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Fe2O3颗粒与氧化剂协同作用对单晶金刚石抛光精度的影响

  金刚石由于其优异的物理和化学性能，例如高硬度、高导热、低摩擦和化学稳定性，被广泛应用于现代高科技材料。如刀具和半导体电子元件，表面粗糙度是影响金刚石性能的关键因素，因此，必须经过表面抛光才能应用。目前金刚石的加工方法有：机械抛光、热化学抛光、离子束抛光、激光抛光和机械化学抛光等。这些抛光方法大部分无法获得纳米级抛光表面。Thornto和Wilks在传统机械抛光上加入氧化剂硝酸钾（KNO₃）对金刚石膜进行抛光，发现氧化剂降低了C-C结合能和化学反应能，提高了表面碳原子活性。Song等人发现将金刚石粉末加入到H₂O₂溶液中，金刚石表面被氧化，C-C键变弱，金刚石表面的C原子与磨料中的C原子形成更强的C-C键，再通过机械作用去除表面材料。可以看出，化学机械抛光通过氧化剂与金刚石表面发生化学反应，氧化金刚石表面，再通过机械作用去除表面材料。

本文通过Fe₂O₃颗粒加入五种氧化剂，制备新型氧化剂对单晶金刚石进行化学机械抛光，通过对抛光后的单晶金刚石进行表面质量和材料去除率分析，发现Fe₂O₃颗粒在过氧化氢溶液和芬顿试剂中，氧化剂的化学作用大于颗粒机械作用，去除机械作用产生的剥落坑，可以有效提高金刚石的表面精度，粗糙度可达到2.46nm。通过XPS分析发现抛光后的金刚石表面产生了C-O键C=C键，说明软质颗粒与过氧化氢溶液和芬顿试剂协同作用是金刚石表面先被氧化再通过机械作用去除，最终获得光滑的金刚石表面。