CN110238751A - 蓝宝石晶片研磨盘及研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓝宝石加工设备技术领域，提供一种蓝宝石晶片研磨盘及研磨装置，所述蓝宝石晶片研磨盘，所述研磨盘的上表面为平面，且所述上表面上包括至少两个研磨区域，所述至少两个研磨区域的表面硬度不同。本发明的蓝宝石晶片研磨盘，一方面通过设置至少两个表面硬度不同的研磨区域，使得蓝宝石晶片在研磨初期利用表面硬度相对较高的研磨区域进行粗研磨，随后，再利用表面硬度相对较低的研磨区域进行精研磨，以在提高材料去除率的同时降低表面损伤，另一方面，不需要更换研磨盘即可对蓝宝石晶片进行粗研磨和精研磨，提高了加工效率，同时，避免在更换研磨盘的过程中对蓝宝石晶片造成损伤，提供成品率。

Description

蓝宝石晶片研磨盘及研磨装置

技术领域

本发明涉及蓝宝石加工设备技术领域，特别涉及一种蓝宝石晶片研磨盘及研磨装置。

背景技术

蓝宝石单晶，具有硬度高、透光性好、耐磨性高、化学稳定性好、热传导性、电磁绝缘性、力学特性优良等特点，被广泛地当做窗口和蓝宝石晶片材料应用于国防工业尖端科技研究及民用领域。

蓝宝石脆性大，是典型的难加工材料，目前，蓝宝石晶片的制备主要包括切片、平整和抛光等工序。在平整加工中主要是通过游离磨料研磨去除线切过程中所产生的切痕，并获得较为平整的表面，为后续抛光提供一个良好基础。

但在采用游离磨料对蓝宝石晶片进行平坦化加工过程中，采用表面硬度高的研磨盘作为加工盘时，工件材料去除率高，但易在晶片表面和亚表面造成划痕、微裂纹、晶格位错等损伤，造成晶片报废；采用表面硬度低的研磨盘作为加工盘时，工件材料裂纹等表面缺陷和亚表面损伤较少，但材料去除率低、加工时间，蓝宝石晶片研磨加工的低表面损伤和高材料去除率难以平衡。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种蓝宝石晶片研磨盘及研磨装置，该蓝宝石晶片研磨盘通过利用不同表面硬度的研磨盘对蓝宝石晶片进行打磨，使平衡蓝宝石晶片研磨加工的低表面损伤和高材料去除率。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种蓝宝石晶片研磨盘，所述研磨盘的上表面为平面，且所述上表面上包括至少两个研磨区域，所述至少两个研磨区域的表面硬度不同。

优选地，所述研磨区域的形状包括圆环，所述研磨区域之间同心设置。

优选地，相邻的两个所述研磨区域，靠近圆心的所述研磨区域的表面硬度大于远离圆心的所述研磨区域的表面硬度。

优选地，所述研磨盘包括紫铜研磨盘、铜基二氧化硅研磨盘和锡研磨盘三个研磨区域。

优选地，所述紫铜研磨盘、所述铜基二氧化硅研磨盘和所述锡研磨盘依次设置。

优选地，所述紫铜研磨盘、所述铜基二氧化硅研磨盘和所述锡研磨盘以所述紫铜研磨盘为中心设置。

优选地，所述铜基二氧化硅研磨盘中二氧化硅的体积分数不大于10％。同时，本发明还提供一种研磨装置，所述研磨装置包括本发明所述的蓝宝石晶片研磨盘。

优选地，所述研磨装置还包括载样盘和平移组件，所述载样盘安装在所述平移组件上以使得所述平移组件带动所述载样盘水平移动。

优选地，所述研磨装置还包括研磨盘电机和载样盘电机，所述研磨盘电机的转动轴与所述研磨盘的圆心连接，所述载样盘电机的转动轴与所述载样盘的圆心连接。

相对于现有技术，本发明的蓝宝石晶片研磨盘，一方面通过设置至少两个表面硬度不同的研磨区域，使得蓝宝石晶片在研磨初期利用表面硬度相对较高的研磨区域进行粗研磨，随后，再利用表面硬度相对较低的研磨区域进行精研磨，以在提高材料去除率的同时降低表面损伤，另一方面，不需要更换研磨盘即可对蓝宝石晶片进行粗研磨和精研磨，提高了加工效率，同时，避免在更换研磨盘的过程中对蓝宝石晶片造成损伤，提供成品率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的研磨装置的结构示意图；

