超精密研磨与抛光[行业荟萃]
超精密研磨与抛光[行业荟萃]
![超精密研磨与抛光[行业荟萃]](https://img.taocdn.com/s3/m/4ec91b2569dc5022aaea00cd.png)
行业借鉴
8
5.2.4抛光的加工变质层
关于抛光的加工变质层，即使工件是硬脆材料， 抛光时也不会出现裂纹，加工变质层的结构与 深度应当与研磨有相当大的不同。
由氧化铈磨粒和沥青研具精加工的石英振子镜 面，其加工变质层的结构可使用氟化氨的饱和 水溶液腐蚀来检测。根据检测结果得知，由表 层向组织内部的结构顺序是抛光应力层，经腐 蚀出现的2次裂纹应力层，2次裂纹影响层和完 全结晶层，整个深度为3um。
行业借鉴
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5.5.2 化学机械抛光
微细磨粒＋ 软质抛光垫 ＋酸性（或 碱性）液
利用磨粒的 机械作用和 加工液的腐 蚀作用的双 重作用的加 工方法
行业借鉴
33
行业借鉴
34
5.5.3 非接触研磨技术
非接触研磨技术是以弹性发射加工（EEM)的理
论为基础的。
EEM方法是利用微 细粒子在材料表面上滑 动时去除材料的加工。 微细粒子以接近水平的 角度与材料碰撞，在接 近材料表面处产生最大 的剪断应力，既不使基 体内的位错、缺陷等发 生移动（塑性变形）， 又能产生微量的“弹性 破坏”，以进行去除加 工。
行业借鉴
5
5.2.2 抛光加工的机理和特点
使用<1μm的微细磨粒； 软质材料抛光垫：沥
青、石蜡、合成树脂 和人造革等。
微小的磨粒微小的磨 粒被抛光器弹性地夹 持研磨工件。因而， 磨粒对工件的作用力 很小，即使抛光脆性 材料也不会发生裂纹。
行业借鉴
6
抛光的加工机理
1) 由磨粒进行的机械抛光可塑性地生成切 屑。但是它仅利用极少磨粒强制压入产 生作用。
41
浮动抛光
浮动抛光（Float Polishing）使用高平面度平面并带有同心圆或螺旋沟槽的锡 抛光盘，使抛光盘及工件高速回转，在二者之间抛光液呈动压流体状态，形成一层液 膜，从而使工件在浮起状态下进行抛光。
精密研磨与抛光(精密加工)
表面平滑
在抛光过程中，工件表面逐渐被 磨平，最终达到镜面或高度平滑
的效果。
表面改性
在抛光过程中，工件表面可能会 发生物理或化学变化，如表面层 晶格结构的变化或表面化学成分
的改变。
抛光工艺参数
压力
抛光压力是影响抛光效果的重要参数，压力过大会导致工件表面 损伤，过小则抛光效率低下。
02
精密研磨技术
研磨材料
01
02
03
04
刚玉
常用作研磨材料，具有高硬度 和耐磨性，适用于硬材料的研
磨。
碳化硅
具有高硬度和高韧性，适用于 研磨硬而脆的材料。
氧化铝
具有较好的韧性和耐磨性，适 用于研磨软材料和中等硬度的
材料。
天然磨料
如河砂、海砂等，可用于粗研 磨和抛光。
研磨机理
切削作用
研磨材料表面上的磨粒在压力作 用下切入工件表面，切削出微小
智能化的发展
智能检测与监控系统
通过引入传感器和智能化检测技术，实现对 研磨与抛光过程的实时监测和数据采集，提 高加工过程的稳定性和可靠性。同时，通过 数据分析与处理，优化加工参数，提高加工 效率和表面质量。
自动化生产线
通过集成机器人、自动化设备和智能化管理 系统，构建自动化生产线，实现研磨与抛光 过程的自动化和连续化生产。这将大幅提高 生产效率，降低人工成本，提升企业竞争力
总结词
高分子材料的研磨与抛光是实现高分子材料表面高精度和高光洁度的重要手段。
详细描述
高分子材料的研磨与抛光主要采用金刚石、刚玉等硬质材料作为磨料，通过研磨、抛光等工艺去除高 分子材料表面的凸起和划痕，以提高其表面质量和性能。高分子材料的研磨与抛光广泛应用于塑料、 橡胶、涂料等领域。
2024年精密研磨抛光系统市场发展现状
2024年精密研磨抛光系统市场发展现状简介精密研磨抛光系统是一种用于处理高精度零部件表面的设备，广泛应用于电子、光电、航空航天、汽车等领域。
本文将探讨精密研磨抛光系统市场的发展现状，包括市场规模、主要应用领域、技术发展趋势等。
市场规模随着工业自动化的发展和高精度零部件需求的增长，精密研磨抛光系统市场规模不断扩大。
根据市场调研数据显示，预计全球精密研磨抛光系统市场在未来几年内将保持较高的增长率。
其中，亚太地区是最大的市场，北美和欧洲紧随其后。
主要应用领域精密研磨抛光系统主要用于以下领域：1.电子行业：用于半导体芯片、集成电路、平面显示器等高精度电子元件的加工。
2.光电行业：用于光学元件、光纤通信设备、光学镜片等的制造和加工。
3.航空航天行业：用于航空航天零部件的加工、修复和维护。
4.汽车行业：用于汽车发动机、变速器、刹车系统等重要零部件的加工和调整。
技术发展趋势精密研磨抛光系统的技术发展正在朝着以下几个方向前进：1.自动化程度提高：随着工业4.0概念的提出和工业自动化水平的提高，精密研磨抛光系统将更加自动化，减少人工干预，提高加工效率和一致性。
2.智能化控制：引入人工智能和机器学习技术，使精密研磨抛光系统能够自主学习和优化加工参数，提高加工精度和品质。
3.研磨抛光液的创新：对研磨抛光液的研发和改良，不仅可以提高加工效率，还可以减少对环境的影响。
4.精密测量技术的应用：结合精密测量技术，实现对加工过程的实时监测和控制，提高加工精度和稳定性。
市场竞争格局精密研磨抛光系统市场竞争激烈，主要的竞争者包括国际知名企业和本土企业。
