亲水性固结磨料研磨垫自修整过程的实现探索

亲水性固结磨料研磨垫(FAP)的自修整过程影响着其加工性能的稳定性.采用亲水性树脂和铜粉制备固结磨料研磨垫,研究研磨液中添加不同含量三乙醇胺对树脂基体砂浆磨损率及研磨垫材料去除率大小、稳定性的影响,以此来判断研磨垫的自修整性能,探索亲水性固结磨料研磨垫自修整的实现机理.结果表明:在本文实验所考察范围内,随着研磨液中三乙醇胺含量的增加,树脂基体的砂浆磨损率升高,当三乙醇胺体积比从0升至5%时,砂浆磨损率从0.003 3 g上升至0.009 1 g;研磨液中三乙醇胺浓度的提高有助于其材料去除率的稳定,当三乙醇胺体积比从0升至5.0%时,材料去除率的稳定性从11%提升至42.9%.可见,研磨液中加入三乙醇胺可以改善含铜粉亲水性固结磨料研磨垫的自修整性能.

亲水性固结磨料研磨垫自修整机理探索

自修整特性是亲水性固结磨料研磨垫(FAP)的重要性能之一.为了探究其自修整的实现机理,使用PHL-350型平面高速研磨抛光机对K9玻璃圆片进行马拉松式实验.研究了研磨压力和孔隙对研磨垫自修整性能的影响.实验表明:研磨压力从0.15 MPa提高到0.20 MPa,研磨垫的自修整效果显著提高,经过一段时间后,1#研磨垫和2#研磨垫的材料去除速率分别保持在10μm/min和8μm/min以上.同时,成孔剂的加入使基体砂浆磨损率提高了近7倍,提高了固结磨料研磨垫的材料去除速率的稳定性.因此,提高压力和适当弱化基体有助于实现固结磨料研磨垫的自修整过程.

修整技术及提高固结磨料研磨垫自修整性的研究

随着化学机械研磨的持续进行,垫表面特征会发生变化,从而使其研磨能力大大降低。修整垫可改善表面轮廓,进而提高被加工晶片表面质量,而且可以减少表面缺陷,延长使用寿命。本文着重介绍固结磨料研磨垫常见修整技术,分为非自修整和自修整两种类型,非自修整法有高压水射流修整、超声波振动法修整、金刚石修整器修整。并重点阐述通过合理选用研磨液、添加成孔剂以及优化研抛工艺参数等措施来促进亲水性固结磨料研磨垫自修整。

乙醇浓度对亲水性固结磨料垫自修整特性的影响

自修整能力是评价亲水性固结磨料研磨垫加工性能的重要指标。本文选择不同浓度的乙醇水溶液作为研磨介质,表征了亲水性固结磨料垫基体在研磨介质中的溶胀率与砂浆磨损速率,探索了亲水性固结磨料垫在不同研磨介质条件下研磨石英玻璃的加工性能,采用亲水性固结磨料垫在不同阶段的材料去除速率变化(Material Removal Rate Variation,MRRV)衡量固结磨料垫的自修整能力。结果表明:随着研磨介质中乙醇浓度的增加,溶胀率与砂浆磨损速率均增大,分别达到了1.05%与5.5mg/h,不仅研磨垫的材料去除率与表面质量得到了提高,同时,不同阶段的MRRV大幅减小,体现了更优的自修整能力。当乙醇浓度为25%时,平均材料去除率达到11.82μm/min,表面粗糙度Ra为75nm,磨料垫具备了良好的加工性能。研磨介质中引入乙醇能有效提高固结磨料垫的加工性能。

