硬脆材料磨削特點(diǎn)

1、匯報(bào)人：匯報(bào)人：小組成員：小組成員：指導(dǎo)老師：指導(dǎo)老師：硬脆材料的磨削特點(diǎn)硬脆材料的磨削特點(diǎn)制造工程研究院010203044.石材的磨削特點(diǎn)石材的磨削特點(diǎn)2工程陶瓷磨削特點(diǎn)工程陶瓷磨削特點(diǎn)3硅片磨削特點(diǎn)硅片磨削特點(diǎn)1前言前言目 錄 ContentsContents制造工程研究院制造工程研究院一、前言一、前言硬脆材料特點(diǎn)：硬度高，脆性大，斷裂韌性低，材料的彈性極限和強(qiáng)度非常接近，其往往是非金屬。硬度高的材料通常都具有很高的脆性，這是因?yàn)樵接驳牟牧显诹Φ淖饔孟略讲蝗菀装l(fā)生變形，施加過(guò)大的能量容易引起材料的斷裂。脆性：材料受到外力達(dá)到一定程度后突然破壞，破壞時(shí)無(wú)明顯的塑性變形的特征。 硬度：一種物質(zhì)

2、刻劃另一種物體的難易程度。在1822年莫爾提出了測(cè)量硬度的常見(jiàn)礦物表：10 鉆石 9 金 8 水晶 7 石英 6 正長(zhǎng)石 5 磷灰石 4 氟石 3 方解石 2 石膏石 1 滑石硬脆性材料的物理機(jī)械性能與金屬材料有較大的差異，加工時(shí)表面容易產(chǎn)生裂紋，表面破損等，因此展開(kāi)對(duì)它的加工技術(shù)的研究具有重要的意義。二.工程陶瓷的磨削點(diǎn)擊添加文本4兩個(gè)物理模型3工程陶瓷的磨削特點(diǎn)點(diǎn)擊添加文本1工程陶瓷概述6陶瓷磨削力特點(diǎn)2典型的類(lèi)型5工程陶瓷磨削材料去除方式7工程陶瓷ELID鏡面磨削8.藍(lán)寶石的性能及應(yīng)用制造工程研究院制造工程研究院2.1.工程陶瓷概述工程陶瓷概述工程陶瓷材料優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度、高硬度、低密度、低

3、膨脹系數(shù)、以及耐磨、隔熱等。1. 成型工藝（多為熱壓、燒結(jié)）和晶體結(jié)構(gòu)（離子鍵和共價(jià)鍵）決定了它具有高脆性、低斷裂韌性以及彈性極限與強(qiáng)度非常接近的特點(diǎn)2. 顯微組織具有不均勻性和復(fù)雜性，這是因?yàn)闊釅?、燒結(jié)過(guò)程中，各相的含量、分布不均勻，燒制成型后物理機(jī)械性能很難通過(guò)加工方法改變。制造工程研究院制造工程研究院2.2典型的工程陶瓷類(lèi)型典型的工程陶瓷類(lèi)型 1.氧化鋁（Al2O3）陶瓷 用量最大，用途最廣，價(jià)格低廉，硬度高（97HRA），高溫1200仍為80HRA，主要用來(lái)制作刀具，內(nèi)燃機(jī)火花塞，密封環(huán)等。 2.氧化鋯（ ZrO2）陶瓷 穩(wěn)定ZrO2陶瓷的質(zhì)量熱容和熱導(dǎo)率小，是理想的高溫隔熱材料，可以

