CN1392823A - 镜面抛光加工用超级抛光轮 - Google Patents

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Abstract

镜面抛光加工用超级抛光轮(100，200)，包括一个圆形基盘(120，220)，和大量超级抛光层(110，210)。该圆形基盘的端面为(121，221)，各个超级抛光层的外侧面为(111)，各个超级抛光层沿圆形基盘(120，220)的圆周方向以一定间隔排列，并且固定在基盘(120，220)的端面(121，221)上。各个超级抛光层(110，210)均为平板形，其排列方式使得圆形侧面(111)实际上与超级抛光轮的(100，200)的旋转轴平行。由各个平板形状的超级抛光层(110，210)的厚度确定的(113)面固定在基盘(120，220)的一个端面(121，221)上。在超级抛光层(110，210)内有用玻璃态粘接剂粘接固定的超细研磨颗粒。在另外的镜面抛光用的超级抛光轮(300，400)上，各个超级抛光层(310，410)的形状是平板以一定角度弯曲而成的，其排列方式使得(圆形侧面)(311)实际上与超级抛光轮(300，400)的旋转轴平行。

Description

镜面抛光加工用超级抛光轮
技术领域
本发明从广义上讲涉及到超级抛光轮，确切地讲，本发明涉及到硬脆材料如硅、玻璃、陶瓷、铁、岩石晶体、超硬合金等的镜面抛光加工用超级抛光轮。
背景技术
近来，随着最新迅速的技术革新，如半导体装置高集成化，陶瓷、玻璃、铁等材料的超高精度加工等，材料的高精度镜面抛光已经是必需的了。这样的镜面抛光一般是通过研磨完成的。更确切地说，自由的研磨颗粒混合到研磨液中，将该混合溶液加入到抛光盘和工件之间，对抛光盘和抛光工件施加压力，自由颗粒与抛光盘和抛光工件互相摩擦，通过自由研磨颗粒的滚动运动和刮擦运动可以抛光工件，从而在工件上得到高精度镜面抛光表面。然而，在这种抛光过程中，消耗大量自由研磨颗粒，导致形成大量混合物如淤积物、用过的自由的研磨颗粒、切削工件和抛光液引起的碎片，不可避免地导致工作环境变坏和污染。
因此，对镜面抛光用的、固定的、超细小研磨颗粒进行了积极地研究/开发，作为对上面提到的抛光用自由研磨颗粒的一种替代方法。对于采用固定的、超细小研磨颗粒的镜面抛光，众所周知的是采用树脂粘接固定的超级抛光轮，该轮中超级抛光轮将平均颗粒尺寸为几个微米的超细颗粒弹性地粘接固定在树脂轮上；另一种是电镀抛光，该方法通过电解溶解一种粘接材料来电镀另一种用金属粘接固定的超级抛光轮，采用金属粘接固定的超级抛光轮抛光材料。
然而，上述采用树脂粘接固定超级抛光轮的加工方法，由于应用的是非常细小的研磨颗粒，随着使用旋转抛光机的锐利度明显变差，旋转抛光机也明显磨损，导致工件加工表面发生变化，工件形状也发生变化，且加工精度下降，另外，旋转抛光机也必须频繁进行校正和更新。
上述采用金属粘接固定超级抛光轮的加工方法，金属粘接材料的硬度很高，必须使用比树脂粘接固定的超级抛光轮中更细小的研磨颗粒，才能得到实际上与用树脂粘接固定的超级抛光轮抛光得到的工件加工表面一样的镜面抛光状态，从而也导致旋转抛光机的锐利度进一步变差。
为了解决上述的锐利度问题，可以使用玻璃态的粘接剂作为粘接材料，同时可以减小超级抛光层的面积。例如，采用玻璃态粘接剂作为粘接材料，可以在超级抛光层上形成大量的凹槽，从而形成彼此有一定间隔的、对抛光起作用的超级抛光层。当使用具有这种超级抛光层的超级抛光轮时，不但传统的采用自由研磨颗粒的抛光可以变为采用固定超细研磨颗粒的抛光，而且采用玻璃态粘接剂的用于镜面抛光的超级抛光轮，具有极好的锐利度，另外，可以采用转动的金刚石修整器(在下文中称之为RD)校正和修整来延长该种抛光轮的使用寿命。这主要是因为玻璃态粘接剂孔隙所占体积百分比很高，该孔隙在加工过程中起到储存碎片的作用，使得碎片可以流畅地排出，从而提高加工效率，因此也可以对表面硬度很低的工件完成镜面抛光。
在上述的镜面抛光用玻璃态粘接剂的超级抛光轮上，大量超级抛光层沿圆形基盘圆周方向以一定间隔断续分布。然而，在镜面抛光过程中，超细研磨颗粒会破碎和脱落，这取决于超级抛光层的尺寸和形状。这些脱落的研磨颗粒会在超级抛光层和工件间引起切削，导致工件表面出现划痕。而且，为了消除这种划痕需要很长时间。
例如，日本的专利号为No.2976806的专利，提出一种抛光层间隔分布型旋转抛光轮结构。在该抛光层间隔分布的旋转抛光轮中，间隔分布的抛光层形成固定凹槽，因此大量间隔分布的抛光层分别构成间隔分布的固定凹槽。然而，当使用具有这种结构的旋转抛光轮抛光时，间隔分布的固定凹槽内被大量切削屑塞满，使得这些切削屑的可排出性能大大减弱。
日本的专利公开号为No.54-137789(1979)的专利提出一种用于表面抛光的抛光层间隔分布型旋转抛光轮结构。在公报上公开的该型抛光层间隔分布时，分布的旋转抛光轮中，超级抛光层是通过将超细研磨颗粒与粘接剂如金属粘接剂或树脂粘接剂烧结而成。当超级抛光层沿着圆形基盘圆周方向以一定间隔如公报中图4或图6所示分布时，由于采用的是金属或树脂粘接剂，虽然切削屑的可排出性能得到改善，但同时研磨阻力不可避免地增加了。因此，抛光过程中，锐利度下降，超级抛光层随时可能从基盘上脱离。随抛光量的增加，超级抛光层频繁脱离，导致划痕。结果，不可避免地缩短旋转抛光轮的使用寿命。
