CN102729116A - 蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺 - Google Patents

Abstract

蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺，是采用双面研磨抛光设备对窗口工件进行研磨抛光加工。工件把蓝宝石六面体窗口，放置在游星轮卡具中，先对大面进行研磨，使用环氧树脂材料卡具，W40碳化硼进行粗磨，W7碳化硼进行细磨；之后按照规格对工件进行分组粘接，对粘接后工件的四个端面进行粗磨和细磨；研磨之后，使用二氧化硅抛光液（粒径80-100nm，PH值10-11）对粘接后的端面进行抛光；抛光后对工件进行拆分，并对抛光后的单个工件的四个端面使用透明胶带进行保护，然后对窗口工件的大面进行抛光。此工艺对类似的六面体窗口的多面抛光进行批量加工，生产效率高，产品一致性好，质量优良并且各个工艺环节及质量参数可控。抛光后的工件表面粗糙度小于0.3nm，平行度小于10秒，光洁度最优可达40-20。

Description

蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺

技术领域

蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺是针对蓝宝石单晶材料长方体窗口工件进行批量加工的工艺流程及加工方法。

背景技术

蓝宝石单晶材料在现代的光学及半导体行业中应用广泛。它具有许多优良的特性，如：硬度高、熔点高、透光性好、热传导和电绝缘性优良、化学性能稳定等在诸多的窗口中，选材时越来越青睐于蓝宝石材料。但是由于蓝宝石单晶材料本身的硬度极高（莫氏硬度9）加工起来难度较大，特别是长方体或异性窗口材料一直是加工的大难题，要得到优异的外形指标和表面质量难上加难。

   已有的加工工艺通过使用四轴机配合卡具的应用对工件进行加工，加工时间很长，并且无法实现工件的批量加工。

发明内容

本发明的目的就是使用双面研磨抛光设备通过卡具的配合和工艺工序的编排，解决长方体窗口材料多面加工难度大、成本高、速度慢等问题，实现高效、批量的加工目标，可大大降低生产成本，提供一种蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺。

本发明蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺，是以蓝宝石单晶长方体窗口为工件；

第一步：

    对工件各个棱边进行保护性倒角，将工件放置在游星式卡具中，使用双面研磨机对工件两对称大面进行粗磨；粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和；

第二步：

将粗磨后的工件使用超声波清洗，将清洗后的工件放入游星卡具中，使用双面研磨机对对大面进行细磨加工；细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和，加入0.01~0.02wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散；

第三步：

    对细磨后的工件尺寸进行测量，将尺寸相近的工件凑成一组，在加热平台用蜡粘接相邻工件的大面将每组工件粘接成一体，构成工件组，增大加工端面的受力面积；

第四步：

    把粘接好的工件组放置在游星式卡具中，使用双面研磨机对工件工件组的四个端面进行粗磨；粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和；

第五步：

    粗磨后，对工件组进行超声的清洗，将清洗后的工件组放入游星卡具中，使用双面研磨机对工件组的四个端面进行细磨加工；细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和，加入0.01~0.02wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散；

第六步：

   细磨后，对工件组进行超声波的清洗；清洗后放入卡具，使用粒径80-100nm、PH值10-11的二氧化硅抛光液配合聚氨酯抛光垫对工件组的四个端面进行抛光；抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润；抛光时，逐渐提升抛光设备的转速和压力，抛光过程中控制温度在30~40℃之间；

第七步：

   抛光结束后，对粘接的工件组进行加热拆分工件，使用丙酮清洗剂去除残留在工件的蜡渍；清洗干净后，使用透明胶带对工件抛光好的四个端面进行粘接保护；

第八步：

   把保护好的工件放入游星卡具中，使用粒径80-100nm、PH值10-11的二氧化硅抛光液配合聚氨酯抛光垫对工件的大面进行抛光；抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润；抛光时，逐渐提升抛光设备的转速和压力，抛光过程中控制温度在30~40℃之间；

第九步：

   撕去抛光好工件端面的保护胶带，把工件浸泡在汽油中，使用脱脂棉花轻轻擦拭，去除掉表面胶带残留物。

本发明的蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工更具体的加工工艺，是以蓝宝石单晶长方体窗口为工件，

第一步：对工件大面进行粗磨

    对蓝宝石单晶长方体窗口这种工件的各个棱边适应金刚石砂轮进行保护性倒角。加工前，可先使用修正轮对双面研磨抛光设备研磨盘进行面型修正。将工件放置在游星式卡具中，把磨料均匀涂抹在工件表面。粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料（重量浓度30~35wt%，用水调和），研磨前要搅拌搅拌均匀；可缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第二步：对工件大面进行细磨

