微晶玻璃超精密磨削的表面/亚表面损伤及其材料去除机理研究
发布时间：2021-02-22 01:03
针对微晶玻璃超精密磨削加工不可避免的表面/亚表面损伤问题,通过微晶玻璃磨削试验研究500#、1 500#、2 000#和5 000#金刚石砂轮磨削微晶玻璃的表面形貌、表面/亚表面损伤特征及其材料去除机理,揭示微晶玻璃脆性域磨削和塑性域磨削的表面/亚表面损伤特征,提出依次采用500#金刚石砂轮粗磨和5 000#金刚石砂轮精磨的微晶玻璃高效低损伤磨削工艺。结果表明,500#和1 500#金刚石砂轮磨削表面的材料去除方式为脆性断裂去除,2 000#金刚石砂轮磨削表面的材料去除方式同时包括脆性断裂去除和塑性流动去除,5 000#金刚石砂轮磨削表面的材料去除方式为塑性流动去除;脆性域磨削微晶玻璃的表面损伤形式为凹坑、微裂纹、深划痕,亚表面损伤形式为微裂纹;塑性域磨削微晶玻璃的表面损伤形式为微磨痕,亚表面损伤形式为靠近磨削表面的材料的塑性流动。
【文章来源】：机械工程学报. 2017,53(07)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
工件旋转法磨削原理示意图
调整到工作台的中心位置；磨削过程中，杯型砂轮和微晶玻璃分别绕其轴线旋转，同时砂轮作轴向进给进行轴向切入式磨削。此外，为了减小磨削力和磨削热，调整磨床的砂轮主轴角度使砂轮主轴轴线与工作台主轴轴线之间形成一个微小倾角，以保证磨削过程中砂轮和工件之间能够实现半接触磨削。试验使用的VG401MKII型超精密磨床还具有测量精度为1μm在线厚度测量仪，磨削过程中可以精确控制微晶玻璃的去除厚度。加工试件为Φ100×5.5mm的微晶玻璃抛光基片。磨削过程中采用去离子水作为冷却液。图1工件旋转法磨削原理示意图图2VG401MKII型超精密磨床为了选择合适的金刚石砂轮进行微晶玻璃磨削试验，前期首先通过500#、1500#、2000#、3000#、4000#树脂结合剂金刚石砂轮(Asahi,日本)和5000#、6000#陶瓷结合剂金刚石砂轮(Asahi,日本)磨削微晶玻璃的可行性磨削试验，选择能够对微晶玻璃进行连续磨削加工的金刚石砂轮作为本文微晶玻璃磨削试验中的实际使用砂轮。其中，4000#树
?俣龋?咛寮庸げ问?绫?所示。表1磨削试验参数磨削参数数值砂轮转速ns/(r/min)2400工件转速nw/(r/min)120砂轮进给速度fs/(μm/min)3光磨时间t/s5工件去除厚度h/μm100冷却液流量qv/(L/min)6.51.2表面/亚表面损伤检测试验微晶玻璃磨削加工后，采用Newview5022型白光干涉3D表面轮廓仪(Zygo,美国)检测微晶玻璃的表面粗糙度和表面微观形貌，采用Q45型扫描电镜(FEI,美国)观测微晶玻璃磨削表面的微观损伤。磨削微晶玻璃的亚表面损伤深度检测主要采用角度截面显微观测法[19-20]，检测原理如图3所示，该方法是通过超精密研磨和抛光加工将垂直于待检测样品微晶玻璃磨削表面的截面加工成具有精确角度的斜面，使垂直于微晶玻璃磨削表面的截面上的亚表面损伤信息通过一个小角度的斜面放大一定倍数后显示出来，对于亚表面损伤检测具有更高的分辨率，可以用于检测亚表面损伤较大的磨削工件。根据角度截面显微观测法的检测要求，本文设计了用于加工样品角度截面的专用夹具(β=5.7°)，样品角度截面的加工在UNIPOL1502型研磨/抛光机(科晶，中国)上进行，如图4所示。制备的样品采用20%HF溶液进行择优蚀刻，然后采用VHX-2000型超景深显微镜(Kevence,日本)观测并测量角度截面上的损伤深度L,再由式(1)计算样品的实际亚表面损伤深度Hd。Hd=Lsinβ(1)图3角度截面显微观测法检测原理图4UNIPOL1502型研磨/抛光机此外，由于角度截面显微观测法仅适用于检测亚表面损伤深度较大的磨削样件，对于角度截面显微观测法检测不出来的具有较小亚表面损伤深度的微晶玻璃样件，本文进一步采用截面透射电子显微镜(Transmissionelectronmicroscope,TEM)法检测其亚表面损伤[19]，检测仪器为TecnaiG220S-Twin型TEM(
