LED蓝宝石衬底研磨工艺研究

为改善蓝宝石加工工艺,通过金刚石研磨液研磨LED蓝宝石衬底试验,研究了此过程中的工艺参数(研磨盘材质、研磨压力、研磨盘转速等)对材料去除速率和表面粗糙度值Ra的影响。试验结果显示:研磨盘材质以铜质为佳,其最优工艺参数组合为研磨压力20.68kPa、研磨盘转速80r/min。     

陶瓷结合剂研磨盘制备及研磨蓝宝石性能研究

为提高蓝宝石基片的研磨效率和质量,研制2种不同硬度的陶瓷结合剂固结金刚石研磨丸片并制作了相应的研磨盘,对蓝宝石基片进行研磨工艺试验以评估其研磨性能。结果表明:研磨时间延长,蓝宝石的材料去除率(R_MRR)和表面粗糙度(R_a)均逐渐降低最后趋于稳定;研磨盘转速提高,2种研磨盘获得的工件材料去除率均先升高后降低,在研磨盘转速为60 r/min时达到最高,分别为1.81 μm/min和1.27 μm/min,但工件表面粗糙度则持续降低;研磨压力增大,2种研磨盘获得的工件材料去除率持续升高,在研磨压力为34.5 kPa时达到最高,分别为2.03 μm/min和1.49 μm/min,且此时的蓝宝石基片表面粗糙度最低分别为0.165 μm和0.141 μm。对比2种硬度的研磨盘磨损性能可以发现,研磨盘的硬度越高,其材料去除效率越高,研磨盘磨耗比越高,但研磨后的工件表面粗糙度相对较高。      

单晶α-氧化铝晶圆的研磨特性研究

开发微孔陶瓷研磨装置,并制备GC磨料和C磨料研磨盘,分别对单晶α-氧化铝晶圆进行研磨加工试验。试验结果表明:与C磨料研磨盘相比,GC磨料研磨盘对单晶α-氧化铝晶圆的研磨效果更佳;使用GC磨料研磨盘研磨10 min后,晶圆材料去除率为1.05～1.15μm/min,表面粗糙度S_a达15～16 nm;在研磨40～50 min时,研磨盘的研磨效率下降,晶圆材料去除率增加至1.4～1.5μm/min,但表面粗糙度S_a仅提高至15.5～16.5 nm。尽管如此,在保证表面加工质量的前提下,晶圆的材料去除率仍能达到1μm/min以上的工业加工标准,表明所开发的微孔陶瓷研磨装置能够较好地满足单晶α-氧化铝晶圆的研磨加工要求。     

单面研磨6H-SiC单晶片的加工表面性能分析

采用硬基研磨盘对6H-SiC单晶片进行单面研磨,分析了晶片加工表面形貌和划痕特征。实验结果表明:采用铸铁盘相对于采用硬度较低的铜盘和铝盘研磨后的晶片表面较均匀。采用铸铁盘研磨时金刚石磨料和碳化硼磨料较适合单晶SiC的研磨加工。用M0.5/1.5金刚石磨粒研磨后,SiC单晶片表面的断裂凹坑密集而细小,但容易出现划痕和研磨不均匀,而且分散性差,团聚后容易使晶片表面产生大的划痕;实验条件下铸铁研磨盘比较适合M3/6以粗的金刚石磨料研磨。研磨过程中,磨粒的行为对表面质量有重要影响。切入较深的磨粒使工件产生微裂纹,从而导致工件表面产生滚压破碎凹坑、划擦痕迹和脆性断裂划痕;切入较浅的磨粒使工件产生微量塑性变形,而使晶片表面产生微量塑性去除划痕。     

圆光栅玻璃的游离磨料研磨抛光加工工艺

用游离磨料对圆光栅玻璃表面进行了研磨抛光实验,讨论了磨粒尺寸、磨料质量分数、加工时间、研磨盘转速、加载压力、抛光垫材料对试件表面粗糙度和材料去除率的影响。研究表明,硬质抛光垫能更好地保持试件的平面度。获得的优化工艺参数组合为:研磨盘转速75r/min;磨料质量分数10%;研磨液流量10mL/min;5μm的Al2O3加载压力0.019MPa,粗研20min;1μm的Al2O3加载压力0.015MPa,精研20min;30nm的CeO2加载压力0.012MPa,精抛10min。在该工艺组合下,获得了表面粗糙度值Ra为3.3nm、平面度为5μm的圆光栅玻璃。     

利用自转角控制法进行钢球的多阶段研磨--泡沫聚氨酯垫研磨

最近开发的钢球自转角控制多阶段研磨法具有良好的钢球研磨性能,其中V形研磨盘分成两部分,三个研磨盘均可独立运转.本文主要讨论使用聚氨酯垫时的钢球研磨特性.实验是用粒度从5.5μm到0.3μm不等的氧化铝磨粒进行的.发现使用聚氨酯垫研磨的钢球表面粗糙度比铸铁研磨盘小.实验表明,粒度逐级减小有利于降低钢球的表面粗糙度,自旋角θ对钢球的表面粗糙度和加工量均有影响.     