4、用做高溫爐內(nèi)襯和各種熱涂層。 部分穩(wěn)定ZrO2陶瓷熱膨脹系數(shù)比較大，比較容易與金屬匹配，常在陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)中用于制作汽缸內(nèi)壁、活塞 3.氮化硅(Si2N3 ）陶瓷 有三個(gè)共有電子對(duì)Si-N鍵，有很高的彈性模量，高溫力學(xué)性能穩(wěn)定，摩擦系數(shù)低，可用做蝸輪轉(zhuǎn)子、汽缸體和活塞及閥門(mén)等零件。 4.鐵氧體材料 由鐵離子、陽(yáng)離子和其他金屬離子組成的復(fù)合氧化物，分為軟磁、硬磁、旋磁、矩磁、壓磁鐵氧體，硬度大、脆性大、氣孔多、導(dǎo)熱系數(shù)小，溫度驟變易炸裂，主要用于通信等行業(yè) 制造工程研究院制造工程研究院2.3工程陶瓷的磨削特點(diǎn)工程陶瓷的磨削特點(diǎn)2.砂輪磨耗量大，加工成本高4.磨削生產(chǎn)率低3.表面質(zhì)量不易控制1.磨削力

5、比很大、磨削比小工程陶瓷材料的硬度很高，表現(xiàn)出了優(yōu)良的耐磨性和抗力，其磨削法向力與切向力之比Fn/Ft很大，約為1040 。工程陶瓷是靠脆性龜裂破壞產(chǎn)生微細(xì)粉末狀切屑而去除的，粉末狀切屑很容易磨損磨具上的結(jié)合劑，導(dǎo)致磨粒脫落，從而造成超硬磨料磨具的磨耗嚴(yán)重 工程陶瓷對(duì)切削力和切削熱都十分敏感。在磨削過(guò)程中，磨粒切入工件產(chǎn)生的壓應(yīng)力和摩擦熱會(huì)使磨粒下方的材料產(chǎn)生局部塑性流動(dòng)，在已加工表面上形成變形層 由于工程陶瓷的韌性不足，而且磨削抗力很大，使得磨削加工層的厚度受到特定條件的約束，加之優(yōu)良的磨削性，造成了工程陶瓷材料的切削加工性很差，生產(chǎn)效率低。制造工程研究院制造工程研究院（1）壓痕斷裂力學(xué)模型

6、：通常認(rèn)為工程陶瓷等硬脆材料在機(jī)械加工和使用中產(chǎn)生的表面缺陷與壓痕有著極強(qiáng)的相似性。 中央/徑向裂紋通常會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度降低，橫向裂紋引起材料的去除。2.4磨削的兩個(gè)物理模型磨削的兩個(gè)物理模型（2）磨粒切削加工模型：從陶瓷加工中產(chǎn)生的磨屑形態(tài)看，材料主要以脆性斷裂的方式被去除，但脆性斷裂所消耗的能量不足實(shí)測(cè)總磨削能的1%，而工件已磨削表面存在大量磨粒耕犁留下的紋路，紋路兩側(cè)有明顯的塑性變形凸起和撕裂涂覆物。 該模型證實(shí)該模型證實(shí)：雖然陶瓷材料去除由脆性斷裂的實(shí)現(xiàn)，但磨削中能量主要消耗于耕犁中的塑性變形制造工程研究院制造工程研究院脆性斷裂去除塑性變形去除粉末化去除2.5工程陶瓷磨削材料去除方式工程

7、陶瓷磨削材料去除方式 當(dāng)磨削多晶結(jié)構(gòu)陶瓷時(shí)，材料去除主要以脆性斷裂方式完成。 在磨削過(guò)程中，單個(gè)超硬磨粒與陶瓷工件的接觸會(huì)產(chǎn)生一個(gè)含有分布狀晶界微裂紋的損傷區(qū)，此時(shí)材料的去除則是通過(guò)單個(gè)顆粒從這些晶界微破碎處的錯(cuò)位方式來(lái)完成。精密磨削過(guò)程中，當(dāng)磨削深度在亞微米級(jí)時(shí)，碎裂和破碎機(jī)理不會(huì)發(fā)生，此時(shí)主要可能發(fā)生材料粉末化現(xiàn)象。在一定的加工條件下，任何脆性材料能夠以塑性流動(dòng)的方式去除，壓痕斷裂力學(xué)模型預(yù)測(cè)了產(chǎn)生橫向裂紋的臨街載荷，在低于這一臨界載荷加工條件時(shí)，材料去除將以塑性變形去除為主。制造工程研究院制造工程研究院2.6 陶瓷磨削力特點(diǎn)1.陶瓷磨削的法向力與中碳鋼磨削法向力差不多韌性較好的Si2N3

