一种研抛一体化复合磨具及其制备方法和应用与流程

本发明涉及研磨抛光加工，具体而言，涉及一种研抛一体化复合磨具及其制备方法和应用。

背景技术：

1、蓝宝石、陶瓷、玻璃、硅片等硬脆材料凭借其特有的高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温、耐磨损等优异性能，在电子信息、军工、航空航天等诸多领域发挥了重要作用。由于航空航天、电子信息等领域前沿技术的发展，对碳化硅、蓝宝石、陶瓷、特种玻璃等难加工材料的加工效率与表面质量提出了更高的要求。

2、目前以上材料的抛光普遍采用游离磨粒加工技术，通过含磨粒抛光液与弹性抛光垫的配合使用，可获得良好的工件表面质量，但抛光过程存在如下问题：(1)磨具对磨粒的运动无约束，磨粒分布与运动的随机性会降低加工效率、降低晶圆片内均匀性；(2)磨料在磨具表面停留时间较短，造成磨料利用率低、废液污染大等问题。

3、目前，一些现有技术采用固结磨粒抛光技术来改善上述问题，通过将磨料固定在磨具中实现磨粒的完全约束运动，可以提高磨料分布均匀性、提高材料去除效率与磨料利用率。但是二体磨损机制下磨料划犁带来的表面损伤和划痕等加工缺陷，使该技术仍然无法彻底代替传统游离抛光技术，固结磨粒抛光工艺之后仍需配合游离磨料精抛工艺。基于以上背景，开发一种兼顾加工效率与抛光质量的高效精密加工技术，具有重要意义。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种研抛一体化复合磨具，以解决现有技术中存在的游离磨粒加工技术加工效率低、片内均匀性差、磨料利用率低、废液污染大，以及固结磨粒抛光技术工件表面划伤严重，固结磨粒抛光后仍需进行游离磨粒精抛的技术问题，本发明提供的研抛一体化复合磨具，能同步实现研磨和抛光一体化加工，划痕少、表面质量好、材料去除率高，兼顾高加工效率和良好的工件表面质量。

2、本发明的第二目的在于提供一种如上所述的研抛一体化复合磨具的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供一种工件的研磨抛光方法，采用如上所述的研抛一体化复合磨具对所述工件进行研磨抛光。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种研抛一体化复合磨具，包括基体层和磨料层，所述磨料层中固结有第一磨料和有机复合微球造孔剂，所述有机复合微球造孔剂为包含第二磨料和水溶性粘接剂的球形或近球形复合物，所述第二磨料的硬度≤所述第一磨料的硬度。

6、优选地，按质量百分比计，所述磨料层包括树脂结合剂30％-60％、所述第一磨料3％-20％、所述有机复合微球造孔剂3％-35％、填料3％-10％和助剂0.2％-15％。

7、优选地，所述有机复合微球造孔剂的粒径为20-90μm。

8、优选地，所述有机复合微球造孔剂中，所述水溶性粘接剂的质量百分比为2.5％-10％。

9、优选地，所述有机复合微球造孔剂的制备方法为离心喷雾造粒法、滚粒法或反相微乳液聚合法中的一种。

10、优选地，所述水溶性粘接剂包括环糊精、糊精、淀粉、羟甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的至少一种。

11、优选地，所述第二磨料包括氧化铝、二氧化硅、氧化铈中的至少一种。

12、优选地，所述第二磨料的莫氏硬度为6-9级。

13、优选地，所述第二磨料的粒径为100-500nm。

14、优选地，所述第一磨料包括金刚石、碳化硅、立方氮化硼、氧化锆、刚玉中的至少一种。

15、优选地，所述第一磨料的莫氏硬度为7-10级。

16、优选地，所述第一磨料的粒径为20-500nm。

17、优选地，所述第二磨料的中值粒径不小于所述第一磨料的中值粒径。

18、优选地，所述树脂结合剂包括不饱和聚酯、环氧树脂、聚氨酯中的至少一种。

19、优选地，所述填料包括石墨、炭黑、碳纤维短纤、碳纳米管、碳酸钙、硅酸钙中的一种或多种组合。

20、优选地，所述助剂包括引发剂、固化剂、分散剂中的至少一种。

21、一种如上所述的研抛一体化复合磨具的制备方法，包括以下步骤：

22、s1.将磨料层的原料混合后进行脱泡，得到混合料，将所述混合料置于成型模具中；

23、s2.在所述混合料非研磨抛光面的表面贴敷基体层，经固化得到所述研抛一体化复合磨具；或者，先对所述混合料进行固化得到磨料层，然后在所述磨料层上非研磨抛光面的表面粘贴所述基体层，得到所述研抛一体化复合磨具。

