組團(tuán)顆粒在平面研磨中的應(yīng)用
紹興自遠(yuǎn)磨具有限公司 陳森軍

       摘要

       組團(tuán)顆粒因其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，具有小顆粒大切削的效果，在使用中可以兼顧研磨速率和研磨光潔度的雙重要求，且其存在形式可以在固結(jié)磨具、涂附磨具和液體研磨中呈現(xiàn)。本文通過鉆石墊和鉆石研磨液兩種組團(tuán)顆粒形式在平面研磨中的應(yīng)用，展示了本結(jié)構(gòu)的磨料在精細(xì)化加工中的獨(dú)特優(yōu)勢。

       關(guān)鍵詞 ：組團(tuán)顆粒、鉆石墊、鉆石液、平面研磨

       01引言

       材料的加工，不論其材質(zhì)是陶瓷、玻璃、塑膠還是金屬，都會遵循從粗到細(xì)到拋光的工序，通過大顆粒的研磨達(dá)到下減量的目的，通過小顆粒的修復(fù)拋光達(dá)到較好的光潔度。在研磨速率和研磨效果之間，永遠(yuǎn)存在不可兼得的矛盾，只能通過調(diào)整達(dá)到一個(gè)相對理想的平衡狀態(tài)，當(dāng)磨料的粒度調(diào)整不足以彌補(bǔ)這種差距時(shí)，只能是犧牲效率，不得不呈現(xiàn)出“慢工出細(xì)活”的低效加工模式。如何達(dá)到“快工出細(xì)活”一直是磨料人亟待解決的重要課題之一。

       為此，人們采用一定的工藝將較細(xì)的磨料通過粘結(jié)劑粘合起來，制成流動(dòng)性好、粒徑更大的磨粒團(tuán)聚體，也稱為組團(tuán)磨料、造粒磨料、類多晶磨料或堆積磨料，很好地解決了磨料的加工效率和效果之間的矛盾。每一個(gè)組團(tuán)顆粒像一個(gè)微型砂輪，在使用過程中，既能體現(xiàn)大顆粒微型砂輪團(tuán)聚體的高切削性能，又能保持初始小顆粒的研磨效果，且表面的磨料顆粒被磨鈍以后，在摩擦力或壓力的作用下，表層顆粒會逐步脫落，露出新的研磨層，繼續(xù)保持良好的磨削一致性。

       組團(tuán)顆?？梢詰?yīng)用在固結(jié)磨具、涂附磨具和研磨液的配制方面，本文就以組團(tuán)顆粒為磨料，分別制得鉆石減薄墊和鉆石研磨液，并就他們在石英玻璃和藍(lán)寶石表鏡方面的加工特性進(jìn)行說明。

       02鉆石減薄墊

       2.1 鉆石墊的制備方法

       本鉆石減薄墊制備采用的磨料為噴霧干燥法自制的金剛石組團(tuán)磨料，將磨料和膠粘劑、助劑、填料等組分按一定比例混合分散，得到均勻的漿料，然后再通過精密涂附和微復(fù)制轉(zhuǎn)移技術(shù)，通過一定圖案設(shè)計(jì)的模具定型，在基材表面形成陣列排布的磨塊結(jié)構(gòu)，其磨塊形狀多為四邊形、六邊形、圓柱形等，便于配合平面研磨機(jī)使用。其制備方法可以是連續(xù)式，也可以是間歇式，最終根據(jù)平面研磨機(jī)的大小裁剪為對應(yīng)的形狀，貼合在磨盤上使用。

       2.2 實(shí)驗(yàn)過程

       2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料

       鉆石墊為本司生產(chǎn)的D9產(chǎn)品，磨塊尺寸為2.6mm×2.6mm×0.9mm，研磨對象為石英玻璃，尺寸為φ150mm×1.0mm。

       2.2.2 儀器設(shè)備

       本文實(shí)驗(yàn)機(jī)臺為飛隆勞爾公司的 15B 的雙面研磨機(jī)，測試儀器為三豐 TR200 手持式表面粗糙度檢測儀，三豐測厚儀，卡爾特斯KH-4K800C2，4K 顯微鏡。

       2.3 結(jié)果討論

       2.3.1 石英玻璃的傳統(tǒng)加工工藝與新工藝的對比測試：

       對本文通過對傳統(tǒng)工藝和鉆石墊工藝的對比，速率、效果及研磨環(huán)境的差異如下表所示 ：

       2.3.2 本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

       本文對研磨后的石英進(jìn)行粗糙度（Ra）、TTV（總厚度偏差）和厚度減少量的測試，數(shù)據(jù)結(jié)果為3次研磨實(shí)驗(yàn)的平均值，工藝參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

