ES2261166T3 - Procedimiento de pulido de por lo menos una superficie de una pieza a base de silicio. - Google Patents
Procedimiento de pulido de por lo menos una superficie de una pieza a base de silicio.Info
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Abstract
Procedimiento de pulido de por lo menos una superficie de una pieza a base de silicio que es bien de SiO2, bien de SiC, bien de vidrio, bien de vitrocerámica, bien de cuarzo, y que incluye: a) Un pulimento en el que se emplea por lo menos un elemento de pulimento y un abrasivo, para proporcionar a dicha superficie una primera rugosidad; b) Un pulido en el que se emplea por lo menos un elemento de pulido y un líquido que contiene un abrasivo de pulido, para proporcionar a dicha superficie una segunda rugosidad inferior a la primera rugosidad; caracterizado porque incluye: c) Un acabado mediante abrasión suave, empleando por lo menos un elemento de acabado, especialmente un fieltro, y un abrasivo suave, para retirar una capa superficial de un grosor suficiente para mejorar la resistencia al flujo de la pieza, siendo dicho grosor por lo menos igual a 1 µ.
Description
Procedimiento de pulido de por lo menos una
superficie de una pieza a base de silicio.
La Presente invención tiene por objeto un
procedimiento de pulido de por lo menos una superficie de una pieza
a base de silicio, y que es de SiO_{2}, SiC, vidrio, cuarzo o
vitrocerámica.
Se conocen ya procedimientos de pulido en los
que se emplea un pulimento que es un pre-pulido
realizado con la ayuda de por lo menos un elemento de pulimento, por
ejemplo una placa de fundición y un abrasivo, por ejemplo un
esmeril, para proporcionar a dicha superficie una primera rugosidad
denominada grosera, seguida de un pulido que emplea por lo menos un
elemento de pulido, por ejemplo un soporte de poliuretano o pez, y
un líquido que contiene un abrasivo, especialmente un óxido
abrasivo, por ejemplo un óxido de cerio o de circonio, para
proporcionar a dicha superficie una segunda rugosidad inferior a
dicha primera rugosidad.
Dichos procedimientos permiten obtener
superficies con un grado elevado de pulido cuya dicha segunda
rugosidad es inferior a 10 \ring{A} y es del orden
de algunos \ring{A}.
de algunos \ring{A}.
Sin embargo, la Solicitante ha comprobado que a
pesar de este estado de superficie de alta calidad, las piezas
realizadas según dichos procedimientos conocidos presentan una
resistencia al flujo que no es satisfactoria.
La resistencia al flujo representa la cantidad
de energía que puede recibir una superficie antes de sufrir una
rotura. Se puede medir especialmente con la ayuda de un láser
pulsado que emita impulsos de longitud de onda y duración dadas. Se
expresa entonces en J/cm^{2}. Se expresa en W/cm^{2} para
láseres continuos.
La presente invención reposa en la idea según la
cual la resistencia al flujo no satisfactoria de dicha pieza a base
de silicio pulida mediante los procedimientos conocidos se debe en
particular a la contaminación de la superficie por medio de los
residuos abrasivos exógenos (por ejemplo óxido de cerio o circonio),
que subsisten después del pulido. Además, las superficies obtenidas
mediante los procedimientos conocidos son asimismo susceptibles de
presentar micro-fracturas que reducen asimismo su
resistencia al flujo.
La invención tiene por objeto mejorar la
resistencia al flujo de la superficie de dichas piezas a base de
silicio y, a tal efecto, se caracteriza porque después del pulimento
y el pulido presenta un acabado mediante abrasión suave en el que se
emplea por lo menos un elemento de acabado, especialmente un
fieltro, y un abrasivo suave, constituido especialmente por sílice
coloidal, para retirar una capa superficial de suficiente grosor
para mejorar la resistencia al flujo de dicha pieza, siendo dicho
grosor por lo menos igual a 1 \mu.
