機械加工工件的方法與流程
2023-09-18 06:07:00 2
本發明一般涉及機械加工工件的方法，以及在機械加工作業過程中使用的流體。
背景技術：
機械加工作業——廣泛地包括磨削、研磨和拋光操作，遍及各種工廠被廣泛地使用，以便得到所需的表面光潔度和使部件成形。機械加工作業被廣泛地用在非金屬無機構件例如玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷構件的情況中，所述玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷構件在很多種最終用途中被應用。例如，玻璃和玻璃-陶瓷構件在商業和住宅應用中被廣泛用作建築材料。而且，玻璃材料被廣泛地用於電子封裝、光學應用和太陽能應用中，以及在照明和建築應用中作為高級材料使用，而且日益增加地被用作平板顯示器。
玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷的苛求應用所寄予的各種設計要求進一步強調了對精密機械加工作業的需求，由於不希望的刮痕、蝕損斑、擦傷或其它表面缺陷機理，所述精密機械加工作業理想地以高材料移除速率以及受控的或最小化的表面缺陷為特徵。
具體地，在平面工件製備的情況下，研磨和拋光操作被廣泛地使用，其引入對固定磨料的應用，其中該磨料粒被固定在適當的位置。這裡，固定磨料通常被限定為兩種類型磨料構件——粘結磨料構件或砂帶(coated abrasive)構件之一。砂帶通常具有與磨料粒粘結的柔性背襯，而粘結磨料通常由磨料粒組成，所述磨料粒例如通過形成粒間粘結相的基質被粘結在一起。這樣的固定磨料應該與自由磨料或磨料漿形成對照，在磨料漿中磨料粒一般是鬆散的，通常是流體懸浮液，例如水懸浮液。固定磨料在機械加工作業過程中提供多種優點，包括潛在提高的平面度和改進的過程控制。但是在本領域中，特別是在玻璃、玻璃-陶瓷和陶瓷構件的情況中對使用固定磨料構件的改進的機械加工作業持續存在需要。
技術實現要素：
根據本發明的第一方面，提供機械加工工件的方法，其中流體被應用在固定磨料構件和工件之間，並且該固定磨料構件和工件相對於彼此而移動，以便從工件上去除材料。根據具體的特徵，該工件主要由玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷成分形成，並且該流體包括防阻塞劑。該防阻塞劑由含磷有機化學物質組成。
根據另一個實施方式，提供機械加工玻璃工件的方法，其中流體被提供在固定磨料構件和玻璃工件之間，並且該固定磨料構件和玻璃工件相對於彼此被平移，以便從該工件上去除材料。防阻塞劑可以由具有膦酸酯官能團的有機化學物質組成。
根據本發明的又一個方面，提供機械加工玻璃工件的方法，其中非磨料研磨流體被提供在固定磨料構件和玻璃工件之間，並且該固定磨料構件和玻璃工件相對於彼此被移動。該研磨流體通常包含防阻塞劑和潤滑成分，該防阻塞劑包含具有膦酸酯官能團的有機化學物質以及潤滑成分，所述潤滑成分選自非離子官能化學物質、陰離子官能化學物質、陽離子官能化學物質和兩性官能化學物質。
具體實施方式
根據本發明的一個方面，提供機械加工工件的方法，其始於在固定磨料構件和工件之間應用流體。通常，固定磨料構件如上所述被定義，也就是說，其中磨料粒被固定在適當位置的構件通常相對於彼此被固定在適當的位置(粘結磨料)，或相對於彼此和相對於背襯部件被固定在適當的位置(砂帶)。固定磨料的實際構造可以依據應用而廣泛地變化。例如，砂帶可以利用紙、布、縫編布、非製造和織造材料、纖維或薄膜背襯，以及砂帶可以採用幾種不同的幾何形狀，包括帶、圓盤、薄片、夾層式套管(interlined sleeve)、卷、百葉輪(flap disc)、翼片砂輪和其它幾何構造。另一個方面，粘結磨料典型的形式是固體的整體結構，例如形式為砂輪、筒形砂輪、杯形砂輪、蝶形砂輪、扇形體、圓錐輪、懸掛式砂輪和點狀物、磚形物和棍狀物。該粘結磨料構件的粘結基質可以是玻璃相的形式，例如陶瓷結合劑，或可替代地，可以是樹脂結合劑的形式，或其組合的形式。