图2为本发明的研磨装置另一角度的结构示意图；

图3为本发明的研磨装置的主视图；

图4为本发明的研磨装置的俯视图；

图5为本发明的蓝宝石晶片研磨盘的结构示意图。

附图标记说明：

1研磨盘 2载样盘

3平移组件 4研磨盘电机

5载样盘电机 11紫铜研磨盘

12铜基二氧化硅研磨盘 13锡研磨盘

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种蓝宝石晶片研磨盘，如图1至图5所示，所述研磨盘1的上表面为平面，且所述上表面上包括至少两个研磨区域，所述至少两个研磨区域的表面硬度不同。通过设置表面硬度不同的研磨区域，不同研磨区域对磨粒的把持能力不同，使得不同的研磨区域产生不同的研磨效果。

本发明的蓝宝石晶片研磨盘1，一方面通过设置至少两个表面硬度不同的研磨区域，使得蓝宝石晶片在研磨初期利用表面硬度相对较高的研磨区域进行粗研磨，随后，再利用表面硬度相对较低的研磨区域进行精研磨，以在提高材料去除率的同时降低表面损伤，另一方面，不需要更换研磨盘1即可对蓝宝石晶片进行粗研磨和精研磨，提高了加工效率，同时，避免在更换研磨盘1的过程中对蓝宝石晶片造成损伤，提供成品率。

上述中，所述研磨盘1的上表面为工作面，即，所述研磨盘1与所述蓝宝石晶片的接触面。

为了提高研磨盘1的研磨效率，所述研磨区域的形状包括圆环，所述研磨区域之间同心设置。这样的设置使得在加工过程中，同一所述研磨区域能够对蓝宝石晶片进行持续研磨，提高加工效率，同时，当蓝宝石晶片移动至另一研磨区域时，研磨盘1对蓝宝石晶片进行进一步的精加工。

上述中，为了平衡各研磨区域之间的使用寿命，相邻的两个所述研磨区域，靠近圆心的所述研磨区域的表面硬度大于远离圆心的所述研磨区域的表面硬度。表面硬度大的所述研磨区域对磨粒的把持能力弱，磨粒不易嵌入研磨盘1表面，加工载荷由少量大颗粒承担，磨粒对工件的切深增加，材料去除率高，工作时间短；表面硬度小的所述研磨区域对磨粒的把持能力强，磨粒容易嵌入研磨盘1表面，加工载荷由大量磨粒共同承担，磨粒对工件的切深减小，材料去除率低，工作时间长，因此，表面硬度小的所述研磨区域工作时间长、消耗速度块，所以将表面硬度小的所述研磨区域设置在所述研磨盘1的外周，增加表面硬度小的所述研磨区域的使用寿命，以平衡各研磨区域之间的使用寿命，减少研磨盘1的更换周期。

上述中，为了平衡蓝宝石晶片研磨加工的低表面损伤和高材料去除率，所述研磨盘1包括紫铜研磨盘11、铜基二氧化硅研磨盘12和锡研磨盘13三个研磨区域。采用表面硬度大的紫铜研磨盘11研磨时，大粒径磨粒不易嵌入研磨盘1表面，加工载荷由少量大颗粒承担，磨粒对工件的切深增加，工件表面脆性崩碎形成切屑，材料去除效率高，但对工件表面形成较大的划痕、裂纹和凹坑等损伤；表面硬度小的锡研磨盘13研磨时，大粒径磨粒更多的嵌入研磨盘1表面，更多磨粒共同承担载荷，磨粒对工件的切深降低，材料去除效率下降，但形成的表面损伤少；铜基二氧化硅研磨盘12以紫铜粉为基体，二氧化硅颗粒作为增强体，树脂结合剂对紫铜粉、二氧化硅颗粒起把持作用，二氧化硅颗粒弥散分布在铜基体中形成硬质点，调节研磨盘1的弹性模量、表面硬度等性能参数。从而实现：加工时，铜基二氧化硅研磨盘12的表面局部塑性优于紫铜研磨盘11，可使大的磨粒易于陷入铜基二氧化硅研磨盘12表面，避免其对工件表面产生大划痕损伤；铜基二氧化硅研磨盘12的整体刚性优于锡研磨盘13，在一定载荷下，保持较高的工件材料去除率,从而实现磨粒的最佳研磨效果。

上述中，为了便于对蓝宝石晶片实现不同精度的研磨，避免在不同精度的研磨的切换过程中对蓝宝石晶片造成划伤，所述紫铜研磨盘11、所述铜基二氧化硅研磨盘12和所述锡研磨盘13依次设置。

进一步的，所述紫铜研磨盘11、所述铜基二氧化硅研磨盘12和所述锡研磨盘13以所述紫铜研磨盘11为中心设置。这样的设置使得蓝宝石晶片由粗研磨到精研磨的切换过程中不会划伤蓝宝石晶片表面。