En el transcurso de esta etapa, no se mejora
necesariamente la rugosidad, especialmente en piezas para las que se
busca específicamente una mejora del valor de la resistencia al
flujo, por ejemplo piezas de sílice para láseres de potencia. Sin
embargo se observa que el procedimiento de la invención permite, si
es necesario, obtener una rugosidad mejorada que puede ser del orden
de 1 \ring{A}.
Cuando la pieza es una pieza plana, se emplea el
procedimiento preferiblemente mediante pulido de doble cara de dos
caras planas paralelas y opuestas de dicha pieza plan, incluso si
sólo se requiere un estado de superficie de elevada calidad en una
única cara de la pieza.
La siguiente descripción permitirá entender
mejor la invención, explicándola con la ayuda de ejemplos de
aplicación proporcionados a título no limitativo.
El pulimento, el pulido y el acabado se realizan
en tres puestos sucesivos. Para un mecanizado plano de doble cara,
se podrán emplear por ejemplo máquinas de doble cara comercializadas
por la Sociedad STRASBAUGH, 825 Buchly Road, San Luis Obispo, CA
93401 (USA), o bien por la Sociedad PR HOFFMAN MACHINE PRODUCTS,
1517 Commerce Avenue, Carlish, PA 17013 (USA).
El pulimento de las piezas se realiza equipando
una máquina de doble cara con platos de fundición y utilizando un
esmeril como abrasivo. La velocidad de rotación de los platos
superior e inferior es del orden de 20 a 30 revoluciones por minuto.
La o las piezas son soportadas por un satélite animado por una
rotación y cuyo eje está descentrado con relación al eje de los
platos, con una velocidad de rotación del orden de 20 revoluciones
por minuto. Esta etapa permite retirar mediante abrasión una capa de
entre 200 \mu y
500 \mu.
500 \mu.
El pulido de las piezas se realiza equipando una
máquina de doble cara con platos de poliuretano, con una velocidad
de rotación del orden de 20 revoluciones por minuto y empleando un
óxido de cerio o circonio como abrasivo, habiéndose colocado dicho
óxido en suspensión acuosa. La o las piezas son soportadas por un
satélite animado por una rotación y cuyo eje está descentrado con
relación al eje de los platos, con una velocidad de rotación del
orden de 20 revoluciones por minuto. Este pulido permite retirar, al
cabo de una hora, una capa cuyo grosor es de entre 10 \mu y 50
\mu, y obtener superficies con una rugosidad del orden de algunos
\ring{A}. El pulido puede realizarse asimismo con pez.
De manera general, las condiciones de pulimento
y de pulido empleadas en la técnica anterior pueden convenir en el
marco del procedimiento de la invención.
El acabado de las piezas mediante abrasión suave
puede realizarse en una máquina de doble cara equipada con dos
elementos de acabado, por ejemplo de fieltro, que giren a
velocidades del orden de 20 a 30 revoluciones por minuto, siendo el
abrasivo una sílice coloidal que contiene partículas de sílice de
tamaño homogéneo. Dicho tamaño de las partículas está incluido
preferiblemente entre 0,03 \mu y 0,1 \mu. La presión de abrasión
aplicada a la superficie por los elementos de acabado puede
incluirse entre 10 y 100 g/cm^{2}. La o las piezas son soportadas
por un satélite animado por una rotación y cuyo eje está descentrado
con relación al eje de los platos, con una velocidad de rotación del
orden de 20 a 30 revoluciones por minuto. En el transcurso de dicho
acabado, se retira mediante abrasión entre 1 \mu y 3 \mu de
material o más, siendo el valor preferido del orden de 3 \mu.