上述公报进一步提出一种用于表面抛光用的间隔型旋转抛光轮结构。该结构中，末端为圆柱形的超级抛光层沿着圆形基盘圆周方向如图1所示间隔分布。尽管这种圆柱型超级抛光层在抛光过程中很难从基盘上脱离，这种圆柱型超级抛光层的内部很容易切削屑塞满，这种切削屑的可排出性能明显减弱。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明旨在提供一种镜面抛光用超级抛光轮，该轮使用过程中，破碎和脱落的超细研磨颗粒的可排出性能得到提高，基本不引起划痕，可以进行有效的加工，同时因为超级抛光层基本不从基盘上脱落，能够防止因间隔分布抛光层脱离导致的划痕。
本发明的主要内容是镜面抛光用超级抛光轮，包括一个圆形基盘，该基盘有一个端面和大量超级抛光层，每个超级抛光层具有圆形端面，沿着圆形基盘圆周方向间隔排列，并且固定在基盘端面上。该镜面抛光用超级抛光轮具有以下特征：每个超级抛光层均为扁平盘形，这些超级抛光层的排列使得其圆形端面实际上与超级抛光轮的旋转轴平行。各个超级抛光层的扁平盘形的厚度定义了一个表面，也就是说平行于扁平盘厚度方向一个表面被固定在基盘端面上。该超细研磨颗粒通过超级抛光层内玻璃态粘接剂粘接固定。
在有上述特征结构的超级抛光轮上，由具有扁平形状的各个超级抛光层厚度定义的表面固定在基盘的端面上，从而使得超级抛光层之间有足够的间距，提高碎片和切削屑的可排出性能。
进一步地，每个超级抛光层的排列使得它们的园形端面实际上于超级抛光轮的旋转轴平行，这种排列方式中，尽管随抛光进行超级抛光层可能磨损，各个超级抛光层工作表面的位置相对于传入式抛光中的工件实际上保持不变，可以保持稳定加工模式。所以，各个超级抛光层的工作表面可以有规律地与工件中心部位接触，使得工件被加工后的表面为平面。
特别地，上述超级抛光轮中，超细研磨颗粒是用扁平形超级抛光层内的玻璃态粘接剂粘接固定的，在抛光过程中可以降低研磨阻力。因此，在抛光过程中超级抛光层基本上不产生脱离，使得工件表面不会因为超级抛光层的脱离而产生划痕。
而且，增加抛光量，研磨阻力仍能保持在低水平，因此，可以避免超级抛光层脱离引起的使用寿命降低。
由主要内容中所述镜面抛光用超级抛光轮可知，超级抛光层的工作表面实际上与超级抛光轮的旋转轴垂直，超级抛光层工作面积与超级抛光层外边缘连线和内边缘连线之间的圆环形面积之比至少为5％，且小于80％。
根据本发明，该超级抛光轮中，各超级抛光层为扁平形状，相对于在超级抛光轮端面上形成完整连续超级抛光层的连续型超级抛光轮，能够减少超级抛光层工作面的面积比，增加作用在各个超细研磨颗粒上的力。因此，可提高超级抛光轮的可抛光性能，同时可以消除超级抛光轮的自动。假设扁平形超级抛光层的半径宽度均相等，扁平形超级抛光层的工作面积等于连续型超级抛光层面积的5～80％为宜，更为适宜的比率是10～50％。因此，根据本发明加工的扁平形状超级抛光轮的超级抛光层的工作面的工作压力是具有连续类型超级抛光层的超级抛光轮的2～10倍，从而可以持续保持极好的锐利度工作状态。
根据本发明主要内容加工的镜面抛光用超级抛光轮，超级抛光层内的超细研磨颗粒平均尺寸在0.1μm～100μm之间为宜。超级抛光层内的超细研磨颗粒以树脂粘接剂固定的人造超细研磨颗粒为宜。用树脂粘接固定的人造超细研磨颗粒，比用金属粘接剂固定或用锯片固定的人造超细研磨颗粒抗压碎性能高，在用RD校正和修整时，在超细研磨颗粒前端上能够形成细小插入物，因此特别适宜使用树脂粘接固定的人造研磨颗粒。
可以使用GE超细抛光剂公司生产的RVM或RJK1(商标名称)、Tomei金刚石Kabushiki Kaisha生产的IRM(商标名称)或De Beers公司生产的CDA(商标名称)作为树脂粘接固定的人造金刚石超细研磨颗粒。可以使用GE超细抛光剂公司生产的BMP1(商标名称)、Tomei金刚石Kabushiki Kaisha生产的IRM(商标名称)或De Beers公司生产的CDA(商标名称)作为用于树脂粘接剂固定的人造金刚石超细研磨颗粒。
考虑到效率和铸造精度，最适宜采用RD进行校正和修整，也可以采用金刚石颗粒尺寸约为30#(颗粒直径：650μm)的、金刚石抛光剂颗粒前端高度不变化的金属粘接剂型旋转抛光轮或电解沉积型旋转抛光轮。
根据本发明的另一方面，镜面抛光用超级抛光轮，包括一个圆形基盘，该圆形基盘有一个端面，其上有大量的超级抛光层，各个超级抛光层端面均为圆形，沿着圆形基盘圆周方向相互之间以一定间隔排列，并且固定在基盘的端面上。该镜面抛光用超级抛光轮具有以下特征：超级抛光层都成以一定角度弯曲的盘形，它们的排列方式使得圆盘形端面实际上与超级抛光轮的旋转轴互相平行。超级抛光层圆形端面的厚度所确定的表面固定在基盘的端面上。
具有上述结构的超级抛光轮，超级抛光层圆盘形端面的厚度所确定的表面，即沿圆盘形厚度方向的表面固定在基盘的端面上，与上面主要内容中提到的超级抛光轮相似，超级抛光层之间能够有足够的间隙，因此可以提高切削屑和碎片的可排出性能。
另外，与上面主要内容中提到的超级抛光轮相似，各抛光层的排列方式使得圆形端面实际上与超级抛光轮的旋转轴平行，从而使得在传入式抛光的抛光过程中超级抛光层磨损后，各超级抛光层工作表面相对于工件的位置实际上保持不变，因此可以保持稳定的加工模式。因此，超级抛光层的工作表面可以有规律地与工件中心部位接触，使得工件被加工后的表面为平面。
特别指出，根据本发明另一方面加工的超级抛光轮，各超级抛光层都成以一定角度弯曲的盘形。以一定角度弯曲的盘形抛光层厚度所确定的表面固定在基盘的端面上，即固定在基盘端面上的超级抛光层的表面是以一定角度弯曲的形状，使得各超级抛光层抵抗抛光过程中超级抛光轮作用在超级抛光层垂直方向和旋转方向的力的能力增强，不易从基盘端面上脱离。因此，可以防止工件的表面因超级抛光层脱离而产生划痕。
