗糙度技术问题，以提高陶瓷研磨片的性能和可靠性，满足电子、光电、半导体等领域对陶瓷研磨片的高要求应用。
本发明提供了一种陶瓷研磨片的表面处理方法，其包括以下步骤：先将陶瓷研磨片放入超声装置中，以纳米粉末为超声处理的介质，进行超声处理，通过纳米粉末的振动去除陶瓷研磨片表面毛刺和加工变质层；超声处理后，对陶瓷研磨片进行清洗和甩干；在预设气氛下对陶瓷研磨片进行热处理，所述热处理的温度为900℃～1300℃，处理时间为10min～60min，使陶瓷研磨片表面的细晶粒逐渐致密化，通过物质扩散形成连续的孔隙网络；对陶瓷研磨片进行液氮冷却降温处理：通入液氮，在一分钟之内使陶瓷研磨片温度降为300℃，保温时间1h～2h；自然冷却降温至室温。
优选的，所述预设气氛选用惰性气体气氛或还原性气体气氛之一。在高温环境下，选择惰性气体（如氩气）气氛或氮气气氛，以减少氧气的接触，这可以有效降低陶瓷研磨片表面氧化反应的风险；还原性气体如氢气，可以与氧气发生反应生成水，从而减少氧气的接触和氧化反应。
超声装置是一种利用超声波来进行物质处理和清洁的设备，它主要由以下超声发生器、换能器、超声震荡器、处理槽、控制系统组成；超声发生器通过电缆与换能器相连接，电能从超声发生器传输到换能器，激励换能器产生机械振动；换能器通常通过螺纹连接或者钳口连接固定在超声震荡器上，机械振动从换能器传递到超声震荡器上，使其整体产生振动；超声震荡器通过螺纹连接或者夹持装置连接到处理槽的底部，超声震荡器的振动能有效传递到处理槽中的处理介质；控制系统用于控制处理槽中的超声波功率、频率等参数，并监测处理过程的温度、压力等关键参数；这些部件协同工作，利用超声波的机械振动和化学效应来实现对物质的处理和清洁。
本申请提出的方案通过使用纳米粉末作为超声处理介质，超声波的机械振动能够引起纳米粉末的高频撞击和摩擦作用，从而对陶瓷研磨片表面进行处理。在超声处理过程中，主要存在以下微观层面的技术原理和效果：
撞击和摩擦效应：超声波的机械振动使纳米粉末高频撞击和摩擦陶瓷研磨片表面。这种撞击和摩擦作用能够有效去除陶瓷研磨片表面的毛刺、凸脊以及加工变质层，使表面更加平整和光滑。
表面变形效应：超声波的机械振动能够引起陶瓷研磨片表面的微小变形。这种表面变形效应可以促使陶瓷研磨片中表面的晶粒结构重新排列和调整，从而改善表面的光洁度和平整度。
增加表面能效应：超声处理的撞击和摩擦作用能够增加陶瓷研磨片表面的能量状态，使表面能增加，从而提高后续金属化薄膜的附着力和稳定性。
本申请中通过热处理去除陶瓷研磨片表面的有机杂质，随着温度升高，陶瓷研磨片中表面能较高的晶粒向降低表面能的方向变化，细晶粒相互靠近，不同晶粒间接触点通过物质扩散形成颈部。随着温度升高，原子向晶粒结合面迁移，晶粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络。此时，大多数孔隙被分隔，晶界继续向气孔扩散、填充，随着致密化继续进行，气孔逐步排除，产生收缩，使整体密度增加，机械强度提升，表面活性提升，稳定性增加，有利于后续的金属化工序。冷却处理过程中，在1分钟内将陶瓷研磨基片快速冷却至300℃，这样可以有效防止经热处理后的陶瓷研磨基片降温过程中晶粒异常长大。液氮冷却降温至300℃后，停止通入液氮，保持陶瓷研磨基片温度为300℃且保温时间1h～2h有助于使快速降温过程中陶瓷研磨基片内部产生的残余热应力充分释放。自然冷却降温至室温可以进一步释放陶瓷研磨基片的热应力。
附图说明
图1为陶瓷研磨片的表面处理方法流程图。
图2为未进行表面处理的陶瓷研磨片扫描电镜图。
图3为经超声处理后的陶瓷研磨片扫描电镜图。
图4为本申请表面处理方法得到的陶瓷研磨片扫描电镜图。
图5为对比例处理方法得到的陶瓷研磨片扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请做详细描述。
实施例一
一种陶瓷研磨片的表面处理方法，包括以下步骤：
S1：将陶瓷研磨片装夹固定在超声装置中，以纳米粉末为超声处理介质，对陶瓷研磨片进行超声处理；纳米粉末充分接触陶瓷研磨片的两个表面，通过纳米粉末的振动，对陶瓷研磨片表面进行打磨，从而去除表面毛刺和加工变质层；
S2：对陶瓷研磨片进行清洗和甩干，清除纳米粉末和其他污染物；
S3：在预设气氛下对陶瓷研磨片进行热处理，热处理的温度为900℃，处理时间为10min；去除陶瓷研磨片表面的有机杂质，使陶瓷研磨片表面的晶粒逐渐致密化，通过物质扩散形成连续的孔隙网络；从而提高陶瓷研磨片整体密度、机械强度、表面活性和稳定性；
S4：用纯水进行超声清洗；
S5：液氮冷却降温：通入液氮，在一分钟之内使陶瓷研磨片温度降为300℃，维持300℃，保温时间1h；
S6：自然冷却降温至室温。
传统的超声波清洗主要依靠超声波的机械振动效应来实现表面清洗和去除污染物。在超声波的作用下，液体介质中的微小气泡会迅速生长和崩溃，产生剧烈的冲击波和涡流效应，从而产生机械冲击和液体流动。这些效应可以有效地将污染物从物体表面剥离，并提高清洗效果。