8、 和ZrO2陶瓷的法向磨削力力與中碳鋼相差不大，但脆性大的陶瓷法向力低于中碳鋼，這是因?yàn)樘沾芍械脑剂鸭y較多，屬脆性斷裂控制磨削過(guò)程，消耗的磨削功少。2.陶瓷磨削力比Cf很大顯微塑性變形磨削比： 脆性斷裂磨削比：影響Al2O3陶瓷磨削力比最顯著的因素Vs影響ZrO2陶瓷磨削力比最顯著的因素aprsapaauCfgmgc/275. 01rsapuCf/275. 01制造工程研究院制造工程研究院2.6 陶瓷磨削力特點(diǎn)陶瓷磨削力特點(diǎn)3.陶瓷比磨削能es小 比磨削能es是指磨削加工過(guò)程中磨除工件上單位體積的金屬所消耗的能量， 表達(dá)式es =W/V W-磨除V體積的金屬所消耗的能量，單位是J V-被磨除

9、金屬的體積，單位mm3顯微塑性變形剪切能磨粒與磨屑摩擦功裂紋擴(kuò)展形成新的表面比磨削能組成比磨削能： 金屬材料陶瓷材料 Si2N3 Al2O3 制造工程研究院制造工程研究院2.7工程陶瓷工程陶瓷ELID鏡面磨削鏡面磨削在線電解修整(ELID)鏡面磨削技術(shù)可以保證金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪始終保持銳利狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生切削堵塞砂輪現(xiàn)象，從而可以采用微細(xì)、超細(xì)超硬磨料砂輪ELID鏡面磨削原理Fe元素被離子化后在堿性冷卻液中最終生成氧化鐵薄膜粘附砂輪表面，隨著磨削的進(jìn)行又逐漸剝落。應(yīng)控制磨粒脫落速度小于結(jié)合劑電解蝕速度以保證砂輪表面始終有相當(dāng)多的磨粒參與磨削。制造工程研究院制造工程研究院2.8藍(lán)寶石的性能及應(yīng)

10、用藍(lán)寶石的性能及應(yīng)用1.六方晶系簡(jiǎn)介純氧化鋁結(jié)晶透明無(wú)色Ti3+、Fe3+藍(lán)色藍(lán)寶石Cr3+紅寶石Ni3+黃色藍(lán)寶石。 根據(jù)六方晶系的對(duì)稱(chēng)特點(diǎn)，對(duì)六方晶系采用a1,a2,a3,c四個(gè)晶軸。2.藍(lán)寶石分子結(jié)構(gòu)3.藍(lán)寶石晶面C型切面的藍(lán)寶石基底襯底材料A型基底產(chǎn)生統(tǒng)一的電容率/介質(zhì)高溫超導(dǎo)材料R型基底生長(zhǎng)的不同沉積的硅料外延長(zhǎng)晶微電子集成電路。制造工程研究院制造工程研究院藍(lán)寶石的性能及應(yīng)用藍(lán)寶石的主要應(yīng)用領(lǐng)域1.窗口材料紅外技術(shù)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中很重要的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)手段, 而紅外窗口和整流罩是紅外技術(shù)的關(guān)鍵部件, 既要保證光電傳感器的光學(xué)性能, 以確保其紅外成像質(zhì)量; 又要保護(hù)紅外傳感器及其光電裝置不被外

11、界環(huán)境損傷紅外窗口和整流罩通常在惡劣環(huán)境中工作, 經(jīng)受熱沖擊、 風(fēng)沙和雨雪的撞擊, 海水腐蝕滿足基本要求： (1) 機(jī)械強(qiáng)度高 (2) 熱穩(wěn)定性好 (3) 化學(xué)穩(wěn)定性好(4) 高光學(xué)透射率 (5) 良好光學(xué)特性 (6) 能滿足大尺寸的窗口要求2. LED襯底襯底材料要求：與外延膜的結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性匹配磊晶：在半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中在原有晶片上長(zhǎng)出新結(jié)晶，以制成新半導(dǎo)體層的技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)1.穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程 2.機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。缺點(diǎn)1.晶格失配和熱應(yīng)力失配 2.硬度高，工藝復(fù)雜藍(lán)寶石外延層上表面制作的藍(lán)寶石外延層上表面制作的n n型和型和p p型電極型電極 三

