專利名稱：磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法，屬于磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)、MEMS (微電子系統(tǒng))的發(fā)展，為充分利用材料的電性能制作微電子元器件的材料從單晶硅材料向電子陶瓷材料擴(kuò)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(zhì)顆粒與粘接相界面結(jié)構(gòu)達(dá)到其電性能要求，常常采用無壓燒結(jié)工藝制作電子陶瓷基片。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(jié)方式，無論是厚度還是表面粗糙度均無法達(dá)到該要求，因而需要通過機(jī)械研磨加工方法才能達(dá)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(jié)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(jié)后翹曲變形越嚴(yán)重大。研磨加工是利用研磨盤和研磨工作液(油或水性物質(zhì)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于工件表面，磨料在研磨盤與工件界面上產(chǎn)生滾動(dòng)或滑動(dòng)，從被加工工件表面去除一層極薄的材料，達(dá)到提高工件形狀精度和表面精度的目的。現(xiàn)有的研磨裝置主要由安裝在連接電機(jī)的主軸上的研磨盤和工件安裝盤構(gòu)成。工作時(shí)，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(yùn)動(dòng)關(guān)系，工件安裝盤對(duì)游離磨料施加一定的壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的研磨加工，可以實(shí)現(xiàn)單面研磨，進(jìn)行雙面研磨時(shí)另行增加一個(gè)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(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件表面進(jìn)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(xiàn)有的研磨方法主要由金屬材料制成研磨盤基體，將游離磨料加入到研磨盤與工件之間的機(jī)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(jìn)行定位控制。現(xiàn)有研磨加工超薄硬脆材料基片時(shí)存在的問題一方面是夾持困難無壓燒結(jié)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。采用目前的行星輪保持架雙面研磨，由于基片厚度小翹曲變形大，行星輪保持架難以穩(wěn)定帶動(dòng)基片運(yùn)動(dòng)，同時(shí)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；真空吸附法由于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(fā)生破碎，無法實(shí)現(xiàn)超薄硬脆材料基片的有效夾持就難以實(shí)現(xiàn)基片低破碎率和高精度的研磨加工。現(xiàn)有研磨加工超薄硬脆材料基片時(shí)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(yùn)動(dòng)速度、軌跡、滯留時(shí)間等都無法有效控制，在研磨盤與工件界面之間的游離態(tài)磨料只有較大尺寸的磨粒產(chǎn)生加工作用，造成加工表面局部劃傷。對(duì)于利用游離磨料進(jìn)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(guān)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盡可能均等的磨粒作用力，現(xiàn)有的機(jī)械和化學(xué)的研磨方法都難以做到這一點(diǎn)，因而影響了研磨加工的表面精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種能對(duì)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(jìn)行研磨拋光的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，方便實(shí)用。本發(fā)明的另一目的在于提供一種操作簡(jiǎn)單的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的磁流變效應(yīng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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，研磨盤修整套置于研磨盤上，磁流變工作液通過循環(huán)管加入到研磨盤的上表面。本發(fā)明磁流變效應(yīng)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(guī)律布置有高磁感應(yīng)強(qiáng)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并且中間開有與超薄硬脆材料基片的形狀及大小一致的內(nèi)孔的研磨盤修整套置于研磨盤上；
3 )將超薄硬脆材料基片放置于研磨盤修整套內(nèi)，且超薄硬脆材料基片在研磨盤修整套所設(shè)內(nèi)孔作用下完成切向把持，調(diào)節(jié)研磨盤修整套的位置使其與柔性研磨拋光頭正對(duì)；
4)將磁流變工作液通過循環(huán)管加入到研磨盤的上表面，調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套內(nèi)并對(duì)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(yīng)強(qiáng)度磁性體的作用下會(huì)迅速通過研磨盤修整套、矩形槽進(jìn)入超薄硬脆材料基片與柔性研磨拋光頭之間，并在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體的磁場(chǎng)力作用下形成由鐵粉和磨料組成的磁流變效應(yīng)粘彈性墊，超薄硬脆材料基片在磁流變效應(yīng)粘彈性墊的彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤的表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)研磨液，完成超薄硬脆材料基片的法向半固著夾持；
