何謂堆積(固結)磨料?堆積磨料即通過特殊的造粒方式,用高強度粘結劑把細顆粒磨料粘接起來,使其形成一個獨立的堆積組合體,這種組合體通常也具有磨具的三要素---磨料、結合劑和極細小氣孔,可將其稱為一種微型磨具。堆積磨料適用于制作多種涂附磨具,如砂帶、砂紙等,也可制備固結磨具如刃磨砂輪等。將堆(dui)積(ji)磨料使用有機高分子結(jie)(jie)合(he)劑及相關材料粘結(jie)(jie)在(zai)布基(ji)基(ji)體上制(zhi)備的砂布就(jiu)是(shi)堆(dui)積(ji)磨料砂布,再將堆(dui)積(ji)磨料轉換成(cheng)砂帶(dai)就(jiu)是(shi)堆(dui)積(ji)磨料砂帶(dai)。
使用堆積磨料制造的堆積磨料砂帶是一種新型的柔性磨削工具,它磨削效率高,磨削性能穩定,具有磨削精度好和使用壽命長等優點,不僅能滿足不銹鋼、鈦合金等難磨金屬的磨削要求,而且對金屬表面的拉絲和拋光也有(you)很(hen)大的產業(ye)優勢。用途十分廣泛,是新型涂(tu)附磨具的重要發展(zhan)趨勢之(zhi)一(yi)。
傳(chuan)統普通砂(sha)帶(dai)為單層植砂(sha),在磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)過程中,會(hui)有(you)(you)一些先天客觀的(de)缺陷,如(ru)磨(mo)(mo)(mo)(mo)粒(li)變鈍,工(gong)件(jian)切削(xue)(xue)掉(diao)的(de)物質堵塞砂(sha)帶(dai)表面(mian),散熱性差,壽命有(you)(you)限,磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)前(qian)后工(gong)件(jian)表面(mian)切削(xue)(xue)效果(guo)不一致,磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)狀(zhuang)態(tai)漸(jian)漸(jian)由切削(xue)(xue)變為滑擦,磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)區(qu)域溫度(du)上(shang)升燒傷(shang)工(gong)件(jian)。對比現階段市場(chang)成熟產(chan)品(pin),堆積磨(mo)(mo)(mo)(mo)料涂附磨(mo)(mo)(mo)(mo)具將只有(you)(you)固結磨(mo)(mo)(mo)(mo)具才有(you)(you)自銳性這一特點與其自身優勢(shi)完美地結合起(qi)來。不僅(jin)節約了(le)(le)砂(sha)帶(dai)的(de)換帶(dai)時間,制帶(dai)基(ji)體生產(chan)成本(ben),工(gong)件(jian)生產(chan)人工(gong)成本(ben),而且提高(gao)了(le)(le)加工(gong)精度(du)與穩定性,具有(you)(you)無可比擬(ni)的(de)優勢(shi)。
劉鵬(peng)展等,堆(dui)積磨(mo)料(liao)制備技術及堆(dui)積磨(mo)料(liao)砂(sha)帶應(ying)用現狀,[J]超硬材料(liao)工程(cheng)2017.3:40--44
1. 固結磨料應用于砂帶堆積磨料砂帶的主要用途,歸根結底還是由其自身的結構特點和磨削優勢所決定的。根據不同的磨削對(dui)象(xiang)選擇不同造粒材質(zhi)與粒度組成的堆(dui)積磨料(liao)制品,已成為新型柔性磨削的一種發展(zhan)方向。
金(jin)屬材料種類豐富,其中難(nan)磨(mo)金(jin)屬材料指(zhi)的(de)(de)(de)是又硬(ying)又黏的(de)(de)(de)金(jin)屬,如(ru)鈦(tai)合(he)金(jin),鋁合(he)金(jin),高(gao)(gao)硬(ying)度(du)金(jin)屬,高(gao)(gao)溫合(he)金(jin),不銹鋼等。金(jin)屬材料的(de)(de)(de)磨(mo)削處理(li)根據材料的(de)(de)(de)作用(yong)和目的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)不同,主(zhu)要分為表(biao)(biao)面(mian)磨(mo)削,即(ji)加工(gong)材料使其達到規定(ding)的(de)(de)(de)尺寸和表(biao)(biao)面(mian)質量(liang),表(biao)(biao)面(mian)打磨(mo),即(ji)清除材料表(biao)(biao)面(mian)雜(za)質使其光(guang)滑(hua)平整達到一定(ding)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)粗糙度(du),表(biao)(biao)面(mian)拋(pao)光(guang),即(ji)對材料表(biao)(biao)面(mian)修(xiu)飾精(jing)加工(gong)達到光(guang)滑(hua)表(biao)(biao)面(mian)或鏡面(mian)光(guang)澤(ze)。
這類材(cai)(cai)料(liao)廣(guang)泛用(yong)于(yu)國民生產各(ge)個行業(ye)(ye),如電力行業(ye)(ye)的(de)(de)(de)汽(qi)輪(lun)機、水(shui)輪(lun)機葉(xie)片(pian)(pian)、高(gao)壓容器(qi)、管(guan)道;航(hang)空行業(ye)(ye)的(de)(de)(de)發(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)葉(xie)片(pian)(pian)、飛機框架;能源行業(ye)(ye)的(de)(de)(de)輸(shu)油、輸(shu)氣管(guan)道;日常生活中用(yong)到的(de)(de)(de)刀(dao)具、運動(dong)器(qi)材(cai)(cai)等。這些(xie)產品(pin)不(bu)僅材(cai)(cai)料(liao)特殊,型面復雜難于(yu)加工和磨(mo)削(xue)(xue),而(er)且對表(biao)面質量或精度(du)還有(you)很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)要求,使用(yong)傳統(tong)磨(mo)削(xue)(xue)工具,難以滿足(zu)加工工藝(yi)要求,而(er)堆積磨(mo)料(liao)砂(sha)帶能很(hen)好解決(jue)這一難題。
