磨粒粒径对蓝宝石研磨均匀性影响的试验研究

通过蓝宝石衬底的单面研磨试验研究,分析了W14和W3.5的B4C磨粒研磨后蓝宝石表面的微观形貌和宏观形貌,W14的B4C磨粒加工后蓝宝石表面微观裂纹密集且交错分布,体现了以滚轧和挤压为主的材料脆性去除作用,相同条件下,W3.5的B4C磨粒加工的蓝宝石表面划痕均匀,表面无微观裂纹,实现了以切削为主的材料延性去除形式.测试分析结果表明:磨粒粒径的选择对蓝宝石的研磨表面状态具有重要影响,其选择准则除考虑要达到的粗糙度等级之外,还必须同时考虑与研磨盘的嵌入作用及其对加工表面状态的影响;W3.5的B4C磨粒研磨加工后的蓝宝石表面宏观和微观均匀性良好,表面粗糙度、平面度等符合抛光前道工序的要求.     

蓝宝石衬底研磨加工中研磨盘材质的影响

采用W14、W3.5的B4C磨粒对蓝宝石衬底进行粗研磨和精密研磨的试验研究.对比分析铸铁、合成铜和合成锡盘粗研磨蓝宝石衬底的表面粗糙度和研磨表面均匀性,试验结果表明,铸铁研磨盘获得的蓝宝石衬底宏观表面均匀性和平面度均优于合成铜盘和合成锡盘,经铸铁研磨盘加工后的蓝宝石衬底面型峰谷值误差小于5 μm、中心线平均表面粗糙度Ra<0.82 μm.精密研磨试验结果表明,采用合成铜盘和W3.5B4C磨粒有效地改善了蓝宝石衬底表面的均匀性,获得了Ra<20 nm、面型峰谷值误差小于1.6 μm的均匀表面,为蓝宝石的超精密研磨奠定了良好的基础.     

蓝宝石晶体双面研磨加工的实验研究

为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工,对蓝宝石晶体的双面研磨加工表面粗糙度、研磨均匀性和亚表面损伤层的深度进行试验研究。采用280#碳化硼磨粒双面研磨(0001)面蓝宝石晶体,首先考察了研磨时间对材料去除速率、表面粗糙度的作用规律,根据蓝宝石晶体切割表面状态确定了双面研磨的加工余量,接着,通过WYKO粗糙度仪从微观上分析了蓝宝石晶体表面的研磨均匀性,最后应用纳米压入测试分析了亚表面损伤层的深度。实验结果表明：蓝宝石晶体经过120分钟的双面研磨加工后可以获得Ra0.523μm,Rt<6.0μm的表面,亚表面损伤层小于1μm。     

研磨压力对固结聚集体磨料垫自修正影响

固结磨料研磨过程中磨料的微破碎是实现固结磨料垫自修正特性的主要途径,研磨压力是影响磨粒微破碎的关键参数。选用单晶金刚石和聚集体金刚石作为磨粒制备固结磨料垫,在15 kPa压力下以石英玻璃为加工对象进行研磨实验,比较两者的材料去除率及加工稳定性;制备了4种陶瓷结合剂含量的聚集体金刚石,并制备成固结聚集体金刚石磨料垫,探索了不同压力下的固结聚集体金刚石磨料垫的自修正性能;分析了研磨后的工件表面粗糙度和表面微观形貌。结果表明:采用固结聚集体金刚石磨料垫,研磨后工件表面粗糙度低,去除效率稳定;在15~21 kPa的压力下,结合剂含量次高的聚集体金刚石研磨效率高,材料去除率达到8.94~12.43μm/min,加工性能较稳定,研磨后的工件表面粗糙度R a在60 nm左右;在3.5~7 kPa压力下,结合剂含量次低的聚集体金刚石研磨性能较稳定,材料去除率在2.67~3.12μm/min,研磨后的表面粗糙度R a在40 nm左右。高结合剂含量的聚集体金刚石磨粒更适合高研磨压力条件,而低结合剂的聚集体金刚石磨粒更适合于低研磨压力。     

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。     

LED蓝宝石衬底抛光表面原子台阶形貌及其周期性研究

LED蓝宝石衬底的表面质量会极大影响到后续外延质量,进而影响到LED器件性能。蓝宝石研磨片经Al2O3磨粒粗抛液、SiO2磨粒精抛液下进行化学机械抛光(CMP),最终表面经原子力显微镜(AFM)所测表面粗糙度达到0.101nm,获得亚纳米级粗糙度超光滑表面,并呈现出原子台阶形貌。同时,通过使用Zygo表面形貌仪、AFM观察蓝宝石从研磨片经Al2O3粗抛液、SiO2精抛液抛光后的表面变化,阐述蓝宝石表面原子台阶形貌的形成原因,提出蓝宝石原子级超光滑表面形成的CMP去除机理。通过控制蓝宝石抛光中的工艺条件,获得a-a型、a-b型两种不同周期规律性的台阶形貌表面,并探讨不同周期规律性台阶形貌的形成机理。     

