【中玻網(wǎng)】引言

　　微晶玻璃是一種很好的結構材料，具有良好的機械性能和較高溫度下的化學(xué)穩定性，因而引起人們的廣泛注意。近年來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展對計算機的外部存儲器，作為硬盤(pán)基板新的材料的微晶玻璃在計算機發(fā)展中越來(lái)受到青睞。由于微晶玻璃微觀(guān)組成中的結晶相與玻璃相的結構、化學(xué)成分都不相同，顯微硬度也非常高，傳統的加工方法難以加工出亞納米級光滑表面，因而化學(xué)機械拋光（CMP）成為有效用于加工微晶玻璃的技術(shù)。因此，探索采用固結磨料拋光墊研磨拋光微晶玻璃的工藝方法，可以為微晶玻璃超準確加工工藝的制訂提供依據。

　　一、微晶玻璃加工方法

　　目前國內外主要是根據微晶玻璃特殊的微觀(guān)組成結構和性能特點(diǎn)，對其表面進(jìn)行準確和超準確的磨削加工，從而達到納米級的表面質(zhì)量和平面度。中科院長(cháng)春光機所韓榮久等人的研究表明，微晶玻璃的晶粒尺寸大約為30～40nm。因此，要實(shí)現其原子量級的去除，獲得超光滑表面，必須采用納米級的拋光磨料。微晶玻璃表面原子在磨料微粒的撞擊作用下脫離工件主體，從而被去除。而原子的去除過(guò)程則是磨料與工件在原子水平的碰撞、擴散和填補過(guò)程。因此研磨和拋光加工是現階段加工微晶玻璃的主要工藝方法。

　　二、固結磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝研究

　　1、研磨拋光實(shí)驗設置

　　1.1、研磨拋光平臺

　　研磨拋光試驗在PHL-350型平面高速研磨拋光系統上進(jìn)行，為了提高研磨盤(pán)的平面度，減小行為誤差，通常在加工之前將研磨盤(pán)兩兩互研，并用刀口尺檢查研磨盤(pán)的平面度，以保證被加工工件的表面質(zhì)量。

　　1.2、拋光墊

　　拋光墊在CMP過(guò)程中具有貯存拋光液并把它們運送到工件的整個(gè)加工區域、維持拋光所需的機械和化學(xué)環(huán)境、傳遞材料去除所需的機械載荷等作用[1]。因此，本文采用粒度為W14的金剛石親水性FAP作為拋光墊，以實(shí)現效率高高質(zhì)低成本的CMP加工具有重要的意義。

　　1.3、研磨拋光液

　　采用去離子水和其它化學(xué)添加劑作為拋光液，省去了傳統游離磨料拋光中拋光漿料和懸浮微粒的處理以及pH值的變化造成磨粒性能不穩定及沉淀等問(wèn)題，簡(jiǎn)化了傳統游離磨料拋光中拋光廢液的處理，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)[2]。本實(shí)驗中所使用的拋光液僅為去離子水。

　　2、壓力P、轉速ω1、偏心距e的變化對工件表面質(zhì)量的影響

　　2.1、表面質(zhì)量

　　被加工工件表面質(zhì)量是作為評價(jià)FAP加工性能的另一重要指標，包括工件三維輪廓表面粗糙度Sa，Ra和工件的平面度。其中，三維輪廓表面粗糙度Sa，Ra和局部平面度PV由ADEMicroXAM系統測得，測量的范圍為868μm×646μm，掃面高層度50nm，放大倍數為5×2.0。

　　2.2、壓力P的變化對Sa，Ra的影響

　　分別選取壓力P為0.05Mpa，0.075Mpa，0.1Mpa，其他參數如下：ω1=150rpm，e=70mm，對微晶玻璃片進(jìn)行研磨，每片的研磨時(shí)間為10min。研磨前后用酒精清洗表面，烘干后分別在工件中間、中部、邊緣3個(gè)位置取2個(gè)測量點(diǎn)測量其Sa和Ra，取平均值，計算標準差，分析3種壓力下研磨加工微晶玻璃不同位置處的表面粗糙度對比結果，可以看出：1）壓力的變化會(huì )影響微晶玻璃研磨的粗糙度，過(guò)高的壓力不利于研磨拋光微晶玻璃表面質(zhì)量的提高。2）微晶玻璃加工后的粗糙度邊緣位置要優(yōu)于中部和中間位置，利用固結磨料加工微晶玻璃時(shí)壓力不應過(guò)高。