而且，在砂輪的具體情況下，該固定磨料可以是工程磨料的形式，其通常具有凸起表面特徵圖案，例如以金字塔、隆起、背脊或其它表面特徵的形式。轉到該工件，通常本發明的方面限於非金屬的無機材料，例如玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷成分。在上述這些材料中，依據本發明的一些實施方式，具有明顯玻璃相的那些成分諸如玻璃和玻璃-陶瓷複合材料被機械加工，並且確實，該工件通常基本上可由玻璃組成，也就是說，其不含有實質影響其機械加工性的其它非無定形種類。關於玻璃工件，該玻璃可以是二氧化矽基的，具有二氧化矽微結構構架。二氧化矽基玻璃的具體種類包括含顯著含量的B2O3以及任選地含其它氧化物諸如Na2O/K2O和Al2O3的硼矽酸鹽玻璃。其它種類包括鹼石灰玻璃，其含有顯著含量的Na2O、CaO、MgO和Al2O3。
該工件的實際幾何構造可以變化，例如處於凸起或凹入輪廓的形式，包括管道、光學纖維和其它構造。通常，該工件的至少一個主表面是平面的，並且該表面可以經歷如本文所描述的機械加工作業。工件可以是顯微光刻部件的形式，例如鹼石灰玻璃或I-線玻璃、熔融石英和氟化鈣、晶片切割基板(wafer blank substrates)、雷射窗和其它形式。該工件還可以是平面玻璃的形式，例如在商業和住宅建設工業中使用，以及可以廣泛地包括玻璃-陶瓷成分。其它常用的工件包括用於光學設備的玻璃成分，例如，範圍涉及幹擾濾波器到平行平面工件和儀表玻璃。
固定磨料粒的組成可以改變，其包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、二氧化矽、碳化矽、碳化硼、石榴石、立方氮化硼、金剛石和被使用的任何其它常用磨料，以及其它物質。本發明的實施方式使用特別具有侵蝕性的磨料，並在這些情況中展示其高效性，例如利用金剛石磨料、碳化物磨料如碳化硼(包括立方碳化硼)和碳化矽以及石榴石的情況。
而且，固定磨粒的中值粒度可以是小的，例如在大約0.01微米到大約1.5微米的範圍內，典型地，在稍微更窄的範圍內，例如在大約0.1到1.0微米例如0.10到0.50微米的範圍內。在1微米以下的中值粒度規格通常表示拋光過程，在該過程中通過以低材料去除速率進行加工操作而提供高級表面光潔度。但是，根據其它實施方式，固定磨料的中值粒度可以更高，高於1微米，例如在2到50微米或2到10微米的級別。在這種情況下，典型地，該機械加工操作以研磨操作為特徵。
根據各種實施方式，機械加工工件的方法繼續在該固定磨料構件和該工件之間應用流體，隨後固定磨料構件和工件相對於彼此移動，以從工件上去除材料。在這個方面，固定磨料可以保持固定而工件移動，工件可以保持固定而固定磨料構件移動，或可替代地，固定磨料構件和工件兩者都被移動。移動可以沿著不同的路徑例如線性移動來進行，如在固定的工件上移動閉環砂布帶的情況，移動可以是旋轉的，如旋轉砂輪片或砂輪的情況，或者移動可以是旋轉和軌道的結合，如旋轉固定磨料構件的情況，其中工件或固定磨料構件圍繞著中心軸繞軌道移動。
根據具體的特徵，該流體含有防阻塞劑，該防阻塞劑通常包含含磷有機化學物質。含磷有機化學物質可以具有選自膦酸酯、磷酸酯、磷醯胺、膦醯胺(phosphonamide)、硫代磷酸酯、硫代膦酸酯、和亞磷酸酯的官能團。根據具體的實施方式，該官能團是膦酸酯。例如，膦酸酯可以選自甘氨酸-N，N-二(GDMP)、氨基三(ATMP)、N-2羥乙基-二(HEMPA)、乙二胺四(EDTMPA)、亞己基二胺四、二亞乙基三胺五、膦醯甲酸鹽、羥基膦醯乙酸(HPA)、2-膦醯基丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)、1-羥基次乙基-1，1′-二膦酸(HEDP)及其鹽。根據本文所描述的具體加工實施方式，該防阻塞劑至少包括HEDP。
根據另一種特徵，該流體還可以包括潤滑成分，該潤滑成分選自：1)非離子官能化學物質，包括醇、硫醇、酯、醯胺、胺、氧化胺、或醯亞胺及其衍生物，2)陰離子官能化學物質，包括磷酸鹽、膦酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽或羧酸鹽及其衍生物，3)陽離子官能化學物質，例如季胺或胺鹽和其衍生物，和4)兩性官能化學物質，包括丙酸鹽、甜菜鹼、甘氨酸或磺基甜菜鹼和其衍生物。
當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員，在本發明的實質範圍內，作出的變化、改型、添加或替換，都應屬於本發明本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。