固結(jié)磨料研磨藍寶石工件的材料去除機理及工藝研究.pdf

1、藍寶石單晶因具有良好的機械和光學性能，在武器裝備和國民經(jīng)濟諸多領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴大。但由于藍寶石單晶硬度高、脆性大且化學性能穩(wěn)定，加工效率低下、加工成本高昂，制約了其進一步應(yīng)用。固結(jié)磨料技術(shù)因具有加工效率高、工藝可控性好、成本低且綠色環(huán)保等優(yōu)點而被廣泛關(guān)注。本文利用金剛石固結(jié)磨料研磨墊（Fixed Abrasive Pad，F(xiàn)AP）研磨加工藍寶石晶片，建立微觀材料去除模型，探討固結(jié)磨料研磨藍寶石的材料去除機理，并優(yōu)化加工工藝參數(shù)。開展的主

2、要工作包括：
　?。?）研究FAP表面金剛石磨粒的退讓性
　　建立磨粒的分布模型，分析并估算FAP表面實際金剛石磨粒的數(shù)量。結(jié)合FAP基體微凸起的形態(tài)，探索研磨過程中工件、磨粒、基體之間的力與變形的關(guān)系。結(jié)果表明：金剛石磨粒受力后，使工件發(fā)生塑性變形，形成切深；而包裹磨粒的樹脂基體因彈性變形產(chǎn)生退讓，且退讓距離遠大于切深。
　?。?）研究FAP與藍寶石工件的接觸行為
　　建立基體表面微凸起分布模型，分析基體與磨粒

3、對研磨壓力的分擔關(guān)系，估算磨粒切入工件的最大深度，探討磨粒退讓對切深的影響規(guī)律，推導最大切深與材料去除速率和表面粗糙度的關(guān)系，通過實驗進行了驗證。
　　（3）研究固結(jié)磨料研磨藍寶石的材料去除機理
　　采用分量處理法把影響材料去除速率的因素逐項分解，建立機械、化學及其耦合作用的材料去除模型，通過實驗剖析各因素對材料去除速率的影響。結(jié)果表明：金剛石磨粒對材料去除率的貢獻達95％左右，是材料去除的主導。在金剛石磨粒去除的過程中，純

4、機械作用約為63%左右，化學機械耦合作用約為32%左右。
　?。?）揭示研磨液在材料去除中的作用
　　采用納米壓痕和XPS深度剖析的方法分析了加工過程中研磨液對藍寶石工件表面的化學作用，估測研磨液對藍寶石工件表面化學影響層厚度，推斷可能發(fā)生的化學反應(yīng)方程，分析了表面影響層的成因。
　?。?）研究固結(jié)磨料研磨藍寶石的亞表面損傷
　　運用差動腐蝕法測量不同研磨方式加工藍寶石的亞表面損傷層深度，探索固結(jié)磨料研磨藍寶石的