根据本发明另一方面加工的镜面抛光用超级抛光轮，其超级抛光层内的超细研磨颗粒优先选用玻璃态粘接剂粘接。这种玻璃态粘接剂可以减少抛光过程中的研磨阻力，从而使得超级抛光层更加不易从基盘端面。所以，可以更有效地防止工件表面因超级抛光层脱而产生划痕。另外，玻璃态粘接剂作有助于消除超级抛光轮的自动，从而有助于保持极好锐利度。
根据本发明另一方面加工的镜面抛光用超级抛光轮，其超细的超细研磨颗粒优先选用树脂粘接剂粘接。这种树脂粘接剂与上述玻璃态粘接剂一样有助于消除超级抛光轮的自动，从而有助于保持极好锐利度。另外，树脂粘接剂可以做弹性运动，可以有效减小抛光过程中在表面上形成的划痕的尺寸，因此可以减小工件的表面粗糙度。
根据本发明另一方面加工的镜面抛光用超级抛光轮，各个超级抛光层的排列方式使得其以一定角度弯曲部位位于超级抛光轮内圆周边上。根据该结构，与一定角度弯曲部位相对的敞开部位和关闭部位位于超级抛光轮外圆周边上。抛光过程中产生的切削屑和碎片可以随时从敞开部位中排出。这样可以提高切削屑的可排出性能。
各个超级抛光层适宜选用弯曲成V字形的平板。当平板超级抛光层弯曲成V字形，超级抛光层抵抗抛光过程中超级抛光轮作用在超级抛光层垂直方向和旋转方向的力的能力增强，不易从基盘端面上脱离。因此，可以防止工件的表面因超级抛光层脱离而产生划痕。
当平板超级抛光层弯曲成V字形时，V字形顶角的角度适宜取值范围为30°～150°。为了在抛光过程中有效地排出切削屑和碎片，V字形顶角最小为30°，另外，V字形顶角最大为150°，可以使抛光液体有效地添加到工件的抛光表面，同时在抛光过程中抗力的作用下超级抛光层也几乎不能从基盘的端面脱落。为提高这种效果，V字形顶角的角度最适宜的取值范围为45°～90°。
至于平板弯曲成V字形的各个超级抛光层的尺寸，V字形平板的单边长度、V字形平板的厚度和V字形平板的高度即沿超级抛光轮旋转轴方向的长度适宜取值范围分别为2～20mm、0.5～5mm和3～10mm。V字形平板的单边长度、V字形平板的厚度和V字形平板的高度最适宜的取值范围分别为3～15mm、1～3mm和3～10mm。另外，当弯曲成V字形的平板超级抛光层适宜于沿圆形基盘的圆周方向固定在基盘的端面上，相互之间间隔为0.5～20，最适宜的间隔取值范围为1～10mm。超级抛光层之间的间隔最好根据抛光条件和工件类型正确确定。
根据本发明另一方面加工的镜面抛光用超级抛光轮，各超级抛光层适宜的形状是将平板弯成曲面形状。换言之，超级抛光层为平板以一定的曲率半径弯曲成形。当各个超级抛光层的形状为平板弯曲成的曲面时，与平板弯曲成V字形的情况相似，可以有效地添加抛光液体，因此切削屑和碎片可以有效地排出，同时在抛光过程中阻力作用下超级抛光层也几乎不从基盘的端面脱离。因此可以防止抛光过程中由超级抛光层的脱离而产生的划痕。在将平板弯曲成成曲面形状时可以采用将圆柱形平分而成的半圆柱形、U字形、C字形等等。
根据本发明另一方面加工的镜面抛光用超级抛光轮，实际上以超级抛光层的工作面与超级抛光轮的旋转轴垂直为宜，超级抛光层工作面积与超级抛光层外边缘连线和内边缘连线之间的圆环形面积之比为5～80％为宜。
各超级抛光层的形状为平板形，因此可以控制减小超级抛光层工作面的面积比值，作用在各超细研磨颗粒上的力比作用在超级抛光轮端面上形成一整个超级抛光层的连续型超级抛光层内的超细研磨颗粒上的力增加，提高可抛光性能，消除超级抛光轮的自动。假设超级抛光层的直径长度都相同，大多数超级抛光层的工作面面积设定为连续型超级抛光层的5～80％为宜，最好是将该值设定在10～50％内为宜。这样，根据本发明加工的超级抛光轮，作用在各超级抛光层的工作面的工作压力是具有连续类型超级抛光层的2～10倍，从而可以持续保持极好的锐利度工作状态。
根据本发明另一方面加工的镜面抛光用超级抛光轮，超级抛光层内的超细研磨颗粒平均颗粒尺寸处于0.1μm～100μm之间为宜。根据本发明的另一方面，超级抛光轮采用玻璃态粘接剂或树脂粘接剂时，适宜选用的超细研磨颗粒为用于树脂粘接剂的人造超细研磨颗粒。用于树脂粘接剂的人造超细研磨颗粒，与用于金属粘接剂或锯片的人造超细研磨颗粒相比具有更高的抗压碎性能，在用RD校正和修整时，在超细研磨颗粒前端上能够形成细小插入物，因此特别适宜使用用树脂粘接剂固定的人造研磨颗粒。
可以使用GE超细抛光剂公司生产的RVM或RJK1(商标名称)、Tomei金刚石Kabushiki Kaisha生产的IRM(商标名称)或De Beers公司生产的CDA(商标名称)作为树脂粘接固定的人造金刚石超细研磨颗粒。可以使用GE超细抛光剂公司生产的BMP1(商标名称)、Tomei金刚石Kabushiki Kaisha生产的IRM(商标名称)或De Beers公司生产的CDA(商标名称)作为用于树脂粘接剂固定的人造金刚石超细研磨颗粒。
考虑到效率和铸造精度，最适宜采用RD进行校正和修整，也可以采用金刚石颗粒尺寸约为30#(颗粒直径：650μm)的、金刚石抛光剂颗粒前端高度不变化的金属粘接剂型旋转抛光轮或电解沉积型旋转抛光轮。
当采用本发明的超级抛光轮进行镜面抛光抛光时，如上所述，可以有效地防止抛光过程中超细研磨颗粒被压碎或脱落，有效防止切削屑和碎片被滞留在超级抛光层和工件中间，也可以防止在工件表面引起划痕。因此，可以提高超细研磨颗粒和切削屑的可排出性能，同时抛光过程中超级抛光层几乎不会从基盘端面上脱离，因此也可以避免超级抛光层的脱离引起的划痕。