    将粗磨后的工件使用超声波清洗，以免带磨料进入细磨车间。先使用修正轮对双面研磨设备的研磨盘进行面型修正，然后将清洗后的工件放入游星卡具中，把磨料均匀涂抹在工件表面上。细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，（重量浓度30~35wt%，用水调和，可加入0.01~0.02wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散），使用前要充分搅拌 ；要缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第三步：对工件分组粘接

    对工件尺寸进行测量，尺寸相近的凑成一组，使用加热平台和粘接蜡对工件进行粘接，目的是为了增大端面加工的受力面积，并且增大一次加工量，实现批量生产。把选取的一组工件共同加热，用粘接蜡涂抹在工件大面表面，把工件粘合在一起，使用刀口尺和卡具来固定工件组，以免出现粘接的端面高低不平。

第四步：对工件组的四个端面进行粗磨

    把粘接好的工件组，放入卡具中，依照大面粗磨工艺对工件组的四个端面进行粗磨。

第五步：对工件组的四个端面进行细磨

    粗磨后，对工件组进行超声的清洗。依照大面细磨工艺进行工件组的四个端面的细磨。

第六步：对工件组的四个端面进行抛光

   细磨后，对工件进行超声波的清洗。清洗后放入卡具，使用二氧化硅抛光液（粒径80-100nm，PH值10-11），配合聚氨酯抛光垫对工件组的四个端面进行抛光。抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润。抛光时，缓慢提升设备转速和压力，抛光过程中要严格控制温度在30~40℃之间，以免温度过高，导致粘接蜡层松动。

第七步：拆分组合，去除粘接蜡，对抛光好的端面进行保护

   抛光结束后，对粘接组进行加热拆分，使用丙酮清洗剂去除残留蜡渍。清洗干净后，使用透明胶带对工件抛光好的四个端面进行粘接保护。

第八步：对工件大面进行抛光

   把保护好的工件放入游星卡具中，根据端面抛光工艺对大面进行抛光。

第九步：去除保护胶带

   撕去抛光好工件端面的保护胶带，把工件浸泡在汽油中，使用脱脂棉花轻轻擦拭，去除掉表面胶带残留物。

    本发明的工艺对类似的六面体窗口的多面抛光进行批量加工，生产效率高，产品一致性好，质量优良并且各个工艺环节及质量参数可控。抛光后的工件表面粗糙度小于0.5nm，平行度小于10秒。

具体实施方式：

实施例一：规格50 mm×39mm×10mm的蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺

把规格50 mm×39mm×10mm的蓝宝石单晶长方体窗口的六个面分别用以下名称代替：

50mm×39mm的大面用符号S₁代替，50mm×10mm的端面用符号S₂代替，39 mm×10mm的端面用符号S₃代替。

第一步：对工件S₁面进行粗磨 

    对蓝宝石单晶长方体窗口各个棱边适应金刚石砂轮进行保护性倒角。加工前，先使用修正轮对双面研磨抛光设备研磨盘进行面型修正。然后将工件放置在游星式卡具中，把磨料均匀涂抹在S₁面的表面上。粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，（浓度30wt%,用水调和）研磨前要搅拌搅拌均匀；缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第二步：对工件S₁面进行细磨

    将粗磨后的工件使用超声波清洗，以免带磨料进入细磨车间。先使用修正轮对双面研磨设备的研磨盘进行面型修正，然后将清洗后的工件放入游星卡具中，把磨料均匀涂抹在S₁面的表面上。细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，浓度（31wt%，用水调和，可加入0.01wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散）使用前要充分搅拌 ；要缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第三步：对工件分组粘接

    对工件尺寸进行测量，尺寸相近的凑成一组，使用加热平台和粘接蜡对工件进行粘接，目的是为了增大端面加工的受力面积，并且增大一次加工量，实现批量生产。把选取的一组工件共同加热，用粘接蜡均匀涂抹在工件S₁面表面，把工件粘合在一起，使用刀口尺和卡具来固定工件组，以免出现粘接的端面高低不平。

第四步：对工件组的S₂和S₃面进行粗磨

    把粘接好的工件组，放入卡具中，依照S₁面的粗磨工艺对工件组的S₂和S₃面进行粗磨。

第五步：对工件组的S₂和S₃面进行细磨

    粗磨后，对工件组进行超声的清洗。依照S₁面的细磨工艺进行工件组S₂和S₃面的细磨。

第六步：对工件组的S₂和S₃面进行抛光

   细磨后，对工件进行超声波的清洗。清洗后放入卡具，使用二氧化硅抛光液（粒径80nm，PH值11），配合聚氨酯抛光垫对工件组的S₂和S₃面进行抛光。抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润。抛光时，缓慢提升设备转速和压力，抛光过程中要严格控制温度在30~40℃之间，以免温度过高，导致粘接蜡层松动。