堆(dui)積磨(mo)(mo)料(liao)砂帶不(bu)僅具(ju)(ju)有涂附磨(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)柔軟(ruan)性,高(gao)效(xiao)冷切(qie)削,加工表(biao)面(mian)質量高(gao)等磨(mo)(mo)削特點,同時還具(ju)(ju)有固(gu)結磨(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)(de)自(zi)銳性和長壽(shou)性,從而結束了固(gu)結磨(mo)(mo)具(ju)(ju)加工效(xiao)率低(di),低(di)精度(du)的(de)(de)問題,改(gai)變了傳(chuan)統(tong)磨(mo)(mo)料(liao)砂帶使(shi)用壽(shou)命短(duan)的(de)(de)缺點,使(shi)葉片加工從傳(chuan)統(tong)的(de)(de)手工打磨(mo)(mo)轉(zhuan)向了自(zi)動化,高(gao)效(xiao)率,高(gao)精度(du),低(di)勞動強度(du)的(de)(de)數控磨(mo)(mo)削。
2. 金屬表面拉絲即在工件表面磨削形成線紋,起到裝飾效果的一種表面處理手段。堆(dui)積磨(mo)(mo)料(liao)(liao)砂(sha)(sha)帶(dai)因(yin)磨(mo)(mo)削一(yi)(yi)致性高,所以特別適合于金屬拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)行業(ye)。傳統砂(sha)(sha)帶(dai)磨(mo)(mo)料(liao)(liao)在剛開(kai)始(shi)拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)時,磨(mo)(mo)粒(li)尖銳鋒利(li),拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)線紋(wen)深(shen),但拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)不多(duo)久,磨(mo)(mo)料(liao)(liao)便開(kai)始(shi)變鈍,拉(la)(la)出(chu)的(de)絲(si)(si)(si)(si)紋(wen)就(jiu)開(kai)始(shi)變淺(qian),隨著(zhu)時間(jian)的(de)推移,絲(si)(si)(si)(si)紋(wen)越來(lai)越淺(qian)。這樣就(jiu)產生一(yi)(yi)個問題(ti),就(jiu)是同一(yi)(yi)砂(sha)(sha)帶(dai)拉(la)(la)出(chu)的(de)工(gong)件,前面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)產品與后面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)產品拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)線紋(wen)會有明(ming)顯的(de)差(cha)別,影響工(gong)件表面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)一(yi)(yi)致性。目前,堆(dui)積磨(mo)(mo)料(liao)(liao)砂(sha)(sha)帶(dai)在表面(mian)(mian)(mian)(mian)拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)加工(gong)中有著(zhu)非(fei)常廣闊的(de)應(ying)用,尤其是在IT電(dian)(dian)子行業(ye),例如,手機外(wai)殼,相(xiang)機外(wai)殼,筆記本電(dian)(dian)腦外(wai)殼等產品的(de)表面(mian)(mian)(mian)(mian)拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si)處理。另外(wai),金屬家具(ju),家電(dian)(dian)外(wai)殼,水(shui)暖器具(ju)等的(de)表面(mian)(mian)(mian)(mian)拉(la)(la)絲(si)(si)(si)(si),也(ye)都需要使用堆(dui)積磨(mo)(mo)料(liao)(liao)砂(sha)(sha)帶(dai)。
3.對銅材的拋光
銅材料的(de)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)主要(yao)有(you)化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)(pao)光(guang)(guang),電(dian)化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)(pao)光(guang)(guang),機械(xie)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)等。化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)在加(jia)工時會(hui)出現(xian)(xian)NO,NO2等有(you)害(hai)氣體,對(dui)(dui)(dui)操(cao)作(zuo)(zuo)人員及環境危害(hai)嚴重(zhong),電(dian)化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)后的(de)工件表(biao)面光(guang)(guang)亮度(du)不均(jun)勻,表(biao)面會(hui)殘留有(you)凹坑和條紋;而機械(xie)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)容(rong)易引起(qi)金屬表(biao)面扭曲和組織性,構(gou)造性不規范(fan)。化(hua)(hua)學(xue)機械(xie)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)技(ji)術(shu)(shu)(CMP)作(zuo)(zuo)為(wei)新型(xing)(xing)的(de)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)技(ji)術(shu)(shu),利用(yong)機械(xie)與化(hua)(hua)學(xue)的(de)復(fu)合(he)作(zuo)(zuo)用(yong)實現(xian)(xian)對(dui)(dui)(dui)材料的(de)微量去除(chu)。