动态磁场集群磁流变抛光机理研究

本文基于集群原理和旋转磁极动态磁场磁流变效应提出由集群 布置的磁极同步偏心旋转形成动态磁场集群磁流变效应平面抛 光技术,研制了动态磁场集群磁流变平面抛光的试验装置以及工 件夹持装置,利用集群布置的磁极相对抛光盘偏心旋转形成动态 磁场,使磁流变抛光液中的磁性粒子沿着磁力线方向运动,推动 磨料颗粒在抛光垫上重新分布,实现集群磁流变抛光垫性能和形 状的实时恢复,达到工件表面高精度、高效率和均匀化的磁流变 抛光。在动态磁场集群磁流变平面抛光装置上,对2英寸单晶硅 片进行系统单工件抛光试验,通过单因素试验和正交实验获得了 单工件抛光的最优工艺参数:加工间隙为1.0mm,磁极偏心距为 6mm,磁极转速为70r/min,工件Y向偏摆,偏摆位移为40mm,偏摆速
动态磁场集群磁流变抛光机理研究
随着当今科技快速发展,在微电子、生物医学和光学领域,超光 滑平面元器件的需求越来越大,通常需要元件的表面粗糙度达到 纳米级,对表面加工质量的要求也越来越高。磁流变抛光是一种 有效的超光滑、低损伤的确定性新型光学表面加工技术,具有加 工效果好、无次表面损伤产生和适合复杂表面抛光等传统加工 所不具备的优点,然而传统的磁流变抛光方法是利用抛光“缎带” 与工件表面“点”接触式加工,导致加工效率低。
采用动态磁场集群磁流变平面抛光装置同时对三片单晶硅基片 进行多工件磁流变抛光加工,对比分析了不同抛光方式对单晶硅 基片的抛光效果,研究表明在多工件抛光方式下,双环抛光垫能 够提供更多数量的微磨头对工件进行加工,三工件工具头使单晶 硅表面在加工过程中具有更高的线速度,从而增强磨料颗粒对单 晶硅表面的塑性去除作用,适用于大面积工件的加工。多工件抛 光的最佳工艺参数条件:加工间隙1.0mm,磁极偏心距6mm,工件Y 向偏摆,偏摆位移40mm,偏摆速度600mm/min、抛光盘转速 50r/min、磁极转速90r/min和工件转速350r/min,采用最佳抛光 工艺对原始表面粗糙度Ra 0.48μm的单晶硅基片连续加工5个小 时后,表面粗糙度下降到了Ra2.42nm,材料去除率为
基于流体力学和普雷斯顿方程,研究了工件转速、磁极转速、磁 极偏心距、抛光盘转速、加工间隙等工艺参数对工件表面抛光 压力的影响,结合Preston方程和三向测力仪测试结果对动态磁 场磁流变效应的持续恒压加工理论进行了深入分析,建立了动态 磁场集群磁流变恒压抛光模型,理论计算分析了各工艺参数对材 料去除率的影响规律,并且与抛光实验结果具有较好的一致性。