12、.硅片的磨削2單晶硅片磨削特點(diǎn)4.超精密磨削硅片的材料去除機(jī)理3.單晶硅片磨削技術(shù)1單晶硅的材料特性5硅片表面的磨削紋理2單晶硅片磨削特點(diǎn)制造工程研究院制造工程研究院3.1單晶硅的材料特性單晶硅的晶體結(jié)構(gòu)金剛石IV型結(jié)構(gòu)，由同種元素的兩套面心立方體晶格套構(gòu)而成。單晶硅片是集成電路（IC）制造中最重要的襯底材料 主要晶向指數(shù)和晶面指數(shù)如下圖所示。單晶硅片最易劈開(kāi)面 從晶體結(jié)構(gòu)上看，單晶硅表現(xiàn)出各向異性，經(jīng)常裂開(kāi)的面稱(chēng)為最易裂開(kāi)面。 111晶面的原子排列最密集，面間距最大，鍵密度最小，有最小的破裂韌性，面間結(jié)合力最弱，受力最容易裂開(kāi)。 （100）面與（111）面在5474相交，從而沿5474方向裂

13、開(kāi)。 （111）面與另一個(gè)（111）面簇相交成7054，則易沿7054方向裂開(kāi)。目前，半導(dǎo)體工業(yè)最常用的單晶硅片為（111）晶面及（100）晶面。制造工程研究院制造工程研究院3.1單晶硅的材料特性硅的物理性質(zhì) 單晶硅片呈銀灰色，有明顯的金屬光澤，硬而脆，能導(dǎo)電，但其電導(dǎo)率不如金屬且隨溫度的升高而增加，是一種良好的半導(dǎo)材料，。 具有明顯的熱膨脹和熱傳導(dǎo)性質(zhì)。單晶硅的力學(xué)性能 單晶硅片在室溫下無(wú)延展性，但當(dāng)溫度高于700-800時(shí)，就具有明顯的塑性，其內(nèi)部存在的位錯(cuò)開(kāi)始移動(dòng)或攀移，在應(yīng)力作用下會(huì)呈現(xiàn)塑性變形。在950-1400溫度范圍內(nèi)，它的抗拉強(qiáng)度由約3.5108Pa下降到1108Pa。 制造工

14、程研究院制造工程研究院3.2單晶硅片磨削特點(diǎn)1、易產(chǎn)生表面/亞表面損傷 單晶硅片磨削過(guò)程中的材料主要以微裂紋擴(kuò)展和脆性斷裂的方式去除，并產(chǎn)生塑性變形和塑性流動(dòng)。采用金剛石砂輪磨削時(shí)，磨削表面易產(chǎn)生劃痕和微裂紋等缺陷和損傷，磨削亞表面存在微裂紋、位錯(cuò)、非晶層、多晶層和殘余應(yīng)力等損傷。2、磨削力比大、砂輪磨削比小 金剛石砂輪磨削單晶硅片時(shí)，磨削力比大，要求超精密磨削的砂輪主軸必須具有較高剛度。為了減小單晶硅片磨削亞表面損傷，大多采用硬度較軟的樹(shù)脂結(jié)合劑和陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪，因而砂輪磨削比小。3、磨削表面質(zhì)量不易保證 磨削單晶硅片能獲得較高的加工精度，但磨削表面會(huì)留下明顯的“磨紋”（Grindin

