CN107443176B - 一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，磁流变泡沫作为抛光介质，放置在抛光盘上，在外加磁场作用下形成柔性磁刷，抛光头和抛光盘分别带动工件和磁流变泡沫相对运动实现工件的抛光，抛光时磁流变抛光液与泡沫基体在磁场下相互耦合、共同作用提供抛光所需条件，在磁场作用下磁流变抛光液中铁磁性颗粒会形成磁链，磁链嵌入在泡沫基体的微孔中，增大柔性磁刷的有效剪应力，增大材料去除率，由于泡沫基体的存在，既增加了优化抛光性能的变量，又保留传统磁流变抛光的“容没”效应。本发明节省了磁流变抛光液，降低了成本，同时提高了抛光效率，解决了传统磁流变抛光中磁流变抛光液用量大及材料去除率低的问题。

Description

一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法
技术领域
本发明涉及超精密加工技术领域，具体涉及一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，特别适合于微电子半导体晶片的超光滑平面加工。
背景技术
随着光学和微电子学及相关技术领域的发展，对所需材料的表面质量要求越来越高，现阶段主要通过化学机械抛光和磁流变抛光等技术对超精密工件进行表面抛光。但是利用化学机械抛光后，工件表面料将清理困难，易对环境造成污染，不能满足超级精密工件表面洁净度和环保要求。
磁流变抛光技术是一种利用磁流变抛光液在磁场中的流变特性对工件进行抛光的技术，磁流变抛光液在梯度磁场中会发生流变现象，形成具有粘塑性宾汉姆(Bingham)柔性凸起，当柔性凸起与待加工工件表面接触并发生相对运动时，会在工件表面产生很大的剪切力，在磁流变抛光液中磨粒的作用下实现材料的去除。
而利用磁流变抛光液对工件进行抛光，虽然解决了上述困难，但仍然存在抛光液易沉淀，抛光液和磨料消耗严重等问题，增加了生产成本，抛光效率和质量不能满足生产需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高磁流变抛光效率，降低抛光液中磨粒的磨损率，提高抛光效率和质量的基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，包括以下步骤：
步骤S110：制作泡沫基体；
步骤S120：将所述泡沫基体安装在抛光装置中的抛光盘内；
步骤S130：在所述抛光盘内注入磁流变抛光液；
步骤S140：根据待加工工件的参数要求调节工艺参数；
步骤S150：将待加工工件安装在所述抛光设备的抛光头上；
步骤S160：将所述抛光装置接通电源，磁场发生装置旋转产生脉冲磁场，抛光盘内的磁流变抛光液在所述泡沫基体的范围内产生磁刷，所述磁刷随抛光盘旋转，同时，抛光头带动待加工工件旋转，实现待加工工件的表面抛光。
进一步的，所述泡沫基体内设有若干相互连通的通孔。
进一步的，所述泡沫基体为软质聚氨酯泡沫塑料，所述通孔的直径范围为10μm～200μm。
进一步的，所述磁场发生装置包括电磁铁。
进一步的，所述磁流变抛光液的成分包括铁磁性颗粒、去离子水、活性剂、添加剂和磨料。
本发明有益效果：通过设置泡沫基体，将磁流变抛光液浸入泡沫基体中，能够避免磁流变抛光液发生沉降团聚现象，提高了磁流变抛光液的稳定性；利用磁流变抛光液与泡沫基体在磁场下相互耦合、共同作用提供抛光所需条件，增加了调节抛光过程的工艺参量；通过脉冲磁场的作用，使磁流变抛光液在泡沫基体的通孔中形成柔性磁粉刷，增加了切向抛光力，同时，泡沫基体的吸附作用节省了磁流变抛光液的用量，降低了成本，有利于环保，提高了抛光质量、去除率和抛光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的基于磁流变泡沫的抛光方法处理流程图。
图2为本发明实施例所述的基于磁流变泡沫的抛光方法的抛光过程示意图。
其中：1-泡沫基体；2-磁流变泡沫；3-抛光头；4-待加工工件；5-磁刷；6-抛光盘；7-电磁铁。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。
如图1所示，本发明实施例所述的一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，包括以下步骤：
步骤S110：制作泡沫基体1；
步骤S120：将所述泡沫基体1安装在抛光装置中的抛光盘6内；
步骤S130：在所述抛光盘6内注入磁流变抛光液；
步骤S140：根据待加工工件4的参数要求调节工艺参数；
步骤S150：将待加工工件4安装在所述抛光设备的抛光头3上；