5)調(diào)節(jié)研磨盤的轉(zhuǎn)速及研磨頭主軸的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)研磨頭主軸相對(duì)研磨盤的相對(duì)擺速，研磨盤修整套在磁性套的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)研磨盤的修整及帶動(dòng)超薄硬脆材料基片按照研磨頭主軸的軌跡運(yùn)動(dòng)，超薄硬脆材料基片的工作面在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體所產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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，獲得單面研磨后基片；
6)停止磁流變工作液供液，停止研磨頭主軸相對(duì)研磨盤的相對(duì)擺速，停止研磨盤及研磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤，取出已完成單面研磨后基片；
7)將完成單面研磨后基片翻轉(zhuǎn)后再次放置于研磨盤修整套內(nèi)，再次將磁流變工作液通過循環(huán)管加入到研磨盤的上表面，調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套內(nèi)并對(duì)研磨頭主軸施加一定研磨壓力F，完成單面研磨后基片的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調(diào)節(jié)研磨盤的轉(zhuǎn)速及研磨頭主軸的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)研磨頭主軸相對(duì)研磨盤的相對(duì)擺速，完成單面研磨后基片的反面的研拋加工，獲得雙面研磨后基片；
8)停止磁流變工作液的供液，停止研磨頭主軸相對(duì)研磨盤的相對(duì)擺速，停止研磨盤及研磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨后基片，獲得較好的平面度和表面粗糙度。本發(fā)明的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，采用高磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁性體產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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，而采用形狀和大小與超薄硬脆材料基片一致的內(nèi)孔對(duì)超薄硬脆材料基片進(jìn)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(shí)現(xiàn)超薄硬脆材料基片的零裝夾破碎率；實(shí)現(xiàn)切向固定的修整裝置與裝有高磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)粘彈性墊直接傳遞給薄超薄硬脆材料基片而不會(huì)由于壓力大于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(shí)現(xiàn)對(duì)超薄超薄硬脆材料基片切向固定的同時(shí)對(duì)研磨盤進(jìn)行實(shí)時(shí)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(chǎn)生，提高超薄超薄硬脆材料基片的研磨效果；實(shí)現(xiàn)了超薄硬脆材料基片的裝夾與研磨拋光一體化且所采用的介質(zhì)均為磁流變液，而無需配備另外的夾具或者進(jìn)行繁瑣的貼片工作，使得加工效率大大提高。本發(fā)明利用磁流變效應(yīng)進(jìn)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(gòu)思巧妙，使用方便，能巧妙解決無壓燒結(jié)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、碳化硅陶瓷、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(shí)也適合于其他抗磁材料的平面研拋加工，是一種高效的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法。


具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的工藝不限于本實(shí)施
例

圖1是磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法實(shí)施例一的原理圖2是磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置及方法實(shí)施例二的原理圖3是本發(fā)明磁流變效應(yīng)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后基片的示意圖4是本發(fā)明磁流變效應(yīng)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于開有網(wǎng)狀槽的陶瓷研磨盤上的示意圖5是本發(fā)明磁流變效應(yīng)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后基片的示意圖6為本發(fā)明點(diǎn)陣式磁流變效應(yīng)粘彈性墊的原理圖7為本發(fā)明柔性裝夾圓形基片的磁性體布置示意圖8為本發(fā)明柔性裝夾方形基片的磁性體布置示意圖；圖9為本發(fā)明固定圓形基片的研磨盤修整套示意圖10為本發(fā)明固定方基片的研磨盤修整套示意圖11為本發(fā)明固定圓形基片的研磨盤修整齒輪示意圖12為本發(fā)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(yīng)強(qiáng)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(wǎng)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(huán)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.單面研磨后基片，25.雙面研磨后基片，26.修整面，27.磁流變效應(yīng)粘彈性墊，28.中心齒輪軸，29.端蓋。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的磁流變效應(yīng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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置于研磨盤11上，磁流變工作液15通過循環(huán)管16加入到研磨盤11的上表面。上述調(diào)節(jié)研磨盤修整套8的安裝位置與柔性研磨拋光頭正對(duì)。上述研磨盤修整套8所設(shè)修整面具有矩形槽9，磁流變工作液(15)在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體5作用下能通過矩形槽9進(jìn)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(yīng)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(nèi)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(shè)的內(nèi)孔22、23內(nèi)。