抛光原理教学内容.ppt

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1、抛光原理5.1拋光加工原理拋光是在較軟質或有彈性變形特性之研磨布上，而只以塑性變形去除極微小量的材料表面，以達到鏡面與加工變形少的工程。維持研光或研磨加工工程所得到的形狀精度，一面提高表面品質，可說是拋光的主要目的。拋光的去除單位很小，故加工效率低，且因為使用容易變形的拋光機，故為容易產生形狀崩潰的工程。所以在施工上儘可能以較少的去除量，來達到鏡面化。5.1拋光加工原理(續)拋光技術是發展歷史最久的技術之一，但在現在所謂最尖端技術的半導體製造技術中，卻佔有很重要的地位。過去的金屬鏡像或光學材料的拋光技術，是以提高光澤、反

2、射率或透光率的鏡面化為主要目的。半導體為首的高機能材料表面，基本上要求奈米級的高形狀精度。5.1.1拋光機構概要1.微小切削說2.表面流動說3.化學作用說1.微小切削說圖5.1所示的模組可以明白，以前端半徑r的大壓子，壓入玻璃表面時，所看到的破壞形態。使用粒徑數μm以上的粗磨粒與較硬的研光機之研光加工，基本上我們認為造成這種脆性破壞，是依產生裂痕、傳播、交叉、去除破碎片的程序在進行。但是壓子半徑一變小與附加壓力P變小時，即使是脆性材料，也會優先產生塑性變形，並產生脆性破壞，這是因為附加壓力變成相當程度的大小。圖5.1以球

3、面壓子壓入的變形、破壞規格1.微小切削說(續)何種程度的壓入量會產生裂痕，何種程度以下不會產生裂痕。當然我們可以用模型來計算，但是以維克氏壓子壓入模型(圖5.2所示)，所產生的裂痕極限壓入量g。表5.1所示，是以各種脆性材料，計算維克氏壓子壓入模型(圖5.2)。g的值為0.1~數μm，硬度與彈性係數愈大且破壞韌性值愈小的材料，其較小的g值，有愈容易產生裂痕的趨勢。圖5.2維克氏壓子壓入時的變形模式1.微小切削說(續)表5.1所示，是以各種脆性材料，計算維克氏壓子壓入模型(圖5.2所示)。g的值為0.1~數μm，硬度與彈性

4、係數愈大且破壞韌性值愈小的材料，其較小的g值，有愈容易產生裂痕的趨勢。依這表矽的極限壓入量g約為0.lμm，可說是比其他脆性材料更容易發生裂痕的材料。如果矽表面不產生裂痕，只在延展生模式加工的話，必須保證0.lμm以下的微小進刀量的推論是成立的。表5.1以維克氏壓子壓入，產生龜裂的臨界條件1.微小切削說(續)我們提到進刀更小時，所產生的最小切屑，到底有多大呢?如果根據單結晶銅理論、實驗的檢討。如圖5.3所示，使用前端半徑很小的刀具之超精密切削，可以產生lnm左右的切屑。這頂多是只有數個原子層部分的厚度，即使是連續物體的極

5、限大小，也可以解釋為可切削。圖5.3由鋼的微小切削實驗及模擬，求得切削厚度與每單位切屑寬度的切削力關係1.微小切削說(續)從圖5.4所示的例子，有關單結晶銅的微小切削之分子動力學分析，在這種微小切削的情況，切削後表面原子的排列，並不會很亂。即殘留加工變形也可以抑制得很小。而拋光加工是以微細磨粒的機械式微小切削作用為主體，但是要將所有磨粒前端的進刀量，都變成這種極微小量，是很困難的。要使造成塑性變形的殘留加工變質層全部變為零，是很困難的。圖5.4銅的微小切削模擬例子2.表面流動說即使在前述機械式切削作用的情況，實際的加工點

6、，由於材料的塑性變形與刀具磨擦所產生的熱量，接觸點局部產生高溫軟化熔融狀態的可能性也很高。這是因為表面為流動，這種流動層覆蓋切削痕跡或裂痕，而使表面鏡面化之說。流動層被覆蓋時，表面變成鏡面狀態，未觀察到切削痕跡。但是經過腐蝕後，流動層被去除，表面下的擦痕就露出來了。3.化學作用說以水的作用作為拋光液，在玻璃表面產生軟質矽酸膠化層，這是以磨粒較容易去除，而進行研磨的說法。這種說法是Kaller觀察了玻璃、拋光液、拋光機、磨粒間，複雜化學反應的可能性。後來由泉谷等人的研究，由於拋光液的化學性侵蝕，使磨粒去除了玻璃面的摻水層。

7、這種化學作用說，是5.5節要說明的今日超精密拋光，它成為援用一般化學效果的拋光技術源流。5.1.2決定拋光加工效率的因素拋光加工量R=k.p.v.t其中p為拋光壓力、v為拋光速度、t為加工時間、k為比例常數。拋光效率與附加壓力(p)及拋光距離(v.t)成正比。為了保持一定的加工效率，除了拋光壓力、速度等加工條件外，嚴加管理研磨液濃度、溫度、拋光機的狀態等，是使拋光穩定的重要因素。5.2拋光加工方式概要定位為最後精加工工程的拋光加工法，自古以來使用的方法很多，即使在現代也逐次開發出許多新的方法，並已分別實用化了。要有系統將

8、所有的拋光方法分類，是很困難的一件事情，而且依研究人員的整理方法而有很大的差異。表5.2所示為筆者嘗試分類的方法，將依此表的拋光加工方法，來敘述其概要。表5.2依拋光加工方式分類的例子5.2.1游離磨粒方式稱為拋光機的板狀刀具上，壓住工件做相對運動時，磨粒在散開的狀況下，一面供給磨粒一面研磨，是最普遍的拋光方式。如果