EP1308242B1 - Bearbeitung von inhomogenen Materialien - Google Patents

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EP1308242B1
EP1308242B1 EP02023996A EP02023996A EP1308242B1 EP 1308242 B1 EP1308242 B1 EP 1308242B1 EP 02023996 A EP02023996 A EP 02023996A EP 02023996 A EP02023996 A EP 02023996A EP 1308242 B1 EP1308242 B1 EP 1308242B1
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EP
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temperature
components
different
processing
thermal expansion
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EP02023996A
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Jörg Dipl.-Phys. Kegeler
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Schott AG
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Carl Zeiss AG
Schott Glaswerke AG
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/015—Temperature control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain

Definitions

  • the invention relates to a method for processing, in particular for Polishing the surface of at least two components Material.
  • a typical example of a two-component material represents the glass ceramic Zerodur®, which is a crystal phase with a negative Coefficient of thermal expansion and a glass phase with a positive Has coefficient of thermal expansion. Both phases also point different removal properties.
  • the Surface during the polishing process at a defined Machining temperature polished to a minimum polishing roughness.
  • the Polishing roughness results largely from the different Removal properties of the two components.
  • Application temperature of the material from the processing temperature deviates, it can be in addition to the polishing roughness due to the different coefficients of thermal expansion still lead to an increase the roughness due to different expansion of the two Components come, so the quality of the surface of the material is not more meets the requirements.
  • the task is solved with a processing method, in particular for polishing the surface of at least two components material with at least one polishing pad and one Suspension at a predefinable processing temperature at which the Components due to different coefficients of thermal expansion a different state of expansion and due to different Removal properties have different removal rates, the Processing temperature is chosen so that the different removal of the Components because of their different expansion each other is compensated for that the roughness of the surface of the machined Material at the application temperature is minimal.
  • the at least two components In the case of another material, it is also possible for the at least two components to have different coefficients of thermal expansion with the same removal properties.
  • the object is achieved with a method at a predeterminable processing temperature and a known application temperature, the processing temperature being selected to be the same as the application temperature.
  • the temperature of the polishing disc conveniently also measured the suspension.
  • the processing temperature which in an advantageous embodiment of the suspension and / or Polishing wheel can be adjusted, checked and if necessary be adjusted.
  • the figure shows schematically the surface 3 to be machined during processing at a processing temperature and after processing at the previously known application temperature.
  • the processing temperature became lower than the application temperature selected.
  • the glass phase 2 has one compared to the ceramic phase 1 greater removal and a positive coefficient of thermal expansion.
  • the Ceramic phase has a negative coefficient of thermal expansion.
  • the temperature rises to the final one Application temperature so that the glass phase 2 with a positive Thermal expansion coefficient corresponding to the expansion path 8 expands and the ceramic phase 1, which is a negative Has coefficient of thermal expansion, corresponding to the shrink path 6 contracts up to surface 7 of the ceramic phase.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zum Polieren der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials.
Ein typisches Beispiel für einen zwei Komponenten aufweisenden Werkstoff stellt die Glaskeramik Zerodur® dar, die eine Kristallphase mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine Glasphase mit einem positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Beide Phasen weisen zudem unterschiedliche Abtragseigenschaften auf.
Bei den bekannten Bearbeitungsverfahren treten während bzw. nach der Bearbeitung die nachfolgend beschriebenen Effekte auf. Zunächst wird die Oberfläche während des Poliervorgangs bei einer definierten Bearbeitungstemperatur bis zu einer minimalen Polierrauhigkeit poliert. Die Polierrauhigkeit resultiert maßgeblich aus den unterschiedlichen Abtragseigenschaften der beiden Komponenten. Da meistens die Anwendungstemperatur des Materials von der Bearbeitungstemperatur abweicht, kann es zusätzlich zu der Polierrauhigkeit aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten noch zu einer Vergrößerung der Rauhigkeit durch eine unterschiedliche Ausdehnung der beiden Komponenten kommen, so daß die Qualität der Oberfläche des Materials nicht mehr den geforderten Ansprüchen entspricht.
Kommt das Material beispielsweise für die Herstellung von Wafern zum Einsatz werden Oberflächenrauhigkeiten von < 2 Å gefordert. Dies ist bislang durch die bekannten Verfahren nicht zu erreichen.
Folglich ist es die Aufgabe der Erfindung, die Oberflächenqualität des mindestens zwei Komponenten aufweisenden Werkstoffs bei der Anwendungstemperatur zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Bearbeitung gelöst, insbesondere zum Polieren der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials mit mindestens einer Polierscheibe und einer Suspension bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur, bei der sich die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund unterschiedlicher Abtragseigenschaften unterschiedliche Abtragsraten aufweisen, wobei die Bearbeitungstemperatur so gewählt wird, daß der unterschiedliche Abtrag der Komponenten aufgrund deren unterschiedlicher Ausdehnung einander so kompensiert wird, daß die Rauhigkeit der Oberfläche des bearbeiteten Materials bei der Anwendungstemperatur minimal ist.
