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超精密研磨與拋光技術

關鍵詞 超精密 , 研磨 , 拋光|2019-11-26 11:46:15|技術信息|來源 網絡
摘要 超精密研磨與拋光技術是超精密加工技術的一種。超精密加工技術指的是超過或達到本時代精度界限的高精度加工。超精密加工其實是個相對概念,而且隨著工藝技術水平的普遍提高,不同年代有著不同的...

超精密研磨拋光技術是超精密加工技術的一種。超精密加工技術指的是超過或達到本時代精度界限的高精度加工。超精密加工其實是個相對概念,而且隨著工藝技術水平的普遍提高,不同年代有著不同的劃分界限,但并嚴格統一的標準。從現在機械加工的工藝水平來看,通常把加工誤差小于0.01μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工稱為超精密加工。超精密加工技術起源于20世紀60年代初期——美國于1962年首先研制成功了超精密加工車床。這一技術是為了適應現代高科技發展需要而興起的,它綜合運用了新發展的機械研究成果及現代電子、計算機和測量等新技術,是一種現代化的機械加工工藝。超精密加工擁有廣闊的市場需求。例如,在國防工業中,陀螺儀的加工涉及多項超精密加工技術,因為導彈系統的陀螺儀質量直接影響其命中率——據有關數據,Ikg的陀螺轉子,其質量中心偏離其對稱軸0.0005μm就會引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差;在信息產業中,計算機上的芯片、磁盤和磁頭,錄像機的磁鼓、復印機的感光鼓、光盤和激光頭,激光打印機的多面體,噴墨打印機的噴墨頭等都要靠超精密加工才能達到產品性能要求:在民用產品中,現代小型、超小型的成像設備,如微型攝像機、針孔照相機等同樣依賴于超精密加工技術。


我們所說的超精密加工技術,除了超精密研磨和拋光技術外,還包括超精密磨削、超微細加工、光整加工和精整加工等。這幾種超精密加工方法能加工岀普通精密加工所無法達到的尺寸精度、形狀精度及表面粗糙度。


但是,超精密切削、超精密磨削等的實現在很大程度上依賴于加工設備、加工工具,同時還受加工原理及環境因素的影響和限制,所以,現在如果想從這些方面提高加工精度,那是十分困難的。而超精密研磨和拋光技術由于具有獨特加工原理,可以實現納米級甚至原子級的加工,已成為超精密加工技術中的一個重要部分。所以,超精密研磨與拋光技術如今備受關注。


研磨、拋光是歷史最悠久的傳統工藝。古代石器、玉器及古銅鏡等就是通過研磨、拋光制造出來的。自古至今,研磨拋光一直是精密的加工手段,但很多年來其發展是很緩慢的。直到上世紀五十年代,飛速發展的電子工業才為古老的研磨拋光技術帶來新的曙光。


超精密研磨和拋光技術,一般特指選用粒徑只有幾納米的研磨微粉作為研磨磨料,將其注入研具,用以去除微量的工件材料,以達到一定的幾何精度(一般誤差在0.1μm以下)及表面粗糙度(一般Ra≤0.01μm)的方法。


其技術目標主要有兩類,一是為追求降低表面粗糙度或提高尺寸精度為目標,二是為實現功能材料元件的功能為目標,要求解決與高精度相匹配的表面粗糙度和極小的變質層問題。另外,對于單晶材料的加工,同時還要求平面度、厚度和晶相的定向精度等。對于電子材料的加工,除了要求高形狀精度外,還必須達到物理或結晶學的無損傷理想鏡面。


隨著科學技術的發展,光學、機械、電子等學科交叉的各種系統被制造出來,為保證系統中關鍵元件的高質量和高性能,人們對加工精度的要求也越來越高。運用超精密研磨和拋光技術不僅可以獲得電子、光學、計算機元件的高性能,制造出大規模集成電路的硅片、水晶振子基片等晶體基片,滿足特殊材料極小的表面粗糙度、極高的平面度和超平滑的表面的要求,還可達到材料兩端面嚴格平行、表面無變質層等高性能,并且最終達到納米級或更高的加工精度和無損傷的表面加工質量。正是由于其獨特的長處,眾多材料的最終加工均采用超精密平面研磨拋光技術。


超精密平面研磨和拋光技術發展到現在,關于研磨方式,研磨原理,以及研磨設備等的研究,已經有重大突破,現在加工精度已經可以達到亞納米級甚至納米級精度,并且針對不同材料不同要求已經開發了很多創新的研磨和拋光方法以及設備工具。但是,不能把超精密研磨和拋光技術看成是一種孤立的加工方法和單純的工藝問題,在現代化加工中,應該從工程整體的角度來把握問題。要實現超精密平面研磨和拋光,不僅需要超精密的設備和工具,超穩定的環境條件,還需要有經驗的工人和熟練的加工技術,只有將各個領域的技術成就集結起來,才有可能實現我們預期的要求。


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