游离磨料和固结磨料研磨后亚表面裂纹层深度研究

不同研磨方式加工K9玻璃产生不同的亚表面裂纹层深度,亚表面裂纹层深度的测量对确定材料下一步的加工去除量和提高加工效率具有重要意义。利用磁流变抛光斑点法测量游离磨料和固结磨料两种方式研磨后的亚表面裂纹层深度,每种研磨方式选用粒径分别为W40和W14的两种磨料。结果表明:磨粒粒径为W40和W14的游离磨料研磨后K9玻璃的亚表面裂纹层深度分别为20.1μm和3.646μm,而对应固结磨料研磨后的深度分别为3.37μm和0.837μm。固结磨料研磨在加工过程中能有效减小K9玻璃的亚表面裂纹层深度,提高加工效率和工件表面质量,改善器件的性能。     

蓝宝石基片的单面研磨工艺研究

为了实现蓝宝石基片的快速平坦化,对蓝宝石基片进行系统的单因素单面研磨试验,研究了磨料种类、磨料粒径、研磨盘转速、研磨压力以及磨料质量分数等研磨工艺参数对蓝宝石基片材料去除率和表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:金刚石磨料适合蓝宝石基片的单面研磨;随着磨料粒径的增大,材料去除率逐渐增大,表面越来越粗糙;随着研磨盘转速的增大,材料去除率先增大后减小,表面粗糙度值在20～60 r/min区间变化不大,稳定在Ra 0. 12～Ra 0. 13μm之间,而在60～100 r/min区间波动较大,当研磨盘转速为60 r/min时,材料去除率最大;随着研磨压力的增大,材料去除率逐渐增大,而表面粗糙度值越来越低;随着磨料质量分数的增大,材料去除率先增大后减小,表面粗糙度先增大然后趋于平缓,当磨料质量分数为3 wt%时,材料去除率最大,且表面粗糙度值相对较小;最后通过正交试验优化了工艺参数,在优化的工艺条件下依次选用粒径为W40、W14、W3的金刚石磨料对蓝宝石基片进行粗研、半精研及精研,取得了表面粗糙度为Ra 7. 9 nm的平坦表面。     

碳化硼研磨后蓝宝石晶体的亚表面损伤

介绍了蓝宝石材料的亚表面损伤形成机制。考虑碳化硼磨料可产生较小亚表面损伤的优点,本文基于游离磨料研磨方式,研究了不同粒度碳化硼磨料研磨后蓝宝石晶体的亚表面损伤。利用KOH化学腐蚀处理技术,对研磨后的样品进行了刻蚀;通过特定的腐蚀坑图像间接反映了蓝宝石晶体的亚表面损伤形貌特征,获得了W20、W10和W5碳化硼磨料产生的亚表面损伤深度,得到了在不同刻蚀时间下蓝宝石亚表面损伤形貌、表面粗糙度和刻蚀速率。研究结果显示:游离碳化硼磨料研磨造成的蓝宝石晶体的亚表面损伤密度相当显著,但损伤深度并不大,其随磨料粒度的增大而增大,W20、W10和W5粒度的磨料研磨后产生的亚表面损伤深度分别为7.4,4.1和2.9μm,约为磨料粒度的1/2。得到的结果表明采用碳化硼磨料研磨有利于获得低亚表面损伤的蓝宝石晶片,而采用由大到小的磨料逐次研磨可以快速获得低亚表面损伤的蓝宝石晶片。     

超声磁力复合研磨钛合金锥孔的试验研究

为了提高钛合金锥孔的研磨质量和研磨效率,提出了采用超声波振动辅助磁力研磨的复合加工方案。加工时,磨粒在磁场束缚下切削锥孔表面,并对其进行不断撞击,且因为磁场力、超声振动力和离心力等综合影响的原因,磨粒的切削轨迹呈现明显的多向性。针对钛合金锥孔,与传统磁力研磨法进行试验对比,并分析研磨后试件的材料去除量、表面粗糙度和表面形貌等来验证超声磁力复合研磨的效果。结果表明：超声磁力复合研磨加工效率得到提高;锥孔的材料去除量增加至1.6倍;研磨后锥孔平均表面粗糙度由原始的R_a1.23 μm降至R_a0.25 μm,下降率是传统工艺的1.3倍;试件表面的微波峰、凹坑和加工纹理均被去除,锥孔表面质量得到显著提高,且试件形状精度得到改善。     

