CN103072069B - 磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法。包括有研磨头主轴、基板、具有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的磁性套、高磁感应强度磁性体、研磨盘修整套、研磨盘、研磨盘主轴，其中固定螺钉将布置有高磁感应强度磁性体的基板镶嵌固定在磁性套上形成柔性研磨抛光头，研磨盘固定在研磨盘主轴上，研磨盘修整套置于研磨盘上，磁流变工作液通过循环管加入到研磨盘的上表面。本发明的基于磁流变效应的电子陶瓷基片柔性研磨抛光装置能对厚度小，翘曲变形大，研磨加工中易破碎、装夹困难的超薄硬脆材料基片进行研磨抛光,设计合理，方便实用。本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法操作简单。

Description

磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法

技术领域

本发明是一种磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法，属于磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法的创新技术。

背景技术

随着微电子技术、MEMS（微电子系统）的发展，为充分利用材料的电性能制作微电子元器件的材料从单晶硅材料向电子陶瓷材料扩展，如氧化铝陶瓷、钛酸锶陶瓷、钛酸钡陶瓷等，此类电子陶瓷一般通过其组成相的硬质颗粒与粘接相界面结构达到其电性能要求，常常采用无压烧结工艺制作电子陶瓷基片。电子陶瓷基片要成为高性能微电子元器件的衬底，一般要求厚度在0.15mm左右、上下表面粗糙度Ra0.05um左右，通过直接无压烧结方式，无论是厚度还是表面粗糙度均无法达到该要求，因而需要通过机械研磨加工方法才能达到尺寸和表面精度要求。考虑陶瓷基片材料成本和加工成本，烧结过程需要控制电子陶瓷基片的厚度，但电子陶瓷基片的厚度越薄，无压烧结后翘曲变形越严重大。

研磨加工是利用研磨盘和研磨工作液（油或水性物质与游离磨料的混合物），通过研磨盘向游离磨料施加一定压力作用于工件表面，磨料在研磨盘与工件界面上产生滚动或滑动，从被加工工件表面去除一层极薄的材料，达到提高工件形状精度和表面精度的目的。

现有的研磨装置主要由安装在连接电机的主轴上的研磨盘和工件安装盘构成。工作时，将工件安装在工件安装盘上，研磨盘和工件安装盘之间保持一定的运动关系，工件安装盘对游离磨料施加一定的压力实现对工件表面的研磨加工，可以实现单面研磨,进行双面研磨时另行增加一个研磨盘。

研磨加工方法是在刚性研具（铸铁、锡等）表面嵌入磨料，在一定的压力作用下，通过研具与工件之间的相对运动，对工件表面进行微量去除，获得高的精度和低的表面粗糙度的工艺方法。现有的研磨方法主要由金属材料制成研磨盘基体，将游离磨料加入到研磨盘与工件之间的机械研磨，例如铸铁研磨盘加研磨剂/研磨膏，加工过程中依靠工件的原始表面与研磨盘表面贴合进行定位控制。

现有研磨加工超薄硬脆材料基片时存在的问题一方面是夹持困难：无压烧结超薄硬脆材料基片厚度小（厚度最小0.1mm，约为其他二维方向尺寸的千分之五）翘曲变形大，易破碎，在研磨加工中装夹困难。采用目前的行星轮保持架双面研磨，由于基片厚度小翘曲变形大，行星轮保持架难以稳定带动基片运动，同时研磨盘压力作用使基片翘曲部位破损，造成研磨加工过程中基片高破碎率；真空吸附法由于超薄硬脆材料基片翘曲变形无法有效夹持；腊层粘贴衬底单面研磨法在基片粘贴和拆除过程同样容易发生破碎，无法实现超薄硬脆材料基片的有效夹持就难以实现基片低破碎率和高精度的研磨加工。