氮化硅陶瓷球研磨去除方式

为研究研磨工艺参数对氮化硅陶瓷球表面材料去除机理及表面质量的影响,采用立式研球机,通过改变研磨盘转速和压力对氮化硅陶瓷球进行研磨试验,利用扫描电镜、超景深三维显微镜检测研磨后陶瓷球的表面形貌,并运用ABAQUS进行有限元模拟,分析研磨过程中氮化硅陶瓷球表面材料的去除方式及表面质量。研究表明:研磨盘转速和压力对研磨过程中陶瓷球表面材料的去除方式、表面缺陷和表面质量影响较大,随着研磨盘转速和压力的减小,其表面划伤、凹坑和雪花等缺陷明显减少,表面质量随之提高;当压力较大、研磨盘转速较高时,材料以二体断裂去除为主;当压力较小、研磨盘转速较低时,材料以三体脆性断裂去除为主;与二体断裂去除相比,三体脆性断裂去除产生的亚表面裂纹更深。      

不同材质磨盘对蓝宝石晶片研磨性能的影响

从实际生产加工的角度,研究磨盘材质和研磨磨料对蓝宝石晶片加工效果的影响。以实际生产工艺进行实验,比较铸铁磨盘、陶瓷复合盘、树脂铜盘和聚氨酯研磨布在使用B₄C或金刚石研磨液时的加工效果、成品率和研磨效率。结果显示:经聚氨酯研磨布研磨的蓝宝石晶片,其表面质量最好,为R_a0.058μm;陶瓷复合盘的研磨效率最高,达到0.305μm/min,且成品率可保持在96.08%。如粗糙度要求较高（R_a ≤ 0.06μm）,则建议使用聚氨酯研磨布搭配金刚石研磨液;如果更强调成本和效率（粗糙度要求R_a ≤ 0.08μm）,建议使用陶瓷复合盘搭配B₄C研磨液。      

脆硬材料研磨加工瞬态温度场有限元分析

以圆光栅玻璃为代表,建立了脆硬材料研磨加工三维瞬态温度/应力场有限元模型。在考虑了热传导、空气对流传热和热辐射的冷却作用以及工件和研磨盘的热流分配问题的条件下,研究了加工过程中,工件的转动情况对温度场分布及传递规律的影响,并对仿真结果进行了实验验证。研究结果表明:研磨加工时,摩擦热由工件与研磨盘接触面向两边以及底层传递;工件与研磨盘同向转动加工时,工件上的摩擦热由于没有在刚滑出区域堆积,分布得更加均匀;工件与研磨盘反向转动研磨加工产生的摩擦热要比同向转动加工时的要高。     

研磨盘运动特性对氮化硅陶瓷球成形影响性分析

为提高氮化硅陶瓷球加工精度,提出研磨盘偏摆运动可控的新型锥形柔性支承研磨方式,探究柔性支承研磨方式下陶瓷球成形机理。基于新型研磨方式建立仿真模型,深入分析研磨盘偏摆运动对于氮化硅陶瓷球研磨轨迹与受力状态影响。在搭建的新型锥形柔性支承研磨平台上进行正交实验,进一步分析研磨盘运动特性对球体成形的影响。仿真与实验结果表明：在柔性支承研磨方式下,随着研磨盘偏摆角增大,球体轨迹均匀性标准差从43.58降至35.49,最大接触力提升至初始值的4倍,陶瓷球平均球直径变动量从1.466μm增至2.382μm,批直径变动量从4.98μm增至10.27μm。研磨盘偏摆运动有利于优化研磨轨迹,但增大了球体受力的不均匀性,不利于改善氮化硅陶瓷球平均球直径变动量与批直径变动量,在实际加工过程中,研磨盘偏摆角需控制在0.02°以内。     

固结磨料研磨中去除机理探索

结合目前实验室的实际加工条件建立了用FAP(fixed abrasive pad,固结磨料抛光垫)研磨抛光时磨粒嵌入工件表面的切深数学模型,提出了当不考虑抛光垫的弹性变形且FAP中添加的磨粒粒径范围在10～14μm之间时,磨粒压入工件的最大深度值在0.4μm左右。当考虑抛光垫的弹性变形时,磨粒嵌入工件的深度普遍减小,从而使得加工后工件的表面质量得到明显提高,主要表现在加工后工件表面划痕数量和划痕深度大大减小,表面粗糙度值降低。为了验证模型的正确性,在研磨抛光实验过程中收集了大量磨屑并对其拍摄大量SEM照片,通过图像处理和分析证明了在加工产生的磨屑中,91%以上(均值96.5%)的磨屑厚度小于0.3μm,非常好地吻合了本文中所建立的切深数学模型。     

固结磨料研磨K9玻璃的工艺优化

固结磨料研磨工艺具有高加工效率及清洁加工等突出优点。采用正交实验法,研究了转速比、研磨压力、研磨液流量等参数对固结磨料研磨K9玻璃的材料去除率和三维轮廓表面粗糙度Sa的影响。结果表明:研磨的最佳工艺参数组合为:转速比为145/150,研磨压力为0.055 MPa,研磨液流量为60mL/min。在该工艺参数组合下,材料去除速率达到3186 nm/min,Sa值达到19.6 nm。     

