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穩定性，因而引起人們的廣泛注意。近年來，隨著計算機技術的飛速發展對計算機的外部存儲器，作為硬盤基板新的材料的微晶玻璃在計算機發展中越來受到青睞。由于微晶玻璃微觀組成中的結晶相與玻璃相的結構、化學成分都不相同，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，因而化學機械拋光（CMP）成為有效用于加工微晶玻璃的技術。因此，探索采用固結磨料拋光(guang)墊研(yan)磨拋光(guang)微晶玻璃的工(gong)藝(yi)(yi)方(fang)法，可以(yi)為微晶玻璃超精(jing)密加工(gong)工(gong)藝(yi)(yi)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組成結構和性能特點，對其表面進行精密和超精密的磨削加(jia)工，從而達到納米級的(de)(de)表(biao)面(mian)質量和平面(mian)度。中科院(yuan)長春光機所韓榮久等人的(de)(de)研究(jiu)表(biao)明(ming)，微(wei)(wei)(wei)晶(jing)玻璃(li)的(de)(de)晶(jing)粒尺寸(cun)大約為30～40nm。因(yin)此，要實現其(qi)原(yuan)(yuan)子(zi)量級的(de)(de)去(qu)除，獲得超光滑表(biao)面(mian)，必須(xu)采用(yong)納米級的(de)(de)拋光磨料(liao)。微(wei)(wei)(wei)晶(jing)玻璃(li)表(biao)面(mian)原(yuan)(yuan)子(zi)在磨料(liao)微(wei)(wei)(wei)粒的(de)(de)撞擊作用(yong)下脫離工件主體(ti)，從而被去(qu)除。而原(yuan)(yuan)子(zi)的(de)(de)去(qu)除過(guo)(guo)程則(ze)是磨料(liao)與工件在原(yuan)(yuan)子(zi)水(shui)平的(de)(de)碰撞、擴散和填補過(guo)(guo)程。因(yin)此研磨和拋光加(jia)工是現階段加(jia)工微(wei)(wei)(wei)晶(jing)玻璃(li)的(de)(de)主要工藝方(fang)法(fa)。

　　二、固結磨料研磨拋光加工微晶玻璃的工藝研究

　　1、研磨拋光實驗設置

　　1.1、研磨拋光平臺

　　研(yan)(yan)磨(mo)拋光試驗在PHL-350型平(ping)面(mian)高速研(yan)(yan)磨(mo)拋光系統(tong)上進行，為了提(ti)高研(yan)(yan)磨(mo)盤的(de)平(ping)面(mian)度(du)，減小行為誤(wu)差(cha)，通常在加工之前將研(yan)(yan)磨(mo)盤兩兩互研(yan)(yan)，并用刀(dao)口(kou)尺檢(jian)查(cha)研(yan)(yan)磨(mo)盤的(de)平(ping)面(mian)度(du)，以保證被加工工件的(de)表面(mian)質量。

　　1.2、拋光墊

　　拋光墊在CMP過程中具有貯存拋光液并把它們運送到工件的整個加工區域、維持拋光所需的機械和化學環境、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(guang)墊，以實現高效高質低(di)成本的(de)(de)CMP加工具有重要的(de)(de)意(yi)義。

　　1.3、研磨拋光液

　　采用(yong)去離(li)子水和(he)其它化學添(tian)加劑作為拋(pao)(pao)光(guang)液，省去了傳統游離(li)磨(mo)料拋(pao)(pao)光(guang)中拋(pao)(pao)光(guang)漿料和(he)懸浮微粒的(de)(de)處理(li)以及pH值的(de)(de)變化造成(cheng)磨(mo)粒性能不穩定及沉淀(dian)等問(wen)題(ti)，簡化了傳統游離(li)磨(mo)料拋(pao)(pao)光(guang)中拋(pao)(pao)光(guang)廢液的(de)(de)處理(li)，具有綠色環(huan)保的(de)(de)特(te)點[2]。本(ben)實驗中所使用(yong)的(de)(de)拋(pao)(pao)光(guang)液僅為去離(li)子水。

　　2、壓力P、轉速ω1、偏心距e的變化對工件表面質量的影響

　　2.1、表面質量

　　被加工工件(jian)表面質量(liang)是作為(wei)評價FAP加工性能(neng)的(de)另(ling)一重要指標，包括(kuo)工件(jian)三(san)維(wei)輪廓(kuo)表面粗糙(cao)度(du)Sa，Ra和工件(jian)的(de)平面度(du)。其(qi)中，三(san)維(wei)輪廓(kuo)表面粗糙(cao)度(du)Sa，Ra和局部平面度(du)PV由(you)ADEMicroXAM系統測(ce)(ce)得，測(ce)(ce)量(liang)的(de)范圍為(wei)868μm×646μm，掃(sao)面深(shen)度(du)50nm，放大倍數為(wei)5×2.0。