化(hua)(hua)學(xue)機械(xie)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)主要(yao)有(you)游離(li)磨(mo)(mo)料的(de)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)技(ji)術(shu)(shu)和固(gu)結磨(mo)(mo)料的(de)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)技(ji)術(shu)(shu)。游離(li)磨(mo)(mo)料加(jia)工過(guo)程中磨(mo)(mo)粒分散不均(jun)勻,磨(mo)(mo)粒運動(dong)具有(you)不可(ke)控(kong)性,造成工件面型(xing)(xing)精度(du)難(nan)以保(bao)(bao)證;同時有(you)磨(mo)(mo)粒利用(yong)率低、污染嚴重(zhong),加(jia)工成本高等缺(que)(que)點。固(gu)結磨(mo)(mo)料加(jia)工技(ji)術(shu)(shu)則克服了以上(shang)缺(que)(que)點,將磨(mo)(mo)料固(gu)結在拋(pao)(pao)光(guang)(guang)盤(pan)上(shang),磨(mo)(mo)料分散均(jun)勻,保(bao)(bao)證了材料去除(chu)的(de)均(jun)勻性;拋(pao)(pao)光(guang)(guang)液中只添加(jia)少量的(de)簡單化(hua)(hua)學(xue)試劑,大(da)大(da)減少了對(dui)(dui)(dui)環境的(de)污染。
Nguyen等人在保證(zheng)相同去除率的情況下(xia),利用傳(chuan)統的游離(li)磨(mo)料CMP,AFCMP(無磨(mo)料化(hua)學機(ji)(ji)械(xie)拋(pao)光),FACMP(固結(jie)(jie)磨(mo)料化(hua)學機(ji)(ji)械(xie)拋(pao)光)分別拋(pao)光銅(tong)晶(jing)圓(yuan),固結(jie)(jie)磨(mo)料化(hua)學機(ji)(ji)械(xie)拋(pao)光技術平坦化(hua)效率最高(gao),且(qie)對晶(jing)圓(yuan)的形貌及(ji)特征(zheng)尺(chi)寸無選擇性。
王成等人利用堿性拋(pao)光液(ye)實(shi)現對銅材料(liao)的拋(pao)光加工,探(tan)索拋(pao)光液(ye)組分對銅材表面質量及(ji)材料(liao)去(qu)除率的影(ying)響(xiang),實(shi)現對銅材的超精加工。
王成等,固結磨料拋光中不同拋光液組分對銅的加工性能的影響,[J]金剛石與磨料磨具工(gong)程2013.6:1--6
4. 脆性材料在光學元器件行業、半導體、光伏產業、石材行業等領域有著重要的應用。脆性(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)既(ji)包含單晶硅、藍寶石(shi)等(deng)高硬(ying)度(du)、高脆性(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao),也(ye)包括KDP、DKDP等(deng)低硬(ying)度(du)、高脆性(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)。切割(ge)(ge)加工(gong)是(shi)脆性(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)的(de)首道加工(gong)工(gong)藝,其成本(ben)占生(sheng)產總成本(ben)的(de)40%以上(shang)。脆性(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)傳統(tong)切割(ge)(ge)時(shi),材(cai)料(liao)(liao)表面質量差(cha)、亞表面損傷增大(da),甚至出現大(da)尺寸裂(lie)痕等(deng),因而多采用低應力切割(ge)(ge)技術來加工(gong)脆性(xing)(xing)材(cai)料(liao)(liao)。
帶鋸(ju)切(qie)割常用(yong)(yong)于石材的切(qie)割,根據切(qie)割工具不(bu)同(tong)可(ke)分為鋼(gang)帶鋸(ju)和(he)金(jin)剛石帶。鋼(gang)帶鋸(ju)采用(yong)(yong)游離磨(mo)(mo)料(liao)(liao)來(lai)(lai)研磨(mo)(mo)加(jia)工,由于加(jia)工過程中使用(yong)(yong)大(da)量的鋼(gang)砂(sha)和(he)石灰等,嚴重污染(ran)(ran)環(huan)境,而金(jin)剛石帶鋸(ju)采用(yong)(yong)固結金(jin)剛石磨(mo)(mo)料(liao)(liao)磨(mo)(mo)削加(jia)工,切(qie)削效(xiao)率高、環(huan)境污染(ran)(ran)少。但(dan)帶鋸(ju)切(qie)割硬(ying)脆(cui)材料(liao)(liao),切(qie)口大(da),損(sun)傷層大(da),不(bu)適合用(yong)(yong)來(lai)(lai)切(qie)割貴重和(he)切(qie)割要求高的硬(ying)脆(cui)材料(liao)(liao)。
相比(bi)帶鋸切割(ge),鋼絲線(xian)直徑小(xiao),剛度低,切割(ge)過(guo)程(cheng)中切口小(xiao)、損傷層(ceng)小(xiao),大大降低了由于機床震動帶來的低硬度脆性材料(liao)崩片的概(gai)率。但同(tong)屬于研磨(mo)加(jia)工范(fan)疇(chou),其切割(ge)效率低,且使用大量研磨(mo)液(ye)對環境污染(ran)比(bi)較大。而用固結金剛石(shi)線(xian)經來切割(ge),可(ke)以很大程(cheng)度地避免上述問題(ti)。
高航等(deng)脆性材(cai)料(liao)用固結金剛石(shi)線切(qie)割(ge)技(ji)術研究進(jin)展[J]金剛石(shi)與(yu)磨(mo)料(liao)磨(mo)具工(gong)程2019.4.97--1025.