Study on ultrasonic-assisted lapping of gears

Ultrasonic-assisted lapping of gears is firstly proposed and compared with conventional lapping in material removal process and mechanism. The material removal mechanisms of the ultrasonic lapping include hammering, impacting and acoustic cavitation. The experiments showed that the material removal rate of ultrasonic lapping is nearly three times that of the conventional lapping in the same condition, and the ultrasonic lapping can produce a better tooth surface quality (Ra=0.2 μm and the section height c=1.2 μm) than the conventional lapping (Ra=0.33 μm and c=3.2 μm). Then a set of parametric experiments for the ultrasonic lapping was conducted with the Taguchi experimental design. The results of this set of experiments reveal that the optimum conditions for a high removal rate in the ultrasonic lapping experiments of spiral-bevel gears are of brake torque, 0.12 Nm; pinion rotational speed, 600 rpm; and slurry concentration with 20%. The contributions by percentage of torque, speed and concentration to the removal rate are 8.13, 19.26 and 68.11, respectively.     

Damage mechanisms during lapping and mechanical polishing CdZnTe wafers

CdZnTe wafers were machined by lapping and mechanical polishing processes, and their surface and subsurface damages were investigated.The surface damages are mainly induced by three-body abrasive wear and embedded abrasive wear during lapping process. A new damage type, which is induced by the indentation of embedded abrasives, is found in the subsurface. When a floss pad is used to replace the lapping plate during machining, the surface damage is mainly induced by two-body abrasive and three-body abrasive wear, and the effect of embed-ded abrasives on the surface is greatly weakened. Moreover, this new damage type nearly disappears on the subsurface.     

非晶态合金薄膜铜衬底超精密抛光的实验研究

本文采用聚氨酯抛光盘和绒布抛光垫对铜衬底进行超精密抛光工艺研究,对铜衬底的表面粗糙度、材料去除率以及铜衬底表面组织结构变化过程进行了研究,并讨论了铜衬底在超精密抛光时,不同抛光条件对其表面粗糙度和材料去除率的影响,以及抛光压力对铜衬底的表面形成过程的影响。结果表明,采用聚氨酯抛光盘和绒布抛光垫可以消除划痕,抛光后的铜衬底表面粗糙度可达Ra6 nm。     

固结磨料研磨与抛光的研究现状与展望

分析了传统游离磨料研磨抛光存在的缺点和固结磨料的研磨抛光的优点;阐述了固结磨料研磨抛光的材料去除机制以及固结磨料研磨盘抛光技术在氮化硅陶瓷加工、半导体制程中的应用;介绍了多种固结磨料研磨盘、抛光垫的制作方法;并展望了固结磨料的研磨抛光的发展趋势。     

定偏心和不定偏心平面研磨均匀性的研究

对修正环形抛光机定偏心和不定偏心平面研磨进行了运动分析,给出了研磨盘上一点相对于工件的速度矢量与轨迹方程,讨论了研磨盘上不同位置的点的相对轨迹。在Preston方程基础上,建立了材料去除函数和研磨均匀性函数。实验结果与理论分析表明通过设置选择适当的转速比组合,可使工件获得均匀研磨,有利于工件平面度的提高。     

高悬浮性β-SiC研磨液制备工艺研究

碳化硅具有优异的磨削性能,但其研磨液悬浮性一直未得到改善。选用β-SiC微粉,通过沉降实验和显微观察,研究了增稠剂黏土和羧甲基纤维素钠,分散剂四甲基氢氧化钠和聚乙二醇,以及pH值对研磨液悬浮性的影响。结果表明:加入增稠剂可明显提高研磨液的悬浮性,增稠剂和分散剂添加的顺序不同则对悬浮液性能影响不同。在黏土质量分数为3%,羧甲基纤维素钠质量分数为0.3%,pH=8时研磨液零沉降,悬浮性最好。     

微复制金刚石研磨片对玻璃加工质量的影响

利用固结式微复制金刚石研磨片(Trizact Diamond Tile,TDT)对不同玻璃进行减薄研磨,确定不同粒度金刚石TDT的磨削去除率;研究了研磨后的玻璃加工质量,测量了玻璃表面粗糙度及玻璃亚表面损伤层的状态。同时用9μm粒度碳化硅浆料做对比研磨试验。结果表明,同样粒度的金刚石TDT与传统的碳化硅浆料研磨相比可以得到更高的磨削去除率,减少玻璃亚表面损伤层,降低粗糙度。对于康宁玻璃,9μm粒度的TDT可以达到95μm/min的磨削去除率,是同粒度碳化硅浆料研磨的2倍多;Ra可以达到0.37μm,明显好于碳化硅浆料研磨;亚表面损伤也减轻很多。采用2μm粒度的TDT研磨后可获得Ra0.09μm、接近透明的表面。