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鄭州晶品超硬工具有限公司
工廠：鄭州市中原西路竹川工業(yè)區(qū)
運(yùn)營(yíng)：鄭州市明理路266號(hào)木華廣場(chǎng)
電話：0371-5600 9088
官微：晶品工具
郵箱：zjp@zzjpgj.com
聯(lián)系人：鄭先生 朱女士
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| 鄭州晶品轉(zhuǎn)載：固結(jié)磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝研究 |
微晶玻璃是一種很好的結(jié)構(gòu)材料，具有良好的機(jī)械性能和較高溫度下的化學(xué)穩(wěn)定性，因而引起人們的廣泛注意。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)的外部存儲(chǔ)器，作為硬盤基板新的材料的微晶玻璃在計(jì)算機(jī)發(fā)展中越來(lái)受到青睞。由于微晶玻璃微觀組成中的結(jié)晶相與玻璃相的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分都不相同，顯微硬度也非常高，傳統(tǒng)的加工方法難以加工出亞納米級(jí)光滑表面，因而化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）成為唯一有效用于加工微晶玻璃的技術(shù)。因此，探索采用固結(jié)磨料拋光墊研磨拋光微晶玻璃的工藝方法，可以為微晶玻璃超精密加工工藝的制訂提供依據(jù)。
一、微晶玻璃加工方法
目前國(guó)內(nèi)外主要是根據(jù)微晶玻璃特殊的微觀組成結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，對(duì)其表面進(jìn)行精密和超精密的磨削加工，從而達(dá)到納米級(jí)的表面質(zhì)量和平面度。中科院長(zhǎng)春光機(jī)所韓榮久等人的研究表明，微晶玻璃的晶粒尺寸大約為30～40nm。因此，要實(shí)現(xiàn)其原子量級(jí)的去除，獲得超光滑表面，必須采用納米級(jí)的拋光磨料。微晶玻璃表面原子在磨料微粒的撞擊作用下脫離工件主體，從而被去除。而原子的去除過(guò)程則是磨料與工件在原子水平的碰撞、擴(kuò)散和填補(bǔ)過(guò)程。因此研磨和拋光加工是現(xiàn)階段加工微晶玻璃的主要工藝方法。
二、固結(jié)磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝研究
1、研磨拋光實(shí)驗(yàn)設(shè)置
1.1、研磨拋光平臺(tái)
研磨拋光試驗(yàn)在PHL-350型平面高速研磨拋光系統(tǒng)上進(jìn)行，為了提高研磨盤的平面度，減小行為誤差，通常在加工之前將研磨盤兩兩互研，并用刀口尺檢查研磨盤的平面度，以保證被加工工件的表面質(zhì)量。
1.2、拋光墊
拋光墊在CMP過(guò)程中具有貯存拋光液并把它們運(yùn)送到工件的整個(gè)加工區(qū)域、維持拋光所需的機(jī)械和化學(xué)環(huán)境、傳遞材料去除所需的機(jī)械載荷等作用[1]。因此，本文采用粒度為W14的金剛石親水性FAP作為拋光墊，以實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)低成本的CMP加工具有重要的意義。
1.3、研磨拋光液
采用去離子水和其它化學(xué)添加劑作為拋光液，省去了傳統(tǒng)游離磨料拋光中拋光漿料和懸浮微粒的處理以及pH值的變化造成磨粒性能不穩(wěn)定及沉淀等問(wèn)題，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)游離磨料拋光中拋光廢液的處理，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)[2]。本實(shí)驗(yàn)中所使用的拋光液僅為去離子水。
2、壓力P、轉(zhuǎn)速ω1、偏心距e的變化對(duì)工件表面質(zhì)量的影響
2.1、表面質(zhì)量
被加工工件表面質(zhì)量是作為評(píng)價(jià)FAP加工性能的另一重要指標(biāo)，包括工件三維輪廓表面粗糙度Sa，Ra和工件的平面度。其中，三維輪廓表面粗糙度Sa，Ra和局部平面度PV由ADEMicroXAM系統(tǒng)測(cè)得，測(cè)量的范圍為868μm×646μm，掃面深度50nm，放大倍數(shù)為5×2.0。
2.2、壓力P的變化對(duì)Sa，Ra的影響