　　2.3、轉速ω1的變化對Sa，Ra的影響

　　分別選取轉速ω1為100rpm，150rpm，200rpm，其他加工參數如下：P=0.075Mpa，e=70mm，對微晶玻璃片進(jìn)行研磨，每片的研磨時(shí)間為10min。研磨前后用酒精清洗表面，烘干后分別在工件中間、中部、邊緣3個(gè)位置取2個(gè)測量點(diǎn)測量其Sa和Ra，取平均值，計算標準差，分析3種轉速下研磨加工微晶玻璃不同位置處的表面粗糙度對比結果，可以看出：1）轉速對微晶玻璃粗糙度值的影響呈現正態(tài)分布，轉速適當提高有利于穩定微晶玻璃粗糙度值。2）微晶玻璃加工后的粗糙度邊緣位置要明顯優(yōu)于中部和中間位置。

　　2.4、偏心距e的變化對Sa，Ra的影響

　　分別選取偏心距e為50mm，70mm，90mm，其他加工參數如下：P=0.075Mpa，ω1=150rpm，對微晶玻璃片進(jìn)行研磨，每片的研磨時(shí)間為10min。研磨前后用酒精清洗表面，烘干后分別在工件中間、中部、邊緣3個(gè)位置取2個(gè)測量點(diǎn)測量其Sa和Ra，取平均值，計算標準差，分析3種偏心距下研磨加工微晶玻璃不同位置處的表面粗糙度對比結果，可以看出：1）偏心距加大，研磨速度增加，可以獲得更高的表面精度。2）邊緣部位的表面粗糙度較中間和中部更低。

　　2.5、工藝參數對表面質(zhì)量的影響分析

　　綜合上述對比結果可知，用固結磨料研磨加工微晶玻璃可以獲得優(yōu)于傳統加工方式的表面質(zhì)量。而從不同壓力、轉速、偏心距下研磨微晶玻璃所獲得的Sa，Ra和Pv值的對比分析可知，根據加工的要求合理選擇壓力、轉速、偏心距等主要工藝參數。

　　三、微晶玻璃研磨加工后的表面形貌

　　下圖是在工具顯微鏡1500倍率觀(guān)察下的經(jīng)過(guò)固結磨料研磨加工后的微晶玻璃表面形貌，從中可以看出其研磨后的表面幾乎全是無(wú)規則的點(diǎn)坑，卻沒(méi)有劃痕，這說(shuō)明微晶玻璃在研磨過(guò)程中材料的去除方式主要是脆性去除，而不是塑性去除，從而也說(shuō)明了微晶玻璃屬于脆硬材料，其結構屬于多晶體，因此采用固結磨料研磨加工的方式非常適合。

　　四、總結

　　微晶玻璃以?xún)?yōu)良的物理特性被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，因此對于微晶玻璃的研究有著(zhù)重大的意義。因此本文開(kāi)展了固結磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝研究，借助實(shí)驗研究、理論分析等手段，深入地研究了固結磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝方法和工藝參數，以解決傳統的加工方式難加工材料的問(wèn)題[3]?，F將本文完成的工作和研究成果總結如下：

　?。?）分析了微晶玻璃的發(fā)展情況、結構組成和國內外對于微晶玻璃的研究成果，闡述了微晶玻璃作為一種新型材料的廣闊運用前景和發(fā)展潛力。

　?。?）通過(guò)實(shí)驗的方法探究了固結磨料研磨拋光加工微晶玻璃的加工工藝和主要工藝參數，研究所得到結論如下：壓力、轉速、偏心距是固結磨料研磨加工微晶玻璃的主要加工參數，這些參數的變化會(huì )影響表面質(zhì)量，應該綜合加工要求、精度要求和經(jīng)濟性要求來(lái)合理選擇?！?/p>