步骤S160：将所述抛光装置接通电源，磁场发生装置旋转产生脉冲磁场，抛光盘6内的磁流变抛光液在所述泡沫基体1的范围内产生磁刷5，所述磁刷5随抛光盘6旋转，同时，抛光头3带动待加工工件4旋转，实现待加工工件4的表面抛光。
在本发明的一个具体实施例中，所述泡沫基体1内设有若干相互连通的通孔。
在本发明的一个具体实施例中，所述泡沫基体为软质聚氨酯泡沫塑料，所述通孔的直径范围为10μm～200μm。
在本发明的一个具体实施例中，所述磁场发生装置包括电磁铁7。
在本发明的一个具体实施例中，所述磁流变抛光液的成分包括铁磁性颗粒、去离子水、活性剂、添加剂和磨料。
本发明的原理：通过泡沫基体1的吸附作用，磁流变抛光液可以被限制在有效区域而不扩散，抛光时，电磁铁7旋转产生动态脉冲磁场，在脉冲磁场作用下，磁流变抛光液在泡沫基体1中的粘度在毫秒级时间内迅速增大，由液态瞬间变为类固态，形成磁刷5，并随抛光盘6一起旋转。
磁流变液与泡沫基体1在磁场下相互耦合、共同作用提供抛光所需条件，根据待加工工件4的工艺参数需求调节磁流变抛光液的组分、泡沫基体1的结构和力学性能及磁场强度，实现超光滑平面的高效抛光。在本发明的实施例中，抛光盘直径为350mm，抛光盘转速范围为0～2000rpm，抛光时间为0～8h，待机工工件与抛光盘间隙范围为0.5～2mm，磁场发生装置距抛光盘上表面的距离是10mm，磁场强度为0.1—0.6T(特斯拉)。
如图2所示，首先选择泡沫基体1，泡沫基体1的材料为软质开孔聚氨酯泡沫塑料，具备良好的物理和力学性能，具有相互连通的通孔，能够回弹吸纳磁流变抛光液；将现有抛光设备中抛光盘6上的抛光垫撤掉，把泡沫基体1直接安装固定在抛光头3下方的抛光盘6上；安装好待加工工件4，将磁流变抛光液倒入安装有泡沫基体的抛光盘中；电磁铁7旋转产生脉冲磁场，在脉冲磁场作用下，在泡沫基体的吸附作用，磁流变抛光液可以被限制在有效区域而不扩散，磁流变抛光液在磁化后的磁流变泡沫2中的粘度在毫秒级时间内迅速增大，由液态瞬间变为类固态，形成磁粉刷5，并随抛光盘6一起旋转；抛光盘6以一定转速旋转，磁化后的磁流变泡沫2直接参与抛光，磁流变抛光液与磁化后的磁流变泡沫2在磁场作用下相互耦合、共同作用提供抛光所需条件，根据待加工工件4的工艺参数调节磁场强度，从而调节磁化后的磁流变泡沫2的刚度，磁粉刷5和磁化后的磁流变泡沫2与待加工工件4表面相对运动并发生摩擦，实现超光滑平面抛光；平面抛光结束后进行退磁，更换磁流变抛光液。
综上所述，本发明实施例提升了抛光质量和抛光效率，在脉冲磁场作用下磁流变抛光液中铁磁性颗粒会形成链状结构，磁粉刷5与泡沫内磁链相连产生类似于“生根”和“钉扎”的作用从而增大泡沫与磁流变抛光液形成的柔性抛光垫的有效剪应力，提高材料去除率；泡沫基体1能克服磁流变抛光液易沉降、团聚等缺点，显著提高沉降稳定性、保持磁流变液优异磁流变效应，而且抛光盘6不必加工沟槽，和现有抛光机床能够有效结合，实现对材料的超光滑平面抛光加工，由于泡沫基体1的使用，既增加了优化抛光性能的变量，又保留磁流变抛光的“自励”和“容没”效应，节省了磁流变抛光液及磨粒，成本降低且可回收，经济性好，绿色无污染，解决了化学机械抛光和磁流变抛光存在的诸多问题。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S110：制作泡沫基体，所述泡沫基体内设有若干相互连通的通孔；其中，所述泡沫基体为软质聚氨酯泡沫塑料，所述通孔的直径范围为10μm～200μm；
步骤S120：将所述泡沫基体安装在抛光装置中的抛光盘内；
步骤S130：在所述抛光盘内注入磁流变抛光液，所述磁流变抛光液的成分包括铁磁性颗粒、去离子水、活性剂、添加剂和磨料；
步骤S140：根据待加工工件的参数要求调节工艺参数；
步骤S150：将待加工工件安装在所述抛光装置的抛光头上；
步骤S160：将所述抛光装置接通电源，磁场发生装置旋转产生脉冲磁场，抛光盘内的磁流变抛光液在所述泡沫基体的范围内产生磁刷，所述磁刷随抛光盘旋转，同时，抛光头带动待加工工件旋转，实现待加工工件的表面抛光；
在抛光过程中，磁流变抛光液通过所述通孔浸入泡沫基体内部，在脉冲磁场作用下磁流变抛光液中铁磁性颗粒形成链状结构；磁刷与链状结构相连，结合泡沫基体的吸附作用，磁流变抛光液被限制在有效区域而不扩散，磁流变抛光液与泡沫基体相互耦合。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变泡沫的超光滑平面抛光方法，其特征在于：所述磁场发生装置包括电磁铁。
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