大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连116024
工件旋转法磨削是大尺寸硅片正面平整化加工和背面减薄加工的主要方法，但磨削加工不可避免地会在硅片表面/亚表面产生损伤。为了预测工件旋转法磨削硅片产生的亚表面损伤深度，优化硅片磨削工艺，根据工件旋转法磨削过程中硅片磨削表面的几何轮廓参数、硅片磨削表面的材料去除机理和压痕断裂力学理论建立了磨粒切削深度、表面粗糙度Ra和亚表面损伤深度之间的数学关系，推导出工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度预测模型，并通过硅片超精密磨削试验对模型进行了验证与分析。结果表明，工件旋转法磨削硅片的亚表面损伤深度随表面粗糙度Ra的增大而增大，通过预测模型计算的磨削硅片亚表面损伤深度预测值与硅片亚表面损伤深度实测值的误差小于10%，建立的亚表面损伤深度预测模型能够为超精密磨削硅片的亚表面损伤控制和硅片高效低损伤磨削工艺的优化提供理论指导。
磨削 单晶硅片 表面粗糙度 亚表面损伤深度 grinding silicon wafers surface roughness subsurface damage depth 光学 精密工程
2022, 30(17): 2077
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所 浙江省机器人与智能制造装备技术重点实验室, 浙江 宁波 315201
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
为了在线预测硬脆材料磨削加工引起的亚表面损伤深度, 本文利用概率统计法对磨粒高度进行分析, 建立了刀具切削力与亚表层裂纹扩展深度之间的理论关系模型。首先, 基于硬脆材料的压痕断裂力学理论, 分析了中位裂纹扩展长度与磨粒压痕深度之间的内在关联。随后, 对刀具端面边缘的磨粒数目进行了数理统计, 建立了刀具切削力与单个磨粒切削深度之间的理论关系。在此基础上, 提出了工件亚表层损伤深度的在线预测模型SSDmax=1.284×SSDmaxtheo－36.23, 并结合BK7玻璃的实际磨削实验验证了其正确性。通过对比实验结果与理论模型的预测结果发现, 该方法可以在线、准确地预测磨削加工引起的工件亚表层损伤深度。
亚表层损伤深度 中位裂纹 在线预测 概率统计 BK7玻璃 subsurface damage depth median crack online prediction probability and statistics BK7 glass
南京航空航天大学 机电学院，江苏省精密与微细制造技术重点实验室，江苏 南京 210016
针对光学材料研磨过程引入的亚表面损伤层（SSD）深度对工件的抛光工序效率和表面质量的影响，探索了光学材料在研磨过程中的亚表面损伤规律。采用角度抛光的方法测量了软脆材料铌酸锂（LN）晶体的损伤层深度，分析了研磨方式、磨粒粒径和研磨压力对工件亚表面损伤层的影响规律。结果表明：研磨方式对损伤缺陷的影响最为显著，相同研磨条件下游离磨料研磨后的损伤层深度约为固结磨料研磨的3~4倍，游离磨料研磨后工件亚表面存在多处圆弧形裂纹，固结磨料研磨后主要显现细小裂纹和“人”字型裂纹；当磨粒粒径从W28下降到W14后，游离研磨的亚表面损伤层深度下降至原来的45%，而固结研磨的损伤层深度下降至30%；另外，研磨压力的降低有利于减小工件的亚表面损伤。该研究对LN晶体研磨方式及研磨工艺的选择具有指导意义。
软脆晶体 铌酸锂晶体 固结磨料研磨 磨粒粒径 亚表面损伤深度 soft-brittle crystal lithium niobate crystal fixed-abrasive lapping grit size subsurface damage depth 光学 精密工程
2015, 23(12): 3387