分別選取壓力P為0.05Mpa，0.075Mpa，0.1Mpa，其他參數(shù)如下：ω1=150rpm，e=70mm，對(duì)微晶玻璃片進(jìn)行研磨，每片的研磨時(shí)間為10min。研磨前后用酒精清洗表面，烘干后分別在工件中間、中部、邊緣3個(gè)位置取2個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量其Sa和Ra，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，分析3種壓力下研磨加工微晶玻璃不同位置處的表面粗糙度對(duì)比結(jié)果，可以看出：1）壓力的變化會(huì)影響微晶玻璃研磨的粗糙度，過(guò)高的壓力不利于研磨拋光微晶玻璃表面質(zhì)量的提高。2）微晶玻璃加工后的粗糙度邊緣位置要優(yōu)于中部和中間位置，利用固結(jié)磨料加工微晶玻璃時(shí)壓力不應(yīng)過(guò)高。
2.3、轉(zhuǎn)速ω1的變化對(duì)Sa，Ra的影響
分別選取轉(zhuǎn)速ω1為100rpm，150rpm，200rpm，其他加工參數(shù)如下：P=0.075Mpa，e=70mm，對(duì)微晶玻璃片進(jìn)行研磨，每片的研磨時(shí)間為10min。研磨前后用酒精清洗表面，烘干后分別在工件中間、中部、邊緣3個(gè)位置取2個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量其Sa和Ra，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，分析3種轉(zhuǎn)速下研磨加工微晶玻璃不同位置處的表面粗糙度對(duì)比結(jié)果，可以看出：1）轉(zhuǎn)速對(duì)微晶玻璃粗糙度值的影響呈現(xiàn)正態(tài)分布，轉(zhuǎn)速適當(dāng)提高有利于穩(wěn)定微晶玻璃粗糙度值。2）微晶玻璃加工后的粗糙度邊緣位置要明顯優(yōu)于中部和中間位置。
2.4、偏心距e的變化對(duì)Sa，Ra的影響
分別選取偏心距e為50mm，70mm，90mm，其他加工參數(shù)如下：P=0.075Mpa，ω1=150rpm，對(duì)微晶玻璃片進(jìn)行研磨，每片的研磨時(shí)間為10min。研磨前后用酒精清洗表面，烘干后分別在工件中間、中部、邊緣3個(gè)位置取2個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量其Sa和Ra，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，分析3種偏心距下研磨加工微晶玻璃不同位置處的表面粗糙度對(duì)比結(jié)果，可以看出：1）偏心距增大，研磨速度增加，可以獲得更高的表面精度。2）邊緣部位的表面粗糙度較中間和中部更低。
2.5、工藝參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量的影響分析
綜合上述對(duì)比結(jié)果可知，用固結(jié)磨料研磨加工微晶玻璃可以獲得優(yōu)于傳統(tǒng)加工方式的表面質(zhì)量。而從不同壓力、轉(zhuǎn)速、偏心距下研磨微晶玻璃所獲得的Sa，Ra和Pv值的對(duì)比分析可知，根據(jù)加工的要求合理選擇壓力、轉(zhuǎn)速、偏心距等主要工藝參數(shù)。
三、微晶玻璃研磨加工后的表面形貌
在工具顯微鏡1500倍率觀察下的經(jīng)過(guò)固結(jié)磨料研磨加工后的微晶玻璃表面形貌，從中可以看出其研磨后的表面幾乎全是無(wú)規(guī)則的點(diǎn)坑，卻沒(méi)有劃痕，這說(shuō)明微晶玻璃在研磨過(guò)程中材料的去除方式主要是脆性去除，而不是塑性去除，從而也說(shuō)明了微晶玻璃屬于脆硬材料，其結(jié)構(gòu)屬于多晶體，因此采用固結(jié)磨料研磨加工的方式非常適合。
四、總結(jié)
微晶玻璃以優(yōu)良的物理特性被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，因此對(duì)于微晶玻璃的研究有著重大的意義。因此本文開展了固結(jié)磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝研究，借助實(shí)驗(yàn)研究、理論分析等手段，深入地研究了固結(jié)磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝方法和工藝參數(shù)，以解決傳統(tǒng)的加工方式難加工材料的問(wèn)題[3]。現(xiàn)將本文完成的工作和研究成果總結(jié)如下：
（1）分析了微晶玻璃的發(fā)展情況、結(jié)構(gòu)組成和國(guó)內(nèi)外對(duì)于微晶玻璃的研究成果，闡述了微晶玻璃作為一種新型材料的廣闊運(yùn)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/SPAN>
（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法探究了固結(jié)磨料研磨拋光加工微晶玻璃的加工工藝和主要工藝參數(shù)，研究所得到結(jié)論如下：壓力、轉(zhuǎn)速、偏心距是固結(jié)磨料研磨加工微晶玻璃的主要加工參數(shù)，這些參數(shù)的變化會(huì)影響表面質(zhì)量，應(yīng)該綜合加工要求、精度要求和經(jīng)濟(jì)性要求來(lái)合理選擇。 |
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