第1章超精密研磨与抛光

超精密研磨抛光现状综述摘要：超精密研磨抛光过程中材料去除规律对提高加工的稳定性十分重要。

本文对超精密研磨抛光技术进行综述，重点介绍各种典型加工方法及其材料去除机理。

并对超精密研磨抛光加工的发展趋势进行预测。

关键词：化学机械研磨弹性发射加工动压浮离抛光浮法抛光低温抛光磁场辅助抛光磨粒加工1 前言研磨是用研磨工具和研磨剂从工件表面上磨去一层极薄的金属，使工件表面达到精确的尺寸、准确的几何形状和很高的表面光洁度。

研磨的方法很多，按照加工方法来分类可以分为干研磨，湿研磨和抛光三类。

超精密研磨抛光是超精密加工的最主要的终加工手段，目的是降低表面粗糙度并去除前道加工工序形成的损伤层（通常为磨削），获得光滑、无损伤的加工表面。

因此了解超精密研磨抛光加工的方法和中材料的去除规律，对提高表面超精密加工质量有重大的意义。

2 常见的超精密研磨抛光技术2.1化学机械研磨(Chemical-echanical p01ishing，CMP)技术。

CMP加工通过磨粒一工件一加工环境之间的机械、化学作用，实现工件材料的微量去除，能获得超光滑、少/无损伤的加工表面；加工轨迹呈现多方向性，有利于加工表面的均匀一致性；无需精度很高的加工设备[15]。

CMP技术可以获得超光滑无损伤表面的有效方法，可获得0.1 nm级表面粗糙度和极小的表面损伤层，但也存在一定的局限性，主要体现在加工精度对磨粒尺寸差异敏感。

在理想状况下，工件与磨具之间的磨粒粒度均匀一致，磨粒上的载荷相等(图1a)。

当加工区内有硬质大颗粒产生(磨粒团聚或工件磨屑)或进入(外界环境中的大颗粒灰尘)时，若磨具为刚性，则加工载荷由少量大颗粒承担，导致大颗粒对工件的切深增加因而形成划痕、凹坑等损伤，或者大颗粒在载荷作用下破碎，但在破碎前往往已在工件表面形成损伤(图1b)；为此，通常采用弹性抛光垫(沥青、聚氨酯等材料)的方法来缓解大颗粒对工件表面的负面作用仍会造成工件表面的划痕等损伤形式(图1c)。

研磨与抛光的区别
很早以前看过这样一个报道，说是德国、日本等几个国家的科学家耗时5年时间，花了近千万元打造了一个高纯度的硅-28材料制成的圆球，这个1kg纯硅球要求超精密加工研磨抛光，精密测量（球面度，粗糙度，质量..），可谓是世界上最圆的球了。

关于这个圆球的故事
我们明天会具体的介绍一下
今天我们主要是想通过这个视频
来介绍一下超精密抛光工艺
我们经常把研磨和抛光放在一起讲，因为零件经过这两个工序的粗糙度已经十分小了。

首先咱们了解一下它们的区别。

研磨与抛光的区别
研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。

研磨可用于加工各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。

加工精度可达IT5～IT1，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01微米。

抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。

两者的主要区别在于：抛光达到的表面光洁度要比研磨更高，并且可以采用化学或者电化学的方法，而研磨基本只采用机械的方法，所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗，即粒度大。

现代电子工业，超精密抛光是灵魂
超精密抛光技术在现代电子工业中所要完成的使命，不仅仅是平坦化不同的材料，而且要平坦化多层材料，使得几毫米见方的硅片通过这种‘全局平坦化’形成上万至百万晶体管。

1）精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？2）答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高, 以目前的加工能力而言, 精密加工的精度范围是0.1~1μm, 加工表面精度Ra在0.02~0.1μm之间。

超精密加工的精度高于0.1μm, 加工表面精度Ra小于0.01μm。

3）超精密加工领域:4）超精密切削,5）超精密磨削,6）超精密研磨和抛光。

超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？答: 超精密切削对刀具的要求:1) 刀具刃口锋锐度ρ刀具刃口能磨得极其锋锐, 刃口圆弧半径ρ极小, 能实现超薄切削厚度, 减小切削表面弹性恢复和表面变质层。

ρ与切削刃的加工方位有关, 普通刀具5~30μm, 金刚石刀具<10nm；从物理学的观点, 刃口半径ρ有一极限。

2) 切削刃的粗糙度。

切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。

普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5 μm, 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2 μm, 特殊情况Ry1nm, 很难。