与传统的超声波清洗相比，本申请中的超声处理在微观机理上存在如下几点不同之处。
处理介质：传统超声波清洗主要使用液体介质，而本申请中的超声处理使用纳米粉末作为处理介质。纳米粉末的小尺寸和不规则形状能够产生更加剧烈的撞击和摩擦效应，提高表面清洁和处理效果。
处理目标：传统超声波清洗主要针对表面的污染物和杂质进行清洗，而本申请中的超声处理除了清洗表面，还能够改善陶瓷研磨片的表面形态和结构。通过纳米粉末的振动和化学效应，能够去除毛刺、加工变质层等，使表面更加平整和光滑。
处理效果：传统超声波清洗主要通过剧烈的液体流动和冲击效应，将污染物从表面剥离。而本申请中的超声处理通过纳米粉末的撞击和摩擦作用，可以更细微地处理表面的瑕疵和不均匀性，提高表面的光洁度和平整度。
综上所述，与传统的超声波清洗相比，本申请中的超声处理在处理介质、处理目标和处理效果等微观机理上存在一些差异。本申请中的超声处理利用纳米粉末的振动和化学效应，能够更精细地对陶瓷研磨片进行处理。
而现有的对陶瓷研磨片表面进行抛光的方法（包括机械抛光、电解抛光、化学抛光）仅能减小表面的粗糙度，而无法消除其表面的加工变质层。除此之外，相比较于传统的机械抛光的方法，本申请中以纳米粉末为超声处理介质的超声处理对陶瓷研磨片的作用力和热影响小，更适用于薄而脆的陶瓷研磨片；现有的电解抛光不适用于不导电的非金属陶瓷材料；相比较于化学抛光，本申请的方法也更加环保无污染。
实施例二
在实施例一基础上的一种陶瓷研磨片的表面处理方法，所述步骤S1中的超声处理选用的超声频率为60kHz～120kHz，超声处理的介质选自：氧化铝纳米粉末、氧化锆纳米粉末、碳化硅纳米粉末、金刚石纳米粉末之一。超声处理的介质的尺寸为100nm～500nm，纳米粉末的形状优选为不规则的粉末。在一个具体应用实例中，陶瓷研磨片材质选用氮化铝，图2为未经过本申请方案处理的陶瓷研磨片扫描电镜图，从图2中可以明显看出在氮化铝晶粒的表面存在一层晶粒细化的加工变质层，加工变质层会降低陶瓷研磨片的金属化性能及可靠性。
使用本申请陶瓷研磨片的表面处理方法流程图如图1所示，先将陶瓷研磨片放入超声装置中，以纳米粉末为超声处理的介质，进行超声处理；超声处理后，对陶瓷研磨片进行清洗和甩干；在预设气氛下对陶瓷研磨片进行热处理；超声频率为90kHz，超声处理的介质选用金刚石纳米粉末，超声处理时间为5小时，图3给出了陶瓷研磨片经超声处理后的扫描电镜图，从图3中可以看出表面加工变质层消失。
在实际应用中，超声处理时间与陶瓷研磨片表面的毛刺的深度有关，应通过工艺实验确定具体工艺参数。表1给出了在超声频率为90kHz下样品1、样品2、样品3在不同处理时长粗糙度变化情况，从表中可以看出经过一段时间的超声处理，三件样品的粗糙度都有所改善，说明陶瓷研磨片表面的毛刺深度变浅，陶瓷研磨片表面的锐利区域被钝化。
本申请中以纳米粉末为超声处理介质对陶瓷研磨片进行超声处理具有的优点是：理利用超声波的振动效应，能够在微观尺度上对陶瓷研磨片表面进行均匀的处理。纳米粉末在超声波的作用下高频地撞击和摩擦陶瓷研磨片表面，从而有效去除毛刺及加工变质层；纳米粉末对陶瓷研磨片表面的作用力小，可以实现纳米尺度微量去除，从而提高表面的光洁度和平整度。超声处理的超声频率、功率和处理时间等参数可以根据具体需求进行调节和控制，以实现对表面处理的精确控制。
在本申请一个应用实例中，对陶瓷研磨片进行热处理，热处理温度选用1100℃，热处理时间60min，然后再对陶瓷研磨片进行液氮冷却降温处理：通入液氮，在一分钟之内使陶瓷研磨片温度降为300℃，保温时间1h；自然冷却降温至室温。经过本方案热处理、液氮冷却降温处理、自然冷却降温处理之后的陶瓷研磨片扫描电镜图如图4所示，从图4中可以看出经过本方案处理之后陶瓷研磨片表面晶粒明显更加均匀，相比较图3，图4中的晶粒稍有长大，晶粒更加致密。
在本申请一个对比例中，热处理后的陶瓷研磨片未经液氮冷却降温处理和300℃保温，直接从1100℃自然冷却降温至室温，得到的陶瓷研磨片扫描电镜图如图5所示，相比较图4，图5中存在晶粒异常长大现象。陶瓷研磨片表面晶粒越大晶界应力就越大，这种晶界应力甚至可以使大晶粒出现贯穿性断裂。
本申请的表面处理方法与对比例处理方法得到的陶瓷研磨片力学性能对比如表2所示，从表2中可以看出经过本申请的液氮冷却降温处理之后力学性能都有所提升。
实施例三
在实施例一基础上的一种陶瓷研磨片的表面处理方法，进一步的，所述步骤S2中还包括以下步骤：
S21：高压水冲洗：利用高压水枪对超声处理后的陶瓷研磨片表面进行冲洗，洗去陶瓷研磨片表面的纳米粉末；
S22：超声清洗：在振动频率为40kHz的条件下，先将陶瓷研磨片放入丙酮中浸润3min，再放入无水乙醇中浸润5min，将清洗物用水冲洗干净后在纯水中超声清洗8min；
S23：喷淋甩干：将超声清洗后的陶瓷研磨片放在喷淋甩干机中进行喷淋甩干处理。
进一步的，所述步骤S3中的预设气氛应根据陶瓷研磨片的类型来选择，优选为氢气或氮气。