国际知名企业在技术实力、品牌认可度和国际市场渠道方面占据优势，但本土企业在价格和售后服务上具有竞争优势。
为了获取更多市场份额，市场竞争者致力于提升产品质量、降低成本并加强技术创新。
总结精密研磨抛光系统市场规模不断扩大，主要应用领域包括电子、光电、航空航天和汽车等行业。
未来，精密研磨抛光系统将更加自动化、智能化，并通过创新技术和精密测量手段提高加工质量和效率。
第5章 超精密研磨与抛光(康仁科) 大连理工大学
固结磨料研磨
圆柱面和球面的研磨
5.5.1 液中研磨
磨料：微细的 磨料：微细的Al2O3磨粒 磨粒 研具： 研具：聚氨酯 加工液：过滤水、蒸馏水、 加工液：过滤水、蒸馏水、净化水 机理：将研磨操作浸入在含有磨粒的研磨剂中 机理： 进行，借助水波效果， 进行，借助水波效果，利用浮游的微细磨粒进 行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心， 行研磨加工。以磨粒的机械作用为中心，由加 工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。 工液进行磨粒的分散，起缓冲和冷却作用。 应用：加工硅片，可以得到完全高质量的镜面。 应用：加工硅片，可以得到完全高质量的镜面。
研具
磨粒
加工液 工件、 工件、研具相对速度 加工压力 加工时间 环境
温 度 尘 埃
室温设定温度± 室温设定温度±0.1℃ ℃ 利用净化槽、 利用净化槽、净化操作台
5.4 超精密平面研磨和抛光
超精密研磨和抛光是加工误差<0.1 µm，表面粗 糙度Ra<0.02 µm的加工方法。 用于制造高精度高表面质量的零件，如大规模 集成电路的硅片，不仅要求极高的平面度，极 小的表面粗糙度，而且要求表面无变质层、无 划伤。光学平晶、量块、石英振子基片平面， 除要求极高平面度、极小表面粗糙度外，还要 求两端面严格平行。
5.5 新原理的超精密研磨抛光
传统的研磨抛光方法是完全靠微细磨粒的机械 作用去除被研磨表面的材质， 作用去除被研磨表面的材质，达到很高的加工 表面。 表面。 最近出现新原理的研磨抛光方法其工作原理有 些已不完全是纯机械的去除， 些已不完全是纯机械的去除，有些不用传统的 研具和磨料。 研具和磨料。这些新的研磨抛光方法可以达到 分子级和原子级材料的去除， 分子级和原子级材料的去除，并达到相应的极 高几何精度和无缺陷无变质层的加工表面。 高几何精度和无缺陷无变质层的加工表面。
超精密研磨抛光方法
超精密研磨抛光方法摘要：介绍了几种近代超精密研磨抛光方法的加工原理、特点、加工对象和应用。
关键词：超精密研磨；弹性发射加工；机械化学研磨；磁力研磨；超声研磨Abstract：Introduces several methods of modern ultra-precision polishing processing principle, characteristics, objects and application.Key words：Ultra-precision grinding, Elastic emission machining, Chemical mechanical polishing, Magnetic abrasive, Ultrasonic grinding.一、概述超精密加工技术标志着一个国家机械制造业的水平，在提高光机电产品的性能、质量、寿命和研发高科技产品等方面具有十分重要的作用。
当前，超精密加工是指加工误差小于 0.01μm、表面粗糙度小于 Ra0.025μm 的加工，又称之为亚微米级加工。
现在，超精密加工已进入纳米级，称之为纳米加工。
在超精密加工中，超精密切削、超精密磨削的实现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及其它相关技术的支持。
并受其加工原理及环境因素的影响和限制，要实现更高精度的加工十分困难。
而超精密研磨抛光由于具有独特的加工原理和对加工设备、环境因素要求不高等特点，故它可以实现纳米级甚至原子级的加工，已成为超精密加工技术中的一个重要部分。
二、几种超精密研磨抛光方法2.1、基于机械作用的超精密研磨抛光方法基于机械作用的超精密研磨抛光方法是依靠微细磨粒的机械作用对被加工表面进行微量去除，达到高精度的加工表面。
2.1.1、弹性发射加工弹性发射加工是一种可以获得较高的加工精度和较低的表面粗糙度的超精密研磨方法。
其加工原理如图1所示（图1略）。
加工时使用聚氨脂球作加工头，在高速旋转的加工头与被加工工件表面之间加上含有微细磨粒（0.1～0.01µm）的研磨液，并产生一定的压力。
超精密研磨抛光的主要新技术
超精密研磨抛光的主要新技术液中研磨将超精密抛光的研具工作面和工件浸泡在含磨粒的研磨剂中进行，在充足的加工液中，借助水波效果，利用游离的微细磨粒进行研磨加工，并对磨粒作用部分所产生的热还有极好的冷却效果，对研磨时的微小冲击也有缓冲效果。
机械化学研磨机械化学研磨加工是利用化学反应进行机械研磨，有湿式和干式两种。
湿式条件下的机械化学研磨，用于硅片的最终精加工，研磨剂含有0.01μm大小的SiO2磨粒的弱碱性胶状水溶液，而与它相配合的研具是表层由微细结构的软质发泡聚氨基申酸涂敷的人造革。
干式条件下的机械化学研磨，是利用工件与磨粒之间生成化学反应的研磨方法。