上述超薄硬脆材料基片6在磁流變效應(yīng)粘彈性墊27彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤11表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)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(yīng)強(qiáng)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(wǎng)狀槽10的平面，或?yàn)楣饣矫妫簧鲜龈叽鸥袘?yīng)強(qiáng)度磁性體5端面磁感應(yīng)強(qiáng)度為2000GS以上，且磁極同向布置于基板2上。上述研磨盤修整套8制成研磨盤修整齒輪19 ;上述柔性研磨拋光頭固定在研磨盤修整齒輪19內(nèi)，并放置于具有帶齒圈回收槽18和中心齒輪軸28的研磨機(jī)中，修整齒輪19的外齒輪與回收槽18內(nèi)齒輪及中心齒輪軸28內(nèi)齒輪相嚙合，中心齒輪軸28帶動(dòng)研磨盤修整齒輪19繞回收槽18和中心齒輪軸28作行星運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)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(shè)有調(diào)節(jié)研磨拋光壓力的配重塊17。
本發(fā)明磁流變效應(yīng)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(guī)律布置有高磁感應(yīng)強(qiáng)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并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(nèi)孔22、23的研磨盤修整套8置于研磨盤11上；
3)將超薄硬脆材料基片6放置于研磨盤修整套8內(nèi)，且超薄硬脆材料基片6在研磨盤修整套8所設(shè)內(nèi)孔22、23作用下完成切向把持，調(diào)節(jié)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(duì)；
4)將磁流變工作液15通過循環(huán)管16加入到研磨盤11的上表面，調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內(nèi)并對(duì)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(yīng)強(qiáng)度磁性體5的作用下會(huì)迅速通過研磨盤修整套8、矩形槽9進(jìn)入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間，并在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體5的磁場(chǎng)力作用下形成由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應(yīng)粘彈性墊27，超薄硬脆材料基片6在磁流變效應(yīng)粘彈性墊13的彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤11的表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)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(diào)節(jié)研磨盤11的轉(zhuǎn)速及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)研磨頭主軸I相對(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，研磨盤修整套8在磁性套4的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)研磨盤11的修整及帶動(dòng)超薄硬脆材料基片6按照研磨頭主軸I的軌跡運(yùn)動(dòng)，超薄硬脆材料基片6的工作面在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體5所產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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，獲得單面研磨后基片24 ；
6)停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤11，取出已完成單面研磨后基片24 ；
7)將完成單面研磨后基片24翻轉(zhuǎn)后再次放置于研磨盤修整套8內(nèi)，再次將磁流變工作液15通過循環(huán)管16加入到研磨盤11的上表面,調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內(nèi)并對(duì)研磨頭主軸I施加一定研磨壓力F，完成單面研磨后基片24的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調(diào)節(jié)研磨盤11的轉(zhuǎn)速及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)研磨頭主軸I相對(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，完成單面研磨后基片24的反面的研拋加工，獲得雙面研磨后基片25 ；
8)停止磁流變工作液15供液，停止研磨頭主軸I相對(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤11，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨后基片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(chǎn)品配制，也可以是本發(fā)明特制的磁流變液配制，制作方法為在硅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(wěn)定劑、重量百分比I 10%的防銹劑。上述磁流變工作液(15)需要攪拌和循環(huán)，保證磁流變工作液(15)中磨料21的更新。本發(fā)明磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法，包括如下實(shí)施例
實(shí)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(guī)律布置有3000GS的高磁感應(yīng)強(qiáng)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%的防銹齊U，充分?jǐn)嚢瑁纬纱帕髯円?5 ；