进一步的，所述步骤S3中的热处理的温度为1300℃，处理时间为40min；对陶瓷研磨片进行液氮冷却降温处理，保温时间1h。
实施例四
一种陶瓷研磨片的表面处理方法，在温度为900～1300℃的高温环境下，将研磨后的陶瓷研磨片装夹固定在超声装置中，在纳米粉末的环境中对陶瓷研磨片进行超声处理，超声处理时间为5min～30min；对陶瓷研磨片进行液氮冷却降温处理：通入液氮，在一分钟之内使陶瓷研磨片温度降为300℃，保温时间1h～2h；自然冷却降温至室温。
在高温下进行超声处理，同时结合高温与超声处理会产生以下联合技术效果。
界面改善：高温环境下，陶瓷研磨片与纳米粉末之间的原子力作用增加，从而会增加纳米粉末与陶瓷研磨片表面之间的物理摩擦作用。超声波的物理振动作用可以有效地破坏和去除陶瓷研磨片表面的毛刺和加工变质层，使表面更加平整和光滑。
清洁效果增强：高温环境下，陶瓷研磨片表面的污染物和杂质会更容易挥发和分解。超声波的物理振动和涡流效应可以帮助清除陶瓷研磨片表面的污染物，增强清洁效果。
晶粒生长和致密化：高温环境下，陶瓷研磨片的晶粒生长和烧结过程会加速，可以促进晶粒的生长和致密化，提高材料的力学性能和热稳定性。
综上所述，高温下进行超声处理，同时结合高温和超声波的作用，会产生清洁效果增强、材料改性、晶粒生长和致密化、界面改善和均匀性提高等联合技术效果。这些效果有助于提高陶瓷研磨片的质量和稳定性，满足高要求应用的需求。
本实施例方案的一个应用实例中，在高温环境下进行超声处理时，选择惰性气体或还原性气体气氛。如惰性气体（如氩气）气氛或氮气气氛，以减少氧气的接触。这可以有效降低氧化反应的风险；还原性气体如氢气，可以与氧气发生反应生成水，从而减少氧气的接触和氧化反应。
本实施例方案的另一个应用实例中，纳米粉末中混合有还原剂：碳酸氢钠或亚硫酸钠。碳酸氢钠可以在高温下分解产生二氧化碳和水蒸气，从而减少氧气的浓度和接触，抑制氧化反应。高温环境下使用亚硫酸钠，亚硫酸钠与氧气发生反应形成二氧化硫，从而减少氧气对基片的影响。
本发明提供一种陶瓷研磨片的表面处理方法，通过在纳米粉末的环境中进行超声处理，有效去除陶瓷研磨片表面的毛刺和加工变质层，提高表面的光洁度；随后，通过热处理等步骤，彻底清除污染物和有机杂质，促使陶瓷基片表面的晶粒逐渐致密化。通过这种表面处理方法，可以提高陶瓷研磨片的表面质量和性能，增强金属化薄膜的附着力和稳定性，为后续工艺步骤提供更可靠的基础。
需要说明的是，上述说明书仅为本发明的一种实施方式，并不限于此。在保持本发明原理的前提下，可以对实施方式进行组合、改变和修改。基于本申请所述陶瓷研磨片的表面处理方法以及对陶瓷研磨片表面处理的技术原理，对陶瓷研磨片进行表面处理的表面处理装置或表面处理系统也落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
先将陶瓷研磨片放入超声装置中，以纳米粉末为超声处理的介质，进行超声处理，通过纳米粉末的振动去除陶瓷研磨片表面毛刺和加工变质层；
超声处理后，对陶瓷研磨片进行清洗和甩干；
在预设气氛下对陶瓷研磨片进行热处理，所述热处理的温度为900℃～1300℃，处理时间为10min～60min；
对陶瓷研磨片进行液氮冷却降温处理：通入液氮，在一分钟之内使陶瓷研磨片温度降为300℃，保温时间1h～2h；
自然冷却降温至室温。
2.根据权利要求1所述的陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：超声处理选用的超声频率为60kHz～120kHz。
3.根据权利要求1所述的陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：所述预设气氛选择惰性气体气氛或还原性气体气氛之一。
4.根据权利要求1所述的陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：
超声处理的介质选自：氧化铝纳米粉末、氧化锆纳米粉末、碳化硅纳米粉末或金刚石纳米粉末之一。
5.一种陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：将陶瓷研磨片放入超声装置中，在温度为900℃～1300℃环境下，以纳米粉末为超声处理的介质，对陶瓷研磨片进行超声处理，通过纳米粉末的振动去除陶瓷研磨片表面毛刺和加工变质层；对陶瓷研磨片进行液氮冷却降温处理：通入液氮，在一分钟之内使陶瓷研磨片温度降为300℃，保温时间1h～2h；自然冷却降温至室温。
6.根据权利要求5所述的陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：在惰性气体气氛或还原性气体气氛下对陶瓷研磨片进行超声处理。
7.根据权利要求5所述的陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：超声处理时间为5min～30min。
8.根据权利要求5所述的陶瓷研磨片的表面处理方法，其特征在于：纳米粉末中混合有碳酸氢钠粉末或亚硫酸钠粉末。