15、g Marks）。單晶硅片磨削表面的磨紋不僅影響硅片表面的納米形貌和粗糙度，而且會(huì)影響硅片的強(qiáng)度。4、磨削的單晶硅片易產(chǎn)生變形和碎裂 在磨削加工過(guò)程中單晶硅片亞表面會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，易引起大直徑薄硅片的翹曲或彎曲變形，尤其是引起背面減薄硅片的嚴(yán)重變形，使硅片自動(dòng)輸運(yùn)困難，很容易產(chǎn)生破碎。制造工程研究院制造工程研究院3.3單晶硅片的磨削技術(shù)1、轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削 硅片分別固定于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的吸盤(pán)上，在轉(zhuǎn)臺(tái)的帶動(dòng)下同步旋轉(zhuǎn)，硅片本身并不繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng);砂輪高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿軸向進(jìn)給，砂輪直徑大于硅片直徑。 優(yōu)點(diǎn)：與研磨方法相比，轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削具有去除率高、表面損傷小、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)不足：磨削加工中實(shí)際磨削區(qū)面積B和

16、切入角均隨著砂輪切入位置的變化而變化，導(dǎo)致磨削力不恒定，難以獲得理想的面型精度，并容易產(chǎn)生塌邊、崩邊等缺陷應(yīng)用場(chǎng)合：轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削技術(shù)主要應(yīng)用于200mm以下單晶硅片的加工。單晶硅片尺寸增大，對(duì)設(shè)備工作臺(tái)的面型精度和運(yùn)動(dòng)精度提出了更高的要求，因而轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削不適合300mm以上單晶硅片的磨削加工。制造工程研究院制造工程研究院3.3單晶硅片的磨削技術(shù)2、硅片旋轉(zhuǎn)磨削 原理：吸附在工作臺(tái)上的單晶硅片和杯型金剛石砂輪繞各自軸線旋轉(zhuǎn)，砂輪同時(shí)沿軸向連續(xù)進(jìn)給。其中，砂輪直徑大于被加工硅片直徑，其圓周經(jīng)過(guò)硅片中心。為了減小磨削力和減少磨削熱，通常把真空吸盤(pán)修整成中凸或中凹形狀或調(diào)整砂輪主軸與吸盤(pán)主軸軸線的夾角，

17、保證砂輪和硅片之間實(shí)現(xiàn)半接觸磨削。硅片旋轉(zhuǎn)磨削與轉(zhuǎn)臺(tái)式磨削相比具有以下優(yōu)點(diǎn):單次單片磨削，可加工300mm以上的大尺寸硅片;實(shí)際磨削區(qū)面積B和切入角定，磨削力相對(duì)穩(wěn)定;通過(guò)調(diào)整砂輪轉(zhuǎn)和硅片轉(zhuǎn)軸之間的傾角可實(shí)現(xiàn)單晶硅片而型的主動(dòng)控制，獲得較好的面型精度。制造工程研究院制造工程研究院3.3單晶硅片的磨削技術(shù)3、雙面磨削 硅片旋轉(zhuǎn)磨削加工硅片上下表面時(shí)需要將工件翻轉(zhuǎn)分步進(jìn)行，限制了效率。同時(shí)硅片旋轉(zhuǎn)磨削存在面型誤差復(fù)印和磨痕，無(wú)法有效去除線切割后單晶硅片表而的波紋度和錐度等缺陷。 原理：兩側(cè)而對(duì)稱(chēng)分布的夾持器將單晶硅片夾持在保持環(huán)中，在輥?zhàn)拥膸?dòng)下緩慢旋轉(zhuǎn)，一對(duì)杯型金剛石砂輪相對(duì)位于單晶硅片的兩側(cè)，