3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。

4) 刀刃无缺陷, 足够的强度, 耐崩刃性能。

5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低, 能得到极好的加工表面完整性。

单晶金刚石硬度极高。

自然界最硬的材料, 比硬质合金的硬度高5~6倍。

摩擦系数低。

除黑色金属外, 与其它物质的亲和力小。

能磨出极锋锐的刀刃。

最小刃口半径1~5nm。

耐磨性好。

比硬质合金高50~100倍。

导热性能好, 热膨胀系数小, 刀具热变形小。

因此, 天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。

人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削, 但是价格仍然很昂贵。

金刚石刀具不适宜切黑色金属, 很脆, 要避免振动而且价格昂贵, 刃磨困难。

人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃, 切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm, 它只能用于有色金属和非金属的精切, 很难达到超精密镜面切削。

超精密抛光工艺的定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超精密抛光工艺是一种高度精细化的表面处理技术，通过对工件表面进行极其细致的抛光和修饰，使其获得极高的光学精度和表面平整度。

这项工艺在多个领域都有广泛的应用，包括光学、精密仪器制造、半导体制造等。

相比传统抛光工艺，超精密抛光工艺更注重精度和表面质量的控制，可以实现纳米级甚至更高的表面精度要求。

本文将介绍超精密抛光工艺的定义、应用领域和关键技术，旨在深入探讨这一先进表面处理技术的原理和发展趋势，为相关领域的研究人员和从业者提供参考和借鉴。

json"1.2 文章结构":{"本文将首先介绍超精密抛光工艺的定义，包括其概念、特点和优势。

接着将探讨超精密抛光工艺在不同领域的应用，例如光学、半导体和精密机械制造等。

然后将深入分析超精密抛光工艺的关键技术，包括材料选择、工艺流程和设备要求等。

最后，文章将总结超精密抛光工艺的意义和展望，展望未来在该领域的发展前景，以及对读者提出一些思考和建议。

"}1.3 目的本文旨在探讨超精密抛光工艺的定义、应用领域和关键技术，以帮助读者深入了解该工艺的特点和优势。

通过详细介绍超精密抛光工艺的概念和原理，读者将能够更好地理解其在实际生产中的应用场景和价值所在。

此外，本文还将探讨超精密抛光工艺面临的挑战和未来发展方向，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。

通过本文的阐述，希望读者能够对超精密抛光工艺有一个全面而深入的认识，从而促进该工艺在工业生产中的广泛应用和推广。

2.正文2.1 超精密抛光工艺的定义超精密抛光工艺是一种高精度的表面处理技术，通过在材料表面施加特定的力和磨料，在微观层面上去除材料表面的凸起部分，从而获得非常光滑的表面。

它在纳米级和亚纳米级的精度下进行，能够获得极高的表面光洁度和平整度。

该技术主要应用于需要极高表面质量和精度的领域，如半导体制造、光学元件制造、精密仪器制造等。

《精密和超精密加工技术》学习总结11机械1班 2011411011070. 引言精密和超精密加工技术不仅直接影响尖端技术和国防工业的发展，还影响着国家的机械制造业的国际竞争力，因此，全球各国对此十分重视！本文就从超精密切削、精密和超精密磨削、精密研磨与抛光、精密加工的机床设备和外部支撑环境、微纳加工技术等相关的超精密加工技术进行研究与总结。

1. 超精密切削超精密切削是国防和尖端技术中的重要部分，受到了各国的重视和发展。

一、超精密切削的切削速度选择超精密切削所使用的刀具是天然单晶金刚石刀具，它是目前自然界硬度最高的物质，具有耐磨性好、热传导系数高和有色金属间摩擦系数小。

因此，在加工有色金属时，切削温度低，刀具寿命很高，亦可使用1000-2000m/min的高速切削。

而这一点（切削速度并不受刀具寿命的制约）是和普通切削规律不同的。

超精密切削的速度选择是根据所使用的超精密机床的动特性和切削系统的动特性所决定的，即选择振动最小的转速。

换而言之，要高效地切削出高质量的加工表面，就应该选择动特性好，振动小条件下最高转速的超精密机床。

例如沈阳第一机厂圣工场的SI-255液体静压主轴的超精密车床在700-800r/min时振动最大，故要避开该转速范围，选择低于或者高于该速度范围进行切削，则可得到较好的加工表面。