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学元件磨削加工亚表面损伤检测研究[J]. 胡陈林,毕果,叶卉,李洪友. 人工晶体学报. 2014(11)
[2]大口径光学元件超精密加工技术与应用[J]. 郭隐彪,杨炜,王振忠,彭云峰,毕果,杨平. 机械工程学报. 2013(19)
[3]工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤分布[J]. 高尚,康仁科,董志刚,郭东明. 机械工程学报. 2013(03)
[4]超低膨胀微晶玻璃应用及发展现状[J]. 范仕刚,余明清,赵春霞,刘杰,何粲. 人工晶体学报. 2012(S1)
[5]硅片加工表面层损伤检测技术的试验研究[J]. 张银霞,李大磊,郜伟,康仁科. 人工晶体学报. 2011(02)
[6]光学材料磨削加工亚表面损伤层深度测量及预测方法研究[J]. 王卓,吴宇列,戴一帆,李圣怡. 航空精密制造技术. 2007(05)
[7]Microstructure studies of the grinding damage in monocrystalline silicon wafers[J]. ZHANG Yinxia, KANG Renke, GUO Dongming, and JIN Zhuji Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Chinese Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Rare Metals. 2007(01)
[8]应用ELID技术进行微晶玻璃超精密磨削[J]. 仇中军,张飞虎,谢大纲. 金刚石与磨料磨具工程. 2002(01)
[9]微晶玻璃超精密磨削技术研究[J]. 张飞虎,仇中君,陈明君. 中国机械工程. 2000(08)
博士论文
[1]硅片超精密磨削减薄工艺基础研究[D]. 高尚.大连理工大学 2013
本文编号：3045193
【文章来源】：机械工程学报. 2017,53(07)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
工件旋转法磨削原理示意图
调整到工作台的中心位置；磨削过程中，杯型砂轮和微晶玻璃分别绕其轴线旋转，同时砂轮作轴向进给进行轴向切入式磨削。此外，为了减小磨削力和磨削热，调整磨床的砂轮主轴角度使砂轮主轴轴线与工作台主轴轴线之间形成一个微小倾角，以保证磨削过程中砂轮和工件之间能够实现半接触磨削。试验使用的VG401MKII型超精密磨床还具有测量精度为1μm在线厚度测量仪，磨削过程中可以精确控制微晶玻璃的去除厚度。加工试件为Φ100×5.5mm的微晶玻璃抛光基片。磨削过程中采用去离子水作为冷却液。图1工件旋转法磨削原理示意图图2VG401MKII型超精密磨床为了选择合适的金刚石砂轮进行微晶玻璃磨削试验，前期首先通过500#、1500#、2000#、3000#、4000#树脂结合剂金刚石砂轮(Asahi,日本)和5000#、6000#陶瓷结合剂金刚石砂轮(Asahi,日本)磨削微晶玻璃的可行性磨削试验，选择能够对微晶玻璃进行连续磨削加工的金刚石砂轮作为本文微晶玻璃磨削试验中的实际使用砂轮。其中，4000#树