现有研磨加工超薄硬脆材料基片时存在的问题另一方面是磨粒划伤表面：游离磨料微粒在研磨盘与工件之间的运动速度、轨迹、滞留时间等都无法有效控制，在研磨盘与工件界面之间的游离态磨料只有较大尺寸的磨粒产生加工作用，造成加工表面局部划伤。对于利用游离磨料进行研磨加工的方法，提高游离磨料加工效率和加工精度的关键是如何确保研磨盘与工件接触界面上具有均匀的磨料浓度分布以及尽可能均等的磨粒作用力，现有的机械和化学的研磨方法都难以做到这一点，因而影响了研磨加工的表面精度。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能对厚度小，翘曲变形大，研磨加工中易破碎、装夹困难的超薄硬脆材料基片进行研磨抛光的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置。本发明设计合理，方便实用。

本发明的另一目的在于提供一种操作简单的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法。

本发明的技术方案是：本发明的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，包括有研磨头主轴、基板、具有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的磁性套、高磁感应强度磁性体、研磨盘修整套、研磨盘、研磨盘主轴，其中固定螺钉将布置有高磁感应强度磁性体的基板镶嵌固定在磁性套上形成柔性研磨抛光头，研磨盘固定在研磨盘主轴上，研磨盘修整套置于研磨盘上，磁流变工作液通过循环管加入到研磨盘的上表面。

本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法，包括如下步骤：

1）通过研磨头主轴、具有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的磁性套和固定螺钉将一定规律布置有高磁感应强度磁性体的基板镶嵌固定在磁性套上，形成柔性研磨抛光头；

2）将研磨盘通过销钉固定在研磨盘主轴上，再将修整面具有矩形槽并且中间开有与超薄硬脆材料基片的形状及大小一致的内孔的研磨盘修整套置于研磨盘上；

3）将超薄硬脆材料基片放置于研磨盘修整套内，且超薄硬脆材料基片在研磨盘修整套所设内孔作用下完成切向把持，调节研磨盘修整套的位置使其与柔性研磨抛光头正对；

4）将磁流变工作液通过循环管加入到研磨盘的上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套内并对研磨头主轴施加一定研磨压力F，磁流变工作液在高磁感应强度磁性体的作用下会迅速通过研磨盘修整套、矩形槽进入超薄硬脆材料基片与柔性研磨抛光头之间，并在高磁感应强度磁性体的磁场力作用下形成由铁粉和磨料组成的磁流变效应粘弹性垫，超薄硬脆材料基片在磁流变效应粘弹性垫的弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘的表面，下表面翘曲空间则填满磁流变效应研磨液，完成超薄硬脆材料基片的法向半固着夹持；

5）调节研磨盘的转速及研磨头主轴的转速，调节研磨头主轴相对研磨盘的相对摆速，研磨盘修整套在磁性套的带动下转动和摆动，实现对研磨盘的修整及带动超薄硬脆材料基片按照研磨头主轴的轨迹运动，超薄硬脆材料基片的工作面在高磁感应强度磁性体所产生的磁流变效应粘弹性垫的柔性压力及磁流变工作液的磨料的作用下能迅速去除表面材料，完成超薄硬脆材料基片的正面研抛加工，获得单面研磨后基片；

6）停止磁流变工作液供液，停止研磨头主轴相对研磨盘的相对摆速，停止研磨盘及研磨头主轴的转动，对研磨头主轴施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘，取出已完成单面研磨后基片；

7）将完成单面研磨后基片翻转后再次放置于研磨盘修整套内，再次将磁流变工作液通过循环管加入到研磨盘的上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套内并对研磨头主轴施加一定研磨压力F，完成单面研磨后基片的法向半固着夹持和切向柔性固着，再次调节研磨盘的转速及研磨头主轴的转速，调节研磨头主轴相对研磨盘的相对摆速，完成单面研磨后基片的反面的研抛加工，获得双面研磨后基片；

8）停止磁流变工作液的供液，停止研磨头主轴相对研磨盘的相对摆速，停止研磨盘及研磨头主轴的转动，对研磨头主轴施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘，取出已完成双面研抛加工的双面研磨后基片，获得较好的平面度和表面粗糙度。