9.一种使用权利要求1所述陶瓷研磨片的表面处理方法对陶瓷研磨片进行表面处理的装置。
10.一种使用权利要求5所述陶瓷研磨片的表面处理方法对陶瓷研磨片进行表面处理的装置。
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Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1765803A (zh) * | 2005-09-06 | 2006-05-03 | 南京中盟科技新材料有限公司 | 一种金属/陶瓷纳米复合自修复添加剂及其制备方法 |
| CN103273156A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-04 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种提高钎焊焊接强度的方法 |
| CN103639850A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种晶体的抛光方法 |
| CN104191319A (zh) * | 2014-09-02 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种硼化物陶瓷材料表面磨削的方法 |
| CN104646701A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-05-27 | 北京电子科技职业学院 | 一种陶瓷刀具的刃口强化处理方法 |
| CN105967692A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-09-28 | 顾向欣 | 氮化硅结合碳化硅陶瓷坩埚的制作方法 |
| CN106380228A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-08 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种片状陶瓷平整化热处理工装及热处理工艺 |
| CN107540401A (zh) * | 2016-12-26 | 2018-01-05 | 安徽工业大学 | 一种三元层状陶瓷钛硅化碳与金属铬的扩散连接方法 |
| CN107881295A (zh) * | 2017-11-18 | 2018-04-06 | 蚌埠中梁机械科技有限公司 | 一种铸铁模具的表面处理方法 |
| CN107904386A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-13 | 遵义中铂硬质合金有限责任公司 | 一种刀具热处理方法 |
| CN108637226A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-10-12 | 东莞市新玛博创超声波科技有限公司 | 一种金属铸件的毛刺水口去除方法 |
| CN108747597A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-06 | 苏州智能制造研究院有限公司 | 一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法 |
| CN109092792A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-28 | 福建毫米电子有限公司 | 一种陶瓷基片表面处理方法 |
| CN109623510A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-16 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种光学镜片表面的抛光方法 |
| CN110106468A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-08-09 | 江西理工大学 | 基于硬质合金基体表面纳米化的涂层制备方法 |
| CN111926287A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-11-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法 |
| CN115415400A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-02 | 江苏大学 | 一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置 |