24、一种工件的研磨抛光方法，采用如上所述的研抛一体化复合磨具对所述工件进行研磨抛光。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、(1)本发明提供的研抛一体化复合磨具在磨料层中固结有第一磨料和有机复合微球造孔剂，在加工工件过程中，第一磨料作为固结磨料起到研磨工件、提高材料去除率的作用；表层的有机复合微球造孔剂在加工工件过程中与磨具表面的水基磨削液相遇，水溶性粘接剂发生物理溶解，可在磨具表面形成开放性孔洞结构，孔洞结构内含游离分布的第二磨料，有机复合微球造孔剂一方面作为造孔剂，提高磨具内部的容屑空间、降低磨具基体硬度，从而减少工件表面划痕、增强磨具自锐性，另一方面在复合磨具中引入游离磨粒组分，起到抛光工件、提高材料表面质量的作用；能同步实现研磨和抛光的一体化加工，划痕少、表面质量好、材料去除率高，兼顾高加工效率和良好的工件表面质量。

27、(2)采用本发明提供的研抛一体化复合磨具对工件表面进行研磨抛光，相比传统的游离磨粒抛光技术，磨料消耗量小，可减轻废液污染；与传统固结磨粒加工技术相比，加工后的工件划痕少、表面质量好，无需进一步精抛处理。

技术特征：

1.一种研抛一体化复合磨具，其特征在于，包括基体层和磨料层，所述磨料层中固结有第一磨料和有机复合微球造孔剂，所述有机复合微球造孔剂为包含第二磨料和水溶性粘接剂的球形或近球形复合物，所述第二磨料的硬度≤所述第一磨料的硬度。

2.根据权利要求1所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，按质量百分比计，所述磨料层包括树脂结合剂30％-60％、所述第一磨料3％-20％、所述有机复合微球造孔剂3％-35％、填料3％-10％和助剂0.2％-15％。

3.根据权利要求1所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，包含以下特征中的至少一种：

4.根据权利要求1所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，所述水溶性粘接剂包括环糊精、糊精、淀粉、羟甲基纤维素、甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，包含以下特征中的至少一种：

6.根据权利要求1所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，包含以下特征中的至少一种：

7.根据权利要求1所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，所述第二磨料的中值粒径不小于所述第一磨料的中值粒径。

8.根据权利要求2所述的研抛一体化复合磨具，其特征在于，包含以下特征中的至少一种：

9.如权利要求1-8任一项所述的研抛一体化复合磨具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种工件的研磨抛光方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的研抛一体化复合磨具对所述工件进行研磨抛光。

技术总结本发明涉及研磨抛光加工技术领域，具体而言，涉及一种研抛一体化复合磨具及其制备方法和应用。所述研抛一体化复合磨具包括基体层和磨料层，磨料层中固结有第一磨料和有机复合微球造孔剂，有机复合微球造孔剂为包含第二磨料和水溶性粘接剂的球形或近球形复合物，第二磨料的硬度≤第一磨料的硬度。制备方法包括以下步骤：将磨料层原料混合后置于成型模具中；贴敷基体层，经固化制得研抛一体化复合磨具，或者先固化、脱模得到磨料层，再粘贴基体层得到研抛一体化复合磨具。本发明提供的研抛一体化复合磨具，能同步实现研磨和抛光一体化加工，划痕少、表面质量好、材料去除率高，兼顾高加工效率和良好的工件表面质量。技术研发人员：丁玉龙,秦凤鸣,赵明恩,郝素叶,惠珍,赵延军,张霖受保护的技术使用者：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14