CN106378700A - 一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘，所述研磨盘包括树脂基体层和至少部分形成柱状叶序结构的树脂‑金刚石微粉工作层，且柱状结构的叶序排列满足基于H.Vogel平面叶序模型的轨迹均匀性理论。本发明还提供了上述研磨盘的制造方法，是先形成半固化的树脂基体层，再于半固化的树脂基体层上形成半固化的树脂‑金刚石微粉层，通过具有上述叶序排列圆柱孔的叶序压板压在树脂‑金刚石微粉层上使其至少部分形成相应的柱状叶序结构，再进行固化。本发明的研磨盘具有均匀研磨轨迹分布、顺畅的冷却液流动作用，可将加工中的形成研屑及时排出，能够大大提高研磨质量和研磨效率，防止磨盘堵塞。其制备方法简单易行。

Description

一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘及制造方法

技术领域

本发明涉及一种金刚石微粉研磨盘，特别是涉及一种表面按均匀轨迹理论和叶序理论排布的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘及制造方法。

背景技术

固结磨料研磨抛光是陶瓷材料、光学晶体材料和半导体基片材料获得高效平坦的一种重要技术方法，作为研磨抛光过程中主要耗材的研磨盘起到关键作用。树脂具有一定的弹性和良好的自锐性；金刚石具有高硬度、高强度和优良的化学稳定性，两者结合制备而成的树脂金刚石研磨盘具有良好的机械加工性能和很高的性价比。因此，树脂金刚石微粉研磨盘成为加工各种半导体、陶瓷和LED等材料不可或缺的研磨工具。

在平面研磨抛光过程中，研磨盘的作用是将磨料固结并以调参方式控制加工区的研磨轨迹路径，实现与被加工工件表面的均匀划擦切削作用。现有的树脂研磨盘表面通常开交错的直槽、斜槽等，使其表面形成一定的排屑槽结构，便于加工中的冷却液供给和研屑排出。由于研磨盘表面的不同开槽结构，使得研磨轨迹不均匀，不同的开槽结构也易造成冷却液的流动不均衡，两者之间的不良匹配性导致被研磨表面宏观面型精度下降，微观精度不均衡，难以达到平坦化要求。

为了解决上述问题，人们采用经典的流体理论进行计算，获得了螺旋形结构具有良好的冷却液流动均衡性。采用运动学原理分析计算了单颗及少量磨粒运动轨迹，获得了研磨加工参数优化依据。由于研磨盘表面槽型结构综合影响流场和轨迹场结果，往往依靠调控研磨参数难以全面解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了使研磨轨迹分布均匀、冷却液流动顺畅，设计了一种表面按均匀轨迹理论和叶序理论排布的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘，采用的技术方案是：一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘包括树脂基体层和设置于树脂基体层之上的树脂-金刚石微粉工作层，所述树脂-金刚石微粉工作层包括叶序排列的若干柱状结构，所述柱状结构的叶序排列满足基于H.Vogel平面叶序模型的轨迹均匀性理论，即满足其中θ和r分别为第n个柱状结构的极角和极径；其中所述金刚石微粉的粒度为0.1～40μm，所述柱状结构的直径为1～5mm。

优选的，所述柱状结构为圆柱形、正六棱柱或正三棱柱形。

优选的，所述树脂基体层的厚度为15～35mm，所述柱状结构的高度为2～5mm。

优选的，所述树脂-金刚石微粉工作层还包括连接子层，所述连接子层设置于所述树脂基体层和所述柱状结构之间。

本发明的另一个目的是提供了一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制造方法，采用的技术方案是：一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制作方法包括以下步骤：

1)提供具有磨盘型腔的模具底座以及与所述模具底座配合的叶序压板，所述叶序压板底面设置有若干呈叶序排列的圆柱孔，所述圆柱孔的叶序排列满足基于H.Vogel平面叶序模型的轨迹均匀性理论，即满足其中θ和r分别为第n个圆柱孔的极角和极径；