干式条件下的微小范围的化学反应有利于加工的进行，由于0.01～0.02粒径的SiO2磨粒有较强的化学活性，研磨量较大。
磁流体精密研磨磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸（<0.015μm）的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，特性是：每一个粒子的磁力矩较大，不会因重力而沉降，磁化强度随磁场增加而增加。
当将非磁性材料的磨料混入磁流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转的工件而进行研磨。
磁流体精研的方法又有磨粒悬浮式加工、磨料控制式加工及磁流体封闭式加工。
磨粒悬浮式加工是利用悬浮在液体中的磨粒进行可控制的精密研磨加工。
研磨装置由研磨加工部分、驱动部分和电磁部分组成。
磨粒控制式加工是在研磨具的孔洞内预先放磨粒，通过磁流体的作用，将磨料逐渐输送到研磨盘上。
磁流体封闭式加工是通过橡胶板将磨粒与磁流体分隔放置进行加工。
磁力研磨利用磁场作用，使磁极间的磁性磨料形成如刷子一样的研磨剂，被吸附在磁极的工作表面上，在磨料与工件的相对运动下，实现对工件表面的研磨作用。
这种加工方法不仅能对圆周表面、平面和棱边等进行研磨，而且还可以对凸凹不平的复杂曲面进行研磨。
软质磨粒机械抛光（弹性发射加工）最小切除可以达到原子级，直至切去一层原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。
超精密加工
这是研磨加工的零件图
这是抛光加工的零件图
二、研磨和抛光的原理
研磨加工：通常使用1μ m到几十μ m的氧化铝和碳化硅等 磨粒对物体表面进行平整，以减少物体表面粗糙度的加 工过程。 磨粒的工作状态 1) 磨粒在工件与研具之间 进行转动;
2) 由研具面支承磨粒研磨 加工面;
3) 由工件支承磨粒研磨加 工面。
（3.3）电解磁力研磨抛光
电解磁力研磨抛光是由电化学 加工和磁力研磨两种工艺复合 而成。其加工原理图如图5所示 。电流电压的阳极接工件，阴 极接工具，阴极接除毛刺的工 件部位。电解液由泵驱动后经 阴极流过阳极工件的毛刺部位 到达回流槽。工件以一定的速 度旋转，同时作轴向振动。在 垂直于工件轴线及电力线的平 面方向上加直流强磁场，在磁 场中填入游离状的磁性磨料， 由磁磨料组成的“磨料刷”快 速冲击工件表面，往除突起的 毛刺和实现光整加工。
超声研磨应用范围广，可加工各种硬脆材料，可以加工平面，也可 加工复杂曲面。目前用超声研磨可在3mm厚的玻璃上钻出直径为（ 0.1-1.0)mm的小孔。同时其单位时间内的切除率较高，无需复杂 的技术，所需设备也较简单，故可获得较高的技术经济效果。
（3.7）离子束研磨抛光
与传统的机械抛光方法不同，离子束抛光采用被充电的高能原子或 离子（离子的质量较原子质量更大，因而可获得更大的动能），在 真空状态下由离子枪射向工件，当带有很高能量的离子撞击工件表 面时，在撞击点上材料以原子量级实现往除。材料的往除量取决于 离子束在该点的溅射时间。
由于离子束抛光是在原子量级上实现材料的往除，因而材料的往 除率较低，为此在采用该方法前，工件要经过传统方法的预抛光 ，在基本达到精度要求后再采用离子束抛光对工件表面面形（如 球面、非球面、非对称的自由曲面等）实现很高精度的修正。固 然离子束抛光制造所需要的设备投资较大，运行本钱较高，但对 于某些具有特殊高精度要求的光学大型镜面还是必须采用离子束 抛光方法。
精密与超精密磨削技术 国内外都采用超精密磨削
精密与超精密磨削技术国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究以精密与超精密磨削技术国内外都采用超精密磨削、精密修整、微细磨料磨具进行亚微米级以下切深磨削的研究以获得亚微米级的尺寸精度。
微细磨料磨削用于超精密镜面磨削的树脂结合剂砂轮的金刚石磨粒平均直径可小至4 μm。
日本用激光在研磨过的人造单晶金刚石上切出大量等高性一致的微小切刃对硬脆材料进行精密磨削加工效果很好。
超硬材料微粉砂轮超精密磨削主要用于磨削难加工材料精度可达0.025 μm。
日本开发了电解在线修整ELID超精密镜面磨削技术使得用超细微或超微粉超硬磨料制造砂轮成为可能可实现硬脆材料的高精度、高效率的超精密磨削。
作平面研磨运动的双端面精密磨削技术其加工精度、切除率都比研磨高得多且可获得很高的平面度在工具和模具制造中磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工序。
技术关键除磨床本身外、磨削工艺也起决定性的作用。
在磨削脆性材料时由于材料本身的物理特性切屑形成多为脆性断裂磨剂后的表面比较粗糙。
在某些应用场合如光学元件这样的粗糙表面必须进行抛光它虽能改善工件的表面粗糙度但由于很难控制形状精度抛光后经常会降低。
为了解决这一矛盾在80年代末日本和欧美的众多公司和研究机构相继推回了两种新的磨削工艺塑性磨削Ductile Grinding和镜面磨削Mirror Grinding。
1塑性磨削它主要是针对脆性材料而言其命名来源出自该种工艺的切屑形成机理即磨削脆性材料时切屑形成与塑性材料相似切屑通过剪切的形式被磨粒从基体上切除下来。
所以这种磨削方式有时也被称为剪切磨削Shere Mode Grindins。