第七步：拆分组合，去除粘接蜡，对抛光好的S₂和S₃面进行保护

   抛光结束后，对粘接组进行加热拆分，使用丙酮清洗剂去除残留蜡渍。清洗干净后，使用透明胶带对工件抛光好的S₂和S₃面进行粘接保护。

第八步：对工件S₁面进行抛光

   把保护好的工件放入游星卡具中，根据S₂和S₃面的抛光工艺对S₁面进行抛光。

第九步：去除保护胶带

   撕去抛光好的S₂和S₃面的保护胶带，把工件浸泡在汽油中，使用脱脂棉花轻轻擦拭，去除掉表面胶带残留物。

经检测，工件表面粗糙度为0.3nm，平行度为9秒。

 

实施例二：规格46 mm×39mm×8mm的蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺

把规格46 mm×39mm×8mm的蓝宝石单晶长方体窗口的六个面分别用以下名称代替：

46mm×39mm的大面用符号S₁代替，46mm×8mm的端面用符号S₂代替，39 mm×8mm的端面用符号S₃代替。

第一步：对工件S₁面进行粗磨 

    对蓝宝石单晶长方体窗口各个棱边适应金刚石砂轮进行保护性倒角。加工前，先使用修正轮对双面研磨抛光设备研磨盘进行面型修正。然后将工件放置在游星式卡具中，把磨料均匀涂抹在S₁面的表面上。粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，（浓度33wt%，用水调和）研磨前要搅拌搅拌均匀；缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第二步：对工件S₁面进行细磨

    将粗磨后的工件使用超声波清洗，以免带磨料进入细磨车间。先使用修正轮对双面研磨设备的研磨盘进行面型修正，然后将清洗后的工件放入游星卡具中，把磨料均匀涂抹在S₁面的表面上。细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，浓度（32wt%，用水调和，可加入0.015wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散）使用前要充分搅拌 ；要缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第三步：对工件分组粘接

    对工件尺寸进行测量，尺寸相近的凑成一组，使用加热平台和粘接蜡对工件进行粘接，目的是为了增大端面加工的受力面积，并且增大一次加工量，实现批量生产。把选取的一组工件共同加热，用粘接蜡均匀涂抹在工件S₁面表面，把工件粘合在一起，使用刀口尺和卡具来固定工件组，以免出现粘接的端面高低不平。

第四步：对工件组的S₂和S₃面进行粗磨

    把粘接好的工件组，放入卡具中，依照S₁面的粗磨工艺对工件组的S₂和S₃面进行粗磨。

第五步：对工件组的S₂和S₃面进行细磨

    粗磨后，对工件组进行超声的清洗。依照S₁面的细磨工艺进行工件组S₂和S₃面的细磨。

第六步：对工件组的S₂和S₃面进行抛光

   细磨后，对工件进行超声波的清洗。清洗后放入卡具，使用二氧化硅抛光液（粒径80nm，PH值11），配合聚氨酯抛光垫对工件组的S₂和S₃面进行抛光。抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润。抛光时，缓慢提升设备转速和压力，抛光过程中要严格控制温度在30~40℃之间，以免温度过高，导致粘接蜡层松动。

第七步：拆分组合，去除粘接蜡，对抛光好的S₂和S₃面进行保护

   抛光结束后，对粘接组进行加热拆分，使用丙酮清洗剂去除残留蜡渍。清洗干净后，使用透明胶带对工件抛光好的S₂和S₃面进行粘接保护。

第八步：对工件S₁面进行抛光

   把保护好的工件放入游星卡具中，根据S₂和S₃面的抛光工艺对S₁面进行抛光。

第九步：去除保护胶带

   撕去抛光好的S₂和S₃面的保护胶带，把工件浸泡在汽油中，使用脱脂棉花轻轻擦拭，去除掉表面胶带残留物。

经检测，工件表面粗糙度为0.3nm，平行度为8秒。

 

实施例三：规格60 mm×59mm×12mm的蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺

把规格60 mm×59mm×12mm的蓝宝石单晶长方体窗口的六个面分别用以下名称代替：

60mm×59mm的大面用符号S₁代替，60mm×12mm的端面用符号S₂代替，59 mm×12mm的端面用符号S₃代替。

第一步：对工件S₁面进行粗磨 

    对蓝宝石单晶长方体窗口各个棱边适应金刚石砂轮进行保护性倒角。加工前，先使用修正轮对双面研磨抛光设备研磨盘进行面型修正。然后将工件放置在游星式卡具中，把磨料均匀涂抹在S₁面的表面上。粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，（浓度35wt%，用水调和）研磨前要搅拌搅拌均匀；缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第二步：对工件S₁面进行细磨

