磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法
2023-05-18 12:17:21 8
專利名稱：磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法
技術領域：
本發明是一種磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法，屬於磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法的創新技術。
背景技術：
隨著微電子技術、MEMS (微電子系統)的發展，為充分利用材料的電性能製作微電子元器件的材料從單晶矽材料向電子陶瓷材料擴展，如氧化鋁陶瓷、鈦酸鍶陶瓷、鈦酸鋇陶瓷等，此類電子陶瓷一般通過其組成相的硬質顆粒與粘接相界面結構達到其電性能要求，常常採用無壓燒結工藝製作電子陶瓷基片。電子陶瓷基片要成為高性能微電子元器件的襯底，一般要求厚度在O. 15mm左右、上下表面粗糙度RaO. 05um左右，通過直接無壓燒結方式，無論是厚度還是表面粗糙度均無法達到該要求，因而需要通過機械研磨加工方法才能達到尺寸和表面精度要求。考慮陶瓷基片材料成本和加工成本，燒結過程需要控制電子陶瓷基片的厚度，但電子陶瓷基片的厚度越薄，無壓燒結後翹曲變形越嚴重大。研磨加工是利用研磨盤和研磨工作液(油或水性物質與游離磨料的混合物)，通過研磨盤向游離磨料施加一定壓力作用於工件表面，磨料在研磨盤與工件界面上產生滾動或滑動，從被加工工件表面去除一層極薄的材料，達到提高工件形狀精度和表面精度的目的。現有的研磨裝置主要由安裝在連接電機的主軸上的研磨盤和工件安裝盤構成。工作時，將工件安裝在工件安裝盤上，研磨盤和工件安裝盤之間保持一定的運動關係，工件安裝盤對游離磨料施加一定的壓力實現對工件表面的研磨加工，可以實現單面研磨，進行雙面研磨時另行增加一個研磨盤。研磨加工方法是在剛性研具(鑄鐵、錫等)表面嵌入磨料，在一定的壓力作用下，通過研具與工件之間的相對運動，對工件表面進行微量去除，獲得高的精度和低的表面粗糙度的工藝方法。現有的研磨方法主要由金屬材料製成研磨盤基體，將游離磨料加入到研磨盤與工件之間的機械研磨，例如鑄鐵研磨盤加研磨劑/研磨膏，加工過程中依靠工件的原始表面與研磨盤表面貼合進行定位控制。現有研磨加工超薄硬脆材料基片時存在的問題一方面是夾持困難無壓燒結超薄硬脆材料基片厚度小(厚度最小O. 1mm，約為其他二維方向尺寸的千分之五)翹曲變形大，易破碎，在研磨加工中裝夾困難。採用目前的行星輪保持架雙面研磨，由於基片厚度小翹曲變形大，行星輪保持架難以穩定帶動基片運動，同時研磨盤壓力作用使基片翹曲部位破損，造成研磨加工過程中基片高破碎率；真空吸附法由於超薄硬脆材料基片翹曲變形無法有效夾持；臘層粘貼襯底單面研磨法在基片粘貼和拆除過程同樣容易發生破碎，無法實現超薄硬脆材料基片的有效夾持就難以實現基片低破碎率和高精度的研磨加工。現有研磨加工超薄硬脆材料基片時存在的問題另一方面是磨粒劃傷表面游離磨料微粒在研磨盤與工件之間的運動速度、軌跡、滯留時間等都無法有效控制，在研磨盤與工件界面之間的游離態磨料只有較大尺寸的磨粒產生加工作用，造成加工表面局部劃傷。對於利用游離磨料進行研磨加工的方法，提高游離磨料加工效率和加工精度的關鍵是如何確保研磨盤與工件接觸界面上具有均勻的磨料濃度分布以及儘可能均等的磨粒作用力，現有的機械和化學的研磨方法都難以做到這一點，因而影響了研磨加工的表面精度。
發明內容
本發明的目的在於考慮上述問題而提供一種能對厚度小，翹曲變形大，研磨加工中易破碎、裝夾困難的超薄硬脆材料基片進行研磨拋光的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置。本發明設計合理，方便實用。本發明的另一目的在於提供一種操作簡單的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法。本發明的技術方案是本發明的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，包括有研磨頭主軸、基板、具有與超薄硬脆材料基片的形狀及大小一致的磁性套、高磁感應強度磁性體、研磨盤修整套、研磨盤、研磨盤主軸，其中固定螺釘將布置有高磁感應強度磁性體的基板鑲嵌固定在磁性套上形成柔性研磨拋光頭，研磨盤固定在研磨盤主軸上，研磨盤修整套置於研磨盤上，磁流變工作液通過循環管加入到研磨盤的上表面。本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法，包括如下步驟