附图说明
图1为本发明第一个超级抛光轮实施例平面图；
图2为沿图1中II-II线截取的超级抛光轮截面图；
图3为本发明第二个超级抛光轮实施例的平面图；
图4为本发明第三个超级抛光轮实施例的平面图；
图5为图4所示超级抛光轮的侧视图；
图6为沿图4中VI-VI线截取的超级抛光轮截面图；
图7为图4所示超级抛光轮的超级抛光层的局部透视图；
图8为本发明第四个超级抛光轮实施例的平面图；
图9为图8所示超级抛光轮的侧视图；
图10为传入式抛光过程透视略图；
图11为根据本发明例3抛光实验结果得到的工作次数-工件PV值(工件被加工表面不规则凸凹的最大宽度值，即凸峰和凹谷之间最大距离)和工作次数-工件表面粗糙度Ra之间关系的示意图；
图12为根据本发明例3，5，6，7抛光实验结果之一得到的工作次数-工件表面粗糙度之间关系示意图；
图13为根据本发明例3，5，6，7抛光实验结果之一得到的工作次数-研磨阻力之间关系示意图；
图14为本发明例7中用于形成电沉积金刚石片采用的传导铸模平面图；
图15为本发明例7中用于形成电沉积金刚石片采用的传导铸模侧视图；
图16为本发明用于比较研究的例1中形成的超级抛光轮平面图；
图17为根据本发明例1抛光实验结果得到的工作次数-工件PV值及工作次数-工件表面粗糙度Ra之间关系的示意图；
图18为本发明用于比较研究的例4中，基盘端面上装配超级抛光层用孔的基盘局部截面图；
图19为本发明用于比较研究的例4中形成的超级抛光轮平面图。
具体实施方式
(第一个实施例)
如图1，2所示，根据本发明第一个实施例，超级抛光轮100由杯形基盘120构成，该基盘由铝合金或其它类似材料制成，扁平的超级抛光轮110沿基盘圆周方向以一定间隔固定在基盘120的一个端面121上。超级抛光层110的厚度决定的平面，即：沿厚度方向的平面113被固定在基盘120的端面121上一个圆周槽内，该槽有一定规定的宽度。各超级抛光层110被固定在基盘120的一个端面121上，因此超级抛光层110的外侧面111实际上与超级抛光轮110的旋转轴平行，超级抛光层110的长向与超级抛光轮100的半径方向相同。各个超级抛光层110工作表面为112，112面实际上与超级抛光轮110的旋转轴垂直。安装超级抛光轮100的旋转轴的孔为122，122孔位于基盘120的中心。
(第二个实施例)
如图3所示，根据本发明的第二个实施例，超级抛光轮200由形状为杯形的基盘220构成，基盘220的材料为铝合金或其它类似材料。大量平板状超级抛光层210沿圆周方向固定在基盘220的一个端面221上，相互之间保持一定间隔。第二个实施例的超级抛光轮200与图1和图2中的超级抛光轮100不同，其不同点在于各超级抛光层210是固定在基盘220的一个端面221上，因此超级抛光轮220的各超级抛光层210的长向相对于超级抛光轮200的半径方向之间夹角为α。
(第三个实施例)
由图4～图7所示，根据本发明的第三个实施例，超级抛光轮300由形状为杯形的基盘320构成，基盘320的材料为铝合金或其它类似材料。大量平板状超级抛光层310沿圆周方向固定在基盘320的一个端面321上，相互之间保持一定间隔。各超级抛光层310的平板形厚度确定的平面313固定在基盘320端面上的圆周槽内，该槽有一定规定的宽度。各超级抛光层310被固定在基盘320的一个端面321上，因此超级抛光层310的外侧面311实际上与超级抛光轮300的旋转轴平行，超级抛光层310的弯曲部分314位于超级抛光轮300的圆周内侧。在第三个实施例上，超级抛光层310，形状为平板以一定角度弯曲而成的V字形，以一定方式固定在基盘320的一个端面313上，使得V字形的顶角部分位于超级抛光轮300的圆周内侧。
(第四个实施例)
由图8～图9所示，根据本发明的第四个实施例，超级抛光轮400由形状为杯形的基盘420构成，基盘420的材料为铝合金或其它类似材料。大量平板状超级抛光层410，形状为平板以一定角度弯曲而成的，沿圆周方向固定在基盘420的一个端面421上，相互之间保持一定间隔。在第四个实施例上，超级抛光层410，形状为平板以一定角度弯曲而成的曲面形，即：超级抛光层为平板以一定的曲率半径弯曲成形。与图4～图7中所示超级抛光轮300不同。
在上述的第一个实施例(图1和图2中的超级抛光轮100)和第二个实施例(图3中的超级抛光轮200)上，采用的是玻璃态的粘接剂。在上述的第三个实施例(图4～图7中的超级抛光轮300)和第四个实施例(图8和图9中的超级抛光轮400)上，适宜采用的玻璃态粘接剂或树脂粘接剂，同时也可以使用金属粘接剂和电解沉积粘接剂。适宜采用陶瓷基玻璃作为玻璃态粘接剂，该粘接剂更适宜用在多孔材料中。适宜采用石碳酸基树脂作为树脂粘接剂，对于该中粘接剂，适宜增加一个漏斗。根据本发明加工的超级抛光轮的任何一个实施例上，超级抛光层适宜采用树脂基粘合剂粘接或用铜焊接固定在基盘的一个端面上。
(实例)
根据本发明实例加工了超级抛光轮，另外，还根据由于对比研究的实例加工了超级抛光轮，在传入式抛光系统中用各超级抛光轮进行镜面抛光对比实验。作为本镜面抛光实验的一个评估方法，对一个直径为100mm的铁饼状平圆形单晶硅工件进行切割深度(粗抛光和精抛光的总切割深度)为35μm的抛光实验，认为这种抛光加工是单一的加工。因此，单一抛光量为274.9mm3。为了评估抛光后工件的表面粗糙度Ra和PV值，即加工后工件表面不规则性的最大值(即凸峰和凹谷之间最大距离)，这种抛光一直持续进行。以下所有的表面粗糙度Ra和PV值都是进行5次抛光后得到的。
