不同线速度下无结合剂碳化钨的磨削机理及机械化学磨削试验研究

玻璃模压是一种快速大批量生产光学玻璃透镜的方法,受到各行业的青睐。而无结合剂碳化钨作为一种优异的模仁材料被广泛应用于玻璃模压,其具有高硬度、高强度、高热导率的特点。然而无结合剂碳化钨由于其较大的脆性,加工过程中极易出现裂纹崩碎,难以获得良好的表面质量和形状精度。首先在超精密单点车床上进行了高速刻划试验,研究不同线速度(1m/s、5m/s、10m/s、20m/s)对碳化钨材料去除形式的影响。然后对碳化钨进行超精密磨削,研究碳化钨的表面形貌和亚表面损伤等。此外,引入机械化学磨削液,研究其对碳化钨磨削过程的促进作用,磨削时采用含有质量分数为1%纳米氧化硅和3%过氧化氢的水基磨削液,并观察机械化学磨削的表面形貌,结果发现机械化学磨削液能够有效降低表面划痕数量,提高磨削后表面质量。

湿式机械化学磨削单晶硅的软磨料砂轮及其磨削性能

针对干式机械化学磨削(Mechanical chemical grinding,MCG)单晶硅过程中易产生磨削烧伤、粉尘多、加工环境差等问题,研制一种可用于湿式MCG单晶硅的新型软磨料砂轮,并对砂轮的磨削性能及其磨削单晶硅的材料去除机理进行研究。根据湿式机械化学磨削单晶硅的加工原理和要求,制备出以二氧化硅为磨料、改性耐水树脂为结合剂的新型软磨料砂轮。采用研制的软磨料砂轮对单晶硅进行磨削试验,通过检测加工硅片的表面/亚表面质量对湿式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行分析,并与传统金刚石砂轮、干式MCG软磨料砂轮的磨削性能进行对比。采用X射线光电子能谱仪对磨削前后硅片的表面成分进行检测,分析湿式MCG加工硅片过程中发生的化学反应。结果表明,采用湿式MCG软磨料砂轮加工硅片的表面粗糙度Ra值为0.98 nm,亚表面损伤层深度为15 nm,湿式MCG软磨料砂轮磨削硅片的表面/亚表面质量远优于传统金刚石砂轮,达到干式MCG软磨料砂轮的加工效果,可实现湿磨工况下硅片的低损伤磨削加工。在湿式MCG过程中,单晶硅、二氧化硅磨粒与水发生了化学反应,在硅片表面生成易于去除的硅酸化合物,硅酸化合物进一步通过砂轮磨粒与硅片间的机械摩擦作用被磨粒从单晶硅表面去除,在机械与化学作用复合作用下实现硅片超低损伤磨削加工。