En la medida en que se busca específicamente la
mejora de la resistencia al flujo (por ejemplo piezas de SiO_{2}
para láseres de potencia, especialmente en el marco del programa
MEGAJOULE de la Agencia para la Energía Atómica (AEA) y de la
"Nacional Ignition Facility" (NIF) del "Lawrence Livermore
Nacional Laboratory" (LLNL)), no es necesario mejorar la
rugosidad con relación al valor obtenido después del pulido (segunda
rugosidad del orden de algunos \ring{A}, por ejemplo de 3 a 5
\ring{A}).
El procedimiento de la invención ha permitido,
por lo tanto, conseguir superficies de SiO_{2} pulidas que tienen,
para impulsos suministrados por un láser YAG triplicado a 0,355
\mum con una duración de impulso de 4ns, una resistencia al flujo
por lo menos igual a 20 J/cm^{2}, comparable con valores incluidos
entre 13 y 15 J/cm^{2} con los procedimientos conocidos.
Otro experimento realizado con un láser de
excímero que suministra impulsos a 0,10 \mum con una duración de
impulso de 15 ns ha permitido conseguir, con una superficie
preparada según la invención, una resistencia al flujo por lo menos
igual a 13 J/cm^{2} en lugar de 4 J/cm^{2} con un procedimiento
conocido.
Sin embargo, el procedimiento permite,
especialmente si se elige una sílice de granulometría fina (por
ejemplo 0,03 \mu) conseguir superficies de muy escasa rugosidad
(por ejemplo del orden de 1 \ring{A}).
El procedimiento se presta asimismo a la
realización de piezas de gran tamaño, por ejemplo varios centenares
de mm, y especialmente a piezas circulares de varios centenares de
mm de diámetro.
Para piezas planas, es más ventajoso emplear el
procedimiento utilizando máquinas de pulido de doble cara, incluso
si el pulido se requiere únicamente para una cara, ya que se obtiene
el resultado de manera más rápida empleando esta técnica.
Además, el pulido permite conseguir dos
superficies opuestas que presentan un muy buen paralelismo, una muy
buena planeidad y una muy buena rugosidad, así como una resistencia
mejorada al flujo.
Claims (9)
1. Procedimiento de pulido de por lo menos
unasuperficie de una pieza a base de silicio que es bien de
SiO_{2}, bien de SiC, bien de vidrio, bien de vitrocerámica, bien
de cuarzo, y que incluye:
- a)
- Un pulimento en el que se emplea por lo menos un elemento de pulimento y un abrasivo, para proporcionar a dicha superficie una primera rugosidad;
- b)
- Un pulido en el que se emplea por lo menos un elemento de pulido y un líquido que contiene un abrasivo de pulido, para proporcionar a dicha superficie una segunda rugosidad inferior a la primera rugosidad;
caracterizado porque incluye:
- c)
- Un acabado mediante abrasión suave, empleando por lo menos un elemento de acabado, especialmente un fieltro, y un abrasivo suave, para retirar una capa superficial de un grosor suficiente para mejorar la resistencia al flujo de la pieza, siendo dicho grosor por lo menos igual a 1 \mu.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento de pulimento es un plato de
fundición, y porque el abrasivo es un esmeril.
3. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el elemento de
pulido es un plato de poliuretano o pez, y porque el abrasivo es un
óxido, especialmente de cerio o circo-
nio.
nio.
4. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el abrasivo
suave está formado por sílice coloidal.
5. Procedimiento, según la reivindicación 4,
caracterizado porque la sílice coloidal presenta partículas
de un tamaño incluido entre 0,03 \mu y 0,1 \mu.
6. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza a
base de silicio es un pieza plana y porque el pulimento, el pulido y
el acabado se realizan en dos caras planas paralelas y opuestas de
dicha pieza pla-
na.
na.
7. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
segunda rugosidad es inferior a 10 \ring{A}.
8. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acabado
se lleva a cabo de manera a proporcionar a dicha superficie una
tercera rugosidad inferior a dicha segunda rugosidad.
9. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en dicho
pulido se lleva a cabo la retirada de una capa de un grosor incluido
entre 10 \mu y 50 \mu.
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