金刚石固结磨料研磨K9玻璃的研究

为提高光学材料的研磨效率与质量,提出一种亲水性固结磨料研磨方法。采用图形转移与UV固化工艺,将粒径为5～10μm的金刚石磨料固结于亲水性光固化树脂中,制备固结磨料研磨抛光垫(FAP)。选取工件的材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Sa)来评价研磨的加工性能。对比研究了在相同粒径磨粒下的游离磨料研磨、固结磨料丸片研磨、及亲水性FAP研磨三种不同方法对K9光学玻璃的加工性能。实验结果表明:采用FAP研磨K9玻璃,MRR为350nm/min,表面粗糙度Sa为3.24nm,达到了精研的加工效率和抛光的表面质量。提出了固结磨料抛光丸片和亲水性FAP的加工模型,以及亲水性FAP的自修整机理。

固结磨料研磨垫孔隙结构对其加工性能的影响

为了解决铜在研磨过程中铜屑黏附减小了容屑空间,易导致研磨垫钝化问题,本文尝试在亲水性固结磨料研磨垫(FAP)内部添加硫酸镁晶体,利用硫酸镁晶体遇水溶解的特性,在研磨垫表面制造不同特征的孔隙。实验在FAP中添加粒径为8目、170目、500目的硫酸镁晶体制造了3种不同孔隙分布的研磨垫,研究了不同加工参数下FAP研磨铜片时的材料去除速率、摩擦系数、表面形貌及磨屑特征。结果表明,仅含170目硫酸镁的FAP与含8目和500目硫酸镁、质量分数分别为5%和10%的FAP在研磨过程中出现了不同程度的钝化,而FAP表现出良好的自修整性能,研磨过程摩擦系数较大且保持平稳;在研磨液流量为60ml/min时,其材料去除速率为4.46μm/min,表面粗糙度Ra为159nm。

用于功能陶瓷材料超精密平面加工的固结磨具的研究进展

功能陶瓷是可实现某种功能的无机非金属材料。以平面为重要工作面的功能陶瓷零部件及产品因具有优良的综合性能而被广泛应用于医疗民生和国防军工等领域。为更好地满足产品的功能要求,平面的加工质量需达到形状精度亚微米级、表面粗糙度纳米级,甚至更高水平。因此,功能陶瓷平面迫切需要超精密加工。磨料加工是超精密加工的重要方式,包含固结磨料和游离磨料加工这两种互为补充的方式。固结磨料加工是否能够满足被加工工件的超精密要求,磨具至关重要。磨削时所采用的砂轮,固结磨料研磨、抛光时所采用的研磨垫和抛光垫,均为固结磨具。功能陶瓷具有稳定的物理化学综合特性,使得其被加工后可长期保持加工精度;同时,这也决定了功能陶瓷的加工有别于金属材料、有机材料以及工程陶瓷。用于功能陶瓷材料超精密平面加工的固结磨具有别于普通加工的固结磨具,亟需针对性的研究。决定固结磨具能否满足加工要求的因素主要包括:磨具制备时,作为固结磨具的主要原料、磨料和结合剂的合理选择或改性;磨具使用中,可能出现的磨料钝化以及磨具表面被磨屑堵塞的现象;磨具表面宏观形貌的优化与否。近年来,国内外研究人员从功能陶瓷材料的不同去除机理出发选择磨料,针对固结磨料超精密平面加工的不同方式选择或改性结合剂,通过在线修整、表面结构化的方法使磨具长时间保持高效高精度的加工性能。由此所制备或选用的磨具被成功应用于硅、锗、蓝宝石、碳化硅、微晶玻璃、三硼酸锂等功能陶瓷材料的平面加工,达到超精密加工水平,可以满足不同领域相关产品的功能要求。本文综述了功能陶瓷材料的固结磨料超精密平面加工用磨具的研究进展,分别从磨具原料的选择、磨具的应用、磨具的在线修整和表面的结构化进行介绍,分析了以上四方面研究所面临的问题并展望了发展前景,以期为业界和相关研究人员以固结磨具超精密加工功能陶瓷平面提供参考。