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并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(nèi)孔的鋁材研磨盤修整套8置于開有網(wǎng)狀槽10的陶瓷研磨盤11上；
步驟四將超薄硬脆材料基片6放置于研磨盤修整套8內(nèi)，超薄硬脆材料基片6在研磨盤修整套8內(nèi)孔作用下完成切向把持，調(diào)節(jié)研磨盤修整套8位置使其與柔性研磨拋光頭正對(duì)；
步驟五將磁流變工作液15以400ml/min通過循環(huán)管16加入到研磨盤11上表面,調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內(nèi)并對(duì)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(yīng)強(qiáng)度磁性體5作用下會(huì)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(jìn)入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間并形成如圖6所示的由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應(yīng)粘彈性墊27，超薄硬脆材料基片6在磁流變效應(yīng)粘彈性墊13彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤11表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)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(diào)節(jié)研磨盤11的轉(zhuǎn)速為60rpm,調(diào)節(jié)研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)速為800rpm,調(diào)節(jié)研磨頭主軸I相對(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速為5m/s，研磨盤修整套8在磁性套4帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)研磨盤11的修整及帶動(dòng)超薄硬脆材料基片6按研磨頭主軸I軌跡運(yùn)動(dòng)，超薄硬脆材料基片6工作面在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體5所產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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(jīng)過O. 5小時(shí)加工后，完成超薄硬脆材料基片6的正面研拋加工，獲得如圖3所示單面研磨后基片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(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤11，取出已完成單面研磨后基片24 ；
步驟八如圖4所示，將完成單面研磨后基片24翻轉(zhuǎn)后再次放置于研磨盤修整套8內(nèi)，再次將磁流變工作液15以400ml/min通過循環(huán)管16加入到研磨盤11上表面，調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套8內(nèi)并對(duì)研磨頭主軸I施加30N研磨壓力F，完成單面研磨后基片24的法向半固著夾持和切向柔性固著,再次調(diào)節(jié)研磨盤11的轉(zhuǎn)速為60rpm,調(diào)節(jié)研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)速為800rpm,調(diào)節(jié)研磨頭主軸I相對(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速為5m/s,經(jīng)過O. 5小時(shí)加工后，完成單面研磨后基片24的反面的研拋加工,獲得如圖5所示的雙面研磨后基片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(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸I施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤11，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨后基片25，獲得較好的平面度和表面粗糙度。 實(shí)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(guī)律布置有4000GS的高磁感應(yīng)強(qiáng)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%的防銹齊U，充分?jǐn)嚢瑁纬纱帕髯円?5 ；
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并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(nèi)孔的鋁材研磨盤修整齒輪19置于開有網(wǎng)狀槽10的陶瓷研磨盤11上，并與帶齒圈回收槽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放置于研磨盤修整齒輪19內(nèi)，超薄硬脆材料基片6在研磨盤修整齒輪19內(nèi)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(huán)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(nèi)并在端蓋29上方放置20N的配重塊17，磁流變工作液15在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體5作用下會(huì)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(jìn)入超薄硬脆材料基片6與柔性研磨拋光頭之間并形成如圖6所示的由鐵粉20和磨料21組成的磁流變效應(yīng)粘彈性墊27，超薄硬脆材料基片6在磁流變效應(yīng)粘彈性墊13彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤11表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)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(diào)節(jié)研磨盤11的轉(zhuǎn)速為20rpm,調(diào)節(jié)研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)磁性套4和超薄硬脆材料基片6轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yīng)強(qiáng)度磁性體5所產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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(jīng)過O. 6小時(shí)加工后，完成超薄硬脆材料基片6的正面研拋加工，獲得如圖3所示單面研磨后基片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(duì)研磨盤11的相對(duì)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后基片24 ；
