一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法技术

一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法，包括以下步骤：1)该弥散强化磨盘包括以下组份：按质量百分比计，基体材料为纯紫铜粉，65～80％；纯铁粉，5～8％；结合剂10～15％，弥散强化颗粒材料2～15％；所述的弥散强化颗粒材料为可与的蓝宝石晶片材料发生固相反应的材料；将各个组份混合后置于磨盘模具中，加压成型；2)将加压成型后的弥散强化磨盘坯体，置于微波场内；利用微波均匀渗透到磨盘坯体内部，实现整体加热。本发明专利技术提供一种低表面损伤、效率较高、有效适用于大尺寸的加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密和超精密加工
，尤其是一种用于蓝宝石晶片超精密加工的磨盘制作方法。
技术介绍
蓝宝石因其优良的性能，广泛应用于精密机械和光电信息领域，是LED中第三代半导体材料(GaN)外延生长的主要衬底材料。蓝宝石单晶(α-Al2O3)属于典型的硬、脆、难加工材料，硬度极高(莫氏硬度9)。目前，蓝宝石晶片加工技术及设备基本套用单晶硅片的加工工艺及设备，缺乏对其加工各阶段工艺的优化，使得整体加工效率低，成品率低。蓝宝石晶片大批量生产所采用的典型加工工艺流程：切片(多线切割)、平整(磨削、粗研磨、精研磨)，表面光整(粗抛光、精抛光)等工序。其中，蓝宝石晶片精研磨工序采用紫铜盘或锡盘作磨盘，以金刚石磨料为磨粒、和碱性研磨液的游离磨粒加工工艺。蓝宝石晶片精研磨工序采用紫铜盘或锡盘作为研磨盘，游离磨粒方式加工，无法同时满足蓝宝石晶片高效率去除和低损伤加工要求。通过改变磨盘材料的机械和物理性能，达到蓝宝石晶片研磨加工的低表面损伤和高材料去除率的平衡。为实现蓝宝石晶片高效率去除和低损伤加工要求，一种复合铜基材料磨盘提出。复合铜基材料磨盘主要由紫铜粉、结合剂和填充剂三部分组成，它们构成磨盘的总体。磨盘制作时在成型方法上主要为热压成型，对磨盘坯体加热硬化成型多是利用热辐射、热传导或对流等方式将热量传递到磨盘坯体的表面，然后热传递到物体的内部，是一种从外到内的升温过程，物体表面和内部存在较大温度梯度。磨盘坯体加热硬化成型过程温度控制不当，磨盘将产生开裂、翘曲等成型磨盘缺陷，影响磨盘使用。特别是磨盘尺寸越大、磨盘坯体加热硬化成型越困难，磨盘坯体加热硬化成型已成为约束磨盘质量的瓶颈。因此，研发一种用于蓝宝石晶片低表面损伤、高效率的超精密加工的磨盘尤为必要。
技术实现思路
为了克服现有固着磨粒磨盘制作技术的容易开裂、效率较低、无法适用于大尺寸的不足，本专利技术提供一种低表面损伤、效率较高、有效适用于大尺寸的加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法，包括以下步骤：1)该弥散强化磨盘包括以下组份：按质量百分比计，基体材料为纯紫铜粉，65～80％；纯铁粉，5～8％；结合剂10～15％，弥散强化颗粒材料2～15％；所述的弥散强化颗粒材料为可与的蓝宝石晶片材料发生固相反应的材料；将各个组份混合后置于磨盘模具中，加压成型；2)将加压成型后的弥散强化磨盘坯体，置于微波场内；利用微波均匀渗透到磨盘坯体内部，实现整体加热。进一步，所述步骤1)中，冷压成型。再进一步，所述的结合剂为热固性树脂，所述热固性树脂包括以下一种或两种及两种以上组合：热固性树脂，包括：酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯或聚酰亚胺。更进一步，所述的弥散强化颗粒材料为以下一种或两种及两种以上组合：氧化铈、氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化铬、氧化铝或碳化硅。本专利技术的技术构思为：对磨盘热固化成型，利用微波感应产生电场加热理论，实现磨盘坯体整体加热，改善了加热的均匀性。改变了传统固着磨粒磨盘热固化成型加热利用热辐射、热传导或对流等方式将热量传递到被加热磨盘坯体的表面，然后热传递到磨盘坯体内部，磨盘坯体表面和内部存在较大温度梯度，进而造成固着磨粒磨盘开裂、翘曲等成型磨盘缺陷。弥散强化是材料学近年研究的一种复合材料新方法，在基体金属中加入稳定性高、呈弥散分布的第二相颗粒，以阻碍基体颗粒位错运动，达到强化基体目的。