本发明的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，采用高磁感应强度的磁性体产生的磁流变效应粘弹性垫与超薄硬脆材料基片直接接触施加压力和法向固定，而采用形状和大小与超薄硬脆材料基片一致的内孔对超薄硬脆材料基片进行切向固定，可以避免超薄硬脆材料基片与刚性物体直接接触而压碎，从而可以实现超薄硬脆材料基片的零装夹破碎率；实现切向固定的修整装置与装有高磁感应强度磁性体柔性研磨抛光头互相分离的方法，可以使得施加与柔性研磨抛光头的压力通过磁流变效应粘弹性垫直接传递给薄超薄硬脆材料基片而不会由于压力大于修整装置自重而晶片脱落，使得超薄超薄硬脆材料基片装夹安全可靠；修整装置实现对超薄超薄硬脆材料基片切向固定的同时对研磨盘进行实时修整，使得研磨盘表面光滑平整从而避免加工过程划痕的产生，提高超薄超薄硬脆材料基片的研磨效果；实现了超薄硬脆材料基片的装夹与研磨抛光一体化且所采用的介质均为磁流变液，而无需配备另外的夹具或者进行繁琐的贴片工作，使得加工效率大大提高。本发明利用磁流变效应进行超薄硬脆材料基片的装夹与研磨抛光，充分利用了磁流变液的粘弹性，构思巧妙，使用方便，能巧妙解决无压烧结的厚度一般为其他二维尺寸的千分之五左右的氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、钛酸锶陶瓷、钛酸钡陶瓷等工程陶瓷等硬脆材料的研抛加工，同时也适合于其他抗磁材料的平面研抛加工，是一种高效的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法。

附图说明

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明，但实际可实现的工艺不限于本实施例：

附图说明

图1是磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法实施例一的原理图；

图2是磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法实施例二的原理图；

图3是本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法柔性装夹工艺获得单面研磨后基片的示意图；

图4是本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法柔性装夹工艺将研磨盘修整齿轮置于开有网状槽的陶瓷研磨盘上的示意图；

图5是本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置及方法柔性装夹工艺获得双面研磨后基片的示意图；

图6为本发明点阵式磁流变效应粘弹性垫的原理图；

图7为本发明柔性装夹圆形基片的磁性体布置示意图；

图8为本发明柔性装夹方形基片的磁性体布置示意图；

图9为本发明固定圆形基片的研磨盘修整套示意图；

图10为本发明固定方基片的研磨盘修整套示意图；

图11为本发明固定圆形基片的研磨盘修整齿轮示意图；

图12为本发明固定方形基片的研磨盘修整齿轮示意图；

图中：1.研磨头主轴，2.基板，3.固定螺钉，4.磁性套，5.高磁感应强度磁性体，6.超薄硬脆材料基片，7.回收槽，8.研磨盘修整套，9.矩形槽，10.网状槽，11.研磨盘，12.销钉，13.研磨盘主轴，14.回收孔，15.磁流变液，16.循环管，17.配重块，18.带齿圈回收槽，19.研磨盘修整齿轮，20.铁粉，21.磨料，22.圆形孔，23.方形孔，24.单面研磨后基片，25.双面研磨后基片，26.修整面，27.磁流变效应粘弹性垫，28.中心齿轮轴，29.端盖。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1、2、3、4所示，本发明的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，包括有研磨头主轴1、基板2、固定螺钉3、具有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的磁性套4、高磁感应强度磁性体5、研磨盘修整套8、研磨盘11、研磨盘主轴13，其中固定螺钉3将布置有高磁感应强度磁性体5的基板2镶嵌固定在磁性套4上形成柔性研磨抛光头，研磨盘11固定在研磨盘主轴13上，研磨盘修整套8置于研磨盘11上，磁流变工作液15通过循环管16加入到研磨盘11的上表面。

上述调节研磨盘修整套8的安装位置与柔性研磨抛光头正对。

上述研磨盘修整套8所设修整面具有矩形槽9，磁流变工作液(15)在高磁感应强度磁性体5作用下能通过矩形槽9进入超薄硬脆材料基片6与柔性研磨抛光头之间由铁粉20和磨料21组成的磁流变效应粘弹性垫27。

上述研磨盘修整套8的几何中心开有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的内孔22、23，超薄硬脆材料基片6在工作过程中切向固定在研磨盘修整套8所设的内孔22、23内。

上述超薄硬脆材料基片6在磁流变效应粘弹性垫27弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘11表面，下表面翘曲空间则填满磁流变效应研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固着夹持。