5. 高效研磨氧化鋯陶瓷背板
氧(yang)化鋯是一種具有穩(wen)定化學性(xing)質,耐(nai)高(gao)(gao)溫、耐(nai)磨損、耐(nai)腐蝕的(de)(de)無機非金屬材料。由于氧(yang)化鋯及(ji)其復合材料在不同條件下具有半導體特性(xing)、增(zeng)韌性(xing)和良好的(de)(de)化學穩(wen)定性(xing)等,在電子陶(tao)瓷、功能(neng)陶(tao)瓷、結構陶(tao)瓷和生物(wu)陶(tao)瓷等高(gao)(gao)新技術(shu)領域的(de)(de)應用非常廣泛。隨(sui)著工業技術(shu)的(de)(de)快速(su)發展,尤(you)其是下一代(dai)手機背板(ban)的(de)(de)高(gao)(gao)性(xing)能(neng)要求,對其高(gao)(gao)效率、低損傷加(jia)工提出了(le)更高(gao)(gao)的(de)(de)要求。
氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋯陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)屬于高(gao)硬(ying)脆(cui)(硬(ying)度(du)與藍寶石相當)難加(jia)工(gong)材料(liao),常用(yong)(yong)(yong)的(de)加(jia)工(gong)方法難以(yi)(yi)進(jin)行(xing)高(gao)效精密(mi)加(jia)工(gong),因此出現(xian)了各種(zhong)輔(fu)助(zhu)(zhu)加(jia)工(gong)方式。于思遠等(deng)(deng)使用(yong)(yong)(yong)激(ji)光預熱輔(fu)助(zhu)(zhu)磨(mo)削(xue)加(jia)工(gong)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋯陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci),加(jia)工(gong)后表(biao)面(mian)粗(cu)糙(cao)(cao)度(du)Ra為0.2μm;陳明君等(deng)(deng)采用(yong)(yong)(yong)ELID磨(mo)削(xue)技術(shu)對陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材料(liao)進(jin)行(xing)磨(mo)削(xue)加(jia)工(gong),實現(xian)了鏡面(mian)磨(mo)削(xue),而且磨(mo)削(xue)表(biao)面(mian)質量(liang)也大(da)(da)幅度(du)提高(gao);ZHAO等(deng)(deng)論(lun)述(shu)了超(chao)(chao)聲波磨(mo)削(xue)加(jia)工(gong)技術(shu)的(de)優越性(xing);柴晶(jing)富等(deng)(deng)采用(yong)(yong)(yong)旋轉超(chao)(chao)聲方法加(jia)工(gong)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋯陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci),最終(zhong)表(biao)面(mian)粗(cu)糙(cao)(cao)度(du)Ra為3.2μm,但是氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋯在磨(mo)削(xue)過程中出現(xian)大(da)(da)量(liang)的(de)磨(mo)削(xue)熱,使得加(jia)工(gong)后的(de)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)工(gong)件表(biao)面(mian)存在組織變化(hua)(hua)(hua)(hua)、殘余(yu)應力及燒傷(shang)現(xian)象,嚴重影響后續的(de)超(chao)(chao)精密(mi)加(jia)工(gong);紀(ji)洪波等(deng)(deng)進(jin)行(xing)了氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋯陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)超(chao)(chao)精密(mi)研磨(mo)實驗研究,但加(jia)工(gong)效率極低,難以(yi)(yi)解(jie)決在短(duan)時間內去除由磨(mo)削(xue)加(jia)工(gong)帶(dai)來的(de)表(biao)面(mian)層(ceng)損(sun)傷(shang)問題。
針對手機背板加工提出的高效、低損傷加工要求,本研究采用親水性固結磨料研磨技術研磨氧化鋯陶瓷背板。磨料和研磨液是固結磨料研磨加工的兩個決定性因素,能顯著影響工件的材料去除率和表面質量。實驗采用金剛石聚集體作為磨料固結在研磨墊中,并在研磨液中輔助添加碳化硅顆粒,利用金(jin)剛(gang)石聚集體磨(mo)料(liao)的(de)微破碎性(xing)能(neng)和(he)砂(sha)漿的(de)磨(mo)蝕性(xing)能(neng)提(ti)高(gao)研(yan)磨(mo)加工(gong)(gong)中研(yan)磨(mo)墊(dian)的(de)自修(xiu)整性(xing)能(neng),為親水性(xing)固結磨(mo)料(liao)研(yan)磨(mo)技術在加工(gong)(gong)氧(yang)化(hua)鋯(gao)陶瓷(ci)中的(de)應用提(ti)供(gong)探索和(he)參考。
6. 研磨TC4鈦合金