二、超精密切削时刀具的磨损和寿命天然单晶金刚石刀具超精密切削应用于加工铝合金、无氧铜、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料，比如激光反射镜、雷达的波导管内腔、计算机磁盘等。

判断金刚石刀具是否破损或磨损而不能继续使用的标准是根据工件加工的表面粗糙度有无超过规定值。

而金刚石刀具的切削路程的长度则是其寿命长短的标志。

倘若切削条件正常，刀具的耐用度可达数百千米。

但是在实际使用中，金刚石刀具常是达不到这个耐用度，因为加工过程中切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，而这主要是由于切削时的振动或切削刃的碰撞引起的。

因此，金刚石刀具只能使用在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上，而刀具的维护对机床的要求亦是如此。

精密和超精密加工技术复习思考题答案第一章1.试述精密和超精密加工技术对发展国防和尖端技术的重要意义。

答：超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的地位。

国防方面，例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。

制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。

尖端技术方面，大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。

因为集成电路的发展要求电路中各种元件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂和完备的电路。

因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。

2.从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。

答：通常将加工精度在0.1-lμm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1μm之间的加工方法称为精密加工。

而将加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra 0.01μm的加工方法称为超精密加工。

3.精密和超精密加工现在包括哪些领域。

答：精密和超精密加工目前包含三个领域：1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。

它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。

2)精密和超精密磨削研磨。

例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。

3)精密特种加工。

如电子束，离子束加工。

使美国超大规模集成电路线宽达到0.1μm。

4.试展望精密和超精密加工技术的发展。

答：精密和超精密加工的发展分为两大方面：一是高密度高能量的粒子束加工的研究和开发；另一方面是以三维曲面加工为主的高性能的超精密机械加工技术以及作为配套的三维超精密检测技术和加工环境的控制技术。

5.我国的精密和超精密加工技术和发达国家相比情况如何。

答：我国当前某些精密产品尚靠进口，有些精密产品靠老工人于艺，因而废品率极高，例如现在生产的某种高精度惯性仪表，从十几台甚至几十台中才能挑选出一台合格品。

第一章磨削加工的基本知识培训学习目标1.磨削用量包括那几个基本参数?如何计算砂轮圆周速度、工件圆周速度?2.试述切削液的作用、种类及特点。

３.砂轮由哪三要素构成?4．如何选择砂轮硬度？5.如何选择砂轮粒度?６．引起砂轮不平衡的原因是什么?试述平衡砂轮的目的和方法。

一、磨床的基本知识１.磨床工作在制造业中的地位磨削是一种比较精密的金属加工方法,经过磨削的零件有很高的精度和很小的表面粗糙度值。

目前用高精度外圆磨床磨削的外圆表面，其圆度公差可达到0.001mm左右,相当于一个人头发丝粗细的1/70或更小；其表面粗糙度值达到Rａ0．02５um，表面光滑似镜。

在现代制造业中,磨削技术占有重要的地位。

一个国家的磨削水平，在一定程度上反映了该国的机械制造工艺水平。

随着机械产品质量的不断提高，磨削工艺也不断发展和完善。

2．普通磨床简介以常用的万能外圆磨床为例,磨床主要由床身、工作台、头架、尾座、砂轮架和内圆磨具等部件组成。

见图1。

磨床还包括液压系统。

（１）床身:磨床的支承。

（2)头架：安装与夹持工件，带动工件旋转,可在水平面内逆时针转９0°;(3）内圆磨具：支承磨内孔的砂轮主轴。

（4)砂轮架：支承并传动砂轮主轴旋转，可在水平面±30°范围内转动；(5)尾坐：与头架一起支承工件;(6）滑鞍与横进给机构:通过进给机构带动滑鞍上的砂轮架实现横向进给;(7)横向进给手轮(8)工作台:ａ.上工作台:上面装有头架与尾坐；ｂ．下工作台：上工作台可绕下工作台在水平面转±１0°角度。

3．磨床的型号磨床的种类很多,按GB／T153７5-1９94磨床的类、组、系划分表,将我国的磨床品种分为三个分类。

一般磨床为第一类，用字母M表示，读作“磨”。

超精加工机床、抛光机床、砂带抛光机为第二类，用2M表示。

轴承套圈、滚球、叶片磨床为第三类，用3M表示。

齿轮磨床和螺纹磨床分别用Ｙ和Ｓ表示,读作“牙”和“丝”。