18、在空氣軸承電主軸驅(qū)動(dòng)下沿相反的方向旋轉(zhuǎn)并沿軸向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)單晶硅片的雙而同時(shí)磨削。制造工程研究院制造工程研究院?jiǎn)尉Ч杵哪ハ骷夹g(shù)各種硅片加工方法對(duì)比雙面磨削可有效去除去除線切割后單晶硅片表而的波紋度和錐度。單晶硅片磨削和研磨加工對(duì)比雙面研磨主要應(yīng)用于200mm以下硅片加工，具有較高的出片率。硅片旋轉(zhuǎn)磨削和雙面磨削由于采用固結(jié)磨料砂輪，單晶硅片的磨削加工能夠獲得遠(yuǎn)高于雙面研磨后的硅片表面質(zhì)量，因此都能夠滿足主流300mm硅片的加工質(zhì)量要求，是目前最主要的平整化加工方法。晶圓的背面減薄加工只能選擇單面加工方法，如硅片旋轉(zhuǎn)磨削方法。制造工程研究院制造工程研究院3.4超精密磨削硅片的材料去除機(jī)理超精密磨削

19、硅片的材料去除機(jī)理脆性去除模式脆性去除模式：在磨粒刃圓半徑較大且切深較大時(shí)，接觸區(qū)應(yīng)力首先達(dá)到斷裂強(qiáng)度，形成裂紋尖端，然后擴(kuò)展成裂紋，最后斷裂成磨屑，加工表面損傷嚴(yán)重，亞表面存在由裂紋、錯(cuò)位組成的損傷層。延性域去除模式延性域去除模式：在磨粒刃圓半徑較小且切深較小時(shí)，切屑的形成與磨削金屬等塑性材料相似，切屑通過(guò)剪切的形式被磨粒從基體上切除下來(lái)。磨削后的表面和亞表面沒(méi)有裂紋形成，也沒(méi)有脆性剝落時(shí)的凹凸不平的現(xiàn)象產(chǎn)生，是一種損傷極小的磨削方式。 脆性去除和延性去除的混合模式脆性去除和延性去除的混合模式：加工表面是兩種加工模式形成的綜合。制造工程研究院制造工程研究院3.5硅片表面的磨削紋理硅片表面的磨

20、削紋理硅片的表面質(zhì)量是影響IC器件的性能、成品率以及壽命的重要因素，影響磨削加工表面質(zhì)量的主要因素就是硅片表面的磨削紋理，也稱(chēng)為磨削圖案。從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度分析是由砂輪磨粒的在工件上的磨削加工路徑，即磨削軌跡決定的，其中磨削軌跡的深度、方向、磨紋線條數(shù)量、間距和紋理密度等對(duì)硅片的加工質(zhì)量均有重要的影響。硅片旋轉(zhuǎn)磨削時(shí)，磨削方式有全接觸和半接觸磨削之分。為減小硅片磨削時(shí)的磨削力和磨削熱，提高磨削加工表面質(zhì)量，一般采用半接觸磨削方式。為了便于對(duì)磨粒軌跡進(jìn)行定量仿真計(jì)算，取硅片半徑rw=150mm，砂輪與硅片中心距s=174mm，砂輪上磨粒點(diǎn)到砂輪中心的距離r=174（杯型砂輪的內(nèi)、外徑分別為173mm和

21、175mm）。Windows2000/XP平臺(tái)上，應(yīng)用Visual C+6.0和OpenGL編制不同的轉(zhuǎn)速比I,全接觸磨削和半接觸磨削的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真程序。制造工程研究院制造工程研究院硅片表面的磨削紋理硅片表面的磨削紋理單顆磨粒的運(yùn)動(dòng)仿真單顆磨粒的運(yùn)動(dòng)仿真半接觸磨削時(shí)單顆磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡仿真 全接觸磨削時(shí)單顆磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡仿真當(dāng)磨粒的磨削時(shí)間超過(guò)某一時(shí)間T0后，磨削運(yùn)動(dòng)軌跡就不再變化，只重復(fù)原來(lái)的軌跡，從而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)定義T0為磨削的穩(wěn)定周期。杯型砂輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期Ts=2/s，硅片的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T(mén)w=2/w，如果Ts和Tw滿足下式:k為s，w的最大公約數(shù)；m/n為不可約分?jǐn)?shù)。那么，杯型砂輪轉(zhuǎn)m整轉(zhuǎn)，