1)通過研磨頭主軸、具有與超薄硬脆材料基片的形狀及大小一致的磁性套和固定螺釘將一定規律布置有高磁感應強度磁性體的基板鑲嵌固定在磁性套上，形成柔性研磨拋光頭;
2)將研磨盤通過銷釘固定在研磨盤主軸上，再將修整面具有矩形槽並且中間開有與超薄硬脆材料基片的形狀及大小一致的內孔的研磨盤修整套置於研磨盤上；
3 )將超薄硬脆材料基片放置於研磨盤修整套內，且超薄硬脆材料基片在研磨盤修整套所設內孔作用下完成切向把持，調節研磨盤修整套的位置使其與柔性研磨拋光頭正對；
4)將磁流變工作液通過循環管加入到研磨盤的上表面，調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套內並對研磨頭主軸施加一定研磨壓力F，磁流變工作液在高磁感應強度磁性體的作用下會迅速通過研磨盤修整套、矩形槽進入超薄硬脆材料基片與柔性研磨拋光頭之間，並在高磁感應強度磁性體的磁場力作用下形成由鐵粉和磨料組成的磁流變效應粘彈性墊，超薄硬脆材料基片在磁流變效應粘彈性墊的彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤的表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液，完成超薄硬脆材料基片的法向半固著夾持；
5)調節研磨盤的轉速及研磨頭主軸的轉速，調節研磨頭主軸相對研磨盤的相對擺速，研磨盤修整套在磁性套的帶動下轉動和擺動，實現對研磨盤的修整及帶動超薄硬脆材料基片按照研磨頭主軸的軌跡運動，超薄硬脆材料基片的工作面在高磁感應強度磁性體所產生的磁流變效應粘彈性墊的柔性壓力及磁流變工作液的磨料的作用下能迅速去除表面材料，完成超薄硬脆材料基片的正面研拋加工，獲得單面研磨後基片；
6)停止磁流變工作液供液，停止研磨頭主軸相對研磨盤的相對擺速，停止研磨盤及研磨頭主軸的轉動，對研磨頭主軸施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤，取出已完成單面研磨後基片；
7)將完成單面研磨後基片翻轉後再次放置於研磨盤修整套內，再次將磁流變工作液通過循環管加入到研磨盤的上表面，調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套內並對研磨頭主軸施加一定研磨壓力F，完成單面研磨後基片的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調節研磨盤的轉速及研磨頭主軸的轉速，調節研磨頭主軸相對研磨盤的相對擺速，完成單面研磨後基片的反面的研拋加工，獲得雙面研磨後基片；
8)停止磁流變工作液的供液，停止研磨頭主軸相對研磨盤的相對擺速，停止研磨盤及研磨頭主軸的轉動，對研磨頭主軸施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨後基片，獲得較好的平面度和表面粗糙度。本發明的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，採用高磁感應強度的磁性體產生的磁流變效應粘彈性墊與超薄硬脆材料基片直接接觸施加壓力和法向固定，而採用形狀和大小與超薄硬脆材料基片一致的內孔對超薄硬脆材料基片進行切向固定，可以避免超薄硬脆材料基片與剛性物體直接接觸而壓碎，從而可以實現超薄硬脆材料基片的零裝夾破碎率；實現切向固定的修整裝置與裝有高磁感應強度磁性體柔性研磨拋光頭互相分離的方法，可以使得施加與柔性研磨拋光頭的壓力通過磁流變效應粘彈性墊直接傳遞給薄超薄硬脆材料基片而不會由於壓力大於修整裝置自重而晶片脫落，使得超薄超薄硬脆材料基片裝夾安全可靠；修整裝置實現對超薄超薄硬脆材料基片切向固定的同時對研磨盤進行實時修整，使得研磨盤表面光滑平整從而避免加工過程劃痕的產生，提高超薄超薄硬脆材料基片的研磨效果；實現了超薄硬脆材料基片的裝夾與研磨拋光一體化且所採用的介質均為磁流變液，而無需配備另外的夾具或者進行繁瑣的貼片工作，使得加工效率大大提高。本發明利用磁流變效應進行超薄硬脆材料基片的裝夾與研磨拋光，充分利用了磁流變液的粘彈性，構思巧妙，使用方便，能巧妙解決無壓燒結的厚度一般為其他二維尺寸的千分之五左右的氮化鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷、碳化矽陶瓷、鈦酸鍶陶瓷、鈦酸鋇陶瓷等工程陶瓷等硬脆材料的研拋加工，同時也適合於其他抗磁材料的平面研拋加工，是一種高效的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，但實際可實現的工藝不限於本實施
例