步驟八如圖4所示，再次將研磨盤修整齒輪19置于開有網(wǎng)狀槽10的陶瓷研磨盤11上，并與帶齒圈回收槽18及中心齒輪軸28的齒輪相嚙合，將完成單面研磨后基片24翻轉(zhuǎn)后再次放置于研磨盤修整齒輪19內(nèi)，再次將磁流變工作液15以300ml/min通過循環(huán)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(nèi)并在端蓋29上方放置20N的配重塊17，完成單面研磨后基片24的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調(diào)節(jié)研磨盤11的轉(zhuǎn)速為20rpm,調(diào)節(jié)研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)速為IOOrpm,經(jīng)過O. 6小時(shí)加工后，完成單面研磨后基片24的反面的研拋加工，獲得如圖5所示的雙面研磨后基片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(duì)研磨盤11的相對(duì)擺速，停止研磨盤11及研磨頭主軸I的轉(zhuǎn)動(dòng)，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后基片25，獲得較好的平面度和表面粗糙度。從上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的一種基于磁流變效應(yīng)的超薄硬脆材料基片柔性研磨拋光方法，巧妙地采用高磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁性體產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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，而采用形狀和大小與超薄硬脆材料基片一致的內(nèi)孔對(duì)超薄硬脆材料基片進(jìn)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(shí)現(xiàn)超薄硬脆材料基片的零裝夾破碎率；實(shí)現(xiàn)切向固定的修整裝置與裝有高磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)粘彈性墊直接傳遞給薄超脆材料基片而不會(huì)由于壓力大于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(shí)現(xiàn)對(duì)超薄硬脆材料基片切向固定的同時(shí)對(duì)研磨盤進(jìn)行實(shí)時(shí)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(chǎn)生，提高超薄硬脆材料基片的研磨效果；實(shí)現(xiàn)了超薄硬脆材料基片的裝夾與研磨拋光一體化且所采用的介質(zhì)均為磁流變液，而無需配備另外的夾具或者進(jìn)行繁瑣的貼片工作，使得加工效率大大提高。本發(fā)明應(yīng)用磁流變效應(yīng)進(jìn)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(yīng)力和粘彈性，構(gòu)思巧妙，使用方便，能巧妙解決無壓燒結(jié)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、碳化硅陶瓷、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(shí)也適合于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(yīng)該指出，上述的具體實(shí)施方式
只是針對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，它不應(yīng)是對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不偏離權(quán)利要求的宗旨和范圍內(nèi)，研拋磨結(jié)構(gòu)可以有多種形式和細(xì)節(jié)的變化。
權(quán)利要求
1.一種磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于包括有研磨頭主軸(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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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)置于研磨盤(11)上，磁流變工作液(15)通過循環(huán)管(16)加入到研磨盤(11)的上表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述調(diào)節(jié)研磨盤修整套(8)的安裝位置與柔性研磨拋光頭正對(duì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述研磨盤修整套(8)所設(shè)修整面具有矩形槽(9)，磁流變工作液(15)在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體(5)作用下能通過矩形槽(9)進(jìn)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(yīng)粘彈性墊(27)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述研磨盤修整套(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(nèi)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(shè)的內(nèi)孔(22,23)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述超薄硬脆材料基片(6)在磁流變效應(yīng)粘彈性墊(27)彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤(11)表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述研磨頭主軸(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?yàn)榫哂信c高磁感應(yīng)強(qiáng)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(