如图10所示，超级抛光轮1安装在旋转轴2上，沿着箭头R1方向旋转，工件3沿着箭头R2方向旋转，进行传入式抛光。根据图10，超级抛光层固定在超级抛光轮1的下表面上。超级抛光轮1的超级抛光层与工件3的被抛光表面相接触。这样，通过超级抛光轮1的超级抛光层有规律地通过工件3的中心部位32来进行抛光。这种抛光称为传入式抛光系统。
(实例1)
将玻璃态粘接剂和颗粒尺寸为3000#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：2～6μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后在1100℃的燃烧炉内进行烧制，从而制得平板形状的金刚石超级抛光层。该平板形状的抛光层一个截面长度为4mm，平板厚度为1mm，抛光层高度为5mm。表1是玻璃态粘接剂的组成成分。
表1(表中百分比为重量百分比)
二氧化硅SiO2  62％
三氧化二铝Al2O3  17％
氧化钾K2O  9％
氧化钙CaO  4％
三氧化二硼B2O3  2％
氧化钠Na2O  2％
三氧化二铁Fe2O3  0.5％
氧化镁MgO  0.3％
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以2.5mm的间隔粘接固定在圆周槽中，所以，金刚石抛光层的平板形截面的纵向与基盘的半径方向相同。这样就制备得到了如图1所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。表2是镜面抛光条件。
表2
抛光轮轮子尺寸 φ200-32T
工件 单晶硅
磨床 垂直旋转轴旋转台表面抛光床
抛光轮旋转频率 3230min-1
抛光轮轴向速度 33.8m/sec
粗抛光过程的总切割深度 30μm
粗抛光过程的切割速度 20μm/min
精抛光过程的总切割深度 5μm
精抛光过程的切割速度 5μm/min
清磨 30sec
工件旋转频率 100r.p.m
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.015μm，PV＝0.20μm，只有少量划痕。
(实例2)
将玻璃态粘接剂和颗粒尺寸为3000#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：2～6μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后在1100℃的燃烧炉内进行烧制，从而制得平板形状的金刚石超级抛光层。该平板形状的抛光层一个截面长度为4mm，平板厚度为1mm，抛光层高度为5mm。
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以2.5mm的间隔粘接固定在圆周槽中，使得金刚石抛光层的平板形截面的纵向与基盘的半径方向即超级抛光轮的半径方向之间夹角α＝20°。这样就制备得到了如图3所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.015μm，PV＝0.21μm，只有少量划痕。
(实例3)
将玻璃态粘接剂和颗粒尺寸为3000#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：2～6μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后在1100℃的燃烧炉内进行烧制，从而制得截面为V字形的平板形状金刚石超级抛光层。该V字形截面的一边长度为4mm，平板厚度为1mm，形成V字形截面的两边之间的夹角为90°，金刚石抛光层的高度为5mm。
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以1mm的间隔粘接固定在圆周槽中，使得V字形截面的顶角正对着基盘内圆周一侧的半径方向。这样就制备得到了如图4所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.015μm，PV＝0.21μm，只有少量划痕。
工件表面的PV值和表面粗糙度随抛光加工的次数而变化测量结果如图11所示。图12是抛光加工的次数和工件表面粗糙度之间关系示意图，图13是抛光加工的次数和研磨阻力之间关系示意图。从图11和12可以看出，工件的表面粗糙度和PV值保持在相对较低的水平，随着抛光加工次数的增加，也有小范围的变化。另外，从图13可以看出，研磨阻力变化不大，但是当抛光加工次数的增加时仍然保持在一个小的水平上。因此，当抛光加工的工作量增加时研磨阻力也可以保持在低的水平，因不但可以防止抛光过程中因超级抛光层的脱离而产生的划痕，还可以延长超级抛光轮的使用寿命。
(实例4)
将玻璃态粘接剂和颗粒尺寸为3000#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：2～6μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后在1100℃的燃烧炉内进行烧制，从而制得截面为半圆形(半圆柱形)的平板形状金刚石超级抛光层。该半圆形截面的半径为4mm，平板厚度为1mm，金刚石抛光层的高度为5mm。