上述研磨头主轴1、磁性套4、研磨盘修整套8和研磨盘11为抗磁材料，基板2为顺磁材料；基板2可以做成为平板，或做成为与高磁感应强度磁性体5直径相匹配的带孔厚板，磁性体之间增加抗磁材料加以固定；上述研磨盘11通过销钉12固定在研磨盘主轴13上。

上述研磨盘11与磁性套4工作面为带网状槽10的平面，或为光滑平面；上述高磁感应强度磁性体5端面磁感应强度为2000GS以上，且磁极同向布置于基板2上。

上述研磨盘修整套8制成研磨盘修整齿轮19；上述柔性研磨抛光头固定在研磨盘修整齿轮19内，并放置于具有带齿圈回收槽18和中心齿轮轴28的研磨机中，修整齿轮19的外齿轮与回收槽18内齿轮及中心齿轮轴28内齿轮相啮合，中心齿轮轴28带动研磨盘修整齿轮19绕回收槽18和中心齿轮轴28作行星运动，带动超薄硬脆材料基片6及柔性研磨抛光头工作，研磨盘修整齿轮19的上表面还装设有调节研磨抛光压力的配重块17。

本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法，包括如下步骤：

1）通过研磨头主轴1、具有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的磁性套4和固定螺钉3将一定规律布置有高磁感应强度磁性体5的基板2镶嵌固定在磁性套4上，形成柔性研磨抛光头；

2）将研磨盘11通过销钉12固定在研磨盘主轴13上，再将修整面6具有矩形槽9并且中间开有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的内孔22、23的研磨盘修整套8置于研磨盘11上；

3）将超薄硬脆材料基片6放置于研磨盘修整套8内，且超薄硬脆材料基片6在研磨盘修整套8所设内孔22、23作用下完成切向把持，调节研磨盘修整套8的安装位置与柔性研磨抛光头的安装位置正对；

4）将磁流变工作液15通过循环管16加入到研磨盘11的上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套8内并对研磨头主轴1施加一定研磨压力F，磁流变工作液15在高磁感应强度磁性体5的作用下会迅速通过研磨盘修整套8、矩形槽9进入超薄硬脆材料基片6与柔性研磨抛光头之间，并在高磁感应强度磁性体5的磁场力作用下形成由铁粉20和磨料21组成的磁流变效应粘弹性垫27，超薄硬脆材料基片6在磁流变效应粘弹性垫13的弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘11的表面，下表面翘曲空间则填满磁流变效应研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固着夹持；

5）调节研磨盘11的转速及研磨头主轴1的转速，调节研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，研磨盘修整套8在磁性套4的带动下转动和摆动，实现对研磨盘11的修整及带动超薄硬脆材料基片6按照研磨头主轴1的轨迹运动，超薄硬脆材料基片6的工作面在高磁感应强度磁性体5所产生的磁流变效应粘弹性垫27的柔性压力及磁流变工作液15磨料的作用下能迅速去除表面材料，完成超薄硬脆材料基片6的正面研抛加工，获得单面研磨后基片24；

6）停止磁流变工作液15供液，停止研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，停止研磨盘11及研磨头主轴1的转动，对研磨头主轴1施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘11，取出已完成单面研磨后基片24；

7）将完成单面研磨后基片24翻转后再次放置于研磨盘修整套8内，再次将磁流变工作液15通过循环管16加入到研磨盘11的上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套8内并对研磨头主轴1施加一定研磨压力F，完成单面研磨后基片24的法向半固着夹持和切向柔性固着，再次调节研磨盘11的转速及研磨头主轴1的转速，调节研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，完成单面研磨后基片24的反面的研抛加工，获得双面研磨后基片25；

8）停止磁流变工作液15供液，停止研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，停止研磨盘11及研磨头主轴1的转动，对研磨头主轴1施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘11，取出已完成双面研抛加工的双面研磨后基片25，获得较好的平面度和表面粗糙度。

上述磁流变工作液15可以是商品化产品配制，也可以是本发明特制的磁流变液配制，制作方法为：在硅油或者去离子水中加入重量百分比15～40％的平均粒径为1～50微米的铁粉、重量百分比2～20％的平均粒径为1～50微米的磨料、重量百分比1～10％的甘油或油酸等稳定剂、重量百分比1～10％的防锈剂。