由此磨削后的表面没有微裂级形成也没有脆必剥落时的元规则的凹凸不平表面呈有规则的纹理。
塑性磨削的机理至今不十分清楚在切屑形成由脆断向逆性剪切转变为塑断这一切削深度被称为临界切削深度它与工件材料特性和磨粒的几何形状有关。
一般来说临界切削深度在100μm以下因而这种磨削方法也被称为纳米磨削Nanogrinding。
超精密平面研磨和抛光
超精密平面研磨和抛光一、精密平面的研磨机二、平面研磨使用的研具1）特种玻璃，或用在加工成平面的金属板上涂一层四氟乙烯或镀铅和铟；优点：能得到高精度的平面缺点：研具层寿命短2）使用半软质研磨盘或软质研磨盘优点：研磨出的表面变质层很小，表面粗糙度也很小；缺点：研磨盘不易保持平面度三、平面研磨时工件和软质研具的磨损量工件与研具两者的任意点A处的加工量和研具磨损量，相对于两者的中心各自画圆弧与横轴相交，从交点出发每20min间隔与纵轴平行地上升或下降。
工件形成凸面，研具在半径上形成凹面使用ηp小的研具效果好。
使用ξ小的研具能有效地控制平面度的恶化，但ξ太小时，压力偏差较大，反而易引起平面度的恶化。
而当ξ较大时，只要加工量少，由于压力偏差较小，初始的平面度不会产生多大的恶化。
四、平行度和晶体方位误差的修正平行度的修正研磨是使被加工面与基准平面的角度误差达到最小值。
单面研磨法采用使工件附加偏心压力。
晶体方位误差的修正加工是以晶格面作参照物进行研磨的。
五、获得高质量平面研磨抛光的工艺规律1）研磨运动轨迹应能达到研磨痕迹均匀分布并且不重叠。
2）硬质研磨盘在精研修形后，可获得平面度很高的研磨表面，但要求很严格的工艺条件。
3）软质（半软质）研磨盘易获得表面粗糙度值极小和表面变质层甚小的研磨抛光表面，但不易获得很高的平面度。
4）使用金刚石微粉等超硬磨料可获得很高的研磨抛光效率。
5）研磨平行度要求很高的零件时，采用（1）上研磨盘浮动以消除上下研磨盘不平行误差；（2）小研磨零件实行定期180度方位对换研磨，以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盘倾斜而研磨表面不平行；（3）对各晶向硬质不等的晶片研磨时，加偏心载荷修正不平行度。
6）为提高研磨抛光的效率和研磨表面质量，可在研磨剂中加入一定量的化学活性物质。
7）高质量研磨时必须避免粗的磨粒和空气中的灰尘混入，否则将使研磨表面划伤，达不到高质量研磨要求。
参考资料：/。
超精密抛光工艺的定义-概述说明以及解释
超精密抛光工艺的定义-概述说明以及解释1.引言1.1 概述超精密抛光工艺是一种高度精细化的表面处理技术，通过对工件表面进行极其细致的抛光和修饰，使其获得极高的光学精度和表面平整度。
这项工艺在多个领域都有广泛的应用，包括光学、精密仪器制造、半导体制造等。
相比传统抛光工艺，超精密抛光工艺更注重精度和表面质量的控制，可以实现纳米级甚至更高的表面精度要求。
本文将介绍超精密抛光工艺的定义、应用领域和关键技术，旨在深入探讨这一先进表面处理技术的原理和发展趋势，为相关领域的研究人员和从业者提供参考和借鉴。
json"1.2 文章结构":{"本文将首先介绍超精密抛光工艺的定义，包括其概念、特点和优势。
接着将探讨超精密抛光工艺在不同领域的应用，例如光学、半导体和精密机械制造等。
然后将深入分析超精密抛光工艺的关键技术，包括材料选择、工艺流程和设备要求等。
最后，文章将总结超精密抛光工艺的意义和展望，展望未来在该领域的发展前景，以及对读者提出一些思考和建议。
"}1.3 目的本文旨在探讨超精密抛光工艺的定义、应用领域和关键技术，以帮助读者深入了解该工艺的特点和优势。
通过详细介绍超精密抛光工艺的概念和原理，读者将能够更好地理解其在实际生产中的应用场景和价值所在。
此外，本文还将探讨超精密抛光工艺面临的挑战和未来发展方向，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
通过本文的阐述，希望读者能够对超精密抛光工艺有一个全面而深入的认识，从而促进该工艺在工业生产中的广泛应用和推广。
2.正文2.1 超精密抛光工艺的定义超精密抛光工艺是一种高精度的表面处理技术，通过在材料表面施加特定的力和磨料，在微观层面上去除材料表面的凸起部分，从而获得非常光滑的表面。
它在纳米级和亚纳米级的精度下进行，能够获得极高的表面光洁度和平整度。
该技术主要应用于需要极高表面质量和精度的领域，如半导体制造、光学元件制造、精密仪器制造等。
超精密研磨与抛光
研磨速度
适当的研磨速度能够提高研磨 效率，同时也有助于控制表面 粗糙度。
研磨时间
研磨时间的长短会影响工件表 面的粗糙度和研磨效率，需要 根据实际情况进行调整。
03
抛光技术
抛光材料
抛光布
常用的抛光布材料包括棉布、细 帆布、化纤布等，具有良好的耐 磨性和柔软性，能够承受抛光过
程中的摩擦和压力。
抛光液
通过超精密研磨与抛光技术，可以加工出具有高精度、低 表面粗糙度的金属表面，提高金属材料的耐磨性、耐腐蚀 性和抗疲劳性能。该技术还可以用于加工金属材料的特殊 结构，如纳米级涂层、微纳颗粒等。
05
技术挑战与未来发展
技术挑战
01
02
03
04
加工精度要求高
超精密研磨与抛光需要达到纳 米级甚至更高级别的加工精度 ，对设备、工艺和材料的要求 极高。
研磨液
为了降低表面粗糙度和提高研磨效率，通常会使用 研磨液，如硅溶胶、氧化铝悬浮液等。
研磨垫
研磨垫是超精密研磨中常用的辅助工具，能够提供 均匀的研磨压力和稳定的研磨效果。
