CN109986413A - 机械加工工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械加工工件的方法，包括在固定磨料构件和工件之间应用流体，随后该固定磨料构件和该工件相对于彼此移动。该流体包含防阻塞剂，所述防阻塞剂含有含磷的有机化学物质。

Description

机械加工工件的方法

技术领域

本发明一般涉及机械加工工件的方法，以及在机械加工作业过程中使用的流体。

背景技术

机械加工作业——广泛地包括磨削、研磨和抛光操作，遍及各种工厂被广泛地使用，以便得到所需的表面光洁度和使部件成形。机械加工作业被广泛地用在非金属无机构件例如玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷构件的情况中，所述玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷构件在很多种最终用途中被应用。例如，玻璃和玻璃-陶瓷构件在商业和住宅应用中被广泛用作建筑材料。而且，玻璃材料被广泛地用于电子封装、光学应用和太阳能应用中，以及在照明和建筑应用中作为高级材料使用，而且日益增加地被用作平板显示器。

玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷的苛求应用所寄予的各种设计要求进一步强调了对精密机械加工作业的需求，由于不希望的刮痕、蚀损斑、擦伤或其它表面缺陷机理，所述精密机械加工作业理想地以高材料移除速率以及受控的或最小化的表面缺陷为特征。

具体地，在平面工件制备的情况下，研磨和抛光操作被广泛地使用，其引入对固定磨料的应用，其中该磨料粒被固定在适当的位置。这里，固定磨料通常被限定为两种类型磨料构件——粘结磨料构件或砂带(coated abrasive)构件之一。砂带通常具有与磨料粒粘结的柔性背衬，而粘结磨料通常由磨料粒组成，所述磨料粒例如通过形成粒间粘结相的基质被粘结在一起。这样的固定磨料应该与自由磨料或磨料浆形成对照，在磨料浆中磨料粒一般是松散的，通常是流体悬浮液，例如水悬浮液。固定磨料在机械加工作业过程中提供多种优点，包括潜在提高的平面度和改进的过程控制。但是在本领域中，特别是在玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷构件的情况中对使用固定磨料构件的改进的机械加工作业持续存在需要。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供机械加工工件的方法，其中流体被应用在固定磨料构件和工件之间，并且该固定磨料构件和工件相对于彼此而移动，以便从工件上去除材料。根据具体的特征，该工件主要由玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷成分形成，并且该流体包括防阻塞剂。该防阻塞剂由含磷有机化学物质组成。

根据另一个实施方式，提供机械加工玻璃工件的方法，其中流体被提供在固定磨料构件和玻璃工件之间，并且该固定磨料构件和玻璃工件相对于彼此被平移，以便从该工件上去除材料。防阻塞剂可以由具有膦酸酯官能团的有机化学物质组成。

根据本发明的又一个方面，提供机械加工玻璃工件的方法，其中非磨料研磨流体被提供在固定磨料构件和玻璃工件之间，并且该固定磨料构件和玻璃工件相对于彼此被移动。该研磨流体通常包含防阻塞剂和润滑成分，该防阻塞剂包含具有膦酸酯官能团的有机化学物质以及润滑成分，所述润滑成分选自非离子官能化学物质、阴离子官能化学物质、阳离子官能化学物质和两性官能化学物质。

具体实施方式

根据本发明的一个方面，提供机械加工工件的方法，其始于在固定磨料构件和工件之间应用流体。通常，固定磨料构件如上所述被定义，也就是说，其中磨料粒被固定在适当位置的构件通常相对于彼此被固定在适当的位置(粘结磨料)，或相对于彼此和相对于背衬部件被固定在适当的位置(砂带)。固定磨料的实际构造可以依据应用而广泛地变化。例如，砂带可以利用纸、布、缝编布、非制造和织造材料、纤维或薄膜背衬，以及砂带可以采用几种不同的几何形状，包括带、圆盘、薄片、夹层式套管(interlined sleeve)、卷、百叶轮(flap disc)、翼片砂轮和其它几何构造。另一个方面，粘结磨料典型的形式是固体的整体结构，例如形式为砂轮、筒形砂轮、杯形砂轮、蝶形砂轮、扇形体、圆锥轮、悬挂式砂轮和点状物、砖形物和棍状物。该粘结磨料构件的粘结基质可以是玻璃相的形式，例如陶瓷结合剂，或可替代地，可以是树脂结合剂的形式，或其组合的形式。

而且，在砂轮的具体情况下，该固定磨料可以是工程磨料的形式，其通常具有凸起表面特征图案，例如以金字塔、隆起、背脊或其它表面特征的形式。转到该工件，通常本发明的方面限于非金属的无机材料，例如玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷成分。在上述这些材料中，依据本发明的一些实施方式，具有明显玻璃相的那些成分诸如玻璃和玻璃-陶瓷复合材料被机械加工，并且确实，该工件通常基本上可由玻璃组成，也就是说，其不含有实质影响其机械加工性的其它非无定形种类。关于玻璃工件，该玻璃可以是二氧化硅基的，具有二氧化硅微结构构架。二氧化硅基玻璃的具体种类包括含显著含量的B2O3以及任选地含其它氧化物诸如Na2O/K2O和Al2O3的硼硅酸盐玻璃。其它种类包括碱石灰玻璃，其含有显著含量的Na2O、CaO、MgO和Al2O3。