22、硅片轉(zhuǎn)n整轉(zhuǎn)，就正好為一個(gè)循環(huán) 因此，m決定磨紋的數(shù)量，n決定硅片上的點(diǎn)在砂輪表面的相對(duì)軌跡數(shù)，k的大小決定重復(fù)的循環(huán)數(shù)目。nkmkWSSWTT制造工程研究院制造工程研究院硅片表面的磨削紋理硅片表面的磨削紋理磨紋對(duì)硅片表面質(zhì)量的影響在半接觸、逆磨方式下，取硅片半徑rw=150mm，砂輪與硅片中心距s=174mm（杯型砂輪的內(nèi)、外徑分別為173mm和175mm ），I=2400/120時(shí)，仿真結(jié)果：在硅片超精密磨床上，采用用型號(hào)#325的杯型金剛石砂輪粗磨后，在硅片表面產(chǎn)生的磨削紋理下圖：定義磨削硅片表面單位面積磨削軌跡長(zhǎng)度的總和為磨紋密度，即式中，m為磨紋數(shù)量；l為微軌跡長(zhǎng)度；rx為硅片上的任

23、意點(diǎn)的半徑值；rx為沿徑向的變化量；2rxrx為硅片徑向微環(huán)形面積磨紋密度與磨紋數(shù)m成正比，如果砂輪粒度越細(xì)，同時(shí)參與切削的磨粒數(shù)越多，磨紋數(shù)越多，磨紋密度越大。磨紋密度沿著徑向而減小，硅片中心磨紋最密?？梢钥闯觯抡嬗?jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致xxxx0tdrrdl2mrr2lmlim制造工程研究院制造工程研究院硅片表面的磨削紋理硅片表面的磨削紋理對(duì)#600金剛石砂輪磨削后(I= 2400/120)硅片表面顯微鏡沿硅片徑向不同位置觀測(cè)的磨削紋理圖片。發(fā)現(xiàn)距離硅片中心位置越近，磨削紋理越密，越靠近硅片邊緣，磨削紋理越稀疏。距離硅片中心10mm距離硅片中心40mm距離硅片中心70mm四、石材的磨削

24、2單晶硅片磨削特點(diǎn)4.石材磨削的綜合影響因素3.磨削參數(shù)的選擇1石材磨屑的形成5磨削工藝參數(shù)對(duì)石材加工的影響2石材磨削的過(guò)程制造工程研究院制造工程研究院天然大理石、花崗石有美麗花紋和圖案且古樸典雅、色彩繽紛、抗震耐壓、耐酸、環(huán)保、裝飾性好、來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，是古老的建筑材料。 由于現(xiàn)代開(kāi)采與加工技術(shù)的進(jìn)步，使得天然石材在現(xiàn)代景觀中取得了廣泛的應(yīng)用。制造工程研究院制造工程研究院4.1石材磨屑的形成石材磨屑的形成 1.在單顆粒磨削大理石的試驗(yàn)中,在切入、切出部分,以及在微小切深時(shí),試件上的切痕都很小,即使在體視顯微鏡及掃描電鏡下,也只能模糊地看見(jiàn)一點(diǎn)擦痕,未見(jiàn)塑性變形痕跡，這說(shuō)明只發(fā)生了彈性變形彈性

25、變形。 2.當(dāng)切深加大時(shí),可見(jiàn)到明顯的塑性變形塑性變形和切削痕跡。 3.當(dāng)切深進(jìn)一步增大時(shí),在切痕兩側(cè)及底部均能見(jiàn)到一些裂紋。這些裂紋與表面之間相交貫通而引起斷裂,形成磨屑磨屑。 制造工程研究院制造工程研究院4.2石材磨削的過(guò)程石材磨削的過(guò)程石材磨削過(guò)程可分為彈性滑擦、流動(dòng)變形和脆性斷裂三個(gè)階段：石材磨削過(guò)程可分為彈性滑擦、流動(dòng)變形和脆性斷裂三個(gè)階段：1.彈性滑擦彈性滑擦是指切削深度很小時(shí),工件與磨粒僅作彈性接觸滑動(dòng),此時(shí)不產(chǎn)生磨屑。2.流動(dòng)變形流動(dòng)變形是指由彈性變形和粘塑流動(dòng)造成少量磨屑和形成磨削表面的過(guò)程。此時(shí)有 少量磨屑產(chǎn)生。流動(dòng)變形過(guò)程中,表面層破壞極小,故已加工表面質(zhì)量好。促進(jìn)流動(dòng)變

