新型研磨垫对单晶氧化镓研磨的实验研究

为抑制氧化镓晶片在研磨过程中的解理现象,通过NAKAMURA的方法,重新设计、研制一种黏弹性固着磨料新型研磨垫对氧化镓晶片进行研磨实验研究,对比分析其与传统铸铁研磨盘对单晶氧化镓研磨的材料去除率和表面质量的影响规律,结果表明:在同一研磨参数下,采用铸铁盘研磨时,晶片材料去除率较高,为358 nm/min,研磨后晶片表面粗糙度Ra由初始的269 nm降低到117 nm,降幅仅为56. 5%;而采用新型研磨垫研磨时,其材料去除率虽较低,为263nm/min,但研磨后晶片表面粗糙度Ra却降低至58 nm,降幅达到78. 4%,晶片表面质量得到明显提高,为后续氧化镓晶片的抛光奠定了良好的基础,因而新型研磨垫更适合对氧化镓进行研磨。同时,也为氧化镓晶片研磨提供了参考依据。     

蓝宝石磨削表面微观形貌特征研究

蓝宝石单晶因其耐高温、耐腐蚀及高硬度,广泛应用于兵器、航空与航天等领域。蓝宝石磨削加工表面形貌特征对其后续加工及使用性能有重要影响。为分析不同加工因素下的蓝宝石表面形貌特征,进行了不同结合剂、不同粒度的金刚石砂轮蓝宝石磨削试验,利用白光干涉仪对工件表面粗糙度进行了检测,利用扫描电子显微镜对表面微观形貌特征进行了分析。试验结果表明,当磨削深度处于亚微米级尺度内时,树脂结合剂砂轮加工表面质量优于金属结合剂砂轮加工表面质量;减小砂轮磨粒直径有助于提高加工表面质量;较高的砂轮磨削速度不利于获得表面粗糙度值小的加工表面;在脆性断裂去除模式下,蓝宝石表层材料剥落易形成不规则凹坑,光滑台阶状断裂面的形成与蓝宝石单晶解理有关,并且磨削深度越大,加工表面解理断裂特征越显著。     

基于固结磨粒的单晶蓝宝石自旋转磨削加工方法

利用固结磨粒自旋转磨削加工方法，通过金刚石磨削和化学机械磨削实现了蓝宝石晶片的高效、高质量平坦化加工。采用不同磨粒粒径的金刚石砂轮实现了蓝宝石晶片较高的材料去除率或较好的表面质量。开发了高磨粒浓度Cr2O3砂轮，采用化学机械磨削对金刚石磨削后的蓝宝石晶片进行平坦化加工。实验结果表明，化学机械磨削能够去除金刚石磨削的表面和亚表面缺陷，最终获得表面粗糙度Ra＜1 nm、无/微损伤的蓝宝石晶片。通过理论分析单颗金刚石磨粒的磨削力，发现磨粒粒径是影响材料去除率和表面质量的主要影响因素。通过XPS分析证明了Cr2O3和蓝宝石之间的固相反应过程。     

脆性材料超精密磨削时影响表面质量因素的研究

首先从理论上分析了脆性材料在超精密磨削过程中影响表面质量的各种主要因素。然后针对影响脆性材料已加工表面质量的各种主要因素作了大量的试验研究。研究结果表明，对于脆性材料，砂轮的平均磨粒尺寸对已加工表面质量的影响很大。试验证明：当采用超精密磨床并在Ｖｓ＝１２００ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０—２００μｍ／ｒ、ａｐ＝０．１—１０μｍ的磨削条件下进行磨削时，只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸小于 ２０μｍ，才能在塑性磨制模式下加工出高质量的超光滑表面。     

基于分子动力学单晶锗的切削特性分析

单晶锗属于硬脆性光学晶体材料,这类材料脆性大、易解理。由于硬脆光学材料精密成形工艺性能差、晶格的各向异性和脆塑转变机理的存在,导致对其切削加工时,加工表面易产生裂纹和凹坑等缺陷,这就严重影响其表面质量,而分子动力学模拟则完全可以克服在超精密加工过程中的试验、计算和分析等这些困难。利用分子动力学模拟对切削过程进行研究,可得出理想的加工表面质量。     