研磨机理与过程
80%
微观切削
研磨过程中，研磨砂纸上的磨粒 在压力作用下切入工件表面，通 过微观切削的方式去除材料。
100%
表面塑性流动
具体而言，超精密研磨与抛光技术可以对光学元件的表面进行纳 米级别的加工和修饰，使其表面达到原子级的光滑度，减少散射 和反射，提高光的透过率和成像质量。同时，该技术还可以加工 出具有特殊光学性能的元件，如非球面透镜、光波导等。
半导体材料
半导体材料是现代电子工业的基础，其质量和性能对电子器 件的性能和可靠性有着至关重要的影响。超精密研磨与抛光 技术是半导体材料加工的关键技术之一，主要用于加工硅片 、锗片、砷化镓等半导体材料。
超精密研磨技术的现状及发展趋势
[综述·专论]收稿日期:2006-10-18基金项目:国家自然科学基金重点项目(50535040)作者简介:方海生(1970-),男,浙江舟山人,浙江工业大学工程硕士,浙江机电职业技术学院实验师,研究方向为超精密加工。
超精密研磨技术的现状及发展趋势方海生1,2,胡涤新1,邓乾发1,袁巨龙1 (1.浙江工业大学超精密加工研究中心,浙江杭州 310014; 2.浙江机电职业技术学院,浙江杭州 310053) 摘 要:概述了最近超精密研磨技术的研究动态,介绍了研磨技术的原理、应用和优势,同时介绍了课题组研制的基于修正环在线修整抛光盘技术及专家数据库系统控制的Nanopoli -100智能型纳米级抛光机,结合该领域的最新研究成果,提出了其向高精度、高效率发展的方向。
关 键 词:研磨技术;超精密;Nanopoli-100智能型研磨抛光机;发展动向中图分类号:T G 580 文献标志码:A 文章编号:1005-2895(2007)04-0009-040 引 言研磨是一种重要的精密和超精密加工方法。
其定义可以表述为:利用磨具通过磨料作用于工件表面,进行微量加工的过程。
根据加工方法的机理和特点,最基本的加工方法可以分为:去除加工、结合加工和变形加工3大类[1]。
然而,在最新的多性能复杂形态的元件加工中,往往是上述几种加工法的复合作用。
1 微量材料去除的机械作用及化学作用设想材料去除的最小单位是1层原子的话,那么,最基本的材料去除是将表面的一层原子与内部的原子切开。
机械加工必然残留有加工变质层,加工中还伴随着化学反应等复杂现象[2,3],材料去除的原理是从一层原子到数层原子乃至数十层原子几种状态的复合。
图1 研磨加工的模型 图1所示的是磨粒研磨加工的模型[4]。
单个磨粒的磨削模型,可以用磨粒对工件的机械作用的动作来描述,即按摩擦-耕犁-切削的动作顺序进行。
在加工中的化学反应结果对材料的去除及减小加工变质层可能是有利的[5,6]。
超精密研磨与抛光技术
超精密研磨与抛光技术超精密研磨与抛光技术是超精密加工技术的一种。
超精密加工技术指的是超过或达到本时代精度界限的高精度加工。
超精密加工其实是个相对概念，而且随着工艺技术水平的普遍提高，不同时代有着不同的划分界限，但并严格统一的标准。
从现在机械加工的工艺水平来看，通常把加工误差小于0.01μm、表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工称为超精密加工。
超精密加工技术起源于20世纪60时代初期——美国于1962年首先研制成功了超精密加工车床。
这一技术是为了适应现代高科技进展需要而兴起的，它综合运用了新进展的机械讨论成果及现代电子、计算机和测量等新技术，是一种现代化的机械加工工艺。
超精密加工拥有广阔的市场需求。
例如，在国防工业中，陀螺仪的加工涉及多项超精密加工技术，由于导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率——据有关数据，Ikg的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴0.0005μm就会引起100m的射程误差和50m的轨道误差；在信息产业中，计算机上的芯片、磁盘和磁头，录像机的磁鼓、复印机的感光鼓、光盘和激光头，激光打印机的多面体，喷墨打印机的喷墨头等都要靠超精密加工才能达到产品性能要求：在民用产品中，现代小型、超小型的成像设备，如微型摄像机、针孔照相机等同样倚靠于超精密加工技术。
我们所说的超精密加工技术，除了超精密研磨和抛光技术外，还包括超精密磨削、超微细加工、光整加工和精整加工等。
这几种超精密加工方法能加工岀一般精密加工所无法达到的尺寸精度、形状精度及表面粗糙度。
但是，超精紧密削、超精密磨削等的实现在很大程度上倚靠于加工设备、加工工具，同时还受加工原理及环境因素的影响和限制，所以，现在假如想从这些方面提高加工精度，那是非常困难的。
而超精密研磨和抛光技术由于具有独特加工原理，可以实现纳米级甚至原子级的加工，已成为超精密加工技术中的一个紧要。
所以，超精密研磨与抛光技术如今备受关注。
研磨、抛光是历史最悠久的传统工艺。
中国精密研磨抛光系统行业市场环境分析
中国精密研磨抛光系统行业市场环境分析1.市场概述精密研磨抛光系统是一种用于加工和处理各种材料表面的设备，常用于制造业中的精密加工领域。
该系统通过研磨和抛光技术，能够提供高精度、光洁度高的表面处理效果，广泛应用于半导体、光电子、精密机械、航空航天等行业。
2.市场规模分析精密研磨抛光系统市场在近年来快速增长，主要原因包括以下几个方面： - 制造业的发展：随着制造业的发展，对高精度、高质量产品的需求不断增加，推动了精密研磨抛光系统市场的增长。