上述磁流变工作液(15)需要搅拌和循环，保证磁流变工作液(15)中磨料21的更新。

本发明磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法，包括如下实施例：

实施例一:

步骤一：如图1所示，通过由铝材研磨头主轴1、具有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的铝材磁性套4和固定螺钉3将按图7或者图8所示规律布置有3000GS的高磁感应强度磁性体5的铁板基板2镶嵌固定在磁性套4上，形成柔性研磨抛光头；

步骤二：在去离子水中加入重量百分比20％的平均粒径为5微米的羰基铁粉，重量百分比8％的平均粒径为5微米的SiO₂磨料，重量百分比5％的甘油，重量百分比5％的防锈剂，充分搅拌，形成磁流变液15；

步骤三：将研磨盘11通过销钉12固定在研磨盘主轴13上，再将如图9或者图10所示修整面6具有矩形槽9并且中间开有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的内孔的铝材研磨盘修整套8置于开有网状槽10的陶瓷研磨盘11上；

步骤四：将超薄硬脆材料基片6放置于研磨盘修整套8内，超薄硬脆材料基片6在研磨盘修整套8内孔作用下完成切向把持，调节研磨盘修整套8位置使其与柔性研磨抛光头正对；

步骤五：将磁流变工作液15以400ml/min通过循环管16加入到研磨盘11上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套8内并对研磨头主轴1施加30N研磨压力F，磁流变工作液15在高磁感应强度磁性体5作用下会迅速通过如图9或者图10所示研磨盘修整套8矩形槽9进入超薄硬脆材料基片6与柔性研磨抛光头之间并形成如图6所示的由铁粉20和磨料21组成的磁流变效应粘弹性垫27，超薄硬脆材料基片6在磁流变效应粘弹性垫13弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘11表面，下表面翘曲空间则填满磁流变效应研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固着夹持；

步骤六：调节研磨盘11的转速为60rpm，调节研磨头主轴1的转速为800rpm，调节研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速为5m/s，研磨盘修整套8在磁性套4带动下转动和摆动，实现对研磨盘11的修整及带动超薄硬脆材料基片6按研磨头主轴1轨迹运动，超薄硬脆材料基片6工作面在高磁感应强度磁性体5所产生的磁流变效应粘弹性垫27柔性压力及磁流变工作液15磨料的作用下能迅速去除表面材料，经过0.5小时加工后，完成超薄硬脆材料基片6的正面研抛加工，获得如图3所示单面研磨后基片24；

步骤七：停止磁流变工作液15供液，停止研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，停止研磨盘11及研磨头主轴1的转动，对研磨头主轴1施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘11，取出已完成单面研磨后基片24；

步骤八：如图4所示，将完成单面研磨后基片24翻转后再次放置于研磨盘修整套8内，再次将磁流变工作液15以400ml/min通过循环管16加入到研磨盘11上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套8内并对研磨头主轴1施加30N研磨压力F，完成单面研磨后基片24的法向半固着夹持和切向柔性固着，再次调节研磨盘11的转速为60rpm，调节研磨头主轴1的转速为800rpm，调节研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速为5m/s，经过0.5小时加工后，完成单面研磨后基片24的反面的研抛加工，获得如图5所示的双面研磨后基片25；

步骤九：停止磁流变工作液15供液，停止研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，停止研磨盘11及研磨头主轴1的转动，对研磨头主轴1施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘11，取出已完成双面研抛加工的双面研磨后基片25，获得较好的平面度和表面粗糙度。

实施例二:

步骤一：如图2所示，通过具有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的铝材磁性套4、固定螺钉3和铝材端盖29按图7或者图8所示规律布置有4000GS的高磁感应强度磁性体5的铁板基板2镶嵌固定在磁性套4上而形成柔性研磨抛光头；

步骤二：在去离子水中加入重量百分比20％的平均粒径为3微米的羰基铁粉，重量百分比8％的平均粒径为3微米的SiO₂磨料，重量百分比5％的甘油，重量百分比5％的防锈剂，充分搅拌，形成磁流变液15；

