树脂结合剂金刚石砂轮,以金刚石为磨料,以树脂粉为粘结剂,加入适当的填充料,经过配方设计,称料,热压成型,二次固化,后续加工处理等工艺过程制成的适用于不同用途的超硬工具。

与陶瓷或金属结合剂超硬工具相比,它具有制造工艺简单、原材料易得、成本低等特点,且能够大量适用低品质超硬磨料,加工对象广泛,如各种难加工钢材、硬质合金、玻璃、陶瓷、石材等。由于树脂超硬磨具在磨削过程中具有较好的自锐性,不易堵塞,磨出的工件具有表面质量好,砂轮易于修整等优点而得到广泛应用。.以下是应用的若干实例,供读者参考。

01

磨削微晶石

微晶石,又称人造石,作为微晶玻璃的系列之一,集玻璃和陶瓷各自的优势为一体,近年来被广泛应用于建筑墙体、台面、地面等装饰,曾被誉为引领21世纪装饰材料的新潮。尽管人们对微的晶玻璃尤其是应用于军事、光学的微晶玻璃已展开较多的研究,但针对建筑用的微晶石,对其加工过程的认识水平远比其应用水平要落后的多[1]。事实上,目前微晶石的加工技术主要沿用天然岩石加工机理及工艺。因此展开针对微晶石的加工研究显得尤为迫切。于是,黄岳右龙等[2]通过系列可磨削实验揭示了微晶石磨削加工过程中磨削力的特征,为微晶石的高效磨粒加工提供参考依据。

通过对磨削深度、砂轮线速度、工件进给速度与单位宽度磨削力的关系,以及切向力、法向力及其力比的对应关系和磨削比随材料去除率的变化关系的分析,找到如下结果:

(1) 对磨削而言,磨削深影响最大,切深大,磨削力大,砂轮线速度次之,砂轮线速度大,磨削力小,工件进给速度影响最小。

(2)微晶石在本实验条件下,磨削力比的分布范围是4.39--8.07,摩擦因素的大小,为0.21,符合Cou-lomb定体描述的滑动摩擦方式[3]。

(3)对材料的去除方式而言,工作进给速度影响大于切削深度,切深或工件进给速度越大,脆性去除占材料去除的比例越大。主要是脆性去除。

02

加工氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷硬度高(HV1900--2100),脆性大(抗折强度240--260MPa),是典型的难加工硬脆材料,其磨削加工成本高、效率低,而且磨削后的表面和亚表面区域上出现裂纹群,影响工件的稳定性,这些特点不利于其实际应用[4--6]。随着氧化铝陶瓷在医药、航空航天、半导体等高科技领域的应需求越来如越广泛,对其磨削加工效率和表面加工质量的要求也越来越高。

目前,氧化铝陶瓷的加工普遍采用金属结合剂金刚石砂轮,材料去除率约为2um/min,表面粗糙度值约为Ra1.0--1.2um,平行度约为,10--20um,其优点是砂轮使用寿命长、效率高,但是加工出来的产品表面精度低,无法满足高科技行业的应用要求。例如,半导体行业要求表面硅片总厚度偏差(total thickness variation,TTV)小于3um,表面粗糙度Ra不大于0.8um。因此,通常还需通过研磨抛光对氧化铝陶瓷进行精密加工,以实选现合格的表面精度,但材料的去除率很低,仅0.1um/min左右。因此,如何对氧化铝陶瓷进行精密、高效、低成本的加工成为行业关注的热点。

于是,刘杰等人[7]选用125--150um和38--45um两种粒度尺寸磨料制备的树脂金刚石砂轮对氧化铝陶瓷进行磨削加工,探讨精密磨削过程中脆性磨削与延性域磨削的临界转化,并利用粗粒度砂轮磨削效高,细粒度砂精磨效果好的特点,实现对氧化铝陶瓷的高质高效加工。

03

替代传统游离磨料加工

树脂结合剂超硬工具具有磨削力小,磨削热少,自性好,加工效率高,加工表面光洁度高等优秀特性,主要用于切割、精磨、半精磨、刃磨和抛光等加工,目前已经成为超硬工具中使用最大的一类,在贵重陶瓷材料加工,半导体材料加工,磁性材料加工,金属材料加工方面的应用越来越广泛。

树脂金刚石盘应用于显示屏玻璃加工,替代传统游离磨料加工,能够提高显示屏的加工效率,改善表面质量,降低加工成本。

邓朝晖等[8]对纳米结构金属陶瓷WC/Co涂层材料在金刚石砂轮精密磨削工程中的磨削力进行了较详细的,实验研究。在,相同磨削条件下,纳米结构陶瓷涂层的磨削力始终高于常规结构陶瓷涂层的磨削力,同等条件下,树脂结合剂砂轮磨削工具按所需要的磨削力大于金属结合剂。

本俊之等[9]利用紫外线固化树脂开发树脂结合剂金刚石线锯替代传统游离磨料切削半导体大直径硅片,解决了传统切割加工工具工作环境恶劣,生产效率低等问题。Ke hau Li等[10]对IC硅片超精密背面用树脂2000#金刚石砂轮加工问题进行了研究,结果表明通过优化结合剂配方,使结合剂磨损速度与金刚石脱落速度匹配,材料去除率达到10,236mm3/s,表面粗糙度为Ra5,122nm。

04

用于硅晶片减薄

单晶硅片直径直接影响半导体芯片的容量和成本,而硅晶片的减薄和最小线宽是芯片制造的关键。因为硅片减薄技术有利于改善芯片的散热效果,最小线宽则是代表IC 行业先进水平的主要指标,线宽越小,电流回路单元越小,单个芯片容量增加,集成度提高。同时3D立体封装技术由于其空间占用小,电性能稳定,成本低等优点而用于芯片的封装。

目前,随着硅片直径的增大和超精密磨削减薄技术的发展,硅片减薄技术面临着翘曲、变形、加工效率低等问题,这些问题的存在影响IC集成电路的快速发展。

硅晶片的背面减薄加工主要采用,旋转方法,如果不能及时处理磨屑,其会划伤硅片表面,导致粗糙度过大,影响到硅片的表面质量,甚至可能会降低硅片强度,进而导致芯片破碎失效。

为推动硅片减薄砂轮制造技术,惠珍等[11]将高分子材质的造孔剂引入到硅片减薄用树脂结合剂金刚石砂轮中,并探索造孔剂对砂轮磨削性能的影响。其中,造孔剂为碱石灰硼硅酸盐玻璃空心球,球的空心部分由一种受热可膨胀的气体组成,初始造孔剂孔径约1--20mu,在特定的压制温度条件下,造孔剂受热膨胀,可膨胀成至直径80--300mu的空心球,且造孔剂的高分子外壳可以与树脂融为一体。

研究发现,在单晶硅片减薄磨削过程中,随砂轮中造孔剂含量增加,磨削后硅片的表面亮度先提高后降低,相同配方时,75%体积比例投料的硅片减薄砂轮磨削后的硅片亮度比100%体积比例投料的砂轮亮度高。这是因为造孔剂含量较少时树脂结合剂紧密包裹磨料表面,气孔率低,且磨料不易脱落,容屑和散热效果较差,导致硅片表面亮度不够,造孔剂量过高时,树脂结合剂对磨料把持力小,磨粒脱离过快,无法保证砂轮的锋利度,造成磨削后硅片亮度较低。

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