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什么是新型复合表面抛光技术

来源: 保玉抛光 时间:2021-01-11 次浏览

信息摘要:随着科学技术的不断进步,出现了许多新的材料品种,对抛光表面的精密度要求也越来越高,为了提高抛光效率和抛光效果,还将不同的抛光技术结合起来,于是,出现了多种新型的复..

    随着科学技术的不断进步,出现了许多新的材料品种,对抛光表面的精密度要求也越来越高,为了提高抛光效率和抛光效果,还将不同的抛光技术结合起来,于是,出现了多种新型的复合抛光技术,如CMP技术、电解-机械抛光技术、超声波-电解抛光技术、磁力-电解抛光技术等。为适应现代工业对抛光技术进展的需要,现对各种抛光方法的原理、特点以及应用和进展进行如下叙述。

    抛光技术

    一、化学-机械抛光(CMP)

    1.工艺的基本原理及特点将待抛光工件在一定的压力下及有抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)存在的情况下,相对于一个抛光垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用,完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。

    CMP技术是综合化学和机械两方面的特性,实现材料表面高平坦的一种工艺技术。其工艺过程如下:将待抛晶片正面朝下固定在抛光盘上,然后以一定的压力将其压到抛光垫上,晶片和抛光垫接触好后,以一定的流量添加抛光液,抛光液中添加有化学试剂、研磨料及多种附加剂。

    在CMP过程中,首先,被抛光表面材料与抛光液中的化学试剂发生化学作用,形成易

    去除的薄膜反应层;再通过抛光垫与晶片之间的研磨料的机械研磨作用,使薄膜反应层从晶片上被剥离下来;最后,剥离下来的产物被流动的抛光液带走,露出新的表面。新的表面再反应,再磨除,周而复始,最后达到全局平坦化。

    2.CMP技术的运用CMP技术的应用已从半导体工业中的层间介质,绝缘体,导体,镶嵌金属W、Al、Cu、Au,多晶硅,硅氧化物沟道等的平面化,拓展到薄膜存贮磁盘,微电子机械系统,陶瓷,磁头,机械磨具,精密阀门,光学玻璃,金属材料等表面加工领域。

    二、电解-机械抛光技术

    1.电解-机械抛光技术原理电解-机械加工过程中,首先由于电解作用,使工件表面发生阳极溶解而形成氧化膜,再通过合适的机械运动将这些氧化膜破碎刮除,以达到去金属的目的。由于工件原始表面的微观不平,使得高点处的氧化膜首先被刮除。高点处所露出的新的金属表面继续受到电解溶解)成膜)机械刮除作用,使得该部位的材料被不断地去除,而表面的微观低点或凹陷部位由于氧化膜不被刮除而只能以较低速度去除。这一过程的连续进行,可以使得工件表面得以迅速整平。

    2.电解-机械复合抛光技术的应用电解-机械复合抛光技术加工范围广,只要有合适的电解工作液就可以加工几乎任何高硬度或高韧性的金属材料;生产效率高,用于模具抛光,其效率相对机械研磨抛光提高3~9倍;表面质量优良,可以稳定地获得Ra<0.1μm的镜面;机械工具磨损量小,控制条件好,成本低等特点。

    3.磁力-电解抛光磁力-电解抛光是指在电解抛光时电极间引入外加磁场,电离离子在洛仑兹力和电场力的共同作用下而实现的一种复合光整加工新技术。在抛光过程中,电场的作用为电极接通电源以后,电解液在电场的作用下发生电离并定向移动而构成导电通路,使阳极不断失去电子,而正离子不断溶解析出。磁场的作用为电离离子在洛仑兹力的作用下,改变运动轨迹,增加扩散能力,提高溶液电导率,改变电解反应。

    三、超声波-电解抛光技术

    1.超声波-电解抛光技术原理

    超声波-电解抛光技术可解决电火花加工后在模具型腔面留下的一些缺陷,提高模具型腔面质量和降低表面粗糙度,以及提高生产率,减少工具损耗。采用超声波-电解抛光技术抛光模具型腔面,可收到良好的效果,达到所需要的光洁型面。超声波-电解抛光是由电解作用与超声波振动作用相结合的一种复合加工方法。其中,金属电解加工阳极溶解为主,超声波振动抛光为辅,并伴随着微量火花放电作用。

    超声波-电解抛光加工工作时,超声波中的超声频引起机械振动,并伴随着以抛光工具作阴极、工件作阳极,工件与抛光工具之间有滚动的电解液(磨料混入电解液内)的电解作用。工件表面金属在电解作用下产生阳极溶解,在阳极溶解过程中,阳极表面会被氧化成一层极薄的氧化物(即阳极薄膜),阻碍电流通过,影响着电解继续进行。但是,刚刚形成的阳极薄膜被具有超频振动中的磨料迅速去除,于是阳极工件又露出新的金属表面,从而继续被电解溶解。这样,电解作用和磨料的细微去除阳极薄膜的作用交替进行以达到加工目的。

    抛光技术

    但在超声波电解抛光加工中,工件金属主要靠电解腐蚀作用去除,而电解液中的磨料仅起到微细切削阳极薄膜的作用。超声波-电解抛光加工模具型腔面时,下凹部分的阳极薄膜,磨料微细切削不到,仍被留在工件表面上,另一方面,由于凹处距阴极较凸出处远,也增大了电阻,降低了该处的电流密度,所以,金属表面溶解量小,溶解速度慢。而凸起处的阳极薄膜被微细磨料去除,且该凸出处的金属电流密度大,溶解快。正由于凸、凹处金属溶解速度的不同,所以有利于达到整个金属表面平整与光滑,从而获得高质量的模具型腔面。

    2.超声波-电解抛光的运用

    超声波-电解抛光加工技术具有可加工高硬度、高强度、高韧性等难加工金属材料,适应性好,模具型腔面无残余应力和毛刺,表面光洁,工具磨损较低,并可解决电解加工中阳极钝化现象而有利于提高生产率等特点。

    加工硬质合金时,生产率可达400~800mm3/min,加工表面粗糙度为Ra=1.6μm,精度为0.06mm。综上所述,采用超声波-电解抛光模具型腔面,是目前模具制造业中一种可行的、很有发展前景的光整加工方法。

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