藍(lán)寶石高效超精密磨削技術(shù)及損傷檢測研究.pdf

1、藍(lán)寶石(α-Al2O3)是一種集優(yōu)良的光學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能于一體的多功能氧化物晶體，在光電子、通訊、國防等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，上述應(yīng)用領(lǐng)域?qū)λ{(lán)寶石晶體的加工精度和表面完整性要求越來越高，藍(lán)寶石的高效低損傷加工技術(shù)成為阻礙其工業(yè)應(yīng)用的主要障礙。藍(lán)寶石晶體作為典型的難加工材料，目前還沒有非常成熟的高效低損傷加工工藝，仍然主要沿用傳統(tǒng)光學(xué)零件加工工藝。但隨著藍(lán)寶石基片尺寸的增大，采用傳統(tǒng)工藝加工藍(lán)寶石基片時加

2、工精度和表面質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率低的問題更加突出。
　　 從國內(nèi)外硬脆材料超精密加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，金剛石砂輪超精密磨削具有加工效率高、成本低、精度高、表面質(zhì)量好、損傷小等特點，代表了硬脆晶體超精密加工技術(shù)的發(fā)展方向。但金剛石砂輪磨削仍然會產(chǎn)生損傷層和劃痕，必須采用后續(xù)工藝加以去除，獲得超光滑無損傷表面。因此，盡可能的減少磨削加工表面損傷和劃痕，對于減少后續(xù)加工量和時間，提高藍(lán)寶石加工效率非常重要。為此，必須針對這

3、些問題研究藍(lán)寶石高效超精密磨削及其損傷檢測方法，為進(jìn)一步完善藍(lán)寶石高效平坦化工藝提供技術(shù)支持。
　　 本文建立了藍(lán)寶石工件旋轉(zhuǎn)磨削的運動學(xué)數(shù)學(xué)理論模型，并通過分析砂輪單顆磨粒和基片之間的相對運動，給出了基片旋轉(zhuǎn)磨削的運動軌跡參數(shù)方程，并在此基礎(chǔ)上分析了磨削紋理間距、密度與磨削表面質(zhì)量的關(guān)系。運用Matlab對磨削軌跡進(jìn)行了仿真，并通過磨削試驗，對仿真和理論分析結(jié)果進(jìn)行了實驗驗證。
　　 以兼顧加工效率和表面質(zhì)量為目標(biāo)，提

4、出了利用超精密工件旋轉(zhuǎn)磨床，采用＃325和＃600金剛石砂輪，實現(xiàn)晶體材料高效去除、獲得較高加工表面質(zhì)量的藍(lán)寶石高效超精密加工方案。選擇砂輪轉(zhuǎn)速、基片轉(zhuǎn)速、砂輪進(jìn)給速度3個主要因素進(jìn)行了正交試驗，并分別針對不同的砂輪優(yōu)化了并確定了磨削工藝參數(shù)，同時對其中的顯著因素進(jìn)行了分析。
　　 利用Olympus光學(xué)顯微鏡、Newview5022表面形貌輪廓儀對金剛石砂輪磨削后的藍(lán)寶石表面粗糙度及表面損傷進(jìn)行了檢測，并對損傷種類及原因進(jìn)行了