单晶蓝宝石基片固结磨料研磨工艺研究

发布时间：2017-08-31 07:34

  本文关键词：单晶蓝宝石基片固结磨料研磨工艺研究

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【摘要】：蓝宝石(单晶A1203)硬度高(莫氏硬度9),脆性大,是典型的极难加工材料,传统的加工工艺方法主要采用游离磨料研磨和抛光的方法,但由于游离磨料研磨材料去除机理的固有原因,研磨加工不仅加工效率低、加工成本高,而且会在基片表面产生较深的损伤层,增加了后续抛光的去除量。针对目前存在的蓝宝石基片的加工弊端,本文做出如下研究：(1)对比了现有的蓝宝石基片研磨加工方式,分析了固结磨料研磨(FAL)技术的研磨机理以及FAL研磨加工中工件和磨具的相对运动轨迹方程。利用MATLAB程序和试验设备的具体参数模拟出该设备和磨具参数下的研磨加工过程中蓝宝石基片相对于金刚石固结磨料研磨盘(FALP)的运动轨迹,以磨具均匀磨损为目的进行轨迹仿真,并根据仿真结果确定研磨加工件转速与磨具转速的转速比i为0.6。(2)针对FAL中的磨具修整问题,利用游离磨料散粒研磨采用粒度为W12的A1203磨料和去离子水配成4 wt%的研磨液对FALP进行修整。试验结果表明该方法可以对FALP进行修整,修整后磨具的磨削能力明显提高,磨削性能稳定,并且不会因为修整磨料对后续的研磨加工造成影响。(3)研究了金刚石FALP的结合剂、粒度对研磨的材料去除率、表面粗糙度Ra以及亚表面损伤深度的影响。优选出陶瓷-树脂结合剂作为FALP的结合剂,并分析了加工后蓝宝石表面形貌。试验结果表明W40和W20金刚石FALP研磨蓝宝石基片是典型的脆性域磨削,而W7、W2.5金刚石FALP研磨蓝宝石基片材料去除方式向塑性域磨削转变,加工后的表面以浅划痕为主。(4)对金刚石FALP进行粗研和精研的加工参数优化,对比粗研和精研时加工参数对蓝宝石基片加工的材料去除率和表面粗糙度Ra的影响。结果表明粗粒度的FALP由于加工实际接触面积较小和磨粒高度一致性较差的原因,对压力的敏感性更高,但是过高的研磨压力和转速对加工稳定性有不良影响。而细粒度的FALP由于实际接触面积接近名义接触面积和磨粒露出高度的一致性较好,因此对压力的敏感性较低,但加工稳定性较好,可以在更高的转速下加工。利用以上研究结果提出了一套完整的研磨工艺;采用W40FALP进行快速粗磨,W20 FALP去除上道损伤并减小下一道工序的加工余量,W7 FALP继续去除上一道工序损伤层以及快速获得低于10nm的表面粗糙度Ra和较浅的亚表面损伤。
【关键词】：固结金刚石研磨盘 固结磨料研磨技术 塑性域磨削 工艺参数
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ164.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 蓝宝石的材料特性与制备9-12
• 1.2 蓝宝石的应用12-14
• 1.3 蓝宝石研磨加工研究现状14-16
• 1.3.1 游离磨料研磨14-15
• 1.3.2 固结磨料研磨15-16
• 1.4 课题来源与研究内容16-18
• 1.4.1 课题来源16-17
• 1.4.2 主要研究内容17-18
• 2 固结磨料研磨技术及金刚石FALP修整方法18-30
• 2.1 蓝宝石研磨加工技术18-21
• 2.2 固结磨料研磨机理21-22
• 2.3 FAL轨迹仿真及FALP修整22-28
• 2.3.1 FAL运动轨迹及仿真22-25
• 2.3.2 FALP修整实验25-28
• 2.4 本章小结28-30
• 3 金刚石FALP加工蓝宝石磨削性能研究30-40
• 3.1 研磨试验条件30
• 3.2 试验检测方法30-33
• 3.3 结合剂种类对金刚石FALP研磨性能的影响33-35
• 3.4 磨料粒度对FALP磨削性能的影响35-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 金刚石FALP加工蓝宝石基片工艺优化研究40-55
• 4.1 金刚石FALP粗磨蓝宝石基片工艺参数优化40-46
• 4.1.1 研磨加工时间的确定40-42
• 4.1.2 研磨压力优化实验42-44
• 4.1.3 研磨转速优化实验44-46
• 4.2 金刚石FALP精磨蓝宝石基片工艺参数优化46-51
• 4.2.1 研磨加工时间的确定46-47
• 4.2.2 研磨压力优化实验47-49
• 4.2.3 研磨转速优化实验49-51
• 4.3 最优参数工艺试验51-53
• 4.4 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

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1 田春林;固着磨料高速研磨机理及工件表面质量的研究[D];长春理工大学;2005年

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本文编号：764293