航空(kong)發動機(ji)制(zhi)造(zao)中(zhong)(zhong)最核心(xin)的(de)(de)(de)是葉(xie)片的(de)(de)(de)制(zhi)造(zao),在整個發動機(ji)的(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)過程中(zhong)(zhong),葉(xie)片制(zhi)造(zao)一(yi)直(zhi)占(zhan)據著三分之一(yi)以(yi)上的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作量(liang)(liang)。作為航空(kong)發動機(ji)輪葉(xie)片的(de)(de)(de)主要材(cai)料(liao)(liao)之一(yi),TC4鈦(tai)合金具有(you)優良的(de)(de)(de)綜合力(li)學性能,同時密度低(di),耐(nai)高腐蝕。但是TC4鈦(tai)合金金難切(qie)削(xue)、導熱系數低(di)、彈(dan)性模量(liang)(liang)低(di),在傳(chuan)統加工(gong)(gong)中(zhong)(zhong),容(rong)(rong)易出(chu)(chu)現加工(gong)(gong)變形,刀具損耗快、工(gong)(gong)件(jian)表面燒傷等(deng)問題。固結(jie)磨(mo)料(liao)(liao)研磨(mo)通過磨(mo)料(liao)(liao)露出(chu)(chu)結(jie)合劑層的(de)(de)(de)部位與工(gong)(gong)件(jian)產生機(ji)械作用(yong),對工(gong)(gong)件(jian)材(cai)料(liao)(liao)產生塑(su)性或(huo)類塑(su)性去(qu)除,可(ke)以(yi)顯著降低(di)表面及亞表面損傷,同時由于加工(gong)(gong)中(zhong)(zhong)磨(mo)粒硬度高、切(qie)削(xue)應力(li)小,可(ke)有(you)效(xiao)解決TC4鈦(tai)合金難切(qie)削(xue),工(gong)(gong)件(jian)表面容(rong)(rong)易燒傷等(deng)問題。
王健杰(jie)等球形固結(jie)磨(mo)(mo)料磨(mo)(mo)頭研(yan)磨(mo)(mo)TC4鈦(tai)合金的工藝探索(suo),[J]金剛石與磨(mo)(mo)料磨(mo)(mo)具工程2019,3:23--28
7.研磨石英玻璃
石(shi)英玻璃因具(ju)有(you)(you)透(tou)光(guang)(guang)性(xing)好(hao)、光(guang)(guang)譜頻(pin)帶寬、硬度(du)高、耐(nai)腐蝕性(xing)強(qiang)、絕緣(yuan)性(xing)好(hao)以及化學(xue)穩定性(xing)等一(yi)系(xi)列優異的(de)(de)(de)物理化學(xue)性(xing)能,成為光(guang)(guang)電子(zi)、微電子(zi)、光(guang)(guang)學(xue)以及光(guang)(guang)纖技術行業的(de)(de)(de)重要(yao)材料(liao)之(zhi)一(yi)。但是(shi)石(shi)英玻璃同時具(ju)有(you)(you)較大的(de)(de)(de)脆(cui)性(xing)、較低的(de)(de)(de)斷裂韌(ren)性(xing)等,傳統的(de)(de)(de)游離木料(liao)加(jia)工(gong)很容易在其表(biao)面產生裂紋(wen),凹坑等缺(que)陷,嚴(yan)重影響其產品的(de)(de)(de)使用性(xing)能。因此(ci),如何改(gai)善(shan)其表(biao)面加(jia)工(gong)質(zhi)量,提高其加(jia)工(gong)效率,是(shi)石(shi)英玻璃超精密加(jia)工(gong)技術亟待(dai)解決(jue)的(de)(de)(de)瓶頸問題(ti)。
固(gu)結(jie)磨料加(jia)(jia)工(gong)(gong)作為(wei)新型的(de)超精密加(jia)(jia)工(gong)(gong)技術(shu)之一,在很多難(nan)材(cai)料加(jia)(jia)工(gong)(gong)特別是光(guang)學玻璃的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)中得(de)到了廣(guang)泛(fan)的(de)應用。該技術(shu)可顯著提高(gao)石(shi)英玻璃加(jia)(jia)工(gong)(gong)的(de)材(cai)料去除率并改善其表面質量。對固(gu)結(jie)磨料加(jia)(jia)工(gong)(gong)而言(yan),研(yan)磨墊和(he)(he)工(gong)(gong)藝參數(shu)是影響(xiang)其加(jia)(jia)工(gong)(gong)效(xiao)率和(he)(he)表面質量的(de)關鍵因素(su),因而是當前固(gu)結(jie)磨料加(jia)(jia)工(gong)(gong)研(yan)究的(de)熱點(dian)。
王占奎等,固結磨料(liao)研磨石英玻璃的工藝(yi)參責(ze)優化(hua),金剛(gang)石與磨料(liao)磨具工程,2020.5:,90--95
8.拋光YAG晶體
釔鋁(lv)石(shi)榴石(shi)(YAG)晶體的(de)透光(guang)性(xing)好、熔點高、熱導(dao)率(lv)高、光(guang)轉效(xiao)率(lv)高,長時間(jian)工(gong)(gong)作不產生(sheng)色心、吸收(shou)系數大,可進行高濃度(du)摻雜等(deng)。YAG晶體固態激(ji)(ji)(ji)光(guang)器(qi)在雷達測風、激(ji)(ji)(ji)光(guang)測距、導(dao)彈攔(lan)截、軌(gui)道空(kong)間(jian)碎片清除(chu)、氫(qing)鎂能(neng)量循環、激(ji)(ji)(ji)光(guang)核聚變(bian)、激(ji)(ji)(ji)光(guang)點火等(deng)領域具有(you)廣泛(fan)的(de)應用(yong)前(qian)景。但YAG晶體硬度(du)高、脆性(xing)大,是(shi)典型(xing)的(de)難加(jia)工(gong)(gong)材料(liao),加(jia)工(gong)(gong)過程中易出現去除(chu)率(lv)低,加(jia)工(gong)(gong)表(biao)面不均勻崩邊等(deng)現象(xiang)。然而(er),應用(yong)于高能(neng)激(ji)(ji)(ji)光(guang)器(qi)的(de)YAG晶體表(biao)面則(ze)要(yao)求超光(guang)滑(hua),無損(sun)傷。
