CN112008501B - 一种提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，在经过机床磨削前，先将氮化铝陶瓷部件在碱性溶液中浸泡，在浸泡过程中，碱性溶液与氮化铝发生化学反应，即氮化铝在碱性溶液中发生腐蚀现象，该腐蚀方式为晶粒腐蚀，如图2所示。经过控制合适的碱性溶液浓度、浸泡时间和温度，进而通过增加超声波的超声过程，使得经过浸泡腐蚀后的氮化铝陶瓷在经过清洗后，经过限定磨削的条件，可以实现氮化铝陶瓷部件小于10μm的平面度，进而，本发明的方法，在经过一系列浸泡腐蚀和磨削的条件后达到不使用高精度抛光机的情况下，提高了经过磨削过程的氮化铝陶瓷部件的平面度，降低了生产加工成本。

Description

一种提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法
技术领域
本发明涉及氮化铝陶瓷处理技术领域，具体涉及一种提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法。
背景技术
氮化铝陶瓷因其具有优秀的热学、力学、电学和耐腐蚀性等性能，因此其引起了国内外学者的广泛关注，在众多领域得到了广泛的应用，如氮化铝陶瓷具有的高热导率、与硅相匹配的线性参数、优良的电气绝缘性被广泛应用在半导体制造设备中。在氮化铝陶瓷的各种应用中，为了实现氮化铝陶瓷的各种特性，需要将氮化铝陶瓷部件处理成平面度较高的结构。为了达到上述目的，在氮化铝大尺寸部件(如：大于300mm)的加工过程中，成型后的氮化铝部件首先要经过机床或者磨床的磨削过程，然后经过高精度抛光机的抛光才能实现。
从结构上看，氮化铝为六方晶系，且氮化铝陶瓷的平均晶粒尺寸在6μm左右，最大尺寸在15μm，同时，氮化铝陶瓷具有沿晶断裂的特性，由此而导致在磨削过程中氮化铝陶瓷晶粒的去除方式主要以拔除为主，在“拔除”过程中，由于整个晶粒被去除，将导致材料表面晶粒的位差大于10μm，从而影响材料表面的平面度，具体如图1所示。所以，氮化铝陶瓷为了实现高平面度(如小于10μm的精度)，就必须使用高精度抛光机进行抛光，但是，高精度抛光机的价格和使用材料昂贵，致使氮化铝陶瓷的生产成本大大上升，因此，如何在不使用或者减少使用高精度抛光机的情况下实现高平面度(如小于10μm)的氮化铝陶瓷，减少氮化铝陶瓷的生产加工成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其包括以下步骤：
(1)配置碱性溶液，且将氮化铝陶瓷部件放入所述碱性溶液中浸泡；
(2)将经过浸泡的氮化铝陶瓷部件进行清洗；
(3)将清洗后的氮化铝陶瓷部件的表面进行磨削。
进一步，步骤(1)中，所述碱性溶液为NaOH溶液和KOH溶液中的一种或者两种溶液的混合溶液，其浓度为5wt％-30wt％。
进一步，步骤(1)中，所述碱性溶液的温度为40-60℃；所述氮化铝陶瓷部件在所述碱性溶液中浸泡的时间为5-120min。
进一步，步骤(1)中，所述氮化铝陶瓷部件在碱性溶液中浸泡时，打开超声波，其中，超声波的功率为40-60W/inch2。
进一步，步骤(3)中，磨削过程通过机床实现，其中，采用600-800目的砂轮，以30-40m/s的线速度对表面进行磨削，进刀量控制在2-5μm；机床纵向进给速度20-30mm/s，横向进给速度1-3mm/s。
进一步，轮为金刚石砂轮。
进一步，骤(2)中使用去离子水对经过浸泡的氮化铝陶瓷部件进行清洗。
进一步，骤(2)中，清洗过程中打开超声波，其中，超声波的功率为40-60W/inch2。
进一步，包括步骤(4)，经过磨削后的氮化铝陶瓷部件进行超声波清洗，其中，超声波的功率为40-60W/inch2，清洗时间为5-10min。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，在经过机床磨削前，先将氮化铝陶瓷部件在碱性溶液中浸泡，在浸泡过程中，碱性溶液与氮化铝发生化学反应，即氮化铝在碱性溶液中发生腐蚀现象，该腐蚀方式为晶粒腐蚀，如图2所示。经过控制合适的碱性溶液浓度、浸泡时间和温度，进而通过增加超声波的超声过程，使得经过浸泡腐蚀后的氮化铝陶瓷在经过清洗后，经过限定磨削的条件，可以实现氮化铝陶瓷部件小于10μm的平面度，进而，本发明的方法，在经过一系列浸泡腐蚀和磨削的条件后达到不使用高精度抛光机的情况下，提高了经过磨削过程的氮化铝陶瓷部件的平面度，降低了生产加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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得到其他的附图。
图1是现有技术中氮化铝经过磨削拔除的示意图；
图2是氮化铝经过碱液腐蚀的过程示意图；
图3是实施例1中氮化铝陶瓷部件经过处理后的扫描电镜图；
图4是实施例2中氮化铝陶瓷部件经过处理后的扫描电镜图；
图5是实施例3中氮化铝陶瓷部件经过处理后的扫描电镜图；
图6是对比例1中氮化铝陶瓷部件经过处理后的扫描电镜图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。居于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其包括如下步骤：
(1)配置5wt％的NaOH溶液，将氮化铝陶瓷部件放入上述NaOH溶液中浸泡120min；其中，浸泡过程的温度为60℃，同时，打开超声波，控制超声波的功率为60W/inch2；