应用环形磁场控制的微粉砂轮制备及其磨削性能

在超精密磨削中,金刚石微粉砂轮的磨粒分布均匀性对提高磨削表面质量至关重要,为了使微粉磨粒规则排布,提出了一种采用环形磁场控制磨粒规则排布的砂轮制备方法,制备了多种金刚石微粉砂轮,使用磁场控制制备的微粉砂轮对硬质合金YG8进行了平面及非球面磨削试验。结果表明:应用环形磁场控制可使金刚石微粉砂轮的磨粒实现规则排布,极大改善砂轮加工性能,利用环形磁控方法制备的砂轮可获得最佳表面粗糙度Ra3 nm、最佳面形精度PV318 nm的光滑镜面。     

ELID磨削砂轮表面氧化膜状态的表征

在线电解修整磨削(ELID)是一种电化学加工技术,可在磨削过程中对铸铁基砂轮进行连续修整,非常适合硬脆材料的超精密镜面加工.在ELID磨削过程中,砂轮表面氧化膜的状态对ELID磨削影响重大,在磨削过程中维持良好的氧化膜状态是获良好表面质量的前提保证.本文通过粘附性实验,建立了氧化膜的状态归一化模型,利用在ELID磨削过...     

2.5D Cf/SiC刹车材料浮动磨削工艺试验研究

为研究2.5D C_f/SiC刹车材料的浮动磨削加工性能,设计单因素试验探究了砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对磨削力、表面粗糙度和表面形貌的影响规律,分析了磨削表面典型加工缺陷及材料去除机理。结果表明：砂轮转速、工作台调定压力和磨削深度对法向磨削力影响显著,对切向磨削力影响不大;工作台调定压力对表面粗糙度的影响程度最大。2.5D C_f/SiC刹车材料以脆性断裂去除方式为主,不同纤维方向上的加工缺陷形式存在差异,其主要加工缺陷为界面脱粘、微裂纹、基体破碎、纤维剥离及破碎。试验通过单因素方法分析得到了较好的表面质量,表面粗糙度Sa可达0.6μm左右。     

超精密磨削加工表面形貌建模与仿真方法宰

超精密磨削技术是实现微/纳米加工的主要手段.系统深入研究超精密磨削过程的机理,洞悉磨削加工表面生成的内涵,成为超精密磨削加工技术的重要研究内容之一.提出一种新型的超精密磨削加工表面生成方法.基于Jobnson变换和线性滤波技术,给出砂轮表面形貌数字生成方法.该砂轮表面数值生成方法克服了利用试验测量砂轮表面形貌所得数据而带来的误差,提高了磨削加工表面仿真分析的准确性.根据磨削运动学,建立磨粒运动轨迹方程、相互干涉条件和有效磨粒确定方法.据此,给出超精密磨削加工表面生成算法.通过数值计算生成不同统计学特征的砂轮形貌,并得到不同加工参数下磨削表面的表面形貌,仿真结果验证了所给算法的正确性和有效性.     

超精密磨削加工表面形貌建模与仿真方法

超精密磨削技术是实现微/纳米加工的主要手段。系统深入研究超精密磨削过程的机理,洞悉磨削加工表面生成的内涵,成为超精密磨削加工技术的重要研究内容之一。提出一种新型的超精密磨削加工表面生成方法。基于Johnson变换和线性滤波技术,给出砂轮表面形貌数字生成方法。该砂轮表面数值生成方法克服了利用试验测量砂轮表面形貌所得数据而带来的误差,提高了磨削加工表面仿真分析的准确性。根据磨削运动学,建立磨粒运动轨迹方程、相互干涉条件和有效磨粒确定方法。据此,给出超精密磨削加工表面生成算法。通过数值计算生成不同统计学特征的砂轮形貌,并得到不同加工参数下磨削表面的表面形貌,仿真结果验证了所给算法的正确性和有效性。     