　　2.2、壓力P的變化對Sa，Ra的影響

　　分(fen)(fen)別(bie)選(xuan)取壓力(li)P為0.05Mpa，0.075Mpa，0.1Mpa，其他參數(shu)如下：ω1=150rpm，e=70mm，對(dui)微晶玻(bo)(bo)璃片(pian)進(jin)行研(yan)磨(mo)(mo)，每片(pian)的(de)研(yan)磨(mo)(mo)時間(jian)為10min。研(yan)磨(mo)(mo)前后用酒精(jing)清洗表(biao)面(mian)，烘干(gan)后分(fen)(fen)別(bie)在工件中(zhong)間(jian)、中(zhong)部(bu)、邊緣3個(ge)位(wei)(wei)置(zhi)取2個(ge)測(ce)量點測(ce)量其Sa和(he)(he)Ra，取平(ping)均值，計算標準差，分(fen)(fen)析3種壓力(li)下研(yan)磨(mo)(mo)加工微晶玻(bo)(bo)璃不同位(wei)(wei)置(zhi)處的(de)表(biao)面(mian)粗(cu)糙(cao)度對(dui)比結果，可(ke)以看出(chu)：1）壓力(li)的(de)變化會影(ying)響微晶玻(bo)(bo)璃研(yan)磨(mo)(mo)的(de)粗(cu)糙(cao)度，過高的(de)壓力(li)不利于(yu)研(yan)磨(mo)(mo)拋光微晶玻(bo)(bo)璃表(biao)面(mian)質量的(de)提高。2）微晶玻(bo)(bo)璃加工后的(de)粗(cu)糙(cao)度邊緣位(wei)(wei)置(zhi)要(yao)優于(yu)中(zhong)部(bu)和(he)(he)中(zhong)間(jian)位(wei)(wei)置(zhi)，利用固結磨(mo)(mo)料(liao)加工微晶玻(bo)(bo)璃時壓力(li)不應(ying)過高。

　　2.3、轉速ω1的變化對Sa，Ra的影響

　　分(fen)別選取轉速(su)ω1為100rpm，150rpm，200rpm，其他加工參數如下：P=0.075Mpa，e=70mm，對(dui)(dui)(dui)微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)片進行研(yan)(yan)磨(mo)，每(mei)片的研(yan)(yan)磨(mo)時間(jian)為10min。研(yan)(yan)磨(mo)前后用酒(jiu)精清洗表面，烘干后分(fen)別在(zai)工件(jian)中(zhong)(zhong)間(jian)、中(zhong)(zhong)部、邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)3個位(wei)置(zhi)取2個測(ce)量(liang)點測(ce)量(liang)其Sa和(he)Ra，取平均值，計算(suan)標準差，分(fen)析3種(zhong)轉速(su)下研(yan)(yan)磨(mo)加工微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)不同位(wei)置(zhi)處(chu)的表面粗(cu)糙(cao)度(du)對(dui)(dui)(dui)比結果，可以看出：1）轉速(su)對(dui)(dui)(dui)微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)粗(cu)糙(cao)度(du)值的影響呈(cheng)現正態分(fen)布，轉速(su)適當提高有利于穩定微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)粗(cu)糙(cao)度(du)值。2）微(wei)晶(jing)玻(bo)璃(li)(li)加工后的粗(cu)糙(cao)度(du)邊(bian)(bian)緣(yuan)(yuan)位(wei)置(zhi)要明顯優于中(zhong)(zhong)部和(he)中(zhong)(zhong)間(jian)位(wei)置(zhi)。

　　2.4、偏心距e的變化對Sa，Ra的影響

　　分(fen)別選取偏(pian)心(xin)(xin)距e為(wei)50mm，70mm，90mm，其(qi)他加工(gong)參數如下(xia)：P=0.075Mpa，ω1=150rpm，對微晶玻璃(li)片進行研磨(mo)，每片的(de)研磨(mo)時間(jian)(jian)為(wei)10min。研磨(mo)前后用酒精(jing)清洗表(biao)面(mian)，烘干后分(fen)別在工(gong)件中間(jian)(jian)、中部、邊(bian)緣(yuan)(yuan)3個位(wei)置取2個測(ce)量點測(ce)量其(qi)Sa和Ra，取平均值，計算標準差，分(fen)析3種偏(pian)心(xin)(xin)距下(xia)研磨(mo)加工(gong)微晶玻璃(li)不同位(wei)置處的(de)表(biao)面(mian)粗糙度(du)對比結果，可(ke)以看出：1）偏(pian)心(xin)(xin)距增大，研磨(mo)速度(du)增加，可(ke)以獲得更高的(de)表(biao)面(mian)精(jing)度(du)。2）邊(bian)緣(yuan)(yuan)部位(wei)的(de)表(biao)面(mian)粗糙度(du)較中間(jian)(jian)和中部更低。