圖1是磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法實施例一的原理圖2是磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法實施例二的原理圖3是本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法柔性裝夾工藝獲得單面研磨後基片的示意圖4是本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法柔性裝夾工藝將研磨盤修整齒輪置於開有網狀槽的陶瓷研磨盤上的示意圖5是本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法柔性裝夾工藝獲得雙面研磨後基片的示意圖6為本發明點陣式磁流變效應粘彈性墊的原理圖7為本發明柔性裝夾圓形基片的磁性體布置示意圖8為本發明柔性裝夾方形基片的磁性體布置示意圖；圖9為本發明固定圓形基片的研磨盤修整套示意圖10為本發明固定方基片的研磨盤修整套示意圖11為本發明固定圓形基片的研磨盤修整齒輪示意圖12為本發明固定方形基片的研磨盤修整齒輪示意圖中1.研磨頭主軸，2.基板，3.固定螺釘，4.磁性套，5.高磁感應強度磁性體，6.超薄硬脆材料基片，7.回收槽，8.研磨盤修整套，9.矩形槽，10.網狀槽，11.研磨盤，12.銷釘，13.研磨盤主軸，14.回收孔，15.磁流變液，16.循環管，17.配重塊，18.帶齒圈回收槽，19.研磨盤修整齒輪，20.鐵粉，21.磨料，22.圓形孔，23.方形孔，24.單面研磨後基片，25.雙面研磨後基片，26.修整面，27.磁流變效應粘彈性墊，28.中心齒輪軸，29.端蓋。
具體實施例方式實施例
本發明的結構示意圖如圖1、2、3、4所示，本發明的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，包括有研磨頭主軸1、基板2、固定螺釘3、具有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的磁性套4、高磁感應強度磁性體5、研磨盤修整套8、研磨盤11、研磨盤主軸13，其中固定螺釘3將布置有高磁感應強度磁性體5的基板2鑲嵌固定在磁性套4上形成柔性研磨拋光頭，研磨盤11固定在研磨盤主軸13上，研磨盤修整套8置於研磨盤11上，磁流變工作液15通過循環管16加入到研磨盤11的上表面。上述調節研磨盤修整套8的安裝位置與柔性研磨拋光頭正對。上述研磨盤修整套8所設修整面具有矩形槽9，磁流變工作液(15)在高磁感應強度磁性體5作用下能通過矩形槽9進入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應粘彈性墊27。上述研磨盤修整套8的幾何中心開有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的內孔22、23，超薄硬脆材料基片6在工作過程中切向固定在研磨盤修整套8所設的內孔22、23內。上述超薄硬脆材料基片6在磁流變效應粘彈性墊27彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤11表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固著夾持。上述研磨頭主軸1、磁性套4、研磨盤修整套8和研磨盤11為抗磁材料，基板2為順磁材料；基板2可以做成為平板，或做成為與高磁感應強度磁性體5直徑相匹配的帶孔厚板，磁性體之間增加抗磁材料加以固定；上述研磨盤11通過銷釘12固定在研磨盤主軸13上。上述研磨盤11與磁性套4工作面為帶網狀槽10的平面，或為光滑平面；上述高磁感應強度磁性體5端面磁感應強度為2000GS以上，且磁極同向布置於基板2上。上述研磨盤修整套8製成研磨盤修整齒輪19 ;上述柔性研磨拋光頭固定在研磨盤修整齒輪19內，並放置於具有帶齒圈回收槽18和中心齒輪軸28的研磨機中，修整齒輪19的外齒輪與回收槽18內齒輪及中心齒輪軸28內齒輪相嚙合，中心齒輪軸28帶動研磨盤修整齒輪19繞回收槽18和中心齒輪軸28作行星運動，帶動超薄硬脆材料基片6及柔性研磨拋光頭工作，研磨盤修整齒輪19的上表面還裝設有調節研磨拋光壓力的配重塊17。
本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法，包括如下步驟
1)通過研磨頭主軸1、具有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的磁性套4和固定螺釘3將一定規律布置有高磁感應強度磁性體5的基板2鑲嵌固定在磁性套4上，形成柔性研磨拋光頭；
