單晶藍(lán)寶石基片固結(jié)磨料研磨工藝研究.pdf

1、藍(lán)寶石（單晶Al2O3）硬度高（莫氏硬度9），脆性大，是典型的難加工材料，傳統(tǒng)的加工工藝方法主要采用游離磨料研磨和拋光的方法，但由于游離磨料研磨材料去除機(jī)理的原因，研磨加工不僅加工效率低、加工成本高，而且會(huì)在基片表面產(chǎn)生較深的損傷層，增加了后續(xù)拋光的去除量。針對(duì)目前存在的藍(lán)寶石基片的加工弊端，本文進(jìn)行了如下研究:
　　(1)對(duì)比了現(xiàn)有的藍(lán)寶石基片研磨加工方式，分析了固結(jié)磨料研磨(Fixed-AbrasiveLapping，F(xiàn)AL)

2、技術(shù)的研磨機(jī)理以及FAL研磨加工中工件和磨具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡方程。利用Matlab軟件仿真分析研磨加工過程中藍(lán)寶石基片相對(duì)于金剛石固結(jié)磨料研磨盤(Fixed-Abrasive Lapping Plate，F(xiàn)ALP)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以磨具均勻磨損為目的進(jìn)行軌跡仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果確定研磨加工過程中工件轉(zhuǎn)速與磨具轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速比i為0.6。
　　(2)針對(duì)FAL中的磨具修整問題，利用游離磨料研磨采用粒度為W12的Al2O3磨料和去離子水配成4

3、 wt％的研磨液對(duì)FALP進(jìn)行修整。試驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以對(duì)FALP進(jìn)行修整，修整后磨具的磨削能力明顯提高，磨削性能穩(wěn)定，并且由于修整磨料硬度不高于藍(lán)寶石基片，因此不會(huì)對(duì)后續(xù)的研磨加工造成影響。
　　(3)研究了金剛石FALP的結(jié)合劑種類和不同磨粒粒度對(duì)藍(lán)寶石的材料去除率、表面粗糙度Ra值以及亞表面損傷深度的影響。優(yōu)選出陶瓷-樹脂結(jié)合劑作為FALP的結(jié)合劑，并分析了加工后藍(lán)寶石表面形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明W40和W20金剛石FALP研磨

4、藍(lán)寶石基片是典型的脆性域磨削，而W7、W2.5金剛石FALP研磨藍(lán)寶石基片材料去除方式向塑性域磨削轉(zhuǎn)變，加工后的表面以淺劃痕為主。
　　(4)對(duì)金剛石FALP進(jìn)行粗磨和精磨的加工參數(shù)優(yōu)化，對(duì)比粗研和精研時(shí)加工參數(shù)對(duì)藍(lán)寶石基片加工的材料去除率和表面粗糙度Ra值的影響。結(jié)果表明粗粒度的FALP由于加工實(shí)際接觸面積較小和磨粒高度一致性較差的原因，對(duì)壓力的敏感性更高。而細(xì)粒度的FALP由于實(shí)際接觸面積接近名義接觸面積和磨粒露出高度的一致性