Hierbei wird ausgehend von einer bereits zum Fertigungsprozeß bekannten späteren Anwendungstemperatur in Abhängigkeit der jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der jeweiligen Abtragseigenschaften der Komponenten die Bearbeitungstemperatur oberhalb oder unterhalb der Anwendungstemperatur eingestellt, und zwar so, daß sich die Vertiefungen in der Oberfläche im Bereich der Komponente mit höherem Abtrag bei der Anwendungstemperatur entsprechend ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten ausdehnen und gleichzeitig Erhöhungen im Bereich der anderen Komponente mit niedrigerem Abtrag bei Anwendungstemperatur schrumpfen oder sich zumindest weniger stark ausdehnen. Durch diese Vorgehensweise gelingt es, bei Kenntnis der späteren Anwendungstemperatur unter Berücksichtigung der materialspezifischen Eigenschaften Abtragseigenschaften und Wärmeausdehnungskoeffizienten ein weitgehendes Einebnen der Materialoberfläche bei der Anwendungstemperatur zu, erzielen.
Bei einem anderen Werkstoff ist es auch möglich, daß die mindestens zwei Komponenten unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten bei jedoch gleichen Abtragseigenschaften aufweisen.
Hierbei wird die Aufgabe mit einem Verfahren bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur und einer bekannten Anwendungstemperatur gelöst, wobei die Bearbeitungstemperatur gleich der Anwendungstemperatur gewählt wird.
Während der Bearbeitung stellt sich bei gleichen Abtragsverhalten der Komponenten eine optimierte Oberflächenrauhigkeit ein, die bei einer anderen Anwendungstemperatur als der Bearbeitungstemperatur durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und die damit verbundenen unterschiedlichen Ausdehnungen der Komponenten zu einer Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit führt.
In einer besonderen Ausgestaltung wird die Temperatur der Polierscheibe, günstigerweise auch der Suspension, gemessen.
Mit Hilfe dieser Vorgehensweise kann die Bearbeitungstemperatur, welche in einer vorteilhaften Ausführungsform über die Suspension und/oder die Polierscheibe eingestellt werden kann, kontrolliert und gegebenenfalls angeglichen werden.
In der nachfolgenden einzigen Figur wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert.
Dabei zeigt die Figur schematisch die zu bearbeitende Oberfläche 3 während der Bearbeitung bei einer Bearbeitungstemperatur sowie nach der Bearbeitung bei der bereits vorher bekannten Anwendungstemperatur. In der vorliegenden Figur wurde die Bearbeitungstemperatur kleiner als die Anwendungstemperatur gewählt. Außerdem weist die Glasphase 2 gegenüber der Keramikphase 1 einen größeren Abtrag und einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die Keramikphase hat einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Während der Bearbeitung bilden sich im Bereich der Glasphase 2 Vertiefungen 4 aus, die aus einem größeren Abtrag während des Poliervorgangs resultieren. Gleichzeitig sind Erhöhungen 5 der Keramikphase 1 zu erkennen.
Nach der Bearbeitung steigt die Temperatur auf die endgültige Anwendungstemperatur an, so daß die Glasphase 2 mit einem positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten entsprechend dem Ausdehnungsweg 8 expandiert und sich die Keramikphase 1, die einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, entsprechend dem Schrumpfweg 6 bis zur Oberfläche 7 der Keramikphase zusammenzieht.
Der Verlauf der Oberfläche 7, 9 bei Anwendungstemperatur ergibt sich in der Figur aus der Oberfläche 7 der Keramikphase bei Anwendungstemperatur und der Oberfläche 9 der Glasphase bei Anwendungstemperatur.
Bezugszeichenliste
1
Keramikphase
2
Glasphase
3
Oberfläche bei Bearbeitungstemperatur
4
Vertiefung Glasphase bei Bearbeitungstemperatur
5
Erhöhung Keramikphase bei Bearbeitungstemperatur
6
Schrumpfweg Keramikphase nach Bearbeitungstemperatur bei Anwendungstemperatur
7
Oberfläche Keramikphase bei Anwendungstemperatur
8
Ausdehnungsweg Glasphase nach Bearbeitungstemperatur bei Anwendungstemperatur
9
Oberfläche Glasphase bei Anwendungstemperatur

Claims (6)

  1. Verfahren zum Polieren der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials, wobei jede Komponente in Verbindung mit der zu bearbeitenden Oberfläche steht, mit mindestens einer Polierscheibe und einer Suspension bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur, bei der die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund unterschiedlicher Abtragseigenschaften unterschiedliche Abtragsraten aufweisen, wobei die Bearbeitungstemperatur so gewählt wird, daß der Abtrag der Komponenten aufgrund deren unterschiedlicher Ausdehnung einander so kompensiert wird, daß die Rauhigkeit der Oberfläche des bearbeiteten Materials bei der Anwendungstemperatur minimal ist.
  2. Verfahren zum Polieren, der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials, wobei jede Komponente in Verbindung mit der zu bearbeitenden Oberfläche steht, mit mindestens einer Polierscheibe und einer Suspension bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur, bei der die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund identischer Abtragseigenschaften identische Abtragsraten aufweisen, und einer bekannten Anwendungstemperatur, wobei die Bearbeitungstemperatur gleich der Anwendungstemperatur gewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Temperatur der Polierscheibe kontrolliert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Temperatur der Suspension kontrolliert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Bearbeitungstemperatur über die Suspension eingestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Bearbeitungstemperatur über die Polierscheibe eingestellt wird.
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