2)將研磨盤11通過銷釘12固定在研磨盤主軸13上，再將修整面6具有矩形槽9並且中間開有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的內孔22、23的研磨盤修整套8置於研磨盤11上；
3)將超薄硬脆材料基片6放置於研磨盤修整套8內，且超薄硬脆材料基片6在研磨盤修整套8所設內孔22、23作用下完成切向把持，調節研磨盤修整套8的安裝位置與柔性研磨拋光頭的安裝位置正對；
4)將磁流變工作液15通過循環管16加入到研磨盤11的上表面，調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內並對研磨頭主軸I施加一定研磨壓力F，磁流變工作液15在高磁感應強度磁性體5的作用下會迅速通過研磨盤修整套8、矩形槽9進入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間，並在高磁感應強度磁性體5的磁場力作用下形成由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應粘彈性墊27，超薄硬脆材料基片6在磁流變效應粘彈性墊13的彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤11的表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固著夾持；
5)調節研磨盤11的轉速及研磨頭主軸I的轉速，調節研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，研磨盤修整套8在磁性套4的帶動下轉動和擺動，實現對研磨盤11的修整及帶動超薄硬脆材料基片6按照研磨頭主軸I的軌跡運動，超薄硬脆材料基片6的工作面在高磁感應強度磁性體5所產生的磁流變效應粘彈性墊27的柔性壓力及磁流變工作液15磨料的作用下能迅速去除表面材料，完成超薄硬脆材料基片6的正面研拋加工，獲得單面研磨後基片24 ；
6)停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉動，對研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤11，取出已完成單面研磨後基片24 ；
7)將完成單面研磨後基片24翻轉後再次放置於研磨盤修整套8內，再次將磁流變工作液15通過循環管16加入到研磨盤11的上表面,調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內並對研磨頭主軸I施加一定研磨壓力F，完成單面研磨後基片24的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調節研磨盤11的轉速及研磨頭主軸I的轉速，調節研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，完成單面研磨後基片24的反面的研拋加工，獲得雙面研磨後基片25 ；
8)停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉動，對研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤11，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨後基片25，獲得較好的平面度和表面粗糙度。上述磁流變工作液15可以是商品化產品配製，也可以是本發明特製的磁流變液配製，製作方法為在矽油或者去離子水中加入重量百分比15 40%的平均粒徑為I 50微米的鐵粉、重量百分比2 20%的平均粒徑為I 50微米的磨料、重量百分比I 10%的甘油或油酸等穩定劑、重量百分比I 10%的防鏽劑。上述磁流變工作液(15)需要攪拌和循環，保證磁流變工作液(15)中磨料21的更新。本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法，包括如下實施例
實施例一
步驟一如圖1所示，通過由鋁材研磨頭主軸1、具有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的鋁材磁性套4和固定螺釘3將按圖7或者圖8所示規律布置有3000GS的高磁感應強度磁性體5的鐵板基板2鑲嵌固定在磁性套4上，形成柔性研磨拋光頭；
步驟二 在去離子水中加入重量百分比20%的平均粒徑為5微米的羰基鐵粉，重量百分比8%的平均粒徑為5微米的SiO2磨料，重量百分比5%的甘油，重量百分比5%的防鏽齊U，充分攪拌，形成磁流變液15 ；