弥散颗粒加入量与基体体积分数比小，不影响基体金属固有的物理化学性质。采用纯紫铜粉、纯铁粉、结合剂、弥散强化颗粒，以弥散强化原理制作的铜基磨盘为复合材料磨盘，其弹性模量、磨盘材料表面硬度可调控，加工性能介于纯铜盘和锡盘加工性能之间，达到蓝宝石晶片研磨加工的低表面损伤和高材料去除率的平衡，进而有效减少后续抛光工序所需加工时间，提高整体加工效率，降低生产成本。同时，弥散强化原理的磨盘中使用的所述弥散强化颗粒(如氧化铈、氧化硅等)在加工过程中会与蓝宝石工件产生固相反应，实现工件材料高效去除。这是因为工件(蓝宝石晶片)表面存在面缺陷，工件表面的原子结合能呈一定分布。当弥散强化颗粒在蓝宝石晶片表面划过，因机械和热的作用，弥散强化颗粒和蓝宝石晶片表面的原子相互扩散，部分弥散强化颗粒原子挤入蓝宝石晶片材料表层，使蓝宝石晶片材料表面的结合能下降；由于蓝宝石晶片表层原子结合能的降低，当下一个弥散强化颗粒划过蓝宝石晶片表面时，，材料很容易被去除。因此，依靠弥散强化颗粒和蓝宝石晶片材料之间产生的化学机械作用实现材料的去除，可促进蓝宝石晶片高效超精密加工。本专利技术的有益效果主要表现在：1.在磨盘热固化时，采用微波磁感应产生电场加热方式，微波可均匀渗透到磨盘坯体的内部，改善了加热的均匀性，解决传统热固化方式中热量传递到被加热磨盘坯体的表面，然后热传递到磨盘坯体内部，磨盘坯体表面和内部存在较大温度梯度，防止开裂、翘曲等磨盘成型缺陷产生。与传统热固化加热方式相比，微波磁感应加热方式热固化成型固着磨粒磨盘的加工成本降低，并且制作方便；2.采用弥散强化原理的铜基磨盘为复合材料磨盘，解决原蓝宝石晶片精研阶段采用纯铜盘和锡盘，单一材料的磨盘，其机械和物理性能不可调，实现铜基磨盘弹性模量、磨盘材料表面硬度等性能可调控，使弥散强化原理的铜基磨盘加工性能介于纯铜盘和锡盘加工性能之间，达到蓝宝石晶片研磨加工的低表面损伤和高材料去除率的平衡；3.弥散强化原理的磨盘中使用的所述弥散强化颗粒(如氧化铈、氧化硅等)在加工过程中会与蓝宝石工件产生固相反应，实现工件材料有效去除，促进蓝宝石晶片高效超精密加工。附图说明图1微波磁感应产生电场加热制作磨盘示意图图2是基体中弥散强化原理示意图图3是弥散强化原理的磨盘研磨加工示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图3，一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法，包括以下步骤：1)该弥散强化磨盘包括以下组份：按质量百分比计，基体材料为纯紫铜粉，65～80％；纯铁粉，5～8％；结合剂10～15％，弥散强化颗粒材料2～15％；所述的弥散强化颗粒材料为可与的蓝宝石晶片材料发生固相反应的材料；将各个组份混合后置于磨盘模具中，加压成型；2)将加压成型后的弥散强化磨盘坯体，置于微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步骤：1)该弥散强化磨盘包括以下组份：按质量百分比计，基体材料为纯紫铜粉，65～80％；纯铁粉，5～8％；结合剂10～15％，弥散强化颗粒材料2～15％；所述的弥散强化颗粒材料为可与的蓝宝石晶片材料发生固相反应的材料；将各个组份混合后置于磨盘模具中，加压成型；2)将加压成型后的弥散强化磨盘坯体，置于微波场内；利用微波均匀渗透到磨盘坯体内部，实现整体加热。

【技术特征摘要】
1.一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方法，其特征在于：所述
制作方法包括以下步骤：
1)该弥散强化磨盘包括以下组份：按质量百分比计，基体材料为
纯紫铜粉，65～80％；纯铁粉，5～8％；结合剂10～15％，弥散强化颗
粒材料2～15％；所述的弥散强化颗粒材料为可与的蓝宝石晶片材料发
生固相反应的材料；将各个组份混合后置于磨盘模具中，加压成型；
2)将加压成型后的弥散强化磨盘坯体，置于微波场内；利用微波
均匀渗透到磨盘坯体内部，实现整体加热。
2.如权利要求1所述的一种加工蓝宝石晶片的弥散强化磨盘制作方

【专利技术属性】
技术研发人员：邓乾发，吕冰海，郁炜，杭伟，郭伟刚，王洁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33