- 技术进步：随着科技的不断进步，精密研磨抛光系统的技术也得到了迅速发展，使其在制造业中的应用范围更加广泛。
- 市场竞争加剧：市场上存在多家竞争激烈的精密研磨抛光系统供应商，为了在激烈的竞争中脱颖而出，各家供应商不断创新并提高产品性能，进一步推动了市场的增长。
根据市场研究机构的数据，2019年精密研磨抛光系统市场规模达到XX亿元，预计到2025年，市场规模将增长到XX亿元。
3.市场竞争分析精密研磨抛光系统市场存在较多的竞争对手，主要包括以下几个方面： - 国内外知名供应商：包括松下、爱普生、福斯克等国内外知名供应商，他们以其先进的技术和稳定的产品质量在市场上占据一定份额。
- 新兴供应商：随着市场的发展，新兴供应商不断涌现，他们通过创新技术和价格竞争等手段，争取自己的市场份额。
在市场竞争激烈的情况下，供应商主要通过以下方面来提高竞争力： - 技术创新：不断推出新产品和新技术，以满足市场的需求，提高产品的性能和质量。
- 价格竞争：通过降低产品价格，提高性价比，来吸引更多的客户。
- 售后服务：为客户提供完善的售后服务，包括安装、调试、维护等，提高客户的满意度。
4.市场发展趋势精密研磨抛光系统市场在未来将呈现以下几个趋势： - 高精度、高效率：随着科技的发展和市场需求的增加，对产品的精密度和加工效率要求越来越高，驱动了精密研磨抛光系统的发展。
- 智能化：随着人工智能、物联网等技术的不断发展，精密研磨抛光系统将越来越智能化，实现自动化生产，提高生产效率。
超精密研磨技术的发展历史
超精密研磨技术的发展历史一、技术起源超精密研磨技术起源于20世纪中期，随着航空航天、电子和光学等高科技领域的发展，对于零件的精度和表面质量的要求越来越高，传统的研磨技术已经无法满足这些需求。
因此，人们开始探索超精密研磨技术，以提高零件的精度和表面质量。
二、初步发展在20世纪60年代，超精密研磨技术开始进入初步发展阶段。
这个阶段的主要技术包括：弹性发射加工、抛光加工和化学机械研磨等。
这些技术的应用，使得零件的表面质量和精度得到了显著提高，但是这些技术还存在一些问题，如加工效率低下、加工材料有限等。
三、关键技术突破在20世纪80年代，随着材料科学和工程技术的不断发展，超精密研磨技术取得了一系列关键技术突破。
这些突破包括：加工材料的选择、加工过程中的材料去除机制、加工表面的物理和化学性质等。
这些突破为超精密研磨技术的发展奠定了基础。
四、工业应用推广随着超精密研磨技术的不断发展，其应用范围也逐渐扩大。
目前，超精密研磨技术已经广泛应用于航空航天、电子、光学、医疗器械等领域。
这些应用不仅提高了零件的精度和表面质量，同时也推动了超精密研磨技术的不断发展和完善。
五、技术革新与进步近年来，随着科技的不断进步，超精密研磨技术也在不断革新和进步。
新型的研磨材料、加工设备和工艺不断涌现，使得超精密研磨技术的加工效率、精度和表面质量得到了进一步提高。
同时，智能化和自动化技术的应用，也使得超精密研磨技术更加便捷和高效。
六、国内外发展对比目前，超精密研磨技术在国内外都得到了广泛的关注和应用。
在国外，美国、德国和日本等发达国家在超精密研磨技术方面处于领先地位，已经形成了一套完整的产业链和技术体系。
在国内，随着科技的不断进步和应用需求的增加，超精密研磨技术也得到了迅速发展，但仍存在一定的差距。
为了缩小差距，国内应该加强技术研发和创新，提高自主创新能力，推动超精密研磨技术的进一步发展。
七、未来趋势与展望未来，随着科技的不断进步和应用需求的增加，超精密研磨技术将呈现以下趋势：1.加工效率和精度的提高：随着新型研磨材料和加工设备的出现，超精密研磨技术的加工效率和精度将得到进一步提高，以满足更多领域的需求。
《精密研磨与抛光》课件
研磨能够改善工件表面的质量、形状精度和尺寸精度，满足不同工件的加工要求。
研磨机械的分类
主要分类
研磨机械可分为手工研磨设备和自动化研磨设备， 不同类型的研磨机械适用于不同规模和复杂度的加 工。
选择因素
在选择研磨机械时，需要考虑加工要求、工件材料、 研磨精度、生产效率等因素。
研磨液
1 研磨液的种类
抛光是在研磨的基础上，利用柔软的抛光材料与工件表面的相对运动，使其获得高光洁 度和光滑度的一种表面处理方法。
2 抛光的分类
抛光可分为机械抛光、手工抛光和化学抛光等，根据工艺要求选择适合的抛光方法。
3 抛光的作用
通过抛光，可以进一步提高工件表面的质量、光洁度和平整度，满足高精度加工的需求。
抛光剂
1 抛光剂的分类
《精密研磨与抛光》PPT 课件
这份PPT课件将为您介绍精密研磨与抛光的相关知识。从研磨的概述开始，一 直到研磨和抛光的应用领域和未来的发展趋势。
研磨的概述
1 研磨的定义
研磨是通过磨料与工件间的相对运动，用磨削力使工件表面产生形状精度、表面光洁度 要求的一种加工方法。
2 研磨的分类
研磨可分为手工研磨和机械研磨两大Hale Waihona Puke ，根据工艺要求选择适合的研磨方法。
结语
研磨和抛光的重要性
精密研磨与抛光在多个行业中发挥着关键作用，推 动着产品质量和工艺水平的不断提高。
未来的发展趋势
随着科技的进步，研磨与抛光技术将更加智能化和 自动化，为工业制造带来更大的发展空间。
2 研磨液的作用
3 配制方法
研磨液可分为水基研磨液、 油基研磨液和合成型研磨 液，根据不同加工需求选 择合适的研磨液。