步骤三：将研磨盘11通过销钉12固定在研磨盘主轴13上，再将如图11或者图12所示修整面6具有矩形槽9并且中间开有与超薄硬脆材料基片6的形状及大小一致的内孔的铝材研磨盘修整齿轮19置于开有网状槽10的陶瓷研磨盘11上，并与带齿圈回收槽18及中心齿轮轴28的齿轮相啮合；

步骤四：将超薄硬脆材料基片6放置于研磨盘修整齿轮19内，超薄硬脆材料基片6在研磨盘修整齿轮19内孔作用下完成切向把持；

步骤五：将磁流变工作液15以300ml/min通过循环管16加入到研磨盘11上表面，将柔性研磨抛光头套入研磨盘修整齿轮19内并在端盖29上方放置20N的配重块17，磁流变工作液15在高磁感应强度磁性体5作用下会迅速通过如图11或者图12所示研磨盘修整套8矩形槽9进入超薄硬脆材料基片6与柔性研磨抛光头之间并形成如图6所示的由铁粉20和磨料21组成的磁流变效应粘弹性垫27，超薄硬脆材料基片6在磁流变效应粘弹性垫13弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘11表面，下表面翘曲空间则填满磁流变效应研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固着夹持；

步骤六：调节研磨盘11的转速为20rpm，调节研磨头主轴1的转速为100rpm，研磨盘修整齿轮19在带齿圈回收槽18及中心齿轮轴28的齿轮作用下转动，并带动磁性套4和超薄硬脆材料基片6转动，同时实现对研磨盘11的修整工作，超薄硬脆材料基片6工作面在高磁感应强度磁性体5所产生的磁流变效应粘弹性垫27柔性压力及磁流变工作液15磨料的作用下能迅速去除表面材料，经过0.6小时加工后，完成超薄硬脆材料基片6的正面研抛加工，获得如图3所示单面研磨后基片24；

步骤七：停止磁流变工作液15供液，停止研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，取下研磨盘修整齿轮19和柔性研磨抛光头，取出已完成单面研磨后基片24；

步骤八：如图4所示，再次将研磨盘修整齿轮19置于开有网状槽10的陶瓷研磨盘11上，并与带齿圈回收槽18及中心齿轮轴28的齿轮相啮合,将完成单面研磨后基片24翻转后再次放置于研磨盘修整齿轮19内，再次将磁流变工作液15以300ml/min通过循环管16加入到研磨盘11上表面，将柔性研磨抛光头套入研磨盘修整齿轮19内并在端盖29上方放置20N的配重块17，完成单面研磨后基片24的法向半固着夹持和切向柔性固着，再次调节研磨盘11的转速为20rpm，调节研磨头主轴1的转速为100rpm，经过0.6小时加工后，完成单面研磨后基片24的反面的研抛加工，获得如图5所示的双面研磨后基片25；

步骤九：停止磁流变工作液15供液，停止研磨头主轴1相对研磨盘11的相对摆速，停止研磨盘11及研磨头主轴1的转动，取下研磨盘修整齿轮19和柔性研磨抛光头，取出已完成双面研抛加工的双面研磨后基片25，获得较好的平面度和表面粗糙度。

从上述实施例可以看出，本发明的一种基于磁流变效应的超薄硬脆材料基片柔性研磨抛光方法，巧妙地采用高磁感应强度的磁性体产生的磁流变效应粘弹性垫与超薄硬脆材料基片直接接触施加压力和法向固定，而采用形状和大小与超薄硬脆材料基片一致的内孔对超薄硬脆材料基片进行切向固定，可以避免超薄硬脆材料基片与刚性物体直接接触而压碎，从而可以实现超薄硬脆材料基片的零装夹破碎率；实现切向固定的修整装置与装有高磁感应强度磁性体柔性研磨抛光头互相分离的方法，可以使得施加与柔性研磨抛光头的压力通过磁流变效应粘弹性垫直接传递给薄超脆材料基片而不会由于压力大于修整装置自重而晶片脱落，使得超薄硬脆材料基片装夹安全可靠；修整装置实现对超薄硬脆材料基片切向固定的同时对研磨盘进行实时修整，使得研磨盘表面光滑平整从而避免加工过程划痕的产生，提高超薄硬脆材料基片的研磨效果；实现了超薄硬脆材料基片的装夹与研磨抛光一体化且所采用的介质均为磁流变液，而无需配备另外的夹具或者进行繁琐的贴片工作，使得加工效率大大提高。本发明应用磁流变效应进行超薄硬脆材料基片的装夹与研磨抛光，充分利用了磁流变液的剪切应力和粘弹性，构思巧妙，使用方便，能巧妙解决无压烧结的厚度一般为其他二维尺寸的千分之五左右的氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、钛酸锶陶瓷、钛酸钡陶瓷等工程陶瓷等硬脆材料的研抛加工，同时也适合于其他抗磁材料的平面研抛加工，是一种高效的超薄硬脆材料基片装夹与研磨抛光方法。

