超精密加工是指加工誤差小於0.01μm、表面粗糙度小於Ra0.02μm 的加工,又稱之為亞微米級加工。現在,超精密加工已進入納米級,稱之為納米加工。用於製造高精度高表面品質的零件,如大型積體電路的矽片,不僅要求極高的平面度,極小的表面粗糙度,而且要求表面無變質層、無劃傷。光學平晶、量塊、石英振子基片平面,除要求極高平面度、極小表面粗糙度外,還要求兩端面嚴格平行。
拋光研磨方法:
研磨方法 | 磨料 | 研磨工具 | 研磨液 | 研磨方式 | 加工機理 | 加工對象 |
超精密研磨 | 各種維細磨料 | 鑄鐵 玻璃 陶瓷 |
機油 煤油 水溶液 |
手工研磨 機械研磨 |
以磨料的機械作用為去除加工余量 | 各種形位及尺寸精度高的硬脆材料零件 |
超精密拋光 | 各種微細磨料、軟質磨料 | 軟質研具、瀝青等 | 過濾水或蒸餾水 | 透鏡、平鏡研磨機,帶修整輪,加工運動平穩 | 光學零件、石英振子、玻璃等 | |
液中研磨 、拋光 |
微細磨料 | 合成樹脂 | 過濾水或蒸餾水 | 研磨運動在液體中進行 | 以磨料的機械作用為主,加上液體的冷卻,分散磨料作用 | 矽片等電子材料 |
化學研磨 、拋光 |
微細磨料 | 無紡織等 | 純水或水溶液 | 研磨壓力大研磨速度高 | 以磨料的機械作用去除化學反應生成物 | 矽等 |
軟質磨料 | 玻璃板 | 藍寶石基板 |
機械作用的超精密研磨:
超精密研磨種類 | 加工原理 |
機械研磨 | 依靠微細磨粒的機械作用對被加工表面進行微量去除,達到高精度的加工表面。 |
彈性發射加工 | 加工時使用聚氨脂球作加工頭,在高速旋轉的加工頭與被加工工件表面之間加上含有微細磨粒(0.1~0.01μm)的研磨液,並產生一定的壓力。通過高速旋轉的加工頭所產生的高速氣流及離心力,使磨粒衝擊或擦過工件表面,產生彈性破壞物質的原子結合,從而去除工件表面的材料。 |
浮動研磨 | 利用流體力學原理使拋光器與工件浮離,在拋光器的工件表面做出了若干楔槽,當拋光器高速旋轉時,由於油楔的動壓作用使工件或拋光器浮起,其間的磨粒就對工件表面進行拋光。 |
磁力研磨 | 磁力研磨是利用磁場將磁性磨料聚集在工件與磁極間之工作間隙內,這些聚集的磁性磨料在磁場的作用下形成一束撓性的磁力刷(magnetic brush),同時產生研磨壓力作用在工件表面上,再藉由工件的旋轉與軸向振動,使磁性磨粒與工件表面之間產生相對運動,而達到精密拋光的效果 |
電解磁力研磨 | 電流電壓的陽極接工件,陰極接工具,陰極接欲去除毛刺的工件部位。電解液由泵驅動後經陰極流過陽極工件的毛刺部位到達回流槽。工件以一定的速度旋轉,同時作軸向振動。在垂直於工件軸線及電力線的平面方向上加直流強磁場,在磁場中填入游離狀的磁性磨料,由磁磨料組成的“磨料刷”快速衝擊件表面,去除突起的毛刺和實現光整加工。 |
ELID研磨 | 電子零件等功能材料之進步是有目共睹的,但對於各種素材零件之加工精度要求則是愈來愈嚴格。其加工技巧之磨料加工技術的研磨、拋光方面,對於高效率、高精度、高品位、超精密、自動化等之期望也很高,滿足其要求的加工技術之一為ELID研磨法。 ELID研磨法為金屬結合砂輪的削銳方法之一,利用電氣化學作用所產生之電解溶出現象,在研磨加工中也可以連續地進行削銳,以保持穩定的銳利度。 |
機械+化學作用的超精密研磨:
超精密研磨種類 | 加工原理 |
化學機械研磨(CMP) | CMP 指化學機械研磨 (Chemical Mechanical Polishing),或稱為化學機械平坦化 (Chemical Mechanical Planarization)。研磨液會與基材產生化學反應,反應生成物以力作用方式去除。利用作用力促進化學反應。 |
機械化學拋光(MCP) | 磨料和基材之間由於力作用產生化學反應,在表面形成反應生成物,以力作用方式去除。利用作用力促進化學反應。 |
超音波振動研磨 | 超音波震動工具頭的端面與工件表面保持一固定的間隙δ,並在其間充以微細磨粒工作液,當超音波振動工具以一定的頻率振動時,帶動微細磨粒衝擊工件表面,從而對工件表面進行研磨。 |
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