固(gu)結(jie)磨(mo)料(liao)拋光(guang)(guang)技(ji)術具(ju)有選擇性(xing)強(qiang),平坦化(hua)效率高,工(gong)件(jian)表面不易釉化(hua),環保等優點,代(dai)表著(zhu)光(guang)(guang)加工(gong)未來的(de)(de)發展(zhan)方向(xiang)。采用固(gu)結(jie)磨(mo)料(liao)拋光(guang)(guang)YAG晶(jing)體,旨(zhi)在探索(suo)新的(de)(de)加工(gong)方法,提高磨(mo)料(liao)的(de)(de)利用率,工(gong)藝的(de)(de)可控(kong)性(xing)。
明舜等,磨粒尺寸和基(ji)體硬(ying)度對固結磨料(liao)拋光YAG晶體的影響,金剛石與磨料(liao)磨具工程2020.3:86--90
9.研磨SiC工件
SiC材(cai)料具有(you)密度適當、彈(dan)性(xing)模(mo)量高(gao)、耐熱沖擊性(xing)好(hao)、導熱系數高(gao)、熱膨脹系數小、比剛度高(gao)以及各向同(tong)性(xing)等優點,廣泛應用于兵器、低溫(wen)反(fan)射鏡(jing)、激光(guang)鏡(jing)等精密儀器中,逐(zhu)漸發(fa)展成(cheng)為新一(yi)代(dai)空間光(guang)學材(cai)料。
SiC材(cai)料(liao)超(chao)高的(de)硬度(du)(du),使(shi)其成為一種典型的(de)難加工材(cai)料(liao)。常規精密加工工藝容(rong)易產(chan)生裂(lie)紋和(he)缺陷(xian),不易得(de)到超(chao)光(guang)(guang)滑表(biao)面限(xian)制了其在(zai)高性(xing)能(neng)(neng)光(guang)(guang)學領域的(de)應用。為此(ci),金振弘(hong)等(deng)人提出了碳化硅砂漿輔助固結(jie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)具研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)墊精研(yan)(yan)SiC思路(lu),利用砂漿對研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)墊的(de)沖(chong)蝕磨(mo)(mo)(mo)(mo)損實(shi)現研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)墊的(de)自(zi)(zi)修(xiu)整(zheng),并(bing)探索砂漿的(de)濃(nong)度(du)(du)和(he)磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)尺(chi)寸對固結(jie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)具研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)墊研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)碳化硅性(xing)能(neng)(neng)的(de)影響。結(jie)論是能(neng)(neng)有效提高親水性(xing)固結(jie)磨(mo)(mo)(mo)(mo)具研(yan)(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)墊的(de)自(zi)(zi)修(xiu)整(zheng)能(neng)(neng)力,其修(xiu)整(zheng)能(neng)(neng)力隨著砂漿中碳化硅的(de)尺(chi)寸和(he)質(zhi)量(liang)分數增大而增強,材(cai)料(liao)的(de)去除率提高,工件表(biao)面質(zhi)量(liang)略降。
金振弘,砂(sha)漿對固結(jie)磨(mo)具(ju)研磨(mo)墊研磨(mo)SiC工(gong)件的影響(xiang),[J]金剛石與磨(mo)料磨(mo)具(ju)工(gong)程,2018.6--54--6
10.研磨氟化鈣晶體
CaF2晶體具有優異的物理性(xing)(xing)能(neng),光(guang)(guang)(guang)學性(xing)(xing)能(neng)和物化穩定性(xing)(xing),使其(qi)具有低(di)色(se)散性(xing)(xing)、低(di)雙折(zhe)射率(lv)、極高的透(tou)射率(lv)、較寬的透(tou)光(guang)(guang)(guang)范圍等,因而(er)被廣泛應用于航(hang)空、航(hang)天、光(guang)(guang)(guang)刻、激(ji)光(guang)(guang)(guang)等領域。但氟(fu)化鈣(CaF2)晶體脆(cui)性(xing)(xing)大(da)、硬度低(di),對其(qi)進(jin)行精(jing)密加工面臨巨(ju)大(da)挑戰。
深紫外(wai)投(tou)(tou)影(ying)光(guang)(guang)刻(ke)機最(zui)重要(yao)的(de)(de)部件是深紫外(wai)光(guang)(guang)光(guang)(guang)刻(ke)物鏡(jing),該(gai)物鏡(jing)可以明顯提高(gao)光(guang)(guang)刻(ke)機的(de)(de)成像功能(neng),因此對其光(guang)(guang)學材料的(de)(de)設計、加(jia)工(gong)、鍍膜和裝調等方面都(dou)有極高(gao)的(de)(de)技術要(yao)求,而(er)目(mu)前只有融石英和氟(fu)化鈣(gai)晶體(ti)材料能(neng)滿足投(tou)(tou)影(ying)光(guang)(guang)刻(ke)物鏡(jing)這些嚴苛要(yao)求。