基于正交实验的工业纯钛研磨工艺研究

为了提高工业纯钛的表面加工质量,需要优化研磨工艺.采用单因素实验法探索磨粒形状对工业纯钛研磨效果的影响规律;利用正交实验法定量地对工业纯钛的研磨加工工艺参数进行优化.结果 表明,采用不规则形状磨粒进行研磨的材料去除速率可达60.45 nm/min,高于球形磨粒的23.70 nm/min,而两者的工件表面粗糙度基本相同;研磨压力对材料去除速率的影响最为显著;采用最优的工艺参数可得到的材料去除速率和表面粗糙度分别为81.90 nm/min和Ra 0.099 μm.研究结果可为工业纯钛研磨时磨粒形状的选择以及工艺参数的制定提供依据.     

基于正交实验的工业纯钛研磨工艺研究

为了提高工业纯钛的表面加工质量,需要优化研磨工艺.采用单因素实验法探索磨粒形状对工业纯钛研磨效果的影响规律;利用正交实验法定量地对工业纯钛的研磨加工工艺参数进行优化.结果 表明,采用不规则形状磨粒进行研磨的材料去除速率可达60.45 nm/min,高于球形磨粒的23.70 nm/min,而两者的工件表面粗糙度基本相同;研磨压力对材料去除速率的影响最为显著;采用最优的工艺参数可得到的材料去除速率和表面粗糙度分别为81.90 nm/min和Ra 0.099 μm.研究结果可为工业纯钛研磨时磨粒形状的选择以及工艺参数的制定提供依据.     

双面研磨蓝宝石衬底面形及表面粗糙度变化过程的实验研究

双面研磨作为蓝宝石衬底加工中的一道重要工序,主要目的是去除晶片表面的线切痕,使晶片表面粗糙度均匀,同时提高晶片的面形精度,使其满足一定要求。通过开展双面研磨实验,研究蓝宝石晶片的面形精度(翘曲度Warp、弯曲度Bow及总厚度偏差TTV)和表面粗糙度Ra随材料去除厚度的变化规律。在双面研磨初始阶段,翘曲度迅速减小,弯曲度减小趋势较缓,总厚度偏差和表面粗糙度值则迅速增大;随着研磨的进行,翘曲度、总厚度偏差和表面粗糙度随材料去除厚度的增大变化不大,而弯曲度Bow则随材料去除厚度的增大而逐渐减小,达到一定程度后则趋于稳定。研究结果对优化蓝宝石晶片双面研磨加工工艺、提高蓝宝石晶片双面研磨加工精度和加工效率具有重要意义。     

外圆超声振动研磨Al2O3陶瓷的去除率研究

研究了Al2 O3 陶瓷试件的超声振动研磨特征 ,分析超声研磨中加工参数与试件材料去除率的关系。经研究得出 :在相同的加工条件下 ,超声振动研磨加工比普通研磨加工 ,材料去除效率高 ,去除率随工件转速的增加而增加 ,随着转速的增加 ,去除率的斜率有所下降 ;保证材料去除率达到最大的研磨压力存在一个最佳值 ;粗粒度油石研磨加工去除效率较细粒度的高 ;细磨粒油石超声研磨工件表面粗糙度值小于粗磨粒研磨工件。同时与普通研磨相比较 ,超声研磨加工不仅效率高、且加工工件表面粗糙度值较小。     

硬脆性材料用柔性磨具研磨的加工表面粗糙度建模

通过分析磨粒与工件表面的作用过程,建立了硬脆性材料柔性磨具加工表面粗糙度的理论预测模型.以橡胶结合剂金刚石研磨盘为柔性磨具、蓝宝石衬底为工件,在不同弹性模量、磨粒浓度、磨粒粒度和研磨压力下开展研磨试验,将不同研磨条件下的表面粗糙度试验值与理论预测值进行比较,发现试验结果与理论模型预测结果的趋势一致,且预测误差为7.71...     

混合磨料辅助电磁抛光法对喷嘴的试验研究

航空发动机中的微小燃油喷嘴在机加工后棱边产生毛刺和飞边等表面缺陷,尤其是一些窄小的棱边和沟槽,用传统加工方法很难去除或去除效率低下.利用旋转电磁场磁力研磨工艺,辅以磁针与磁性磨粒的混合磨料.均匀且强大的旋转电磁场及磁力线可以穿透物体,带动磁针旋转,同时被磁场磁化的磁针两端吸附磁性磨粒,形成以磁针为载体的磁力研磨刷,大量磁力研磨刷与喷嘴产生相对运动而形成随机频繁的相互撞击、滑擦,达到抛光喷嘴表面和去毛刺的目的 .通过3D超景深电镜观察了研磨前后喷嘴表面微观形貌.试验结果表明:利用混合磨料能够有效地去除喷嘴微小表面区域和沟槽的毛刺、飞边等缺陷,使表面形貌得到改善.     