在线电解修整磨削氧化膜研究现状及展望

在线电解修整（ELID）镜面磨削加工中,电解作用会使砂轮表面生成一层具有绝缘作用的氧化膜,该氧化膜可以减缓和阻止进一步电解,避免砂轮损耗过快;同时,氧化膜可容纳、承托大量因电解而脱落的磨粒,使得砂轮的磨削类同游离磨粒的研磨、抛光作用,有利于提高磨削表面质量。氧化膜在整个磨削过程中发挥着至关重要的作用,直接影响着ELID磨削加工表面质量和磨削效率。详细阐述了ELID磨削过程中氧化膜的成膜过程及表征方法、氧化膜的物理/化学特性、氧化膜成膜影响因素等方面的研究进展,并对ELID磨削氧化膜下一步的研究重点进行了展望。     

超薄石英晶片超精密抛光实验的研究

为了解决超薄石英晶片高表面质量的加工问题,以及寻求一种高效低成本的加工方法,将一种新的超精密抛光工艺应用到超薄石英晶片的加工中。给出了加工过程中的抛光原理,制定出了在研磨和抛光过程中的最优实验条件,并对加工后超薄石英晶片的粗糙度和厚度做了详细的分析;讨论了磨粒的尺寸对表面粗糙度和材料去除率的影响,同时对加工过程的材料去除机理做了论述,以表面粗糙度和厚度为评价目标对超薄石英晶片的加工特性和表面质量进行了评价。研究结果表明：使用该实验的工艺加工超薄石英晶片可以得到厚度为99．4μm、表面粗糙度为0．82nm的超光滑表面;同时,该研究还发现通过延长抛光时间可以减小石英晶片的表面残余应力,可有效控制石英晶片四角“翘曲”现象,得到更好的平面度和平行度。     

300mm硅片超精密磨床设计与开发

硅片的超精密磨削技术主要用于硅片制备中的硅片平整化和IC后道制程中的背面减薄。随着硅片直径的增大和厚度的减小,硅片超精密磨削技术及设备面临新的挑战:大的进给速度调速范围和高的进给稳定性,对磨床进给系统的结构特性和运动性能提出了较高要求;硅片在磨削中容易翘曲变形,磨削面型精度难以保证;硅片原始厚度的增大和芯片磨后厚度的减小趋势,使硅片表面磨削的材料去除量增大,提高加工效率成为一个亟待解决的问题;硅片减薄后,其表面质量和加工变形对磨削力的变化更加敏感,监控磨削力以提高成品率的问题亟待解决。面向大尺寸薄硅片的超精密磨削技术及设备的需求,针对表面质量和磨削效率这对突出矛盾问题,以提高硅片表面质量、面型精度和加工效率为目的,作者深入研究了精密进给、     

单层钎焊金刚石砂轮的精密修整及效果评价

单层钎焊金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒固结强度高、磨粒出露大、容屑空间大等优点,比较适合高效率大切深的强力磨削,然而这种工具对高性能的脆性材料的精密磨削却比较困难。本文通过两种精密的修整工艺,使得加工表面质量大大提高。通过观察砂轮磨粒形态的变化可知,磨粒在修整过程中存在有磨损钝化、破碎、表面粘附等现象;通过对砂轮轮廓的激光测量可知,砂轮的磨粒等高性在修整过程中是明显改善的。通过修整磨粒粒径300μm的钎焊砂轮磨削氧化锆的表面粗糙度达到了Ra0.2μm。     

光学玻璃超精密镜面磨削表面质量影响试验研究

在线电解砂轮修整(ELID)磨削技术是一项新的、高效的磨削方法,可用于许多难加工材料的超精密加工和高效加工。采用ELID磨削方法对光学玻璃进行精密加工,通过实验研究了ELID磨削中电解电流和电压对加工表面的影响,得到了一定条件下优化的电解频率、电解电压参数。结果表明:在较高的电解频率下,加工工件的表面质量较好,但电解频率过高,表面质量会出现下降;加工工件的表面质量随着电解电压的增大有降低的趋势;在本文试验条件下,电解频率为100kHz,电解电压为60V时,加工表面质量最好。     