CaF2晶(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)軟脆特性很(hen)(hen)容易導致(zhi)其晶(jing)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)在研磨(mo)(mo)(mo)(mo)拋光過程中產生凹坑、微裂紋、劃(hua)痕和表(biao)面(mian)/亞(ya)表(biao)面(mian)損傷等缺陷,且拋光液里的(de)(de)(de)各種雜質(zhi)很(hen)(hen)容易嵌(qian)入或殘(can)留在晶(jing)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)上(shang),進而影響CaF2晶(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)表(biao)面(mian)質(zhi)量(liang)和其材料(liao)去除(chu)(chu)率。因此,要(yao)對(dui)其精密拋光難度很(hen)(hen)大(da)。CaF2晶(jing)體(ti)(ti)研磨(mo)(mo)(mo)(mo)常(chang)用的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)是單(dan)晶(jing)金(jin)剛石(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)和聚集體(ti)(ti)金(jin)剛石(shi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao),但2種磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)被固定在樹(shu)脂基(ji)體(ti)(ti)中形(xing)成研磨(mo)(mo)(mo)(mo)墊后,2種FAP的(de)(de)(de)性能差異很(hen)(hen)大(da),如單(dan)晶(jing)金(jin)剛石(shi)固結磨(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)墊的(de)(de)(de)材料(liao)去除(chu)(chu)率隨著加工時間的(de)(de)(de)延(yan)長(chang)有持續走低的(de)(de)(de)現象,且總體(ti)(ti)效(xiao)率較低。
沈(shen)功(gong)明的(de)研(yan)究結(jie)果表明,采用聚集(ji)體(ti)金剛(gang)石(shi)(shi)磨料制備的(de)固結(jie)磨料墊(FAP)研(yan)磨效率(lv)明顯(xian)高于單(dan)晶(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)FAP的(de),且其材(cai)料去除率(lv)更穩定(ding),同(tong)時聚集(ji)體(ti)金剛(gang)石(shi)(shi)FAP的(de)自修整能(neng)力要優于單(dan)晶(jing)金剛(gang)石(shi)(shi)FAP的(de)。
沈功明,固結磨料(liao)墊(dian)高效研(yan)磨氟化鈣晶體研(yan)究,[J]金(jin)剛石與磨料(liao)磨具工程(cheng)2019.5:67--72
11.拋光鍺片
Ge單(dan)晶(jing)(jing)在(zai)(zai)太(tai)陽(yang)能電池襯底材料(liao)(liao)中的應用(yong)成為(wei)當前(qian)的研究熱門(men)。太(tai)陽(yang)能電池必須(xu)具備重量輕、精(jing)度高等特(te)點,而(er)作為(wei)襯底的Ge拋光片(pian)在(zai)(zai)滿(man)足強度的前(qian)提下,必須(xu)盡量降低厚(hou)度,而(er)且(qie)對拋光片(pian)的表(biao)面(mian)質量、表(biao)面(mian)晶(jing)(jing)格完整性(xing)、平整度有(you)(you)很高要求,這(zhe)就(jiu)給拋光的加工(gong)(gong)帶來了難(nan)度。目前(qian),國際上(shang)常用(yong)的Ge拋光厚(hou)度在(zai)(zai)200um以下,硬度根據晶(jing)(jing)向(xiang)不同介于莫氏5.5--6.5之(zhi)間,加之(zhi)Ge本身(shen)脆性(xing)較大(da),因(yin)此(ci),控制各加工(gong)(gong)工(gong)(gong)序的成品率成為(wei)技術難(nan)點。已(yi)有(you)(you)研究表(biao)咱,冰結合劑固(gu)結磨料(liao)(liao)拋光技術在(zai)(zai)減(jian)小己加工(gong)(gong)表(biao)面(mian)的殘余應力、微(wei)觀裂紋、表(biao)面(mian)損傷等方面(mian)具有(you)(you)優勢(shi)。
冰(bing)粒(li)型(xing)(xing)固結磨(mo)具(ju)(ju)拋光墊具(ju)(ju)有(you)分布均勻、自銳(rui)性好等優點,但(dan)拋光過(guo)程(cheng)中冰(bing)盤表層融化速率(lv)控制至關重要。一(yi)方面(mian)(mian)冰(bing)粒(li)型(xing)(xing)拋光盤表層融化會使舊的(de)(de)(de)磨(mo)具(ju)(ju)脫落(luo),新(xin)的(de)(de)(de)磨(mo)具(ju)(ju)露(lu)出,從而實現(xian)其自銳(rui)性和提高(gao)拋光效(xiao)率(lv);另一(yi)方面(mian)(mian),冰(bing)粒(li)型(xing)(xing)拋光盤的(de)(de)(de)融化速度過(guo)快,會導(dao)致磨(mo)具(ju)(ju)浪(lang)費,縮短其使用壽命。影響(xiang)冰(bing)凍固結磨(mo)具(ju)(ju)拋光盤表層融化速度的(de)(de)(de)因(yin)素(su)包(bao)括:拋光區(qu)域摩擦產生的(de)(de)(de)熱(re)量,環(huan)境溫度產生的(de)(de)(de)對(dui)流熱(re)。
王勇冰 粒型固(gu)結磨(mo)具拋光(guang)錆鍺片的溫(wen)度場仿真與實(shi)驗研究(jiu),[J]金(jin)剛石與磨(mo)料磨(mo)具工程(cheng)2016.3:17--22
12.研磨藍寶石晶片