2)将树脂混合液注入所述模具底座的磨盘型腔内，于60℃～100℃固化1～5分钟，形成半固化的树脂基体层；

3)向所述半固化的树脂基体层表面注入树脂-金刚石微粉混合液，于60℃～100℃固化1～5分钟，形成半固化的树脂-金刚石微粉层，压上所述叶序压板，压力控制在5～15N以使所述树脂-金刚石微粉层至少部分形成呈所述叶序排列的柱状结构，继续加热5～10分钟使其完全固化，形成所述树脂-金刚石微粉工作层，取下所述模具底座和叶序压板，清除多余树脂，修整后形成所述树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘。

优选的，所述树脂混合液是由冷镶嵌树脂和固化剂按1:(0.5～1.5)体积比例混合形成；所述树脂-金刚石微粉混合液是由冷镶嵌树脂、固化剂和金刚石微粉按1:(0.5～1.5):(0.3～0.8)体积比例混合形成。

优选的，所述金刚石微粉的粒度为0.1～40μm。

优选的，所述压板圆柱孔的深度为2～5mm，直径为1.2～4.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明的研磨盘的叶序图案可在研磨中使研磨轨迹均匀，被研磨件表面的压力与温度分布均匀，研磨液可以均匀顺畅进入研磨接触区，研磨产生的研屑废物可以顺畅的排出，从而获得高平坦的宏微观表面，能够大大提高研磨质量和研磨效率，防止磨盘堵塞。

2.本发明的制作方法简单易行，成本低、周期短，可控性强，适于生产应用；柱状叶序结构的工作层有一定的厚度，可重复修整使用，使用寿命长。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘及制造方法不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的立体结构示意图；

图2是本发明树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的剖视图；

图3是本发明模具底座的分解结构示意图；

图4是本发明叶序压板的平面结构示意图；

图5是本发明树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制造原理示意图(剖视图)。

具体实施方式

参考图1及图2，一实施例的一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘包括树脂基体层1和设置于树脂基体层1之上的树脂-金刚石微粉工作层2。所述树脂-金刚石微粉工作层2包括连接子层21和呈叶序排列的若干柱状结构22。所述连接子层21覆盖于所述树脂基体层1之上，所述若干柱状结构22彼此间隔的设置于所述连接子层21之上，即，所述树脂-金刚石微粉工作层2部分是连续的层状，部分形成了柱状叶序结构。所述柱状结构21的叶序排列满足基于H.Vogel平面叶序模型的轨迹均匀性理论，即满足：其中θ和r分别为第n个柱状结构的极角和极径。柱状叶序结构具有均匀轨迹特性。此外，在其他实施例中，所述柱状结构亦可直接形成于所述树脂基体层之上，即所述树脂-金刚石微粉工作层于厚度方向全部形成呈叶序排列的若干分立的所述柱状结构。

所述树脂-金刚石微粉工作层2是由树脂和金刚石微粉混合形成，其中金刚石微粉的粒度为0.1～40μm。所述树脂基体层1的厚度范围为15～35mm，所述柱状结构22的高度范围为2～5mm，直径范围为1～5mm。举例来说，在一实施例中，选用金刚石微粉的粒度为10μm，所述树脂基体层1的厚度为25mm，所述柱状结构22的高度为3mm，直径范围为3mm。柱状结构22具体可以是圆柱形、正六棱柱或正三棱柱形等规则图形。

上述树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制造方法，包括下列步骤：

1)制造模具：参考图3至图4，按照所需研磨盘直径和叶序结构，采用电铸法、数控钻孔和数控激光加工方法制作圆环挡板3、支撑底板4和叶序压板5，支撑底板4和叶序压板5的平面度小于0.02mm，圆环挡板3与支撑底板4和叶序压板5的间隙配合为0.03mm，叶序压板5底面设置有若干呈上述叶序排列的圆柱孔51，圆柱孔51直径范围为1～5mm，深度范围为2～5mm。