步驟三將研磨盤11通過銷釘12固定在研磨盤主軸13上，再將如圖9或者圖10所示修整面6具有矩形槽9並且中間開有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的內孔的鋁材研磨盤修整套8置於開有網狀槽10的陶瓷研磨盤11上；
步驟四將超薄硬脆材料基片6放置於研磨盤修整套8內，超薄硬脆材料基片6在研磨盤修整套8內孔作用下完成切向把持，調節研磨盤修整套8位置使其與柔性研磨拋光頭正對；
步驟五將磁流變工作液15以400ml/min通過循環管16加入到研磨盤11上表面,調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內並對研磨頭主軸I施加30N研磨壓力F，磁流變工作液15在高磁感應強度磁性體5作用下會迅速通過如圖9或者圖10所示研磨盤修整套8矩形槽9進入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間並形成如圖6所示的由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應粘彈性墊27，超薄硬脆材料基片6在磁流變效應粘彈性墊13彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤11表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液15，完成超薄硬脆材料基片6的法向半固著夾持；
步驟六調節研磨盤11的轉速為60rpm,調節研磨頭主軸I的轉速為800rpm,調節研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速為5m/s，研磨盤修整套8在磁性套4帶動下轉動和擺動，實現對研磨盤11的修整及帶動超薄硬脆材料基片6按研磨頭主軸I軌跡運動，超薄硬脆材料基片6工作面在高磁感應強度磁性體5所產生的磁流變效應粘彈性墊27柔性壓力及磁流變工作液15磨料的作用下能迅速去除表面材料，經過O. 5小時加工後，完成超薄硬脆材料基片6的正面研拋加工，獲得如圖3所示單面研磨後基片24 ；
步驟七停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉動，對研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤11，取出已完成單面研磨後基片24 ；
步驟八如圖4所示，將完成單面研磨後基片24翻轉後再次放置於研磨盤修整套8內，再次將磁流變工作液15以400ml/min通過循環管16加入到研磨盤11上表面，調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內並對研磨頭主軸I施加30N研磨壓力F，完成單面研磨後基片24的法向半固著夾持和切向柔性固著,再次調節研磨盤11的轉速為60rpm,調節研磨頭主軸I的轉速為800rpm,調節研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速為5m/s,經過O. 5小時加工後，完成單面研磨後基片24的反面的研拋加工,獲得如圖5所示的雙面研磨後基片25 ；
步驟九停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉動，對研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤11，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨後基片25，獲得較好的平面度和表面粗糙度。 實施例二
步驟一如圖2所示，通過具有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的鋁材磁性套
4、固定螺釘3和鋁材端蓋29按圖7或者圖8所示規律布置有4000GS的高磁感應強度磁性體5的鐵板基板2鑲嵌固定在磁性套4上而形成柔性研磨拋光頭；
步驟二 在去離子水中加入重量百分比20%的平均粒徑為3微米的羰基鐵粉，重量百分比8%的平均粒徑為3微米的SiO2磨料，重量百分比5%的甘油，重量百分比5%的防鏽齊U，充分攪拌，形成磁流變液15 ；
步驟三將研磨盤11通過銷釘12固定在研磨盤主軸13上，再將如圖11或者圖12所示修整面6具有矩形槽9並且中間開有與超薄硬脆材料基片6的形狀及大小一致的內孔的鋁材研磨盤修整齒輪19置於開有網狀槽10的陶瓷研磨盤11上，並與帶齒圈回收槽18及中心齒輪軸28的齒輪相嚙合；
