藍(lán)寶石高效低損傷加工工藝研究.pdf

1、單晶藍(lán)寶石是一種多功能晶體材料，除具有優(yōu)良的物理性能、化學(xué)性能和光學(xué)性外，其還具有透光性好，熔點(diǎn)高，硬度高，電絕緣性優(yōu)良，熱傳導(dǎo)性良好，化學(xué)性能穩(wěn)定等特性，在國防、超導(dǎo)、光電子、微電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。無論是用于國防領(lǐng)域的紅外探測器的藍(lán)寶石窗口，還是用于LED行業(yè)的藍(lán)寶石基片，對藍(lán)寶石的加工精度（面型精度、尺寸精度等）和加工表面完整性提出了很高的要求。傳統(tǒng)游離磨料研磨、化學(xué)機(jī)械拋光藍(lán)寶石加工工藝，其加工效率低，加工成本高，加工精度不

2、穩(wěn)定，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等缺點(diǎn)制約了藍(lán)寶石晶體加工技術(shù)的發(fā)展。因此，研究和開發(fā)一種新型高效低損傷藍(lán)寶石加工工藝尤為重要。
　　本文以提高加工后藍(lán)寶石表面質(zhì)量和縮短加工時(shí)間為目標(biāo)，提出采用固結(jié)金剛石研磨盤粗磨獲得所需的尺寸精度和面型精度，采用機(jī)械化學(xué)拋光盤拋光獲得超光滑表面。論文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)在游離磨料研磨的基礎(chǔ)上提出采用固結(jié)金剛石研磨盤研磨技術(shù)對藍(lán)寶石進(jìn)行加工，分析了固結(jié)金剛石研磨盤加工原理以及修整方法。對固結(jié)金

3、剛石研磨盤技術(shù)進(jìn)行了探索，以加工后藍(lán)寶石的表面質(zhì)量和材料去除率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，對比了不同結(jié)合劑、不同磨料粒度金剛石研磨盤的研磨性能。
　　(2)采用截面顯微法和角度拋光法對固結(jié)金剛石研磨盤加工后的藍(lán)寶石亞表面損傷層進(jìn)行檢測。總結(jié)裂紋類型，分析亞表面裂紋成型原因。探索固結(jié)金剛石研磨技術(shù)中，磨料粒徑與藍(lán)寶石亞表面損傷層深度之間的關(guān)系。
　　(3)針對傳統(tǒng)藍(lán)寶石平坦化CMP技術(shù)不足，提出固結(jié)磨料機(jī)械化學(xué)拋光技術(shù)，通過化學(xué)和機(jī)械共同作

4、用達(dá)到去除材料的目的。針對藍(lán)寶石的物理化學(xué)特性，研制了藍(lán)寶石專用的機(jī)械化學(xué)拋光盤并提出了專用修整方法。采用恒壓力研磨機(jī)為工作平臺，對機(jī)械化學(xué)拋光盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(4)將固結(jié)金剛石磨盤研磨技術(shù)與固結(jié)磨料機(jī)械化學(xué)拋光技術(shù)相集成，設(shè)計(jì)了一種高效低損傷的藍(lán)寶石加工工藝:采用W20固結(jié)金剛石研磨盤粗磨，去除加工余量，獲得所需尺寸精度;然后采用W7固結(jié)金剛石研磨盤精磨，提高面型精度和表面質(zhì)量，降低加工后的亞表面損傷層深度;最后采用機(jī)械化