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以1mm的间隔粘接固定在圆周槽中，使得金刚石抛光层半圆形截面的弯曲部分正对着基盘内圆周一侧的半径方向。这样就制备得到了如图8所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.018μm，PV＝0.2μm，只有少量划痕。
(实例5)
将树脂粘接剂和颗粒尺寸为2400#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：4～8μm)均匀地混合在一起。在温度为200℃时挤压这种混合物，从而制得截面为V字形的平板形状金刚石超级抛光层。该V字形截面的一边长度为4mm，平板厚度为1mm，形成V字形截面的两边之间的夹角为90°，金刚石抛光层的高度为5mm。树脂粘接剂主要是石炭酸树脂组成。
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以1mm的间隔粘接固定在圆周槽中，使得V字形截面的顶角正对着基盘内圆周一侧的半径方向。这样就制备得到了如图4所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
 将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.014μm，PV＝0.18μm，只有少量划痕。
工件表面的PV值和表面粗糙度随抛光加工的次数而变化测量结果如图11所示。图12是抛光加工的次数和工件表面粗糙度之间关系示意图，图13是抛光加工的次数和研磨阻力之间关系示意图。从图11和12可以看出，工件的表面粗糙度和PV值保持在相对较低的水平，随着抛光加工次数的增加，也有小范围的变化。另外，从图13可以看出，研磨阻力变化不大，但是当抛光加工次数的增加时仍然保持在一个小的水平上，研磨阻力与实例3中采用玻璃态粘接剂是超级抛光轮的研磨阻力相比相对较高。因此可以认为，根据实例5采用树脂粘接剂的超级抛光轮，其研磨阻力与实例3中采用玻璃态粘接剂的超级抛光轮高，与采用玻璃态粘接剂的超级抛光轮相似，也显示出自动，锐利度得到提高。
(实例6)
将金属粘接剂和颗粒尺寸为2400#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：4～8μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后通过热挤压进行烧结固化，从而制得截面为V字形的平板形状金刚石超级抛光层。该V字形截面的一边长度为4mm，平板厚度为1mm，形成V字形截面的两边之间的夹角为90°，金刚石抛光层的高度为5mm。金属粘接剂是采用铜-锡基合金制备而成。
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以1mm的间隔粘接固定在圆周槽中，使得V字形截面的顶角正对着基盘内圆周一侧的半径方向。这样就制备得到了如图4所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.021μm，PV＝0.24μm，只有少量划痕。
然而，与实例3中采用玻璃态粘接剂的超级抛光轮和实例5中采用树脂粘接剂的超级抛光轮相比，这种金刚石抛光轮的锐利度较差，而且在进行重复抛光加工时会进一步变差。在工件表面上产生许多的铁帽。测量了工件表面表面粗糙度和研磨阻力随抛光加工的次数的变化。图12是抛光加工的次数和工件表面粗糙度之间关系示意图，图13是抛光加工的次数和研磨阻力之间关系示意图。从图12和13可以看出，采用金属粘接剂的超级抛光轮不产生自动，但是当超细研磨颗粒磨损后，金属粘接剂的表面暴露在外，工件表面粗糙度下降，且研磨阻力增加，锐利度减小，在工件表面产生铁帽。
(实例7)
制备了许多图14和图15所示传导铸模4，然后通过在传导铸模4的V形坡41上进行电解沉积，形成电沉积金刚石片。传导铸模4的尺寸L1、L2、L3分别为6mm、5mm、4mm。在传导铸模4的上表面形成V字形凹陷。对铸模4进行硫化镍电镀铸造浴处理，使得颗粒尺寸为2400#(研磨颗粒直径：4～8μm)金刚石研磨颗粒固定在铸模的上表面，从而形成厚度为0.7mm的金刚石抛光层。然后，将金刚石抛光层从制备金刚石抛光层的铸模上分离下来，该抛光层为截面成V字形的平板形。V字形一边的长度为4mm，形成V字形截面的两边之间的夹角为90°，高度为5mm。
在外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上有宽度为4.5mm、深度为1mm的圆周槽。将用上述方法制备的大量金刚石抛光层用环氧树脂基粘接剂以1mm的间隔粘接固定在圆周槽中，使得V字形截面的顶角正对着基盘内圆周一侧的半径方向。这样就制备得到了如图4所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，金刚石抛光轮的锐利度极好，加工后工件表面状态良好，表面粗糙度Ra＝0.029μm，PV＝0.32μm，只有少量划痕。
然而，与实例3中采用玻璃态粘接剂的超级抛光轮和实例5中采用树脂粘接剂的超级抛光轮相比，这种金刚石抛光轮的锐利度持久性能较差，在进行重复抛光加工时会进一步变差。另外，随抛光工作量的增加，在工件表面上产生铁帽，导致大量划痕形成。测量了工件表面表面粗糙度和研磨阻力随抛光加工的次数的变化。图12是抛光加工的次数和工件表面粗糙度之间关系示意图，图13是抛光加工的次数和研磨阻力之间关系示意图。从图12和13可以看出，采用电解沉积粘接剂的超级抛光轮的超细研磨颗粒易于磨损，超级抛光轮不产生自动，研磨阻力随抛光工作次数的增加而增加，使得锐利度下降。