步驟四將超薄硬脆材料基片6放置於研磨盤修整齒輪19內，超薄硬脆材料基片6在研磨盤修整齒輪19內孔作用下完成切向把持；
步驟五將磁流變工作液15以300ml/min通過循環管16加入到研磨盤11上表面，將柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整齒輪19內並在端蓋29上方放置20N的配重塊17，磁流變工作液15在高磁感應強度磁性體5作用下會迅速通過如圖11或者圖12所示研磨盤修整套8矩形槽9進入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間並形成如圖6所示的由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應粘彈性墊27，超薄硬脆材料基片6在磁流變效應粘彈性墊13彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤11表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液15,完成超薄硬脆材料基片6的法向半固著夾持；
步驟六調節研磨盤11的轉速為20rpm,調節研磨頭主軸I的轉速為IOOrpm,研磨盤修整齒輪19在帶齒圈回收槽18及中心齒輪軸28的齒輪作用下轉動，並帶動磁性套4和超薄硬脆材料基片6轉動，同時實現對研磨盤11的修整工作，超薄硬脆材料基片6工作面在高磁感應強度磁性體5所產生的磁流變效應粘彈性墊27柔性壓力及磁流變工作液15磨料的作用下能迅速去除表面材料，經過O. 6小時加工後，完成超薄硬脆材料基片6的正面研拋加工，獲得如圖3所示單面研磨後基片24 ；
步驟七停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，取下研磨盤修整齒輪19和柔性研磨拋光頭，取出已完成單面研磨後基片24 ；
步驟八如圖4所示，再次將研磨盤修整齒輪19置於開有網狀槽10的陶瓷研磨盤11上，並與帶齒圈回收槽18及中心齒輪軸28的齒輪相嚙合，將完成單面研磨後基片24翻轉後再次放置於研磨盤修整齒輪19內，再次將磁流變工作液15以300ml/min通過循環管16加入到研磨盤11上表面，將柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整齒輪19內並在端蓋29上方放置20N的配重塊17，完成單面研磨後基片24的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調節研磨盤11的轉速為20rpm,調節研磨頭主軸I的轉速為IOOrpm,經過O. 6小時加工後，完成單面研磨後基片24的反面的研拋加工，獲得如圖5所示的雙面研磨後基片25 ；
步驟九停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對研磨盤11的相對擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉動，取下研磨盤修整齒輪19和柔性研磨拋光頭，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨後基片25，獲得較好的平面度和表面粗糙度。從上述實施例可以看出，本發明的一種基於磁流變效應的超薄硬脆材料基片柔性研磨拋光方法，巧妙地採用高磁感應強度的磁性體產生的磁流變效應粘彈性墊與超薄硬脆材料基片直接接觸施加壓力和法向固定，而採用形狀和大小與超薄硬脆材料基片一致的內孔對超薄硬脆材料基片進行切向固定，可以避免超薄硬脆材料基片與剛性物體直接接觸而壓碎，從而可以實現超薄硬脆材料基片的零裝夾破碎率；實現切向固定的修整裝置與裝有高磁感應強度磁性體柔性研磨拋光頭互相分離的方法，可以使得施加與柔性研磨拋光頭的壓力通過磁流變效應粘彈性墊直接傳遞給薄超脆材料基片而不會由於壓力大於修整裝置自重而晶片脫落，使得超薄硬脆材料基片裝夾安全可靠；修整裝置實現對超薄硬脆材料基片切向固定的同時對研磨盤進行實時修整，使得研磨盤表面光滑平整從而避免加工過程劃痕的產生，提高超薄硬脆材料基片的研磨效果；實現了超薄硬脆材料基片的裝夾與研磨拋光一體化且所採用的介質均為磁流變液，而無需配備另外的夾具或者進行繁瑣的貼片工作，使得加工效率大大提高。本發明應用磁流變效應進行超薄硬脆材料基片的裝夾與研磨拋光，充分利用了磁流變液的剪切應力和粘彈性，構思巧妙，使用方便，能巧妙解決無壓燒結的厚度一般為其他二維尺寸的千分之五左右的氮化鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷、碳化矽陶瓷、鈦酸鍶陶瓷、鈦酸鋇陶瓷等工程陶瓷等硬脆材料的研拋加工，同時也適合於其他抗磁材料的平面研拋加工，是一種高效的超薄硬脆材料基片裝夾與研磨拋光方法。應該指出，上述的具體實施方式