2)将圆环挡板3用PVAL胶水密封固定在支撑底板4外沿形成模具底座，其内部即形成磨盘型腔，在磨盘型腔内均匀涂覆MMR2脱模剂，待其风干后，将不含金刚石微粉的树脂混合液注入磨盘型腔，本例所用树脂选择冷镶嵌树脂，所用固化剂为甲基四氢笨酐，树脂混合液由冷镶嵌树脂与甲基四氢笨酐按1:0.5～1.5体积比例配置，例如可以是1:1体积比例配置。将上述注有树脂混合液的磨盘型腔置于加热设备内，温度控制在60℃～100℃固化1～5分钟，例如可以是在70℃下固化2分钟，形成半固化的树脂基体层1。

3)在半固化树脂基体层1表面注入含有金刚石微粉的树脂混合液，该混合液由冷镶嵌树脂、甲基四氢笨酐和金刚石微粉按1:(0.5～1.5):(0.3～0.8)体积比例配置，金刚石微粉粒度为0.1～40μm；例如可以是以1:1:0.5体积比例配置，金刚石微粉粒度10μm。控制加热温度在60℃～100℃固化1～5分钟，形成半固化的树脂-金刚石微粉层，参考图5，压上叶序压板5，压力控制在5～15N，通过叶序压板5的作用使树脂-金刚石微粉层至少部分形成呈所述叶序排列的柱状结构22，继续加热5～10分钟使其完全固化，取下圆环挡板3、支撑底板4和叶序压板5，清除多余树脂，修整磨盘，即可形成树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘及制造方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘，其特征在于：包括树脂基体层和设置于树脂基体层之上的树脂-金刚石微粉工作层，所述树脂-金刚石微粉工作层包括叶序排列的若干柱状结构，所述柱状结构的叶序排列满足基于H.Vogel平面叶序模型的轨迹均匀性理论，即满足θ＝86°×n、其中θ和r分别为第n个柱状结构的极角和极径；其中所述金刚石微粉的粒度为0.1～40μm，所述柱状结构的直径为1～5mm。

2.根据权利要求1所述的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘，其特征在于：所述柱状结构为圆柱形、正六棱柱或正三棱柱形。

3.根据权利要求1所述的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘，其特征在于：所述树脂基体层的厚度为15～35mm，所述柱状结构的高度为2～5mm。

4.根据权利要求1所述的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘，其特征在于：所述树脂-金刚石微粉工作层还包括连接子层，所述连接子层设置于所述树脂基体层和所述柱状结构之间。

5.一种树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提供具有磨盘型腔的模具底座以及与所述模具底座配合的叶序压板，所述叶序压板底面设置有若干呈叶序排列的圆柱孔，所述圆柱孔的叶序排列满足基于H.Vogel平面叶序模型的轨迹均匀性理论，即满足θ＝86°×n、其中θ和r分别为第n个圆柱孔的极角和极径；

2)将树脂混合液注入所述模具底座的磨盘型腔内，于60℃～100℃固化1～5分钟，形成半固化的树脂基体层；

3)向所述半固化的树脂基体层表面注入树脂-金刚石微粉混合液，于60℃～100℃固化1～5分钟，形成半固化的树脂-金刚石微粉层，压上所述叶序压板，压力控制在5～15N以使所述树脂-金刚石微粉层至少部分形成呈所述叶序排列的柱状结构，继续加热5～10分钟使其完全固化，形成所述树脂-金刚石微粉工作层，取下所述模具底座和叶序压板，清除多余树脂，修整后形成所述树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘。

6.根据权利要求5所述的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制造方法，其特征在于：所述树脂混合液是由冷镶嵌树脂和固化剂按1:(0.5～1.5)体积比例混合形成；所述树脂-金刚石微粉混合液是由冷镶嵌树脂、固化剂和金刚石微粉按1:(0.5～1.5):(0.3～0.8)体积比例混合形成。

7.根据权利要求6所述的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制造方法，其特征在于：所述金刚石微粉的粒度为0.1～40μm。

8.根据权利要求5所述的树脂固结金刚石微粉叶序研磨盘的制造方法，其特征在于：所述压板圆柱孔的深度为2～5mm，直径为1.2～4.5mm。