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我國(guó)擁有世界最大的智能手機(jī)?半導(dǎo)體?LED照明市場(chǎng)已成為保持經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)“中國(guó)夢(mèng)”的重要支柱航空航天更是我國(guó)最重要的尖端高科產(chǎn)業(yè)?

藍(lán)寶石晶片?硅晶片?光學(xué)玻璃鏡片等硬脆材料元件在這些產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)?藍(lán)寶石廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)蓋板2017年全球智能手機(jī)出貨已達(dá)到15.5億部它還是LED芯片襯底的核心基礎(chǔ)材料占LED襯底的80%而我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)到7千億元;硅片是半導(dǎo)體芯片最重要的基材占襯底材料的90%全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)2.8萬(wàn)億元而光學(xué)玻璃材料廣泛應(yīng)用于航空航天反射鏡及各種民用光學(xué)鏡頭?

硬脆材料光電元件的應(yīng)用十分廣闊而且對(duì)加工精度及效率的要求越來(lái)越高?藍(lán)寶石晶片及硅晶片制造依賴(lài)最典型的三大關(guān)鍵工藝:減薄磨削?拋光和劃切?磨拋要求高效率地獲得亞微米級(jí)面型精度?納米級(jí)表面粗糙度?無(wú)損傷的表面而劃切需要實(shí)現(xiàn)高效率?高精度?自動(dòng)化?但我國(guó)磨拋劃切裝備難以滿(mǎn)足這些要求絕大部分依賴(lài)進(jìn)口半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中該類(lèi)加工裝備的國(guó)產(chǎn)化率不到10%?因此如何實(shí)現(xiàn)硬脆材料的超精密鏡面磨削?高效率超光滑拋光?全自動(dòng)高精高效劃切成為產(chǎn)業(yè)界亟待解決的難題?

超精密加工技術(shù)是的必要手段，在大規(guī)模集成電路、高能激光系統(tǒng)、光刻機(jī)等卡脖子技術(shù)都有著十分廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，超精密加工還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，技術(shù)指標(biāo)并非固定不變，而是與時(shí)俱進(jìn)的，隨著最新科技成果的不斷應(yīng)用，加工精度和表面質(zhì)量的要求也不斷提高。一般定義為形狀尺寸精度可達(dá)到0.01μm、表面粗糙度可達(dá)到0.001μm（即1nm）的機(jī)械加工技術(shù)，它是現(xiàn)代高科技工業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，是現(xiàn)代制造科學(xué)領(lǐng)域中最重要的發(fā)展方向和研究前沿之一，也是國(guó)防事業(yè)的重要支撐技術(shù)，幾乎所有的現(xiàn)代科學(xué)研究所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的制造都與之密切相關(guān)。當(dāng)前，納米級(jí)的制造技術(shù)是超精密加工研究的前沿，備受各發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)注，逐步成為研究熱點(diǎn)。

在超精密磨削中，砂輪的磨削性能對(duì)磨削過(guò)程和結(jié)果都有直接的影響，砂輪的磨削性能影響因素眾多，砂輪自身的質(zhì)量指標(biāo)，表面形貌、硬度、尺寸精度、砂輪的組織、結(jié)合劑和回轉(zhuǎn)強(qiáng)度等；磨削工藝參數(shù)，包括砂輪的線速度、工件的速度、切削深度、進(jìn)給速率和磨削液等；加工機(jī)床的精度，加工環(huán)境等對(duì)磨削性能都有影響。如此多的影響因素，用哪些指標(biāo)來(lái)表示砂輪的磨削性能，是學(xué)者和企業(yè)家們關(guān)心的問(wèn)題，這對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)有重要作用。

金剛石砂輪是以金剛石磨料為原料，以金屬粉、樹(shù)脂粉、陶瓷和電鍍金屬作結(jié)合劑制成的固結(jié)磨具，是磨削硬脆材料的一種有效的超硬磨料精密加工方法。它磨削能力強(qiáng)、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng)，磨削力小、磨削溫度低、表面無(wú)燒傷、無(wú)裂紋和組織變化，加工表面質(zhì)量好，且磨削效率高，因此近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用，但在幾何形狀精度和表面粗糙度上很難滿(mǎn)足超精密加工的更高要求，因此提出了金剛石微粉砂輪超精密磨削加工方法。

按我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，磨粒直徑在50μm以下稱(chēng)為微粉。金剛石微粉砂輪一般是以粒度為w40-w5的金剛石微粉為磨料，采用樹(shù)脂、陶瓷、金屬如銅、纖維鑄鐵等為結(jié)合劑燒結(jié)而成，其特點(diǎn)如下:

(1) 金剛石微粉砂輪由于其微粉磨料的粒度很細(xì)，可以獲得極低的表面粗糙度，同時(shí)在精密磨床或超精密磨床上磨削可獲得很高的磨削精度，是一種比較理想的微納米超精密加工方法

(2) 金剛石微粉砂輪超精密磨削是一種固結(jié)磨料的微量去除加工方法，具有一般磨削的特點(diǎn)，可方便地磨削外圓、孔、平面和成形等表面，加工效率高，加工質(zhì)量好，極具發(fā)展前途。

(3) 金剛石微粉砂輪由于磨料粒度很細(xì)，容屑空間很小，磨屑容易堵塞，因此，除一般修整外，尚要進(jìn)行在線修整，才能保證磨削的正常進(jìn)行和加工質(zhì)量。本來(lái)，超硬磨料砂輪的修整就是一個(gè)難題，因此，金剛石微粉砂輪的修整是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

(4) 由于金剛石微粉砂輪的容屑空間很小，因此要嚴(yán)格控制磨削時(shí)的磨削深度，磨削加工應(yīng)在精密磨床或超精密磨床上進(jìn)行，機(jī)床上應(yīng)有微進(jìn)給系統(tǒng)

傳統(tǒng)的用游離磨料進(jìn)行精密加工和超精密加工方法，如研磨、拋光等，其加工機(jī)理主要是磨粒的滾動(dòng)和擠壓作用使被加工表面產(chǎn)生塑性變形和塑性流動(dòng)，同時(shí)有磨粒的微切作用，總的可歸結(jié)為延展式磨削。金剛石微粉砂輪超精密磨削時(shí)，主要是微切削作用，在切削過(guò)程中有切屑形成、耕犁隆起、滑擦滑動(dòng)和摩擦等現(xiàn)象產(chǎn)生，這是由于磨粒具有很大的負(fù)前角和切削刃鈍圓半徑又由于是微粉磨粒，因此具有微刃性同時(shí)，又由于砂輪經(jīng)過(guò)精細(xì)修整，磨粒在砂輪表面上具很好的等高性，因此其切削機(jī)理比較復(fù)雜。

另外，超精密加工精度往往達(dá)納米量級(jí)，用金剛石顆粒制作的砂輪進(jìn)行磨削達(dá)到這樣的精度，其難度可想而知。因此，“看清”磨削過(guò)程，搞清楚磨削過(guò)程中金剛石磨粒對(duì)工件材料的作用以及工件表面的微觀變化等至關(guān)重要。