研磨液能够冷却磨料和工 件、清洁加工区域，并提 供必要的润滑和抛光效果， 提高加工质量。
2024年精密研磨抛光系统市场分析现状
2024年精密研磨抛光系统市场分析现状简介精密研磨抛光系统是一种用于加工和研磨各种材料表面的设备。
它广泛应用于制造业领域，例如电子、光电子、航空航天、汽车等行业。
本文将对精密研磨抛光系统市场的现状进行分析，并探讨其发展趋势。
市场规模精密研磨抛光系统市场在过去几年里持续增长，预计在未来几年里将保持稳定增长的趋势。
根据市场调研公司的数据显示，2019年全球精密研磨抛光系统市场规模达到XX亿美元。
预计到2025年，市场规模将达到XX亿美元。
主要应用领域精密研磨抛光系统主要应用于以下几个领域：1.电子行业：随着电子产品的不断更新换代，对于精密零部件的需求也越来越大。
精密研磨抛光系统在电子行业中被广泛用于半导体、集成电路等零部件的加工和研磨。
2.光电子行业：光电子产品在通信、显示和能源等领域有着广泛的应用。
精密研磨抛光系统在光电子行业中用于光纤和光学元件的加工和研磨，以提高产品的光学性能。
3.航空航天行业：航空航天行业对于材料的精密加工要求非常高，精密研磨抛光系统在航空航天行业中用于航空发动机零部件、航天器材料的加工和研磨。
4.汽车行业：汽车行业对于发动机零部件、汽车外表面的加工要求也很高，精密研磨抛光系统可以提供高精度和高质量的加工效果。
市场竞争格局精密研磨抛光系统市场竞争激烈，主要的竞争者包括国内外的制造商和供应商。
国际上一些大型企业如XXXX、XXXX等，在技术研发和市场份额方面占据着一定的优势。
国内的一些企业如XXXX、XXXX等，在本土市场上表现出色。
此外，一些小型的技术创新型企业也在市场上崭露头角。
市场发展趋势精密研磨抛光系统市场在未来几年里有以下几个发展趋势：1.技术升级和创新：随着科学技术的不断进步，精密研磨抛光系统的技术也在不断升级和创新。
新的材料和工艺将会提高系统的加工精度和效率。
2.自动化和智能化：自动化和智能化将是精密研磨抛光系统的未来发展方向。
人工智能、机器学习等技术将应用于系统中，提升系统的自动化程度和智能化水平。
超精研磨技术
PTG研磨等级
DP 100 DP 100
DP 50 DP 50 DP 50 DP 20 DP 20 DP 20
DP 14 DP 14
研磨液
为达到最佳细磨和／或研磨效果，应采用专门配方的经过 普通水或去离子水稀释的研磨液。
研磨液浓 度影响材料去除率和表面洛氏硬度，需要增加 其它过程控制方法。
研磨液
研磨液
液流量和循环 为在较大机器上取得最佳效果，买一台离心机，并同时使
用水过滤器。 使用中过滤器和离心机应每天清理。 *购买Omnifilter U25 和RS2过滤器或相当系统。
金刚砂粒粘合程序
PTG公司建议，因为进行水基加工，采用铝盘可获取最佳效果。但是也可
以采用在顶部和侧面全部涂了两遍抗水性环氧树脂的铸铁盘。
研磨液
液流量与循环 对于较小机器，在研磨盘上方装一个流量2-4升／分（尺
寸为3B-8B）的喷咀即可。
对较大机器要采用，流量为6-16升／分（9B，13-20B）的双 喷咀系统。
部件在上机器加工前，要先用研磨液彻底湿润表面。在加工过 程中应保持研磨液复盖全部盘面。
没有足够的研磨液金刚砂粒会过热，甚至达到熔点、成釉状或烧 毁。
金刚砂团粒粘合程序
在底面涂环氧树脂 。 把团粒放准在记号上，并用姆指使劲按。 对较大的盘，使用刮刀或带沟状齿（1mm以下）的抹子在
断面上涂薄层环氧树脂，而后把团粒放在表面上。 仅在15-20分钟内可工作的部位涂上环氧树脂。而后移到
盘的表面喷砂或粗砂纸 打成粗糙表面以准备粘 合。
金刚砂团粒粘合程序
通过底面喷砂以去除团粒底部的釉状物质。注意顶部和底部的差别。
金刚砂团粒粘合程序
对于较大的盘，PTG公司准备送给你一份团粒布置图。我们需要你提 供内、外径和基材尺寸以便在盘上进行设计布置。
精密研磨与抛光(精密加工)
7.1 研磨 7.2 抛光 7.3 精密研磨与抛光的主要工艺因素 7.4 精密研磨抛光新技术 7.5 曲面研磨抛光技术
2013-9-22
第7章 精密研磨与抛光
在超精密加工中，超精密切削和超精密磨削的实
现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及相关 技术的支持，并受到加工原理及环境因素的影响和限 制，要实现更高精度的加工十分困难。 超精密研磨抛光具有独特的加工原理，对加工设 备和环境因素要求不高，可以实现纳米级甚至原子级 的加工，已经成为超精密加工技术中一个十分重要的 部分。 精密研磨与抛光加工涉及的材料：金属材料，硅 、砷化镓等半导体材料，蓝宝石、铌酸锂等光电子材 2013-9-22 料，压电材料，磁性材料，光学材料等。
3)作为及时排屑的通道， 防止研磨表面被划伤。
2013-9-22
第3节 精密研磨与抛光的主要工艺因素 四、磨粒
磨粒按硬度可分为：硬磨粒和软磨粒。 研磨用磨粒需要具有的性能： 磨粒形状、尺寸均匀一致； 磨粒能适当破碎，使切刃锋利； 磨粒熔点要比工件熔点高； 磨粒在加工液中容易分散。 抛光用磨粒还要考虑与工件材料作用的化学活性。 通常研磨加工使用磨粒的硬度是工件材质的2倍，有 时使用两种以上磨粒的混合物。 氧化铈 抛光 玻璃；SiO2胶体 抛光 石英玻璃,硅片； 金刚石 抛光 陶瓷；Al2O3,SiC,Cr2O3 抛光 钢系列金属.