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述研磨盤(11)與磁性套(4)的工作面為帶網(wǎng)狀槽(10)的平面，或?yàn)楣饣矫妫簧鲜龈叽鸥袘?yīng)強(qiáng)度磁性體(5)端面磁感應(yīng)強(qiáng)度為2000GS以上，且磁極同向布置于基板(2)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋裝置，其特征在于上述研磨盤修整套(8)制成研磨盤修整齒輪(19);上述柔性研磨拋光頭固定在研磨盤修整齒輪(19)內(nèi)，并放置于具有帶齒圈回收槽(18)和中心齒輪軸(28)的研磨機(jī)中，修整齒輪(19)的外齒輪與回收槽(18)內(nèi)齒輪及中心齒輪軸(28)內(nèi)齒輪相嚙合，中心齒輪軸(28)帶動(dòng)研磨盤修整齒輪(19)繞回收槽(18)和中心齒輪軸(28)作行星運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)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(shè)有調(diào)節(jié)研磨拋光壓力的配重塊(17)。
9.一種磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法，其特征在于包括如下步驟: 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(guī)律布置有高磁感應(yīng)強(qiáng)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)并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(nèi)孔(22、23)的研磨盤修整套(8)置于研磨盤(11)上；3)將超薄硬脆材料基片(6)放置于研磨盤修整套(8)內(nèi)，且超薄硬脆材料基片(6)在研磨盤修整套(8)所設(shè)內(nèi)孔(22、23)作用下完成切向把持，調(diào)節(jié)研磨盤修整套(8)位置使其與柔性研磨拋光頭正對(duì)；4)將磁流變工作液(15)通過循環(huán)管(16)加入到研磨盤(11)上表面，調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套(8)內(nèi)并對(duì)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(yīng)強(qiáng)度磁性體(5 )的作用下會(huì)迅速通過研磨盤修整套(8 )、矩形槽(9 )進(jìn)入超薄硬脆材料基片(6)與柔性研磨拋光頭之間，并在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體(5)的磁場(chǎng)力作用下形成由鐵粉(20)和磨料(21)組成的磁流變效應(yīng)粘彈性墊(27)，超薄硬脆材料基片(6)在磁流變效應(yīng)粘彈性墊(13)的彈性力作用下，最低點(diǎn)緊貼研磨盤(11)的表面，下表面翹曲空間則填滿磁流變效應(yīng)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(diào)節(jié)研磨盤(11)的轉(zhuǎn)速及研磨頭主軸(I)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)研磨頭主軸(I)相對(duì)研磨盤(11)的相對(duì)擺速，研磨盤修整套(8 )在磁性套(4)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)研磨盤(11)的修整及帶動(dòng)超薄硬脆材料基片(6)按照研磨頭主軸(I)的軌跡運(yùn)動(dòng)，超薄硬脆材料基片(6)的工作面在高磁感應(yīng)強(qiáng)度磁性體(5)所產(chǎn)生的磁流變效應(yīng)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，獲得單面研磨后基片(24)；6)停止磁流變工作液(15)的供液，停止研磨頭主軸(I)相對(duì)研磨盤(11)的相對(duì)擺速，停止研磨盤(11)及研磨頭主軸(I)的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸(I)施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤(11)，取出已完成單面研磨后基片(24)；7)將完成單面研磨后基片(24)翻轉(zhuǎn)后再次放置于研磨盤修整套(8)內(nèi)，再次將磁流變工作液(15)通過循環(huán)管(16)加入到研磨盤(11)的上表面，調(diào)節(jié)使柔性研磨拋光頭套入研磨盤修整套(8)內(nèi)并對(duì)研磨頭主軸(I)施加一定研磨壓力F，完成單面研磨后基片(24)的法向半固著夾持和切向柔性固著，再次調(diào)節(jié)研磨盤(11)的轉(zhuǎn)速及研磨頭主軸(I)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)研磨頭主軸(I)相對(duì)研磨盤(11)的相對(duì)擺速，完成單面研磨后基片(24)的反面的研拋加工，獲得雙面研磨后基片(25)；8)停止磁流變工作液(15)的供液，停止研磨頭主軸(I)相對(duì)研磨盤(II)的相對(duì)擺速，停止研磨盤(11)及研磨頭主軸(I)的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)研磨頭主軸(I)施加反方向作用力使柔性研磨拋光頭遠(yuǎn)離研磨盤(11)，取出已完成雙面研拋加工的雙面研磨后基片(25)，獲得較好的平面度和表面粗糙度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于磁流變效應(yīng)的超薄硬脆材料基片柔性研磨拋光方法，其特征在于上述磁流變工作液(15)的配制方法為:在硅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(wěn)定劑、重量百分比I 10%的防銹劑。
全文摘要
本發(fā)明是一種磁流變效應(yīng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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，研磨盤修整套置于研磨盤上，磁流變工作液通過循環(huán)管加入到研磨盤的上表面。本發(fā)明的基于磁流變效應(yīng)的電子陶瓷基片柔性研磨拋光裝置能對(duì)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(jìn)行研磨拋光,設(shè)計(jì)合理，方便實(shí)用。本發(fā)明磁流變效應(yīng)粘彈性夾持的電瓷基片柔性研拋方法操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)B24B37/00GK103072069SQ201210553510
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者潘繼生, 閻秋生, 路家斌, 王威 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)