(2)将经过上述步骤浸泡的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，优选地，该清洗过程打开超声波，控制超声波的功率在60W/inch2，时间在10min；
(3)步骤(2)清洗后的氮化铝陶瓷部件干燥后，使用机床对其表面磨削；其中，机床使用的600目的金刚石砂轮，磨削的线速度为35m/s，进刀量控制在3μm，机床纵向进给速度25mm/s，横向进给速度1mm/s；
(4)经过磨削后的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，过程中，打开超声波，功率控制在50W/inch2，时间为5min即可。
实施例2
本实施例提供一种氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其包括如下步骤：
(1)配置15wt％的NaOH溶液和15wt％的KOH溶液，然后将二者进行混合形成混合液，将氮化铝陶瓷部件放入上述混合液中浸泡60min；其中，浸泡过程的温度为50℃，同时，打开超声波，控制超声波的功率为50W/inch2；
(2)将经过上述步骤浸泡的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，优选地，该清洗过程打开超声波，控制超声波的功率在50W/inch2，时间在15min；
(3)步骤(2)清洗后的氮化铝陶瓷部件干燥后，使用机床对其表面磨削；其中，机床使用的700目的金刚石砂轮，磨削的线速度为30m/s，进刀量控制在2μm，机床纵向进给速度30mm/s，横向进给速度3mm/s；
(4)经过磨削后的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，过程中，打开超声波，功率控制在60W/inch2，时间为8min即可。
实施例3
本实施例提供一种氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其包括如下步骤：
(1)配置30wt％的KOH溶液，将氮化铝陶瓷部件放入上述KOH溶液中浸泡5min；其中，浸泡过程的温度为40℃，同时，打开超声波，控制超声波的功率为40W/inch2；
(2)将经过上述步骤浸泡的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，优选地，该清洗过程打开超声波，控制超声波的功率在40W/inch2，时间在20min；
(3)步骤(2)清洗后的氮化铝陶瓷部件干燥后，使用机床对其表面磨削；其中，机床使用的800目的金刚石砂轮，磨削的线速度为40m/s，进刀量控制在5μm，机床纵向进给速度20mm/s，横向进给速度2mm/s；
(4)经过磨削后的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，过程中，打开超声波，功率控制在40W/inch2，时间为10min即可。
对比例1
(1)将氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，优选地，该清洗过程打开超声波，控制超声波的功率在40W/inch2，时间在10min；
(2)步骤(1)清洗后的氮化铝陶瓷部件干燥后，使用机床对其表面磨削；其中，机床使用的700目的金刚石砂轮，磨削的线速度为30m/s，进刀量控制在2μm，机床纵向进给速度25mm/s，横向进给速度2mm/s；
(3)经过磨削后的氮化铝陶瓷部件使用去离子水进行清洗，过程中，打开超声波，功率控制在50W/inch2，时间为10min即可。
需要说明的是，实施例1-3和对比例1中的氮化铝陶瓷部件为同一批生产。
试验例
对实施例1-3和对比例1处理完的氮化铝陶瓷部件进行电镜扫描，扫描的结果详见图3-图6，经过对比发现，经过本发明的方法处理的氮化铝逃避部件的表面尖锐程度和破损程度降低，同时，平面度都在10微米以下，小于对比例1中处理的氮化铝陶瓷部件的平面度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配置碱性溶液，且将氮化铝陶瓷部件放入所述碱性溶液中浸泡；所述碱性溶液为NaOH溶液和KOH溶液中的一种或者两种溶液的混合溶液，其浓度为5wt％-30wt％；所述碱性溶液的温度为40-60℃；所述氮化铝陶瓷部件在所述碱性溶液中浸泡的时间为5-120min；所述氮化铝陶瓷部件在碱性溶液中浸泡时，打开超声波，其中，超声波的功率为40-60W/inch2；
(2)将经过浸泡的氮化铝陶瓷部件进行清洗；
(3)将清洗后的氮化铝陶瓷部件的表面进行磨削；磨削过程通过机床实现，其中，采用600-800目的砂轮，以30-40m/s的线速度对表面进行磨削，进刀量控制在2-5μm；机床纵向进给速度20-30mm/s，横向进给速度1-3mm/s；所述砂轮为金刚石砂轮。
2.根据权利要求1所述的提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其特征在于，步骤(2)中使用去离子水对经过浸泡的氮化铝陶瓷部件进行清洗。
3.根据权利要求2所述的提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其特征在于，步骤(2)中，清洗过程中打开超声波，其中，超声波的功率为40-60W/inch2。
4.根据权利要求3所述的提高氮化铝陶瓷磨削表面平面度的方法，其特征在于，还包括步骤(4)，经过磨削后的氮化铝陶瓷部件进行超声波清洗，其中，超声波的功率为40-60W/inch2，清洗时间为5-10min。
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