固结磨料抛光垫作用下的材料去除速率模型

在对研磨抛光过程作出适当简化的基础上，推导出了固结磨料研具研磨抛光工件的去除速率模型，并进行了数值模拟。结果表明：固结磨料研磨加工时的去除速率不仅与工件的材质有关，还与固结磨料研磨盘的结构与加工参数相关；去除速率与相对速度V成正比，与压力的3／2次方成正比，与磨料直径成反比，并随着凸起间距的增加而下降。     

固结磨料抛光垫的凸起图案对其加工性能的影响

抛光垫是化学机械抛光中的重要组成部分,其磨损均匀性能是影响加工后工件平面度的重要因素。本文比较了具有优化凸起图案的固结磨料抛光垫、凸起均布的固结磨料抛光垫和聚氨酯抛光垫的研磨抛光性能,结果表明:利用优化凸起图案的固结磨料抛光垫加工,可以得到更加优异且稳定的表面质量,材料去除效率远高于聚氨脂抛光垫游离磨料的加工方式。     

固结磨料研磨抛光K9玻璃的超精密加工工艺研究

采用PHL-350型平面高速研磨抛光系统,通过固结磨料研磨抛光方法进行了超精密加工K9玻璃试验研究。探讨了不同粒径和不同磨粒研磨抛光垫在加工中对K9玻璃材料去除率和表面质量的影响。获得了高效率、低成本、高质量的K9玻璃的超精密加工工艺:首先使用M20/30金刚石研磨垫研磨,然后使用3μm CeO2抛光垫抛光。加工后K9玻璃的表面粗糙度优于RMS 0.6 nm,微观损伤少。     

游离和固结金刚石磨料抛光手机面板玻璃的试验研究

选取不同粒径的金刚石微粉,采用游离磨料和固结磨料两种抛光方法加工手机面板玻璃,比较其材料去除率和抛光后工件表面粗糙度。结果表明：在相同的抛光工艺参数下,磨粒粒径在游离磨料抛光中对材料去除率和抛光后表面质量作用显著,而在固结磨料抛光中作用不显著;采用金刚石固结磨料抛光垫抛光能获得表面粗糙度约为Ra1.5 nm的良好表面质量,并在抛光过程中较好地实现了自修整功能。     

振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体

为了改善氟化钙晶体加工后的表面质量、提高加工时的材料去除率,提出了振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的加工方法。利用振动与固结磨料抛光有效结合,采用正交实验研究加工工艺参数对材料去除率和表面质量的影响。结果表明:振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的最优工艺参数为转速40 r/min,振动频率40 kHz,抛光液pH值9,转速比0.95;在最优参数下抛光氟化钙晶体的材料去除率为324 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.92 nm;与无振动辅助的固结磨料抛光相比,材料去除率提高了57%,表面粗糙度降低了35%。研究表明:振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触,在固结磨料抛光中提高材料去除率及表面质量。      

基于机器人平台的固结磨料工具抛光叶片路径规划

将6R机器人与固结磨料抛光技术相结合,建立基于机器人的固结磨料磨头抛光系统;应用弦高误差法与改进的等残留高度法规划发动机叶片抛光路径,基于UG二次开发实现路径规划算法,并提取刀位点数据;结合机器人运动学逆解算法与抛光工艺参数实现其抛光路径离线编程,并在机器人固结磨料磨头恒压抛光试验平台上进行叶片抛光试验验证。试验结果表明:叶片表面平均粗糙度R_a为0.240 μm,粗糙度标准差为0.039 μm,抛光压力误差为±0.7 N。机器人固结磨料磨头抛光叶片获得的表面质量一致性较好。      

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体,探究抛光垫基体硬度、磨料浓度和抛光液添加剂对被抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒浓度为100%、抛光液添加剂为草酸时,固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min,表面粗糙度S_a为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。      

金刚石固结磨具研磨脆性材料

研磨是一项用于许多不同工业领域的重要加工和抛光技术，比如，金属、电子和光学元件的制造及硅片的生产都要用到研磨技术。在这些使用中，都是用来加工平坦的基片，这些基片要控制厚度、平面度和表面粗糙度，平面抛光可以用单面也可以用双面加工来达到。传统的研磨可以分为两种基本类型：自由磨料研磨和固结磨具研磨。     

磨粒尺寸和基体硬度对固结磨料抛光YAG晶体的影响

钇铝石榴石(YAG)是一种应用广泛的硬脆难加工材料,其抛光过程工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有平坦化能力优、对工件形貌选择性高、磨料利用率高等优点。试验采用固结磨料抛光YAG晶体,研究固结磨料垫的基体硬度和金刚石磨粒尺寸对YAG晶体的材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒尺寸3～5 μm时,固结磨料抛光YAG晶体效果最优,其材料去除率为255 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.79 nm。      