(对比研究实例1)
将玻璃态粘接剂和颗粒尺寸为3000#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：2～6μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后在1100℃的燃烧炉内进行烧制，从而制得外径为200mm、宽度为3mm的圆环形金刚石抛光层。在圆环形金刚石抛光层的工作表面加工出相互之间间距一定的、宽度为1mm的凹槽(有底的)，用凹槽将工作表面以一定间距从外圆周边向内圆周边划分开，同时保证凹槽之间确定的超级抛光层的圆周长度等于3mm。
用环氧树脂基粘接剂将圆环形金刚石粘接在外径外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘的一个端面上。这样就制备得到了如图16所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
如图16所示，圆环形超级抛光层510固定在基盘520的一个端面521上，该基盘上有宽度为1mm的凹槽。在基盘520的中心部位是安装超级抛光轮500的旋转轴的中心孔522。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，尽管这种金刚石抛光轮的锐利度很好，工件的表面粗糙度Ra＝0.031μm，PV＝0.34μm，在工件的中心部位引起共心的划痕。测量了工件表面粗糙度和PV值随抛光加工的次数增加的变化。测量结果如图17所示。从图17可以看出，工件表面粗糙度和PV值随抛光加工的次数增加而发生明显变化，因此与实例3中的超级抛光轮相比，工件表面粗糙度和PV值相对较大。
制造大量外径弧长为200mm、宽度为3mm、圆周长度为3mm弧形金刚石抛光层，用与圆环形抛光轮一样的间距排列这些金刚石抛光层，用与圆环形抛光轮一样的方式粘接在基盘的端面上，制备了类似于上述圆环形金刚石抛光轮的圆弧形金刚石抛光轮。当采用这种金刚石抛光轮对单晶硅工件进行镜面抛光时，也得到了类似于上述圆环形金刚石抛光轮的的结果。
(对比研究实例2)
将树脂粘接剂和颗粒尺寸为2400#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：4～8μm)均匀地混合在一起。在温度为200℃时挤压这种混合物，从而制得平板形状金刚石超级抛光层。与实例1一样，这些金刚石抛光层的形状为平板形，采用实例1中的方法，将这些金刚石抛光层用类似于实例5的树脂粘接剂粘接固定在基盘的一个端面上。这样，就制备得到了如图1所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，加工后工件表面状态极好，表面粗糙度Ra＝0.013μm，PV＝0.18μm，只有少量划痕，然而随抛光加工次数增加，工作载荷也增加，在第14次抛光时，超级抛光层从基盘上脱离了。这样就产生了划痕，而且超级抛光轮也不能继续使用了。
(对比研究实例3)
将金属粘接剂和颗粒尺寸为2400#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：4～8μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后通过热挤压进行烧结固化，从而制得平板形状金刚石超级抛光层。与实例1一样，这些金刚石抛光层的形状为平板形，采用实例1中的方法，将这些金刚石抛光层用类似于实例6的金属粘接剂和用环氧树脂基粘合剂粘接固定在基盘的一个端面上。这样，就制备得到了如图1所示镜面抛光用金刚石抛光轮。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，加工后工件表面状态极好，表面粗糙度Ra＝0.021μm，PV＝0.23μm，只有少量划痕，然而随抛光加工次数增加，工作载荷也增加，在第8次抛光时，超级抛光层从基盘上脱离了。这样就产生了划痕，而且超级抛光轮也不能继续使用了。
(对比研究实例4)
将玻璃态粘接剂和颗粒尺寸为3000#的金刚石研磨颗粒(研磨颗粒直径：2～6μm)均匀地混合在一起。在室温挤压这种混合物，而后在1100℃的燃烧炉内进行烧制，从而制得截面为V字形的平板形状金刚石超级抛光层。该V字形截面的一边长度为4mm，平板厚度为1mm，形成V字形截面的两边之间的夹角为90°，金刚石抛光层的高度为10mm。
采用外径为200mm、厚度为32mm铝合金基盘。如图18所示，在基盘620的一个端面621上加工出直径为6mm的孔623，所加工的孔的数量以安装合适数量的金刚石抛光层为宜。这些孔623的中心轴向金刚石抛光轮的外圆周一侧倾斜，倾斜角度为45°。
将这些截面为V字形的平板形状金刚石超级抛光层分别插入到基盘620的一个端面621上的、直径为6mm的孔623内。这样就制备得到了如图19所示镜面抛光用金刚石抛光轮。如图19所示，各个截面为V字形的平板形超级抛光层610被固定在基盘620的一个端面621上，外侧面向外圆周一侧与超级抛光轮620的旋转轴以45°角度倾斜。基盘620的中心部位加工出安装超级抛光轮600中心轴的中心孔622。
将制得的金刚石抛光轮安装在垂直轴旋转台表面抛光床上，用金刚石旋转修整器进行校正和修整，然后对单晶硅工件进行镜面抛光。镜面抛光条件与实例1中的条件相似。