砂浆辅助固结磨料研磨蓝宝石研究

金刚石固结磨料垫研磨蓝宝石晶片时,因磨屑细小导致研磨垫自修整能力严重不足,制约了其工业应用。本实验尝试用向研磨液中添加碳化硅颗粒的办法,辅助磨屑改善研磨垫的自修整能力。分别制备了不含磨料和含金刚石磨料（粒度尺寸为20~30μm）的研磨垫,比较其在不同研磨条件下的材料去除率和研磨后工件表面形貌,探索研磨液中碳化硅颗粒的作用机制。结果表明：研磨液中添加的碳化硅颗粒加快了研磨垫基体的磨损,有利于亚表层金刚石颗粒的出露,实现了研磨垫的自修整过程,材料去除速率明显提高,提高近14倍。

固结金刚石聚集体磨料垫高效研磨氧化锆陶瓷背板

氧化锆陶瓷背板的高效低损伤研磨加工是其在5G通讯应用中的前提。针对氧化锆材料的硬脆特性造成磨粒磨损严重的特点,以金刚石单晶和聚集体为磨料,制备固结磨料垫(FAP),并对比研究其加工性能,探索了研磨液中碳化硅磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用金刚石聚集体作为固结磨料垫的磨料,辅以碳化硅砂浆,能够明显提高研磨速度,改善表面加工质量。采用粒度230/270的金刚石聚集体固结磨料研磨垫,辅以颗粒尺寸3~5μm的绿碳化硅砂浆,氧化锆陶瓷研磨时材料去除率达2.5μm/min以上,表面粗糙度值Ra为74.9nm。

固结磨料垫高效研磨氟化钙晶体研究

氟化钙晶体的高效精密研磨加工是实现其超精密抛光加工的前提。采用单晶金刚石和聚集体金刚石磨料制备固结磨料垫(FAP),对比研究其研磨加工性能,探索不同种类的金刚石磨粒在固结磨料研磨垫自修整过程中的作用机理。结果表明:采用聚集体金刚石磨料制成的FAP研磨效率明显高于单晶金刚石FAP的,且其材料去除率更稳定,同时聚集体金刚石FAP的自修整能力要优于单晶金刚石FAP的。在10kPa压力下,采用初始粒径为3~5μm的聚集体金刚石FAP研磨氟化钙晶体,其材料去除率达13.0μm/min,表面粗糙度值Ra为130.0nm。

砂浆对固结磨具研磨垫研磨SiC工件的影响

为高效、稳定加工SiC工件,采用碳化硅砂浆辅助亲水性固结磨具研磨垫精研的方法,实验比较砂浆辅助固结磨具研磨垫研磨与传统固结磨具研磨垫研磨的差异,并研究砂浆中碳化硅的颗粒尺寸和质量分数对SiC工件精研去除率和表面形貌的影响。通过测算研磨垫的溶胀率和磨损率,探索碳化硅砂浆的作用机制。结果表明:在砂浆中添加颗粒尺寸为3～5μm、质量分数为3%的SiC时,精研过程的平均材料去除率为1.424 6μm/min,工件表面粗糙度R_a为84.6nm;而没有砂浆辅助精研时,材料去除率为0.040 0μm/min,表面粗糙度R_a为61.4nm。碳化硅砂浆的加入能有效提高亲水性固结磨具研磨垫的自修整能力,其自修整能力随砂浆中碳化硅的尺寸和质量分数增大而增强,材料的去除率提高,工件表面质量略降。

固结磨料抛光垫基体性能与加工性能的实验研究

采取不同基体性能的固结磨料抛光垫(FAP),在相同的化学机械抛光(CMP)参数下,研究了溶胀率和铅笔硬度等基体性能对K9光学玻璃加工时的材料去除率(MRR)和三维轮廓表面粗糙度(Sa)等加工性能的影响规律。结果表明,溶胀率和铅笔硬度两个基体性能指标共同影响着工件的MRR和表面粗糙度。随着基体溶胀率的增大,工件的MRR降低,而工件的表面粗糙度变大;随着湿态铅笔硬度的增加,工件的MRR也相应增大,而工件的表面粗糙度依据溶胀率的某一值呈现先增大后减小的趋势;同时亲水性FAP能对工件进行长时间持续稳定加工,可说明具有自修整功能。