?俣龋?咛寮庸げ问?绫?所示。表1磨削试验参数磨削参数数值砂轮转速ns/(r/min)2400工件转速nw/(r/min)120砂轮进给速度fs/(μm/min)3光磨时间t/s5工件去除厚度h/μm100冷却液流量qv/(L/min)6.51.2表面/亚表面损伤检测试验微晶玻璃磨削加工后，采用Newview5022型白光干涉3D表面轮廓仪(Zygo,美国)检测微晶玻璃的表面粗糙度和表面微观形貌，采用Q45型扫描电镜(FEI,美国)观测微晶玻璃磨削表面的微观损伤。磨削微晶玻璃的亚表面损伤深度检测主要采用角度截面显微观测法[19-20]，检测原理如图3所示，该方法是通过超精密研磨和抛光加工将垂直于待检测样品微晶玻璃磨削表面的截面加工成具有精确角度的斜面，使垂直于微晶玻璃磨削表面的截面上的亚表面损伤信息通过一个小角度的斜面放大一定倍数后显示出来，对于亚表面损伤检测具有更高的分辨率，可以用于检测亚表面损伤较大的磨削工件。根据角度截面显微观测法的检测要求，本文设计了用于加工样品角度截面的专用夹具(β=5.7°)，样品角度截面的加工在UNIPOL1502型研磨/抛光机(科晶，中国)上进行，如图4所示。制备的样品采用20%HF溶液进行择优蚀刻，然后采用VHX-2000型超景深显微镜(Kevence,日本)观测并测量角度截面上的损伤深度L,再由式(1)计算样品的实际亚表面损伤深度Hd。Hd=Lsinβ(1)图3角度截面显微观测法检测原理图4UNIPOL1502型研磨/抛光机此外，由于角度截面显微观测法仅适用于检测亚表面损伤深度较大的磨削样件，对于角度截面显微观测法检测不出来的具有较小亚表面损伤深度的微晶玻璃样件，本文进一步采用截面透射电子显微镜(Transmissionelectronmicroscope,TEM)法检测其亚表面损伤[19]，检测仪器为TecnaiG220S-Twin型TEM(
【参考文献】：
期刊论文
[1]光学元件磨削加工亚表面损伤检测研究[J]. 胡陈林,毕果,叶卉,李洪友. 人工晶体学报. 2014(11)
[2]大口径光学元件超精密加工技术与应用[J]. 郭隐彪,杨炜,王振忠,彭云峰,毕果,杨平. 机械工程学报. 2013(19)
[3]工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤分布[J]. 高尚,康仁科,董志刚,郭东明. 机械工程学报. 2013(03)
[4]超低膨胀微晶玻璃应用及发展现状[J]. 范仕刚,余明清,赵春霞,刘杰,何粲. 人工晶体学报. 2012(S1)
[5]硅片加工表面层损伤检测技术的试验研究[J]. 张银霞,李大磊,郜伟,康仁科. 人工晶体学报. 2011(02)
[6]光学材料磨削加工亚表面损伤层深度测量及预测方法研究[J]. 王卓,吴宇列,戴一帆,李圣怡. 航空精密制造技术. 2007(05)
[7]Microstructure studies of the grinding damage in monocrystalline silicon wafers[J]. ZHANG Yinxia, KANG Renke, GUO Dongming, and JIN Zhuji Key Laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Chinese Ministry of Education, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Rare Metals. 2007(01)
[8]应用ELID技术进行微晶玻璃超精密磨削[J]. 仇中军,张飞虎,谢大纲. 金刚石与磨料磨具工程. 2002(01)
[9]微晶玻璃超精密磨削技术研究[J]. 张飞虎,仇中君,陈明君. 中国机械工程. 2000(08)
博士论文
[1]硅片超精密磨削减薄工艺基础研究[D]. 高尚.大连理工大学 2013
本文编号：3045193
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3045193.html