       2.3.3 結(jié)果討論

       傳統(tǒng)工藝一般采用碳化硅微粉，懸浮后研磨，不僅需要粗磨、細(xì)磨兩道工藝，而且研磨后表面質(zhì)量較差，只能用在較低要求領(lǐng)域，并且整個(gè)加工環(huán)境，磨料廢料、磨屑造成的污染很難治理，研磨后環(huán)保處理成本大，由于環(huán)境不整潔造成的研磨二次污染問題較大，整體工件的研磨表面質(zhì)量較差。而采用鉆石墊工藝，不僅一步就可以達(dá)到原來兩步的速率，而且表面粗糙度更好，兼顧了研磨速率和表面質(zhì)量的雙重目標(biāo)，另外，因?yàn)檎麄€(gè)加工過程只需要加水，所以工廠車間都整潔衛(wèi)生，減少了研磨后廢液廢料處理等，是一個(gè)更加綠色環(huán)保的工藝。

       03組團(tuán)金剛石研磨液

       3.1 制備方法

       采用自制的組團(tuán)金剛石磨料為原料，添加適量助劑，攪拌分散得到組團(tuán)金剛石研磨液。本鉆石液配合自制的六角樹脂蜂窩墊使用。

       3.2 實(shí)驗(yàn)過程

       3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料

       金剛石研磨液為本司自產(chǎn)1.5μm組團(tuán)鉆石液，質(zhì)量濃度為0.5%，研磨墊為本司自產(chǎn)六角蜂窩樹脂墊，研磨對象為用于表鏡的A向藍(lán)寶石晶片，尺寸為φ36mm×1.2mm。

       3.2.2 儀器設(shè)備

       本文實(shí)驗(yàn)機(jī)臺為飛隆勞爾公司的15B的雙面研磨機(jī)，測試儀器為三豐TR200手持式表面粗糙度檢測儀，三豐測厚儀，卡爾特斯KH-4K800C2，4K顯微鏡。

       3.3 結(jié)果討論

       3.3.1 藍(lán)寶石表鏡的傳統(tǒng)加工工藝

       3.3.2 配合六角樹脂蜂窩墊的條件下，采用組團(tuán)金剛石研磨液和單晶17μm金剛石研磨液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

       3.3.3 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，樹脂蜂窩墊加1.5μm組團(tuán)金剛石研磨液工藝可替代傳統(tǒng)的粗磨、精磨工藝，而且可以節(jié)約近一半的研磨時(shí)間，研磨后的表面粗糙度更低，不僅節(jié)約了粗磨精磨的加工時(shí)間，還減輕了后道拋光工序的壓力，極大地提高了加工效率，并節(jié)約了加工成本。

       在同樣配合六角樹脂蜂窩墊的研磨條件下，采用單晶17μm金剛石研磨液的結(jié)果來看，盡管金剛石的顆粒粒徑大了很多，但研磨速率還不足組團(tuán)液的1/3，表面粗糙度卻高了很多，進(jìn)一步說明了組團(tuán)研磨液的加工優(yōu)勢。

       如圖所示：1.5μm組團(tuán)金剛石研磨液工藝之后的表面，均勻細(xì)膩，無明顯劃痕。

       04結(jié)論

       組團(tuán)磨料作為一種新型磨料，不管是鉆石墊工藝，還是組團(tuán)金剛石研磨液工藝，在平面研磨中發(fā)揮著越來越重要的作用。鉆石墊工藝可以取代傳統(tǒng)的碳化硼、碳化硅、單晶金剛石研磨液的加工技術(shù)，減少大量廢液的產(chǎn)生，節(jié)約修盤時(shí)間，具有使用便捷、清潔環(huán)保的特點(diǎn)，更加符合綠色環(huán)保的加工理念。組團(tuán)金剛石研磨液在對藍(lán)寶石的加工實(shí)驗(yàn)中，相較傳統(tǒng)的單晶、類多晶、多晶鉆石液加工方案，具有高速率、高平整度、低表面粗糙度的特點(diǎn)，可以將傳統(tǒng)的粗磨和精磨工序、或者精磨和粗拋工序合二為一，具有更高的加工效率 ；而且產(chǎn)生更少的廢液，減少環(huán)境壓力。從研磨對象來看，不管是金屬、玻璃、陶瓷、寶石，還是復(fù)合材料，只要調(diào)整合適的鉆石粒度和加工工藝參數(shù)，均可得到理想的加工表面，因此也是一種普適性的加工磨料。

       作者簡介

       陳森軍，北京化工大學(xué)材料學(xué)碩士，中級工程師，PMP。紹興自遠(yuǎn)磨具有限公司總經(jīng)理。2008年起從事精密研磨拋光產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，專業(yè)開發(fā)薄膜基精密拋光膜，靜電植砂砂紙系列，薄膜系列以及精密拋光液系列。主要服務(wù)于汽車制造，精密零配件，光纖通訊，半導(dǎo)體等。目前已申請專利26項(xiàng)，其中發(fā)明15項(xiàng)，實(shí)用新型11項(xiàng)，已獲得授權(quán)14項(xiàng)。