应该指出，上述的具体实施方式只是针对本发明进行详细的说明，它不应是对本发明的限制。对于熟悉本领域的技术人员来说，在不偏离权利要求的宗旨和范围内，研抛磨结构可以有多种形式和细节的变化。

Claims (9)

1.一种磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于包括有研磨头主轴（1）、基板（2）、具有与超薄硬脆材料基片（6）的形状及大小一致的磁性套（4）、高磁感应强度磁性体（5）、研磨盘修整套（8）、研磨盘（11）、研磨盘主轴（13），其中固定螺钉（3）将布置有高磁感应强度磁性体（5）的基板（2）镶嵌固定在磁性套（4）上形成柔性研磨抛光头，研磨盘（11）固定在研磨盘主轴（13）上，研磨盘修整套（8）置于研磨盘（11）上，磁流变工作液(15)通过循环管（16）加入到研磨盘（11）的上表面；上述研磨盘修整套（8）所设修整面具有矩形槽（9），磁流变工作液(15)在高磁感应强度磁性体（5）作用下能通过矩形槽（9）进入超薄硬脆材料基片（6）与柔性研磨抛光头之间由铁粉（20）和磨料（21）组成的磁流变效应粘弹性垫（27）。

2.根据权利要求1所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于调节上述研磨盘修整套（8）的安装位置与柔性研磨抛光头正对。

3.根据权利要求1所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于上述研磨盘修整套（8）的几何中心开有与超薄硬脆材料基片（6）的形状及大小一致的内孔（22、23），超薄硬脆材料基片（6）在工作过程中切向固定在研磨盘修整套（8）所设的内孔（22、23）内。

4.根据权利要求1所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于上述超薄硬脆材料基片（6）在磁流变效应粘弹性垫（27）弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘（11）表面，下表面翘曲空间则填满磁流变工作液（15），完成超薄硬脆材料基片（6）的法向半固着夹持。

5.根据权利要求1所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于上述研磨头主轴（1）、磁性套（4）、研磨盘修整套（8）和研磨盘（11）为抗磁材料，基板（2）为顺磁材料；上述基板（2）为平板，或为具有与高磁感应强度磁性体（5）直径相匹配的带孔厚板，磁性体之间增加抗磁材料加以固定；上述研磨盘（11）通过销钉（12）固定在研磨盘主轴（13）上。

6.根据权利要求1所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于上述研磨盘（11）与磁性套（4）的工作面为带网状槽（10）的平面，或为光滑平面；上述高磁感应强度磁性体（5）端面磁感应强度为2000GS以上，且磁极同向布置于基板（2）上。

7.根据权利要求1所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛装置，其特征在于上述研磨盘修整套(8)制成研磨盘修整齿轮（19）；上述柔性研磨抛光头固定在研磨盘修整齿轮（19）内，并放置于具有带齿圈回收槽（18）和中心齿轮轴（28）的研磨机中，修整齿轮（19）的外齿轮与回收槽（18）内齿轮及中心齿轮轴（28）内齿轮相啮合，中心齿轮轴（28）带动研磨盘修整齿轮（19）绕回收槽（18）和中心齿轮轴（28）作行星运动，带动超薄硬脆材料基片（6）及柔性研磨抛光头工作，研磨盘修整齿轮（19）的上表面还装设有调节研磨抛光压力的配重块（17）。