只是針對本發明進行詳細的說明，它不應是對本發明的限制。對於熟悉本領域的技術人員來說，在不偏離權利要求的宗旨和範圍內，研拋磨結構可以有多種形式和細節的變化。
權利要求
1.一種磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於包括有研磨頭主軸(I)、基板(2 )、具有與超薄硬脆材料基片(6 )的形狀及大小一致的磁性套(4)、高磁感應強度磁性體(5 )、研磨盤修整套(8 )、研磨盤(11)、研磨盤主軸(13 )，其中固定螺釘(3 )將布置有高磁感應強度磁性體(5 )的基板(2 )鑲嵌固定在磁性套(4 )上形成柔性研磨拋光頭，研磨盤(11)固定在研磨盤主軸(13)上，研磨盤修整套(8)置於研磨盤(11)上，磁流變工作液(15)通過循環管(16)加入到研磨盤(11)的上表面。
2.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述調節研磨盤修整套(8)的安裝位置與柔性研磨拋光頭正對。
3.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述研磨盤修整套(8)所設修整面具有矩形槽(9)，磁流變工作液(15)在高磁感應強度磁性體(5)作用下能通過矩形槽(9)進入超薄硬脆材料基片(6)與柔性研磨拋光頭之間由鐵粉(20)和磨料(21)組成的磁流變效應粘彈性墊(27)。
4.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述研磨盤修整套(8)的幾何中心開有與超薄硬脆材料基片(6)的形狀及大小一致的內孔(22、23)，超薄硬脆材料基片(6)在工作過程中切向固定在研磨盤修整套(8)所設的內孔(22,23)內。
5.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述超薄硬脆材料基片(6)在磁流變效應粘彈性墊(27)彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤(11)表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液(15)，完成超薄硬脆材料基片(6)的法向半固著夾持。
6.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述研磨頭主軸(I )、磁性套(4)、研磨盤修整套(8 )和研磨盤(11)為抗磁材料，基板(2 )為順磁材料；上述基板(2)為平板，或為具有與高磁感應強度磁性體(5)直徑相匹配的帶孔厚板，磁性體之間增加抗磁材料加以固定；上述研磨盤(11)通過銷釘(12)固定在研磨盤主軸(13)上。
7.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述研磨盤(11)與磁性套(4)的工作面為帶網狀槽(10)的平面，或為光滑平面；上述高磁感應強度磁性體(5)端面磁感應強度為2000GS以上，且磁極同向布置於基板(2)上。
8.根據權利要求1所述的磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特徵在於上述研磨盤修整套(8)製成研磨盤修整齒輪(19);上述柔性研磨拋光頭固定在研磨盤修整齒輪(19)內，並放置於具有帶齒圈回收槽(18)和中心齒輪軸(28)的研磨機中，修整齒輪(19)的外齒輪與回收槽(18)內齒輪及中心齒輪軸(28)內齒輪相嚙合，中心齒輪軸(28)帶動研磨盤修整齒輪(19)繞回收槽(18)和中心齒輪軸(28)作行星運動，帶動超薄硬脆材料基片(6)及柔性研磨拋光頭工作，研磨盤修整齒輪(19)的上表面還裝設有調節研磨拋光壓力的配重塊(17)。