第2节 抛光 二、研磨、抛光的加工变质层（接上页） 抛光加工后的加工变质层，由表层向里依 次为：抛光应力层、经腐蚀出现的二次裂纹应 力层、二次裂纹影响层和完全结晶层，整个加 工变质层深度约为3μm。并且加工表面越粗， 加工变质层深度越大。 在加工过程中的化学反应对材料去除和减少加 工变质层有利。
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行业借鉴
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超精密平面研磨机
可以用单 面研磨， 也可以用 双面研磨。
进行高质 量平行平 面研磨时， 需使用双 面研磨。
行业借鉴
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行业借鉴
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单面研磨机
行业借鉴
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平面研磨的研具
为确保几何形状精度，研磨端面小的高精度平 面工件时要使用弹性变形小的研具；除特种玻 璃外，可以用在加工成平面的金属板上涂一层 四氟乙烯，或镀铅和铟；
第5章 超精密研磨与抛光
Chapter 5 Ultra Precision Lapping and Polishing
行业借鉴
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5.1 研磨和抛光的概述
利用工件与研具相对运动， 通过研磨剂作用而获得高质 量、高精度的加工方法。
研磨和抛光的历史很长。 玉器。 中国古代的铜镜。 眼镜，最早出现于1289 年的意大利佛罗伦萨。 望远镜和显微镜是在文 艺复兴机理和特点
使用<1μm的微细磨粒； 软质材料抛光垫：沥
青、石蜡、合成树脂 和人造革等。
微小的磨粒微小的磨 粒被抛光器弹性地夹 持研磨工件。因而， 磨粒对工件的作用力 很小，即使抛光脆性 材料也不会发生裂纹。
行业借鉴
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抛光的加工机理
1) 由磨粒进行的机械抛光可塑性地生成切 屑。但是它仅利用极少磨粒强制压入产 生作用。
行业借鉴
3
5.2 研磨和抛光的机理和特点
5.2.1 研磨加工的机理和特点
研磨加工通常使用1μm到几十μm的氧化铝和 碳化硅等磨粒和铸铁等硬质材料的研具。
磨粒的工作状态
1) 磨粒在工件与研具之间 进行转动;
2) 由研具面支承磨粒研磨 加工面;
3) 由工件支承磨粒研磨加 工面。
行业借鉴
4
研磨的机理
行业借鉴
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5.3 研磨和抛光的主要工艺因素
项
研磨法
研具
磨粒
加工液 工件、研具相对速度
目
加工方式 加工运动 驱动方式
材料 形状 表面状态
种类 材质、形状 粒径
水质 油质
加工压力
加工时间
环境
温度
尘埃
内容
单面研磨、双面研磨 旋转、往复 手动、机械驱动、强制驱动、从动
硬质、软质、人造、天然 平面、球面、非球面、圆柱面 有槽、有孔、无槽
由于工件、磨粒、研具和研磨液等的不同，上述三种研磨方法 的研磨表面状态也不同。表面的形成，是在产生切屑、研具的磨损 和磨粒破碎等综合在一起的复杂情况下进行的。 硬脆材料的研磨
微小破碎痕迹构成的无光泽面； 磨粒不是作用于镜面而是作用在有凸凹和裂纹等处的表面上，
并产生磨屑。 金属材料的研磨
表面没有裂纹； 对于铝材等软质材料，研磨时有很多磨粒被压入材料内； 对刀具和块规等淬火工具钢等可确保有块规那样的光泽表面。
为获得高的表面质量，在工件材料较软时，有 时使用半软质（如锡）和软质（如沥青）的研 磨盘，主要问题是不易保持平面度，优点是表 面变质层小、表面粗糙度小。
行业借鉴
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行业借鉴
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抛光机
多头、单头抛光机
Substrate Carrier
Polish Overarm
Polish Table
Substrate Carrier with Polish Overarm
行业借鉴
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5.2.4抛光的加工变质层
关于抛光的加工变质层，即使工件是硬脆材料， 抛光时也不会出现裂纹，加工变质层的结构与 深度应当与研磨有相当大的不同。
由氧化铈磨粒和沥青研具精加工的石英振子镜 面，其加工变质层的结构可使用氟化氨的饱和 水溶液腐蚀来检测。根据检测结果得知，由表 层向组织内部的结构顺序是抛光应力层，经腐 蚀出现的2次裂纹应力层，2次裂纹影响层和完 全结晶层，整个深度为3um。
硬脆材料经研磨后的表面 ，经研磨的单晶硅表面，使用氟、硝酸系列的 溶液进行化学浸蚀，依次去掉表层，用电子衍射法进行晶体观察时，从 表层向内部的顺序为非晶体层或多晶体层、镶嵌结构层、畸变层和完全 结晶结构。另外，从使用X射线衍射法的弹塑性学的观点来评价，则表 层是由极小的塑性流动层构成，其下是有异物混人的裂纹层，再下则是 裂纹层、弹性变形层和主体材料。
用于制造高精度高表面质量的零件，如大规模 集成电路的硅片，不仅要求极高的平面度，极 小的表面粗糙度，而且要求表面无变质层、无 划伤。光学平晶、量块、石英振子基片平面， 除要求极高平面度、极小表面粗糙度外，还要 求两端面严格平行。
行业借鉴
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行星轮式双面平面研磨机
行业借鉴
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行星轮式双面平面研磨机
行业借鉴
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抛光垫形状外貌
行业借鉴
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抛光垫材料和类型
Type I
注入聚合物的毛毡
Type II
微孔材料
Type III
行业借鉴
2
现在，除已实现批量生产透镜和棱镜外， 其加工水平已能完成光学镜面和保证高 形状精度的光学平晶、平行平晶以及具 有特定曲率的球面等标准件的加工。 就实施超精密加工而言，在各种加工方 法中，研磨和抛光方法最为有力。 为适应零件加工的要求，不断进行技术 改造和开发新加工原理的超精密研磨和 抛光技术。
2) 借助磨粒和抛光器与工件流动摩擦使工 件表面的凸因变平。
3) 在加工液中进行化学性溶析。 4) 工件和磨粒之间有直接的化学反应而有
助于上述现象。
行业借鉴
7
5.2.3 研磨的加工变质层
加工变质层使工件材质的结构、组织和组成遭到破坏或接近于破坏状态。 在变质层部分存在变形和应力，还有其物理的和化学的影响等。硬度和 表面强度变化等机械性质和耐腐蚀性等化学性质也与基体材料不同。
金属氧化物、金属碳化物、氮化物、硼化物 硬度、韧性、形状 0.01um～几十um 酸性~碱性、界面活性剂 界面活性剂
1~100m/min
0.01~30N/cm2
～10h
室温设定温度±0.1℃
利用净化槽、净化操作台
行业借鉴
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5.4 超精密平面研磨和抛光
超精密研磨和抛光是加工误差<0.1 μm，表面粗 糙度Ra<0.02 μm的加工方法。
在研磨金属材料时，虽不发生破碎，但是磨粒转动和刮削时，由于材料 承受了塑性变形，通常形成与上述硅片相类似的加工变质层。相反，例 如是多晶的金属材料，则越接近被加工的表层，晶粒越微细，累积位错 在最表层，变成非晶质状态。在这部分，金属与大气中的活性氧结合， 变得活跃。另外，有时发生因塑性变形而使磨粒等容易嵌进金属。