8.一种磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法，其特征在于包括如下步骤：

1）通过研磨头主轴（1）、具有与超薄硬脆材料基片（6）的形状及大小一致的磁性套（4）和固定螺钉（3）将一定规律布置有高磁感应强度磁性体（5）的基板（2）镶嵌固定在磁性套（4）上，形成柔性研磨抛光头；

2）将研磨盘（11）通过销钉（12）固定在研磨盘主轴（13）上，再将修整面（26）具有矩形槽（9）并且中间开有与超薄硬脆材料基片（6）的形状及大小一致的内孔（22、23）的研磨盘修整套（8）置于研磨盘（11）上；

3）将超薄硬脆材料基片（6）放置于研磨盘修整套（8）内，且超薄硬脆材料基片（6）在研磨盘修整套（8）所设内孔（22、23）作用下完成切向把持，调节研磨盘修整套（8）位置使其与柔性研磨抛光头正对；

4）将磁流变工作液(15)通过循环管（16）加入到研磨盘（11）上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套（8）内并对研磨头主轴（1）施加一定研磨压力F，磁流变工作液(15)在高磁感应强度磁性体（5）的作用下会迅速通过研磨盘修整套（8）、矩形槽（9）进入超薄硬脆材料基片（6）与柔性研磨抛光头之间，并在高磁感应强度磁性体（5）的磁场力作用下形成由铁粉（20）和磨料（21）组成的磁流变效应粘弹性垫（27），超薄硬脆材料基片（6）在磁流变效应粘弹性垫（27）的弹性力作用下，最低点紧贴研磨盘（11）的表面，下表面翘曲空间则填满磁流变工作液（15），完成超薄硬脆材料基片（6）的法向半固着夹持；

5）调节研磨盘（11）的转速及研磨头主轴（1）的转速，调节研磨头主轴（1）相对研磨盘（11）的相对摆速，研磨盘修整套（8）在磁性套（4）的带动下转动和摆动，实现对研磨盘（11）的修整及带动超薄硬脆材料基片（6）按照研磨头主轴（1）的轨迹运动，超薄硬脆材料基片（6）的工作面在高磁感应强度磁性体（5）所产生的磁流变效应粘弹性垫（27）的柔性压力及磁流变工作液(15)的磨料的作用下能迅速去除表面材料，完成超薄硬脆材料基片（6）的正面研抛加工，获得单面研磨后基片（24）；

6）停止磁流变工作液(15)的供液，停止研磨头主轴（1）相对研磨盘（11）的相对摆速，停止研磨盘（11）及研磨头主轴（1）的转动，对研磨头主轴（1）施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘（11），取出已完成单面研磨后基片（24）；

7）将完成单面研磨后基片（24）翻转后再次放置于研磨盘修整套（8）内，再次将磁流变工作液(15)通过循环管（16）加入到研磨盘（11）的上表面，调节使柔性研磨抛光头套入研磨盘修整套（8）内并对研磨头主轴（1）施加一定研磨压力F，完成单面研磨后基片（24）的法向半固着夹持和切向柔性固着，再次调节研磨盘（11）的转速及研磨头主轴（1）的转速，调节研磨头主轴（1）相对研磨盘（11）的相对摆速，完成单面研磨后基片（24）的反面的研抛加工，获得双面研磨后基片（25）；

8）停止磁流变工作液(15)的供液，停止研磨头主轴（1）相对研磨盘（11）的相对摆速，停止研磨盘（11）及研磨头主轴（1）的转动，对研磨头主轴（1）施加反方向作用力使柔性研磨抛光头远离研磨盘（11），取出已完成双面研抛加工的双面研磨后基片（25），获得较好的平面度和表面粗糙度。

9.根据权利要求8所述的磁流变效应粘弹性夹持的电瓷基片柔性研抛方法，其特征在于上述磁流变工作液(15)的配制方法为：在硅油或者去离子水中加入重量百分比15～40％的平均粒径为1～50微米的铁粉、重量百分比2～20％的平均粒径为1～50微米的磨料、重量百分比1～10％的甘油或油酸稳定剂、重量百分比1～10％的防锈剂。