    将粗磨后的工件使用超声波清洗，以免带磨料进入细磨车间。先使用修正轮对双面研磨设备的研磨盘进行面型修正，然后将清洗后的工件放入游星卡具中，把磨料均匀涂抹在S₁面的表面上。细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，浓度（35wt%，用水调和，可加入0.02wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散）使用前要充分搅拌 ；要缓慢提升设备转速和压力，设备压力和转数根据设备选用较于稳定的参数进行加工。

第三步：对工件分组粘接

    对工件尺寸进行测量，尺寸相近的凑成一组，使用加热平台和粘接蜡对工件进行粘接，目的是为了增大端面加工的受力面积，并且增大一次加工量，实现批量生产。把选取的一组工件共同加热，用粘接蜡均匀涂抹在工件S₁面表面，把工件粘合在一起，使用刀口尺和卡具来固定工件组，以免出现粘接的端面高低不平。

第四步：对工件组的S₂和S₃面进行粗磨

    把粘接好的工件组，放入卡具中，依照S₁面的粗磨工艺对工件组的S₂和S₃面进行粗磨。

第五步：对工件组的S₂和S₃面进行细磨

    粗磨后，对工件组进行超声的清洗。依照S₁面的细磨工艺进行工件组S₂和S₃面的细磨。

第六步：对工件组的S₂和S₃面进行抛光

    细磨后，对工件进行超声波的清洗。清洗后放入卡具，使用二氧化硅抛光液（粒径100nm，PH值11），配合聚氨酯抛光垫对工件组的S₂和S₃面进行抛光。抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润。抛光时，缓慢提升设备转速和压力，抛光过程中要严格控制温度在30~40℃之间，以免温度过高，导致粘接蜡层松动。

第七步：拆分组合，去除粘接蜡，对抛光好的S₂和S₃面进行保护

   抛光结束后，对粘接组进行加热拆分，使用丙酮清洗剂去除残留蜡渍。清洗干净后，使用透明胶带对工件抛光好的S₂和S₃面进行粘接保护。

第八步：对工件S₁面进行抛光

   把保护好的工件放入游星卡具中，根据S₂和S₃面的抛光工艺对S₁面进行抛光。

第九步：去除保护胶带

   撕去抛光好的S₂和S₃面的保护胶带，把工件浸泡在汽油中，使用脱脂棉花轻轻擦拭，去除掉表面胶带残留物。

经检测，工件表面粗糙度为0.4nm，平行度为5秒。 

Claims (1)

1.一种蓝宝石单晶长方体窗口多面抛光批量加工的加工工艺，是以蓝宝石单晶长方体窗口为工件；

第一步：

    对工件各个棱边进行保护性倒角，将工件放置在游星式卡具中，使用双面研磨机对工件两对称大面进行粗磨；粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和；

第二步：

将粗磨后的工件使用超声波清洗，将清洗后的工件放入游星卡具中，使用双面研磨机对对大面进行细磨加工；细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和，加入0.01~0.02wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散；

第三步：

    对细磨后的工件尺寸进行测量，将尺寸相近的工件凑成一组，在加热平台用蜡粘接相邻工件的大面将每组工件粘接成一体，构成工件组，增大加工端面的受力面积；

第四步：

    把粘接好的工件组放置在游星式卡具中，使用双面研磨机对工件工件组的四个端面进行粗磨；粗磨过程中，使用W40碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和；

第五步：

    粗磨后，对工件组进行超声的清洗，将清洗后的工件组放入游星卡具中，使用双面研磨机对工件组的四个端面进行细磨加工；细磨过程中，使用W7碳化硼磨料，重量浓度30~35wt%，用水调和，加入0.01~0.02wt%的六片磷酸钠对磨料进行分散；

第六步：

   细磨后，对工件组进行超声波的清洗；清洗后放入卡具，使用粒径80-100nm、PH值10-11的二氧化硅抛光液配合聚氨酯抛光垫对工件组的四个端面进行抛光；抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润；抛光时，逐渐提升抛光设备的转速和压力，抛光过程中控制温度在30~40℃之间；

第七步：

   抛光结束后，对粘接的工件组进行加热拆分工件，使用丙酮清洗剂去除残留在工件的蜡渍；清洗干净后，使用透明胶带对工件抛光好的四个端面进行粘接保护；

第八步：

   把保护好的工件放入游星卡具中，使用粒径80-100nm、PH值10-11的二氧化硅抛光液配合聚氨酯抛光垫对工件的大面进行抛光；抛光前先使用抛光液对抛光垫进行充分浸润；抛光时，逐渐提升抛光设备的转速和压力，抛光过程中控制温度在30~40℃之间；

第九步：

   撕去抛光好工件端面的保护胶带，把工件浸泡在汽油中，使用脱脂棉花轻轻擦拭，去除掉表面胶带残留物。