組團顆粒在平面研磨中的應用
紹興自遠磨具有限公司 陳森軍

       摘要

       組團顆粒因其結構的獨特性，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磨具、涂附磨具和液體研磨中呈現。本文通過鉆石墊和鉆石研磨液兩種組團顆粒形式在平面研磨中的應用，展示了本結構的磨料在精細化加工中的獨特優(yōu)勢。

       關鍵詞 ：組團顆粒、鉆石墊、鉆石液、平面研磨

       01引言

       材料的加工，不論其材質是陶瓷、玻璃、塑膠還是金屬，都會遵循從粗到細到拋光的工序，通過大顆粒的研磨達到下減量的目的，通過小顆粒的修復拋光達到較好的光潔度。在研磨速率和研磨效果之間，永遠存在不可兼得的矛盾，只能通過調整達到一個相對理想的平衡狀態(tài)，當磨料的粒度調整不足以彌補這種差距時，只能是犧牲效率，不得不呈現出“慢工出細活”的低效加工模式。如何達到“快工出細活”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的磨料通過粘結劑粘合起來，制成流動性好、粒徑更大的磨粒團聚體，也稱為組團磨料、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。每一個組團顆粒像一個微型砂輪，在使用過程中，既能體現大顆粒微型砂輪團聚體的高切削性能，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。

       組團顆粒可以應用在固結磨具、涂附磨具和研磨液的配制方面，本文就以組團顆粒為磨料，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寶石表鏡方面的加工特性進行說明。

       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制轉移技術，通過一定圖案設計的模具定型，在基材表面形成陣列排布的磨塊結構，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，最終根據平面研磨機的大小裁剪為對應的形狀，貼合在磨盤上使用。

       2.2 實驗過程

       2.2.1 實驗材料

       鉆石墊為本司生產的D9產品，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 儀器設備

       本文實驗機臺為飛隆勞爾公司的 15B 的雙面研磨機，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 本文實驗數據

       本文對研磨后的石英進行粗糙度（Ra）、TTV（總厚度偏差）和厚度減少量的測試，數據結果為3次研磨實驗的平均值，工藝參數和實驗結果如下表所示：

       2.3.3 結果討論

       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、細磨兩道工藝，而且研磨后表面質量較差，只能用在較低要求領域，并且整個加工環(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量較差。而采用鉆石墊工藝，不僅一步就可以達到原來兩步的速率，而且表面粗糙度更好，兼顧了研磨速率和表面質量的雙重目標，另外，因為整個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，是一個更加綠色環(huán)保的工藝。

       03組團金剛石研磨液

       3.1 制備方法

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

       3.2 實驗過程

       3.2.1 實驗材料

       金剛石研磨液為本司自產1.5μm組團鉆石液，質量濃度為0.5%，研磨墊為本司自產六角蜂窩樹脂墊，研磨對象為用于表鏡的A向藍寶石晶片，尺寸為φ36mm×1.2mm。

       3.2.2 儀器設備

       本文實驗機臺為飛隆勞爾公司的15B的雙面研磨機，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 結果討論

       3.3.1 藍寶石表鏡的傳統(tǒng)加工工藝

       3.3.2 配合六角樹脂蜂窩墊的條件下，采用組團金剛石研磨液和單晶17μm金剛石研磨液的實驗結果如下：

       3.3.3 從實驗結果可以看出，樹脂蜂窩墊加1.5μm組團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液的1/3，表面粗糙度卻高了很多，進一步說明了組團研磨液的加工優(yōu)勢。

       如圖所示：1.5μm組團金剛石研磨液工藝之后的表面，均勻細膩，無明顯劃痕。

       04結論

       組團磨料作為一種新型磨料，不管是鉆石墊工藝，還是組團金剛石研磨液工藝，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，減少大量廢液的產生，節(jié)約修盤時間，具有使用便捷、清潔環(huán)保的特點，更加符合綠色環(huán)保的加工理念。組團金剛石研磨液在對藍寶石的加工實驗中，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，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，還是復合材料，只要調整合適的鉆石粒度和加工工藝參數，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，北京化工大學材料學碩士，中級工程師，PMP。紹興自遠磨具有限公司總經理。2008年起從事精密研磨拋光產品的研發(fā)生產，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。主要服務于汽車制造，精密零配件，光纖通訊，半導體等。目前已申請專利26項，其中發(fā)明15項，實用新型11項，已獲得授權14項。