金刚石一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫加工性能与磨损过程的影响

目的 探究金刚石颗粒的一次粒径对固结聚集体金刚石磨料垫磨损的影响规律,提高固结磨料垫的自修整、加工性能及经济耐用度。方法 选择14、8、5、1 μm等4种粒度的金刚石颗粒,采用烧结法制备聚集体金刚石磨料,并将其用于制备固结聚集体金刚石磨料垫。在CP-4抛光测试系统平台上开展研磨试验,在线获取加工过程中的力信号和摩擦因数。对比4种粒径的固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率、研磨比、研磨前后磨料垫的微观形貌、碎屑的形貌及尺寸分布,分析固结磨料垫的磨损过程及其演变规律。结果 随着金刚石颗粒粒径的增大,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率由0.2 μm/min(金刚石颗粒为1 μm)增加到3.5 μm/min(金刚石颗粒为14 μm),研磨比由2.02增加至14.33。大粒径(≥5 μm)的固结磨料垫研磨后,表面仍有锋利的金刚石微切削刃,研磨过程中的切向力和摩擦因素保持稳定,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损形式以金刚石颗粒的脱落为主;超细粒径(≤1 μm)固结磨料垫表面的金刚石颗粒出现堵塞现象,并且研磨过程中的切向力和摩擦因数持续下降。结论 随着金刚石颗粒的一次粒径增大,固结聚集体金刚石磨料垫的磨损速率增加,自修整能力、材料去除能力和加工过程稳定性得到提升,进入稳定磨损期的时间缩短。     

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.     

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。     

可溶固着软质磨粒抛光薄膜制备及性能研究

目的 实现微小光学器件高效、高质量、绿色的可溶固着软质磨粒薄膜抛光,对可溶固着软质磨粒抛光薄膜的制备工艺及抛光性能进行研究。方法 研究可溶树脂、不可溶树脂、磨粒和薄膜基底等原料对成膜及抛光性能的影响,探索可溶固着软质磨粒抛光薄膜制备工艺,以光纤连接器作为加工对象验证抛光薄膜的抛光特性。结果 选用双峰SiO2作为磨粒,采用环氧树脂(质量分数为95%)和聚丙烯酸树脂(质量分数为5%)组成的“可溶”混合树脂为结合剂,可实现磨粒层逐步溶解。在磨粒涂覆层中添加5%(质量分数)的硅橡胶可调节磨粒涂覆层成膜后的弹性模量和硬度,使薄膜兼顾抛光性能和耐用性。对PET薄膜基底进行电晕处理可增强其表面附着力。选用含1%(质量分数为)有机硅烷偶联剂的聚氨酯树脂作为PET基底和磨粒涂覆层连接剂,结合强度好,成膜后表面无裂纹。通过光纤端面抛光对比实验发现,可溶固着软质磨粒抛光薄膜的抛光性能和耐用性均优于日本NTTAT抛光片的相关性能。可溶固着软质磨粒抛光薄膜使用25次后,光纤端面仍可保持表面光滑,曲面面形完整,表面粗糙度Ra小于5 nm,回波损耗大于45 dB,连接损耗小于0.1 dB。结论 抛光实验表明,可溶固着软质磨粒抛光薄膜能实现光纤端面的高效精密加工。     

Vibration-assisted dry polishing of fused silica using a fixed-abrasive polisher

Glass is a ubiquitous but essential material in everyday life and industry. The most common method for polishing glass involves the use of free abrasives. However, this method is basically non-deterministic and lacks efficiency. Therefore, vibration has been employed to aid fixed-abrasive polishing in our research. It is found that the vibration can increase the material removal rate while maintain surface quality in fixed abrasive polishing. Normalized Preston coefficients that are the index of the polishing capability of a certain polishing process considerably increase in vibration-assisted polishing process. A mathematic model is set up to interpret the increase in material removal rate for vibration process. The modeled results show that the vibration can improve material removal by increasing vibration amplitude in vertical direction while the horizontal vibration contributes little to increasing material removal rate, which agrees well with experimental results. Aside from material removal, surface morphology of polished glass was also modeled for both vibration and conventional processes. Both experimented and simulated morphology evidence that the vibration some periodic structure on polished surface. The possible mechanism in dry fixed abrasive polishing was also chemically analyzed and a probable mechanism is put forward to clarify the material removal in dry fixed abrasive polishing.     