26、形因素：促進(jìn)流動(dòng)變形因素：結(jié)晶越完整、顆粒越粗大,抗拉強(qiáng)度就較大,不易發(fā)生斷裂 彈性模量和硬度越低,就越容易發(fā)生塑性變形 斷裂韌性越大就意味著發(fā)生較大變形時(shí)不發(fā)生斷裂 導(dǎo)熱性差,則磨削溫度高,有利于流動(dòng)變形的產(chǎn)生。3.脆性斷裂脆性斷裂是形成磨屑的主要機(jī)理，磨削加工可以認(rèn)為是磨粒給予工件材料圍壓作用而 使其產(chǎn)生裂紋,進(jìn)而產(chǎn)生局部破壞而形成切屑。斷裂是去除脆性材料的主要形式。磨粒從右向左逐漸切入工件,相當(dāng)于球壓頭對(duì)試件逐步加載。在磨粒刃口下方及后刀面下方的工件表面層就會(huì)產(chǎn)生錐狀裂紋 (當(dāng)磨粒鋒銳時(shí)就成為中心裂紋,縱、橫向裂紋及徑向裂紋）。這幾種裂紋與工件表面相交貫通,形成不規(guī)則的、顆粒不均勻的細(xì)小

27、巖屑并同時(shí)形成磨削表面。 制造工程研究院制造工程研究院4.3磨削參數(shù)的選擇磨削參數(shù)的選擇1.磨粒的影響 磨粒的形狀和大小、彈性模量等主要決定應(yīng)力分布和應(yīng)變的特性。磨粒切削刃的 刃口鈍圓半徑r大、外錐角小、彈性模量E小,則在接觸區(qū)容易形成較大的非彈 性應(yīng)力場(chǎng)而避免或減少裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展,允許材料發(fā)生較大的變形而不斷裂,故易 發(fā)生流動(dòng)變形。2.切深的影響切深ap對(duì)能否產(chǎn)生流動(dòng)變形起決定性的作用。切深太小,只能發(fā)生彈性滑擦,切深太大,則會(huì)產(chǎn)生斷裂。因此,切深對(duì)流動(dòng)變形的產(chǎn)生有一定的范圍,它根據(jù)工件的材質(zhì),磨料、磨具等的性質(zhì)而定。3.磨削速度速度增大時(shí),由于動(dòng)態(tài)效應(yīng)使材料的彈性模量和硬度稍有增大,對(duì)流

28、動(dòng)變形的產(chǎn)生有一定影響,另一方面,高速會(huì)產(chǎn)生高溫,斷裂韌性提高,有利于產(chǎn)生流動(dòng)變形。總的來(lái)說(shuō),高速有利于產(chǎn)生流動(dòng)變形。制造工程研究院制造工程研究院磨削參數(shù)的選擇磨削參數(shù)的選擇影響裂紋形成和擴(kuò)展的因素與影響流動(dòng)變形的因素基本相同,但效果相反。如:磨粒越鋒銳、剛性越好(彈性模量大)、切深越大、磨削速度越低,則越容易產(chǎn)生斷裂,形成斷裂磨屑及破裂表面。從以上分析可得以下結(jié)論:1.石材的磨削過(guò)程是一種小余量的切除及磨光作用,包括彈性滑擦、流動(dòng)變形和脆性斷裂三個(gè)階段。2.粗磨是充分利用石材的脆性斷裂待征,使材料產(chǎn)生崩碎、斷裂,從而提高生產(chǎn)效率。3.精磨和拋光是充分利用石材的“流變”特征,可獲得較好的表面質(zhì)量。根據(jù)上述理論進(jìn)行粗磨和精磨時(shí),磨削用量