固結(jié)磨料研磨拋光布輪粘砂拋光輪研磨拋光超硬非金屬材料表面的工藝方法
生產(chǎn)廠家：天津瑞達(dá)拋光研磨噴砂磨料磨具廠家發(fā)布時(shí)間：2017-04-29
探索采用固結(jié)磨料研磨拋光布輪粘砂拋光輪研磨拋光超硬非金屬材料表面的工藝方法，可以為超硬非金屬材料表面超精密加工工藝的制訂提供依據(jù)。
一、超硬非金屬材料表面加工方法
目前國內(nèi)外主要是根據(jù)超硬非金屬材料表面特殊的微觀組成結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，對其表面進(jìn)行精密和超精密的磨削加工，從而達(dá)到納米級的表面質(zhì)量和平面度。中科院長春光機(jī)所韓榮久等人的研究表明，超硬非金屬材料表面的晶粒尺寸大約為30～40nm。因此，要實(shí)現(xiàn)其原子量級的去除，獲得超光滑表面，必須采用納米級的拋光磨料。超硬非金屬材料表面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。而原子的去除過程則是磨料與工件在原子水平的碰撞、擴(kuò)散和填補(bǔ)過程。因此研磨和拋光加工是現(xiàn)階段加工超硬非金屬材料表面的主要工藝方法。
二、固結(jié)磨料研磨拋光加工超硬非金屬材料表面的工藝研究
1、研磨拋光實(shí)驗(yàn)設(shè)置
1.1、研磨拋光平臺
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、研磨拋光布輪粘砂拋光輪
研磨拋光布輪粘砂拋光輪在CMP過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作為研磨拋光布輪粘砂拋光輪，以實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)低成本的CMP加工具有重要的意義。
天津瑞達(dá)鑫華拋磨材料有限公司-www.weidaifushi.cn-電話13702198229-拋光磨料噴砂磨料研磨拋光材料介紹
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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)定及沉淀等問題，簡化了傳統(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)測得，測量的范圍為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，對超硬非金屬材料表面片進(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)測量點(diǎn)測量其Sa和Ra，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，分析3種壓力下研磨加工超硬非金屬材料表面不同位置處的表面粗糙度對比結(jié)果，可以看出：1）壓力的變化會影響超硬非金屬材料表面研磨的粗糙度，過高的壓力不利于研磨拋光超硬非金屬材料表面表面質(zhì)量的提高。2）超硬非金屬材料表面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)磨料加工超硬非金屬材料表面時(shí)壓力不應(yīng)過高。
2.3、轉(zhuǎn)速ω1的變化對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，對超硬非金屬材料表面片進(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)測量點(diǎn)測量其Sa和Ra，取平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，分析3種轉(zhuǎn)速下研磨加工超硬非金屬材料表面不同位置處的表面粗糙度對比結(jié)果，可以看出：1）轉(zhuǎn)速對超硬非金屬材料表面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)定超硬非金屬材料表面粗糙度值。2）超硬非金屬材料表面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，對超硬非金屬材料表面片進(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)測量點(diǎn)測量其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超硬非金屬材料表面不同位置處的表面粗糙度對比結(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)對表面質(zhì)量的影響分析
綜合上述對比結(jié)果可知，用固結(jié)磨料研磨加工超硬非金屬材料表面可以獲得優(yōu)于傳統(tǒng)加工方式的表面質(zhì)量。而從不同壓力、轉(zhuǎn)速、偏心距下研磨超硬非金屬材料表面所獲得的Sa，Ra和Pv值的對比分析可知，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、超硬非金屬材料表面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)過固結(jié)磨料研磨加工后的超硬非金屬材料表面表面形貌，從中可以看出其研磨后的表面幾乎全是無規(guī)則的點(diǎn)坑，卻沒有劃痕，這說明超硬非金屬材料表面在研磨過程中材料的去除方式主要是脆性去除，而不是塑性去除，從而也說明了超硬非金屬材料表面屬于脆硬材料，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)
超硬非金屬材料表面以優(yōu)良的物理特性被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，因此對于超硬非金屬材料表面的研究有著重大的意義。因此本文開展了固結(jié)磨料研磨拋光加工超硬非金屬材料表面的工藝研究，借助實(shí)驗(yàn)研究、理論分析等手段，深入地研究了固結(jié)磨料研磨拋光加工超硬非金屬材料表面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題
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