细长轴类零件的磨削加工

精密磨削近几年来中捷友谊厂发展很快,代替了一部分研磨、超精加工等加工方法,取得了很大的技术经济效果。 精密磨削,是使砂轮在运转过程中,其表面上的细小切刃,在宏观及微观方面构成均匀的、平整的切削表面,对工件进行微量切削加工。对于用粗粒度砂轮迸行精密磨削加工,欲获得砂轮这祥的切削表面,需使用较尖的金刚石(或金刚笔)配合以较小的修整用量,使金刚石在修整的过程中,不是将磨粒从砂轮的基体上整个的掀下来,而是将它破碎,在砂轮的表面上造成既有更多的切削刃,又较平整的切削表面,这就是基本出发点。要达到这个要求,最好是具备三个基本…     

在线电解修整磨削与化学机械抛光相结合的蓝宝石基片组合加工技术

通过分析ELID磨削和CMP抛光两种加工技术的原理和特点,充分结合两种技术的优点,对蓝宝石基片进行超光滑纳米级精度的组合加工。从理论上分析和计算了蓝宝石的临界切削深度,以及在不同粒度砂轮下的脆性和延性磨削方式;采用不同粒度的砂轮对蓝宝石基片进行超精密ELID磨削实验,快速地获得高质量的加工表面,同时采用磁流变斑点法对加工面的亚表面损伤进行测量;利用CMP抛光技术对磨削加工后的表面进行光整,以减少磨削时产生的加工缺陷,使工件的表面质量得到进一步改善与提高,最终获得亚纳米级的表面粗糙度。     

光学玻璃塑性模式超精密磨削加工的研究

利用超精密磨床磨削加工6种典型的光学玻璃,先从理论上研究了脆性材料脆塑转变的临界值,然后对脆性材料作了大量磨削实验,实验结果表明,超精密磨削脆性材料时存在着断裂模式,断裂与塑性模式、塑性模式,这些模式主要由砂轮磨粒的切削深度进行控制,该磨削表面粗糙度与磨粒尺寸的大小,砂轮的进给量及玻璃的材料有关,当光学玻璃在塑性模式磨削时,其表面层不会产生任何裂纹缺陷,利用超精密磨床进行磨削加工,获得的表面粗糙度Ra低于5nm。     

采用ELID磨削技术对铜和铝的精加工实验研究

为了研究铜和铝材料超精密加工的新途径,采用在线电解修整砂轮(ELID)精密磨削技术,对其进行镜面磨削实验,分析加工表面的形成机理及影响因素。实验结果表明:砂轮粒度、砂轮线速度和磨削力是影响表面加工质量的主要因素。当砂轮线速度由16m/s提高到20m/s时,表面粗糙度Ra由0.76μm下降到0.44μm;当砂轮的粒度过大(120#)或过小W(1.5)时,加工出的工件表面精度都很低;得到在砂轮线速度为20m/s和砂轮粒度为W10时,磨削效果最佳,但也不能很好地提高铜和铝的表面质量和降低表面粗糙度,得到的铜和铝表面粗糙度分别只能为0.44μm和0.75μm。     

微细游离磨粒借助流体动压力实现的超精密加工技术

精密加工是先进制造方法的重要组成部分，利用微细游离磨粒进行陶瓷、玻璃、半导体等光学零件的超精密加工，不仅可获得高的表面质量，微米级的形状精度和纳米级表面粗糙度值，而且还可得到无加工变质层超精密加工表面。这里主要论述了流体动压力实现的条件及动压浮起平面研磨、浮动抛光、弹性发射加工以及砂轮约束磨粒喷射加工等微细磨粒借助于流体动压力实现超精密加工技术。