| CN117051455A (zh) * | 2023-10-11 | 2023-11-14 | 宁波德洲精密电子有限公司 | 一种ic引线框架镀锡除胶工艺方法 |
-
2023
- 2023-11-15 CN CN202311517654.7A patent/CN117245460B/zh active Active
Patent Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1765803A (zh) * | 2005-09-06 | 2006-05-03 | 南京中盟科技新材料有限公司 | 一种金属/陶瓷纳米复合自修复添加剂及其制备方法 |
| CN103273156A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-04 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种提高钎焊焊接强度的方法 |
| CN103639850A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种晶体的抛光方法 |
| CN104191319A (zh) * | 2014-09-02 | 2014-12-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种硼化物陶瓷材料表面磨削的方法 |
| CN104646701A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-05-27 | 北京电子科技职业学院 | 一种陶瓷刀具的刃口强化处理方法 |
| CN105967692A (zh) * | 2016-05-18 | 2016-09-28 | 顾向欣 | 氮化硅结合碳化硅陶瓷坩埚的制作方法 |
| CN106380228A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-08 | 中国建筑材料科学研究总院 | 一种片状陶瓷平整化热处理工装及热处理工艺 |
| CN107540401A (zh) * | 2016-12-26 | 2018-01-05 | 安徽工业大学 | 一种三元层状陶瓷钛硅化碳与金属铬的扩散连接方法 |
| CN107904386A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-13 | 遵义中铂硬质合金有限责任公司 | 一种刀具热处理方法 |
| CN107881295A (zh) * | 2017-11-18 | 2018-04-06 | 蚌埠中梁机械科技有限公司 | 一种铸铁模具的表面处理方法 |
| CN108637226A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-10-12 | 东莞市新玛博创超声波科技有限公司 | 一种金属铸件的毛刺水口去除方法 |
| CN108747597A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-06 | 苏州智能制造研究院有限公司 | 一种氧化铝陶瓷基片表面加工方法 |
| CN109092792A (zh) * | 2018-09-25 | 2018-12-28 | 福建毫米电子有限公司 | 一种陶瓷基片表面处理方法 |
| CN109623510A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-04-16 | 宁波舜宇红外技术有限公司 | 一种光学镜片表面的抛光方法 |
| CN110106468A (zh) * | 2019-06-27 | 2019-08-09 | 江西理工大学 | 基于硬质合金基体表面纳米化的涂层制备方法 |
| CN111926287A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-11-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种提高MCrAlY涂层与单晶高温合金界面组织稳定性的表面预处理方法 |
| CN115415400A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-12-02 | 江苏大学 | 一种超声空化辅助精密冲裁加工的方法和装置 |
| CN117051455A (zh) * | 2023-10-11 | 2023-11-14 | 宁波德洲精密电子有限公司 | 一种ic引线框架镀锡除胶工艺方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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