藍(lan)寶(bao)石是一種(zhong)集優(you)良(liang)的(de)光(guang)學(xue)性(xing)能(neng)、物理性(xing)能(neng)和(he)化(hua)學(xue)性(xing)能(neng)于(yu)一體(ti)的(de)多(duo)功能(neng)氧化(hua)物晶(jing)體(ti)。單(dan)晶(jing)藍(lan)寶(bao)石具有(you)硬度高(莫(mo)氏(shi)9級(ji))、熔(rong)點(dian)高(2450C)、透光(guang)性(xing)好、導熱性(xing)和(he)電絕緣性(xing)優(you)良(liang)、化(hua)學(xue)性(xing)能(neng)穩(wen)定等(deng)特點(dian),廣泛應(ying)用于(yu)光(guang)電子、通信、國防、航空(kong)航天等(deng)領域(yu),如(ru)用作紅外透光(guang)材料(liao)、激光(guang)器的(de)窗口和(he)反(fan)射鏡、絕緣襯底的(de)集成芯片等(deng)。隨著科學(xue)技(ji)術的(de)發展,上述應(ying)用領域(yu)對藍(lan)寶(bao)石晶(jing)體(ti)的(de)超光(guang)滑無損(sun)傷加(jia)工及(ji)加(jia)工效率提出了更高的(de)要求(qiu),而(er)藍(lan)寶(bao)石作為典型(xing)的(de)難加(jia)工材料(liao),還沒有(you)非常成熟(shu)的(de)高效低損(sun)傷加(jia)工工藝,這(zhe)也成為藍(lan)寶(bao)石工業應(ying)用的(de)主(zhu)要障礙。
研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)是藍寶石(shi)(shi)晶片拋(pao)光(guang)之(zhi)前的(de)(de)(de)(de)重要工(gong)序,研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)好壞直接影響到后續(xu)的(de)(de)(de)(de)拋(pao)光(guang)時間和(he)表面質(zhi)量(liang)。單晶藍寶石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)一般利(li)(li)用逐級減小研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)液(ye)(ye)中磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)粒度尺寸,控制磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)進給(gei)量(liang),來獲得比(bi)較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)表面粗糙度。其特(te)點是,利(li)(li)用研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)墊(dian),研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)液(ye)(ye)以及工(gong)件(jian)三者之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)機械(xie)和(he)化學作用共同完成材料(liao)的(de)(de)(de)(de)去除(chu),對研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)性質(zhi)依賴性較(jiao)大,研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)過(guo)程中磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)運(yun)動的(de)(de)(de)(de)不可控影響研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)效(xiao)果,磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)利(li)(li)用率(lv)低,耗費大,污(wu)染環境(jing)。固(gu)結磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)拋(pao)光(guang)依靠(kao)凸起的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)料(liao)實現材料(liao)的(de)(de)(de)(de)微量(liang)切除(chu)而(er)成為高(gao)效(xiao)低損傷的(de)(de)(de)(de)加工(gong)手段。
鄭方(fang)志 固(gu)結磨(mo)料研磨(mo)藍寶石(shi)晶片的工藝(yi)優化[J]金剛石(shi)與(yu)磨(mo)料磨(mo)具工程2016.1:11--15
13.與游離磨(mo)料(liao)研磨(mo)拋光(guang)相比,固結磨(mo)料(liao)拋光(guang)的諸多優點如下:
(1)磨粒固(gu)結鑲嵌在(zai)基體中(zhong),無需拋(pao)(pao)光過程對拋(pao)(pao)光液(ye)進行(xing)磨料懸浮處理(li),親(qin)水性拋(pao)(pao)光墊還具備自修(xiu)整(zheng)功能,避免了拋(pao)(pao)光墊修(xiu)整(zheng)所(suo)帶(dai)來的停機問題(ti)。
(2)磨料凸(tu)起呈(cheng)一定規律排列固定在拋(pao)光墊表面,突起間的溝槽結構(gou)便(bian)于拋(pao)光液的輸(shu)送和廢屑的排除(chu),避免了傳統游離(li)磨料拋(pao)光中(zhong)常見的釉化現(xian)象。
(3)固(gu)結磨料拋(pao)光(guang)是基于二(er)體磨損原理,對(dui)拋(pao)光(guang)液的(de)依(yi)賴性較小,而對(dui)工件的(de)形貌具有很高(gao)的(de)選擇性,在拋(pao)光(guang)過程中(zhong)能(neng)(neng)很快去除凸出部(bu)分,凹處(chu)基本不(bu)受(shou)機械作(zuo)用,具有優(you)越的(de)平(ping)坦化能(neng)(neng)力。
(4)固結(jie)磨料(liao)拋(pao)光過(guo)程中(zhong),拋(pao)光液中(zhong)不含(han)磨料(liao),加工表面(mian)容易清洗,廢液處理簡單,是一種綠色環保的加工技(ji)術。李立明等,固結(jie)磨料(liao)研(yan)磨與(yu)拋(pao)光的研(yan)究現狀(zhuang)與(yu)展望,[J]金剛石與(yu)磨料(liao)磨具工程2009.517--22