电火花机械复合磨削反应烧结SiC陶瓷的表面特征

研究了基于电火花机械复合磨削技术加工的反应烧结碳化硅(RB-SiC)陶瓷的表面特征。用电火花机械复合磨削(EDDG)、电火花磨削(EDG)以及普通磨削(CG)三种方法加工RB-SiC陶瓷,并采用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对加工后的SiC陶瓷的表面粗糙度、表面形貌及微观裂纹进行测量和对比试验,获得了RB-SiC陶瓷的EDDG加工特性。实验显示:EDDG加工的RB-SiC陶瓷的表面粗糙度优于EDG加工的表面粗糙度,为0.214 9μm,但比CG加工的表面粗糙度0.195 6μm略差。对加工后的SiC陶瓷表面形貌观察显示,传统磨削加工后的表面存在明显划痕,EDG加工表面主要由放电凹坑组成,而EDDG加工表面同时存在放电凹坑和磨削划痕;另外,传统磨削表面也存在磨削裂纹和晶界裂纹,但EDG加工后的表面只存在热裂纹,而EDDG加工后的表面存在磨削裂纹和热裂纹,不过热裂纹可以用金刚石磨粒磨削去除。对比实验显示RB-SiC陶瓷的EDDG加工与EDG和CG加工获得了不同的表面特征。     

固结磨料研磨蓝宝石单晶过程中研磨液的作用

开展了固结磨料研磨单晶蓝宝石面板的实验研究,探索了不同研磨液对材料去除速率和工件表面质量的影响。分析了研磨液对蓝宝石表面的化学作用,探索了固结磨料研磨蓝宝石晶体的材料去除机理。实验显示:使用W14镀镍金刚石固结磨料研磨蓝宝石单晶,研磨液仅为去离子水时,材料去除率(MRR)为149.8nm/min、表面粗糙度(Ra)为76.2nm;而研磨液中加入2%的乙二醇后,相应的MRR为224.1nm/min,Ra为50.7nm。用光电子能谱仪(XPS)分析了工件表面,结果表明含有乙二醇的研磨液能够增加蓝宝石工件表面的活性。得到的结果显示:在溶液中加入乙二醇有利于表面软化层的生成并增加蓝宝石表面的活性,说明研磨液对蓝宝石单晶研磨效率的提升和表面质量的改善具有促进作用。     

砂轮约束磨粒喷射加工外圆表面创成机理及三维形貌

磨粒喷射精密光整加工是重要零件在磨削后进行去除表面缺陷层、降低粗糙度和波纹度为目的光整加工新工艺。试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工试样为表面粗糙度0.6 m左右的45钢。加工表面形貌和微观几何参数分别用扫描电子显微镜和Micromesvre2表面轮廓仪测量。应用自相关函数对磨削加工表面和光整加工表面进行分析,并研究材料去除机理和微观表面形貌的创成机理。在楔形区游离磨粒获得能量对工件进行抛磨、滑擦、和微切削是材料去除机理的核心因素,磨料流体侧向挤出是均化和降低表面波纹度的主要因素。试验结果表明,试样表面从连续的方向一致的沟槽被随机不连续的微坑所代替,表面粗糙度明显得到改善。随着加工循环的增加,工件表面的粗糙度值由0.6 m下降到0.2 m左右。此外,光整加工可以获得各向同性网纹交错的表面,表面轮廓的支撑长度率提高,对工件的耐磨性有利。     

无理偏摆式平面研磨加工均匀性的数值模拟

基于定偏心平面研磨方式,提出了无理转速比下的偏摆式平面研磨方式.采用矢量方法建立了偏摆式平面研磨加工的运动学方程,对比分析了定偏心和偏摆式驱动下的工件表面磨粒轨迹和磨粒速度场的分布形态,并建立了运动轨迹密度均匀性和材料去除量均匀性的区域划分和统计评价方法.研究表明:偏摆式驱动下的平面研磨轨迹线更加复杂无序,磨粒覆盖面积更大,能更快地获得更均匀的轨迹线分布,且在无理转速比下无明显牛顿环现象,轨迹线的均匀性显著提高;相同转速比时两种驱动方式下磨粒速度场分布形态类型相同,但偏摆式下单颗磨粒的速度大小和速度方向角随时间变化均无明显周期,能获得的速度大于定偏心方式,更快地实现材料去除且无理转速比下的材料去除性更为均匀.最后搭建两种驱动方式的试验平台进行研磨对比试验,通过无理偏摆式加工方式后硅片获得的表面粗糙度Ra最低,且相同时间内的材料去除量最大.