光学精密研磨与抛光

研具材料：微细的磨粒和使磨粒对工件作用很浅的材 料；
加工液：提供磨粒、排屑、冷却和减轻不必要摩擦的 2019/1/4 效果。
第3节 超精密平面研磨和抛光 一、精密平面的研磨机
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二、平面研磨使用的研具 1）特种玻璃，或用在加工成平面的金属板 上涂一层四氟乙烯或镀铅和铟； 优点：能得到高精度的平面 缺点：研具层寿命短 2）使用半软质研磨盘或软质研磨盘
第7章 精密研磨与抛光
7.1 研磨抛光机理 7.2 精密研磨、抛光的主要工艺因素 7.3 超精密平面研磨和抛光 7.4 超精密研磨抛光的主要新技术
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第1节 研磨抛光机理 一、研磨加工的机理
1.研磨时磨料的工作状态 1）磨粒在工件与研具之间发生滚动，产生滚轧 效果； 2）磨粒压入到研具表面，用露出的磨粒尖端对 工件表面进行刻划，实现微切削加工；
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五、获得高质量平面研磨抛光的工艺规律
1）研磨运动轨迹应能达到研磨痕迹均匀分布并 且不重叠。 2）硬质研磨盘在精研修形后，可获得平面度很 高的研磨表面，但要求很严格的工艺条件。 3）软质（半软质）研磨盘易获得表面粗糙度值 极小和表面变质层甚小的研磨抛光表面，但不 易获得很高的平面度。 4）使用金刚石微粉等超硬磨料可获得很高的研 磨抛光效率。
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使用η p小的研具效果好。使用ξ 小 的研具能有效地控制平面度的恶化， 但ξຫໍສະໝຸດ Baidu太小时，压力偏差较大，反而 易引起平面度的恶化。而当ξ 较大 时，只要加工量少，由于压力偏差 较小，初始的平面度不会产生多大 的恶化。
四、平行度和晶体方位误差的修正
平行度的修正研磨是使被加工面与基准平 面的角度误差达到最小值。单面研磨法采用 使工件附加偏心压力。晶体方位误差的修正 加工是以晶格面作参照物进行研磨的。
机械化学研磨加工是利用化学反应进行机械研磨， 有湿式和干式两种。 湿式条件下的机械化学研磨，用于硅片的最终精加 工，研磨剂含有0.01μ m大小的SiO2磨粒的弱碱性胶 状水溶液，而与它相配合的研具是表层由微细结构的 软质发泡聚氨基申酸涂敷的人造革。 干式条件下的机械化学研磨，是利用工件与磨粒之 间生成化学反应的研磨方法。干式条件下的微小范围 的化学反应有利于加工的进行，由于0.01～0.02粒径 的SiO2磨粒有较强的化学活性，研磨量较大。
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5）研磨平行度要求很高的零件时，采用（1） 上研磨盘浮动以消除上下研磨盘不平行误差； （2）小研磨零件实行定期180度方位对换研 磨，以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盘 倾斜而研磨表面不平行；（3）对各晶向硬质 不等的晶片研磨时，加偏心载荷修正不平行度。 6）为提高研磨抛光的效率和研磨表面质量， 可在研磨剂中加入一定量的化学活性物质。 7）高质量研磨时必须避免粗的磨粒和空气中 的灰尘混入，否则将使研磨表面划伤，达不到 高质量研磨要求。
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3.金属材料的研磨
当金属表面用硬度计压头压入时，只在表面 产生塑性变形的压坑，不会发生脆性材料那 样的破碎和裂纹。
研磨时，磨粒的研磨作用相当于极微量切削 和磨削时的状态,且表面不会产生裂纹。
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二、抛光加工的机理
抛光的机理：1）以磨粒的微小塑性切削生成切屑， 但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2）借助磨 粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平。
优点：研磨出的表面变质层很小，表面粗糙 度也很小；
缺点：研磨盘不易保持平面度
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三、平面研磨时工件和软质研具的磨损量
工件与研具两者的任意 点A处的加工量和研具磨 损量，相对于两者的中 心各自画圆弧与横轴相 交，从交点出发每 20min间隔与纵轴平行 地上升或下降。 工件形成凸面，研具在 半径上形成凹面。
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三、研磨、抛光的加工变质层
不管采取什么加工方法，或多或少要在被加工表面 上产生加工变质层，加工变质层使工件材质的结构、 组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态，使工件表面 的力学性能、物理化学性能与母体材料不同，进而影 响制成元件的性能，因此在超精密研磨抛光中要求变 质层越薄越好。 硬脆材料研磨后的表面，从表层向里依次为：非晶 体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全结晶结 构，从弹塑性力学的角度评价变质层，依次为：极薄 的塑性流动层、有异物混入的裂纹层、裂纹层、弹性 变形层和母体材料。金属材料研磨后的加工表面变质 层与硬脆材料类似。
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对于抛光加工后的加工变质层，由表层向里 依次为：抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹 应力层、二次裂纹影响层和完全结晶层，整个 加工变质层深度约为3μ m。并且加工表面越粗， 加工变质层深度越大。
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第2节 精密研磨、抛光的主要工艺因素
加工条件：对残留有裂纹的硬脆材料和不产生裂纹的 金属材料的加工条件不同； 研磨方式：单面研磨和双面研磨； 研磨机：应能均匀地加工工件，研具磨损要小并要求 能容易修整精度； 研具和抛光盘：必须避免因工作面磨损和弹性变形引 起精度下降；
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第4节 超精密研磨抛光的主要新技术 液中研磨
将超精密抛光的研具工作面和工件浸泡在 含磨粒的研磨剂中进行，在充足的加工液中， 借助水波效果，利用游离的微细磨粒进行研 磨加工，并对磨粒作用部分所产生的热还有 极好的冷却效果，对研磨时的微小冲击也有 缓冲效果。
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机械化学研磨
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磁流体精密研磨
磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸 （<0.015μ m）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特 性是：每一个粒子的磁力矩较大，不会因重力而沉降，磁 化强度随磁场增加而增加。当将非磁性材料的磨料混入磁 流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转 的工件而进行研磨。磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加 工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
3）磨粒对工件表面的滚轧与微量刻划同时作用。
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2.硬脆材料的研磨
一部分磨粒由于研磨压力的作用，嵌入研磨盘表面， 用露出的尖端刻划工件表面进行微切削加工；另一部 分磨粒则在工件与研磨盘之间发生滚动，产生滚轧效 果。在给磨粒加压时，就在硬脆材料加工表面的拉伸 应力最大部位产生微裂纹。当纵横交错的裂纹扩展并 产生脆性崩碎形成磨屑，达到表面去除的目的。