该工件的实际几何构造可以变化，例如处于凸起或凹入轮廓的形式，包括管道、光学纤维和其它构造。通常，该工件的至少一个主表面是平面的，并且该表面可以经历如本文所描述的机械加工作业。工件可以是显微光刻部件的形式，例如碱石灰玻璃或I-线玻璃、熔融石英和氟化钙、晶片切割基板(wafer blank substrates)、激光窗和其它形式。该工件还可以是平面玻璃的形式，例如在商业和住宅建设工业中使用，以及可以广泛地包括玻璃-陶瓷成分。其它常用的工件包括用于光学设备的玻璃成分，例如，范围涉及干扰滤波器到平行平面工件和仪表玻璃。

固定磨料粒的组成可以改变，其包括氧化铝、氧化锆、氧化铈、二氧化硅、碳化硅、碳化硼、石榴石、立方氮化硼、金刚石和被使用的任何其它常用磨料，以及其它物质。本发明的实施方式使用特别具有侵蚀性的磨料，并在这些情况中展示其高效性，例如利用金刚石磨料、碳化物磨料如碳化硼(包括立方碳化硼)和碳化硅以及石榴石的情况。

而且，固定磨粒的中值粒度可以是小的，例如在大约0.01微米到大约1.5微米的范围内，典型地，在稍微更窄的范围内，例如在大约0.1到1.0微米例如0.10到0.50微米的范围内。在1微米以下的中值粒度规格通常表示抛光过程，在该过程中通过以低材料去除速率进行加工操作而提供高级表面光洁度。但是，根据其它实施方式，固定磨料的中值粒度可以更高，高于1微米，例如在2到50微米或2到10微米的级别。在这种情况下，典型地，该机械加工操作以研磨操作为特征。

根据各种实施方式，机械加工工件的方法继续在该固定磨料构件和该工件之间应用流体，随后固定磨料构件和工件相对于彼此移动，以从工件上去除材料。在这个方面，固定磨料可以保持固定而工件移动，工件可以保持固定而固定磨料构件移动，或可替代地，固定磨料构件和工件两者都被移动。移动可以沿着不同的路径例如线性移动来进行，如在固定的工件上移动闭环砂布带的情况，移动可以是旋转的，如旋转砂轮片或砂轮的情况，或者移动可以是旋转和轨道的结合，如旋转固定磨料构件的情况，其中工件或固定磨料构件围绕着中心轴绕轨道移动。

根据具体的特征，该流体含有防阻塞剂，该防阻塞剂通常包含含磷有机化学物质。含磷有机化学物质可以具有选自膦酸酯、磷酸酯、磷酰胺、膦酰胺(phosphonamide)、硫代磷酸酯、硫代膦酸酯、和亚磷酸酯的官能团。根据具体的实施方式，该官能团是膦酸酯。例如，膦酸酯可以选自甘氨酸-N，N-二(GDMP)、氨基三(ATMP)、N-2羟乙基-二(HEMPA)、乙二胺四(EDTMPA)、亚己基二胺四、二亚乙基三胺五、膦酰甲酸盐、羟基膦酰乙酸(HPA)、2-膦酰基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)、1-羟基次乙基-1，1′-二膦酸(HEDP)及其盐。根据本文所描述的具体加工实施方式，该防阻塞剂至少包括HEDP。

根据另一种特征，该流体还可以包括润滑成分，该润滑成分选自：1)非离子官能化学物质，包括醇、硫醇、酯、酰胺、胺、氧化胺、或酰亚胺及其衍生物，2)阴离子官能化学物质，包括磷酸盐、膦酸盐、硫酸盐、磺酸盐或羧酸盐及其衍生物，3)阳离子官能化学物质，例如季胺或胺盐和其衍生物，和4)两性官能化学物质，包括丙酸盐、甜菜碱、甘氨酸或磺基甜菜碱和其衍生物。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.机械加工工件的方法： 其特征在于：在固定磨料构件和工件之间应用流体，所述工件主要由玻璃、玻璃-陶瓷形成其中(i)所述流体基本由防阻塞剂、润滑成分和载体溶剂组成，或(ii)如果在流体pH超过溶解在水中的防阻塞剂pH的情况下，所述流体基本由防阻塞剂、润滑成分、碱和载体溶剂组成，所述防阻塞剂包括含磷的有机化学物质；以及使所述固定磨料构件和所述工件相对于彼此移动，以便从所述工件上去除材料。

2.根据权利要求1所述的机械加工玻璃工件的方法，其特征在于：在固定磨料构件和玻璃工件之间应用流体，其中(i)所述流体基本由防阻塞剂、润滑成分和载体溶剂组成，或(ii)如果在流体pH超过溶解在水中的防阻塞剂pH的情况下，所述流体基本由防阻塞剂、润滑成分、碱和载体溶剂组成，所述防阻塞剂包含具有膦酸酯官能团的有机化学物质；以及使所述固定磨料构件和所述玻璃工件相对于彼此移动，以便从所述工件上去除材料。

3.根据权利要求1所述的机械加工玻璃工件的方法，其特征在于：在固定磨料构件和玻璃工件之间应用非磨料研磨流体，其中(i)所述研磨流体基本由防阻塞剂、载体溶剂和润滑成分组成，或(ii)如果在流体pH超过溶解在水中的防阻塞剂pH的情况下，所述流体基本由防阻塞剂、润滑成分、碱和载体溶剂组成，所述防阻塞剂包含具有膦酸酯官能团的有机化学物质，以及所述润滑成分选自1)非离子官能化学物质，2)阴离子官能化物质，3)阳离子官能化学物质和4)两性官能化学物质；以及使所述固定磨料构件和所述玻璃工件相对于彼此移动，以便从所述工件上去除材料。