上述中，为了实现对紫铜研磨盘11的表面硬度实现更好的优化，所述铜基二氧化硅研磨盘12中二氧化硅的体积分数不大于10％。二氧化硅不影响基体金属的固有物理化学性质。

同时，本发明还提供一种研磨装置，所述研磨装置包括本发明所述的研磨盘1。

上述中，所述研磨装置还包括载样盘2和平移组件3，在对蓝宝石晶片研磨时，蓝宝石晶片安装在所述载样盘2上，所述载样盘2安装在所述平移组件3上以使得所述平移组件3带动所述载样盘2水平移动。这样的设置使得平移组件3带动蓝宝石晶片水平移动，使得蓝宝石晶片能够在不同的研磨区域内切换，同时，蓝宝石晶片在同一研磨区域内的不同位置移动时，能够充分对研磨区域进行利用，减少研磨盘1更换周期。

上述中，所述研磨装置还包括研磨盘电机4和载样盘电机5，所述研磨盘电机4的转动轴与所述研磨盘1的圆心连接，所述载样盘电机5的转动轴与所述载样盘2的圆心连接。这样的设置使得蓝宝石晶片和研磨盘1同时转动，使得研磨盘1对蓝宝石晶片表面各点的研磨相对平衡，提高蓝宝石晶片的加工平整度。

所述平移组件3包括平移电机、丝杠螺母副和平移导轨，所述丝杠螺母副安装在所述平移导轨上，所述平移电机的转动轴与所述丝杠连接，所述载样盘电机5与所述螺母固定连接，所述载样盘电机5与所述平移导轨滑动连接。同时，所述研磨装置还包括升降组件，所述平移组件3安装在所述升降组件上，以使得所述升降组件带动所述平移组件3升降。所述升降组件包括升降电机、丝杠螺母副和升降导轨，所述丝杠螺母副安装在所述升降导轨上，所述升降电机的转动轴与所述丝杠连接，所述平移导轨与所述螺母固定连接。所述研磨设备还包括控制器，所述控制器与所述平移电机和所述升降电机电连接。

在使用本发明所述的研磨设备时，平移电机带动载样盘2沿平移导轨移动，直至载样盘2运动至紫铜研磨盘11的上方，升降电机带动平移组件3下降，直至载样盘2带动蓝宝石晶片与紫铜研磨盘11接触，并对紫铜研磨盘11施加一定压力，控制器控制载样盘电机5和研磨盘电机4分别带动载样盘2和研磨盘1转动，此时，紫铜研磨盘11对蓝宝石晶片粗研磨，随后，升降电机带动平移组件3上升，平移电机带动载样盘2移动至铜基二氧化硅研磨盘12上方，升降电机带动平移组件3下降，直至载样盘2带动蓝宝石晶片与铜基二氧化硅研磨盘12接触，并对铜基二氧化硅研磨盘12施加一定压力，铜基二氧化硅研磨盘12对蓝宝石晶片精研磨，随后，升降电机带动平移组件3上升，平移电机带动载样盘2移动至锡研磨盘13上方，升降电机带动平移组件3下降，直至载样盘2带动蓝宝石晶片与锡研磨盘13接触，并对锡研磨盘13施加一定压力，锡研磨盘13对蓝宝石晶片进行进一步精研磨。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，所述研磨盘(1)的上表面为平面，且所述上表面上包括至少两个研磨区域，所述至少两个研磨区域的表面硬度不同。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，所述研磨区域的形状包括圆环，所述研磨区域之间同心设置。

3.根据权利要求2所述的蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，相邻的两个所述研磨区域，靠近圆心的所述研磨区域的表面硬度大于远离圆心的所述研磨区域的表面硬度。

4.根据权利要求3所述的蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，所述研磨盘(1)包括紫铜研磨盘(11)、铜基二氧化硅研磨盘(12)和锡研磨盘(13)三个研磨区域。

5.根据权利要求4所述的蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，所述紫铜研磨盘(11)、所述铜基二氧化硅研磨盘(12)和所述锡研磨盘(13)依次设置。

6.根据权利要求5所述的蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，所述紫铜研磨盘(11)、所述铜基二氧化硅研磨盘(12)和所述锡研磨盘(13)以所述紫铜研磨盘(11)为中心设置。

7.根据权利要求4所述的蓝宝石晶片研磨盘，其特征在于，所述铜基二氧化硅研磨盘(12)中二氧化硅的体积分数不大于10％。

8.一种研磨装置，其特征在于，所述研磨装置包括权利要求1至权利要求7所述的研磨盘(1)。

9.根据权利要求8所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还包括载样盘(2)和平移组件(3)，所述载样盘(2)安装在所述平移组件(3)上以使得所述平移组件(3)带动所述载样盘(2)水平移动。

10.根据权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还包括研磨盘电机(4)和载样盘电机(5)，所述研磨盘电机(4)的转动轴与所述研磨盘(1)的圆心连接，所述载样盘电机(5)的转动轴与所述载样盘(2)的圆心连接。