　　2.5、工藝參數對表面質量的影響分析

　　綜合(he)上(shang)述對(dui)比結果可(ke)知(zhi)，用固結磨(mo)料(liao)研磨(mo)加(jia)工(gong)微晶玻(bo)璃可(ke)以獲(huo)得優于傳統(tong)加(jia)工(gong)方式的表(biao)面(mian)質(zhi)量。而從不同壓(ya)力(li)、轉速、偏(pian)心距下(xia)研磨(mo)微晶玻(bo)璃所獲(huo)得的Sa，Ra和Pv值的對(dui)比分(fen)析可(ke)知(zhi)，根據加(jia)工(gong)的要(yao)求合(he)理選擇(ze)壓(ya)力(li)、轉速、偏(pian)心距等主要(yao)工(gong)藝參(can)數(shu)。

　　三、微晶玻璃研磨加工后的表面形貌

　　下圖是在(zai)工(gong)具顯(xian)微(wei)鏡1500倍率觀察(cha)下的(de)經過固結磨(mo)(mo)料研(yan)磨(mo)(mo)加工(gong)后(hou)的(de)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃表面形(xing)貌(mao)，從中可以看(kan)出(chu)其研(yan)磨(mo)(mo)后(hou)的(de)表面幾乎全是無規(gui)則的(de)點坑，卻沒有劃痕(hen)，這說明(ming)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃在(zai)研(yan)磨(mo)(mo)過程中材(cai)料的(de)去除方(fang)(fang)式主要是脆性(xing)去除，而不是塑(su)性(xing)去除，從而也說明(ming)了微(wei)晶(jing)(jing)玻璃屬于(yu)脆硬(ying)材(cai)料，其結構屬于(yu)多晶(jing)(jing)體，因(yin)此采(cai)用(yong)固結磨(mo)(mo)料研(yan)磨(mo)(mo)加工(gong)的(de)方(fang)(fang)式非常適合。

　　四、總結

　　微(wei)晶(jing)(jing)玻璃以(yi)優良的(de)物(wu)理特性被廣泛用(yong)于各個領(ling)域，因此對(dui)于微(wei)晶(jing)(jing)玻璃的(de)研(yan)究(jiu)有著重大(da)的(de)意義。因此本文開展了固(gu)結(jie)磨(mo)料(liao)(liao)研(yan)磨(mo)拋(pao)光加工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝研(yan)究(jiu)，借(jie)助實(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)、理論分析等(deng)手(shou)段，深(shen)入地研(yan)究(jiu)了固(gu)結(jie)磨(mo)料(liao)(liao)研(yan)磨(mo)拋(pao)光加工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)微(wei)晶(jing)(jing)玻璃的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝方法和工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝參(can)數(shu)，以(yi)解決傳統的(de)加工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)方式難加工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)材料(liao)(liao)的(de)問題[3]。現將本文完成的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)作和研(yan)究(jiu)成果總結(jie)如(ru)下：

　　（1）分析了(le)微晶玻(bo)璃(li)的(de)發展情況、結構(gou)組成(cheng)和國(guo)內外對于微晶玻(bo)璃(li)的(de)研究(jiu)成(cheng)果，闡(chan)述(shu)了(le)微晶玻(bo)璃(li)作為一種新(xin)型(xing)材料的(de)廣闊運用前景和發展潛力。

　　（2）通過實驗的(de)(de)方法探究了固結(jie)(jie)磨(mo)料研(yan)磨(mo)拋(pao)光加(jia)工(gong)(gong)微(wei)晶玻璃的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝和主(zhu)要(yao)工(gong)(gong)藝參(can)數(shu)，研(yan)究所得到結(jie)(jie)論如下：壓力、轉速(su)、偏心距是固結(jie)(jie)磨(mo)料研(yan)磨(mo)加(jia)工(gong)(gong)微(wei)晶玻璃的(de)(de)主(zhu)要(yao)加(jia)工(gong)(gong)參(can)數(shu)，這(zhe)些參(can)數(shu)的(de)(de)變化會影響表面質量，應該綜合加(jia)工(gong)(gong)要(yao)求、精度要(yao)求和經濟性(xing)要(yao)求來(lai)合理選擇。