论文部分内容阅读
蓝宝石（主要成分为α-Al2O3）具有高硬度、高强度、高光学透过率,耐高温、耐风沙、雨水、盐雾侵蚀等优异性能,广泛应用于国防、军工、微电子和光电子等领域,例如军机、潜艇、舰艇、导弹等高性能武器装备的红外窗口材料,氮化镓基LED衬底,高功率激光器,智能手机及移动可穿戴式设备等。高性能装备对蓝宝石的加工质量提出了苛刻的要求,一般要求平面度达到纳米级,粗糙度达到亚纳米级,已经达到了传统加工的极限,对超精密加工提出了挑战。蓝宝石整流罩的加工目前只进行到粗磨的阶段,形位精度和尺寸精度远远达不到要求。本文以某一型号的蓝宝石整流罩作为研究对象,分别采用“捞球法”和磨削法加工整流罩。“捞球法”的加工原理属于成形磨削,工件在一台德国Satisloh的五轴数控铣磨机床上加工,在加工前需将砂轮尺寸及高度等参数输入机床系统。砂轮中心与工件中心需要保持重合,工作台摆动终止角为83°-85°。磨削法是采用不同粒度的金属结合剂金刚石球头砂轮和杯形砂轮组合加工。设计磨削走刀路径,整个过程实现自动加工。为了保证反向磨削工件时装夹可靠,设计了一套工艺装备。用Taylor泰勒粗糙度仪和三坐标测量仪对工件表面粗糙度、尺寸精度以及面轮廓度进行测量,测得表面粗糙度低于1μm,表面无崩边、破碎、崩裂等加工缺陷。目前蓝宝石抛光液中的强酸、强碱、添加剂等化学成分对人体和环境构成了潜在的危害。在衬底生产过程中易引入重金属离子,导致器件寿命下降甚至失效。化学机械抛光（Chemical mechanical polishing,CMP）技术是目前应用最广泛的超精密加工技术,其中,抛光液是影响CMP加工中最重要的因素之一,使用绿色环保的抛光液正在成为趋势。本文中研究了抛光液中磨料种类及粒径、pH调节剂、表面活性剂等对抛光效果的影响,发现使用粒径为80 nm硅溶胶抛光后的工件质量最佳。选择不含碱金属离子的有机碱2-氨基-2-甲基-1-丙醇可以避免在抛光过程中引入金属离子,且有机碱具有络合金属离子的作用。研究了不同类型的表面活性剂对磨料分散稳定性的影响,发现采用非离子型表面活性剂的抛光效果最好,并提出了表面活性剂的作用机理。研究了压力和转速等工艺参数对抛光效果的影响,当压力为34.5 kPa,转速为75 rpm时,抛光效果最佳。本文中研制了一种绿色环保的蓝宝石抛光液,其成分均无毒无污染,抛光后的工件表面粗糙度达到0.449 nm,获得了超光滑、低无损的加工表面。