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。      

Finishing effects of spiral polishing method on micro lapping surface

This study presents a spiral polishing method and a device for micro-finishing purposes. This novel finishing process has wider application than traditional processes. This offers both automation and flexibility in final machining operations for deburring, polishing, and removing recast layers, thereby producing compressive residual stresses even in difficult to reach areas. Applying of this method can obtain a fine polished surface by removing tiny fragments via a micro lapping generated by transmission of an abrasive medium through a screw rod. The effect of the removal of the tiny fragments can be achieved due to the function of micro lapping. The method is not dependent on the size of the work-piece's application area in order to carry out the ultra precise process. The application of this research can be extended to various products of precision ball-bearing lead screw. The proposed method produces products with greater precision and more efficiently than traditional processes, in terms of processing precisions and the surface quality of products. These parameters used in achieving maximum material removal rate (MRR) and the lowest surface roughness (SR) are abrasive particle size, abrasive concentration, gap, revolution speed and machining time.     

不锈钢平面的半固着磨粒加工

以马氏体不锈钢SUS 440C为加工对象,使用#3000碳化硅磨粒进行半固着磨粒和游离磨粒加工.半固着磨具与工件的接触采用面-面接触方式,半固着磨具使用SSB结合剂,磨粒重量浓度为60%,孔隙率为70%.游离磨粒加工中研具材料为球墨铸铁.两种加工方法中,加工开始10 min后工件表面粗糙度迅速由Ra 0.2 μm左右降低至Ra 0.07 μm以下,加工30 min后工件表面质量趋于稳定.工件表面质量主要取决于磨粒粒度与加工时间,加工载荷与磨具/研具转速的影响较小.半固着磨粒加工可获得比游离磨粒加工更高的表面质量.     

玻璃材料高速抛光用固着磨料磨具试验研究

目的实现玻璃材料的高效高质量低成本抛光。方法选择不同添加剂作为辅料制作固着磨料抛光磨具,阐明制作工艺流程、添加剂辅料配方及比例、固着磨料磨具对材料硬度、剪切强度等性能的影响。以工件材料去除率、表面质量以及磨耗比等作为评价指标分析不同添加剂辅料对加工效果的影响,并通过等效系数优化方法确定添加剂辅料的最优配方。结果碳化硅与钼酸铵可增加磨具的硬度和剪切强度,磨具中加入适量氧化铝可有效提高工件表面质量。结论固着磨料抛光磨具的添加剂辅料最优配方为:10.6%(质量分数)4000#Al2O3和2%(质量分数)10000#SiC。     

偏置量对固结磨料小工具头抛光面形收敛效率的影响

目的 解决自由曲面磨抛面形收敛困难的问题,提高抛光小工具头的抛光效率.方法 提出一种偏置式固结磨料小工具头,基于固结磨料小工具头的结构特征参数,建立抛光小工具头的去除函数理论模型,并进行仿真分析,应用定点抛光法建立抛光小工具头去除函数实验模型,并验证抛光小工具头理论去除函数合理性,基于CCOS技术原理建立工件表面定量去除模型,通过虚拟加工实验探索偏置量对固结磨料小工具头抛光钛合金后的面形收敛效率的影响.结果 归一化理论去除函数曲线与实验曲线吻合度较高,定点抛光去除函数仿真模型能够很好地预测定点抛光斑的去除轮廓形状.抛光小工具头抛光钛合金的面形误差随偏置量增加,呈现先减小、后增大的趋势,无偏置的抛光小工具头抛光后,面形数据均方根(RMS)收敛效率为54.56％,波峰值与谷峰值之差(PV)的收敛效率为60.21％,当抛光小工具头偏置量为1.5 mm时,抛光后的RMS收敛效率达到最高,为73.83％,PV收敛效率为69.68％.结论 固结磨料小工具头去除函数理论模型可指导确定性材料去除,偏置量为1.5 mm时的抛光小工具头具有最强的修正误差能力,可以显著提高固结磨料小工具头抛光工艺的面形收敛效率.     

磨料尺寸对固结金刚石聚集体磨料垫研磨石英玻璃加工性能的影响

石英玻璃的研磨加工是其超光滑抛光加工的前道工序,对其加工效率和最终表面质量影响甚大。针对石英玻璃的硬脆特性,采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,对其高效低损伤研磨加工工艺进行了研究。探索了金刚石聚集体磨粒的一次颗粒尺寸、二次颗粒尺寸、研磨压力和研磨液流量4因素对研磨石英玻璃加工性能的影响,综合优化得到加工效率高和表面质量优的工艺参数。实验表明:采用固结金刚石聚集体磨料研磨垫,当一次颗粒尺寸和二次颗粒尺寸分别为1.0~2.0 μm和20~25 μm,研磨压力为14 kPa,研磨液流量为60 mL/min时,材料去除率达到2.64 μm/min,平均表面粗糙度值R_a为54.2 nm。