结果，尽管这种金刚石抛光轮的锐利度极好，但是由于在抛光过程中施加在金刚石抛光轮上的压力，使得金刚石抛光轮局部碎裂。加工后工件表面粗糙度Ra＝0.018μm，PV＝0.36μm，在工件的表面可以观察到由于超级抛光层的碎裂而产生的划痕。
从上述各个实例和对比研究实例的结果，可以确认：与传统金刚石抛光轮或对比研究实例的金刚石抛光轮相比，本发明实例的镜面抛光用的金刚石抛光轮在工件上引起的划痕较少，而且可以得到高精度的表面粗糙度，另外切削屑和碎片的可排出性能极好。
应该将上面给出的实施例和实例认为是起说明和例证作用的，而不是限制性的。本发明的范围不是通过上面提到的实施例或例证来说明的，而是通过对专利的权利要求的范围来说明的。
本发明的超级抛光轮适宜用做硬脆材料如硅、玻璃、陶瓷、铁、岩石晶体、超硬合金等的镜面抛光加工。

Claims (12)

1.镜面抛光用超级抛光轮(100，200)，包括：
圆形基盘(120，220)，该圆形基盘具有端面(121，221)；
大量超级抛光层(110，210)，各个超级抛光层的外圆周侧面(111)，沿着所述的基盘(120，220)的圆周方向以一定间隔排列，并且固定在所述的基盘(120，220)的端面(121，221)上，其特征在于：
各个所述的超级抛光层(110，210)形状均为平板形，其排列方式使得所述的圆周端面(111)实际上与所述的超级抛光轮(100，200)的旋转轴互相平行；
由各个所述的平板形超级抛光层(110，210)的厚度确定的表面(113)被固定在所述的基盘(120，220)的端面(121，221)上；
采用玻璃态粘接剂将超细研磨颗粒粘接固定在所述的超级抛光层(110，210)内。
2.根据权利要求1所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的超级抛光层(110，210)，其工作面(112)实际上与所述的超级抛光轮(100，200)的旋转轴互相垂直，所述的各个超级抛光层(110，210)的工作面积与所述的各个超级抛光层内圆周边缘连线和外圆周边缘连线确定的圆环形面积的之比最小为5％，最大不超过80％。
3.根据权利要求1所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的超级抛光层(110，210)内包含有超细研磨颗粒，该超细研磨颗粒的平均颗粒尺寸最小为0.1μm，最大为100μm。
4.镜面抛光用超级抛光轮(300，400)包括：
圆形基盘(320，420)，该圆形基盘具有端面321，421)；
大量超级抛光层(310，410)，各个超级抛光层的外圆周侧面(311)，沿着所述的基盘(320，420)的圆周方向以一定间隔排列，并且固定在所述的基盘(320，420)的端面(321，421)上，其特征在于：
所述的各个超级抛光层(310，410)形状均为以一定角度弯曲的平板形，其排列方式使得所述的圆周端面(311)实际上与所述的超级抛光轮(300，400)的旋转轴互相平行；
由所述的各个平板形超级抛光层(310，410)的厚度确定的表面(313)被固定在所述的基盘(320，420)的端面(321，421)上。
5.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的超级抛光层(310，410)内包含有超细研磨颗粒，采用玻璃态粘接剂将超细研磨颗粒粘接固定在所述的超级抛光层(310，410)内。
6.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的超级抛光层(310，410)内包含有超细研磨颗粒，采用树脂粘接剂将超细研磨颗粒粘接固定在所述的超级抛光层(310，410)内。
7.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的各个超级抛光层(310，410)的排列方式使得有一定角度的部分(314)位于所述的超级抛光轮(300，400)的内圆周一侧。
8.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的各个超级抛光层(310，410)形状均为弯曲成V字形的平板形。
9.根据权利要求8所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的V字形顶角角度最小为30°，最大不超过150°。
10.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的各个超级抛光层(410)形状均为平板形，并弯曲形成曲面。
11.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的超级抛光层(310，410)，其工作面(312)实际上与所述的超级抛光轮(100，200)的旋转轴互相垂直，所述的各个超级抛光层(310，410)的工作面积与所述的各个超级抛光层内圆周边缘连线和外圆周边缘连线确定的圆环形面积的之比最小为5％，最大不超过80％。
12.根据权利要求4所述的镜面抛光用的超级抛光轮，其特征在于所述的各个超级抛光层(310，410)内包含有超细研磨颗粒，该超细研磨颗粒的平均颗粒尺寸最小为0.1μm，最大为100μm的超细研磨颗粒。
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