9.一種磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法，其特徵在於包括如下步驟: I)通過研磨頭主軸(I)、具有與超薄硬脆材料基片(6)的形狀及大小一致的磁性套(4)和固定螺釘(3)將一定規律布置有高磁感應強度磁性體(5)的基板(2)鑲嵌固定在磁性套 (4)上，形成柔性研磨拋光頭；2)將研磨盤(11)通過銷釘(12)固定在研磨盤主軸(13)上，再將修整面(6)具有矩形槽(9)並且中間開有與超薄硬脆材料基片(6)的形狀及大小一致的內孔(22、23)的研磨盤修整套(8)置於研磨盤(11)上；3)將超薄硬脆材料基片(6)放置於研磨盤修整套(8)內，且超薄硬脆材料基片(6)在研磨盤修整套(8)所設內孔(22、23)作用下完成切向把持，調節研磨盤修整套(8)位置使其與柔性研磨拋光頭正對；4)將磁流變工作液(15)通過循環管(16)加入到研磨盤(11)上表面，調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套(8)內並對研磨頭主軸(I)施加一定研磨壓力F，磁流變工作液(15)在高磁感應強度磁性體(5 )的作用下會迅速通過研磨盤修整套(8 )、矩形槽(9 )進入超薄硬脆材料基片(6)與柔性研磨拋光頭之間，並在高磁感應強度磁性體(5)的磁場力作用下形成由鐵粉(20)和磨料(21)組成的磁流變效應粘彈性墊(27)，超薄硬脆材料基片(6)在磁流變效應粘彈性墊(13)的彈性力作用下，最低點緊貼研磨盤(11)的表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應研磨液(15)，完成超薄硬脆材料基片(6)的法向半固著夾持；5)調節研磨盤(11)的轉速及研磨頭主軸(I)的轉速，調節研磨頭主軸(I)相對研磨盤(11)的相對擺速，研磨盤修整套(8 )在磁性套(4)的帶動下轉動和擺動，實現對研磨盤(11)的修整及帶動超薄硬脆材料基片(6)按照研磨頭主軸(I)的軌跡運動，超薄硬脆材料基片(6)的工作面在高磁感應強度磁性體(5)所產生的磁流變效應粘彈性墊(27)的柔性壓力及磁流變工作液(15)的磨料的作用下能迅速去除表面材料，完成超薄硬脆材料基片(6)的正面研拋加工，獲得單面研磨後基片(24)；6)停止磁流變工作液(15)的供液，停止研磨頭主軸(I)相對研磨盤(11)的相對擺速，停止研磨盤(11)及研磨頭主軸(I)的轉動，對研磨頭主軸(I)施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤(11)，取出已完成單面研磨後基片(24)；7)將完成單面研磨後基片(24)翻轉後再次放置於研磨盤修整套(8)內，再次將磁流變工作液(15)通過循環管(16)加入到研磨盤(11)的上表面，調節使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套(8)內並對研磨頭主軸(I)施加一定研磨壓力F，完成單面研磨後基片(24)的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調節研磨盤(11)的轉速及研磨頭主軸(I)的轉速，調節研磨頭主軸(I)相對研磨盤(11)的相對擺速，完成單面研磨後基片(24)的反面的研拋加工，獲得雙面研磨後基片(25)；8)停止磁流變工作液(15)的供液，停止研磨頭主軸(I)相對研磨盤(II)的相對擺速，停止研磨盤(11)及研磨頭主軸(I)的轉動，對研磨頭主軸(I)施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠離研磨盤(11)，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨後基片(25)，獲得較好的平面度和表面粗糙度。
10.根據權利要求9所述的基於磁流變效應的超薄硬脆材料基片柔性研磨拋光方法，其特徵在於上述磁流變工作液(15)的配製方法為:在矽油或者去離子水中加入重量百分比15 40%的平均粒徑為I 50微米的鐵粉、重量百分比2 20%的平均粒徑為I 50微米的磨料、重量百分比I 10%的甘油或油酸等穩定劑、重量百分比I 10%的防鏽劑。
全文摘要
本發明是一種磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法。包括有研磨頭主軸、基板、具有與超薄硬脆材料基片的形狀及大小一致的磁性套、高磁感應強度磁性體、研磨盤修整套、研磨盤、研磨盤主軸，其中固定螺釘將布置有高磁感應強度磁性體的基板鑲嵌固定在磁性套上形成柔性研磨拋光頭，研磨盤固定在研磨盤主軸上，研磨盤修整套置於研磨盤上，磁流變工作液通過循環管加入到研磨盤的上表面。本發明的基於磁流變效應的電子陶瓷基片柔性研磨拋光裝置能對厚度小，翹曲變形大，研磨加工中易破碎、裝夾困難的超薄硬脆材料基片進行研磨拋光,設計合理，方便實用。本發明磁流變效應粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法操作簡單。
文檔編號B24B37/00GK103072069SQ201210553510
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者潘繼生, 閻秋生, 路家斌, 王威 申請人:廣東工業大學