【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 含量的金屬及非金屬硬脆材料，如硬質(zhì)合金、高鋁瓷、光學(xué)玻璃、瑪瑙寶石、半導(dǎo)體材料、石材等。所以本試驗(yàn)?zāi)チ喜捎媒饎偸?。磨具根?jù)不同的特性,分類的方法也不同。根據(jù)磨具的基本形狀的使用方法分類分為固結(jié)磨具、涂附磨具和研磨膏。固結(jié)磨具有砂輪、磨頭、油石和砂瓦；涂附磨具有砂布、砂紙和砂帶；研磨膏有軟膏和硬膏。根據(jù)磨料性能分類分為氧化物系磨具、碳化物磨具和超硬磨料磨具。氧化物系磨具有棕剛玉磨具、白剛玉磨具、天然剛磨具和鋯剛玉磨具；碳化物磨具有黑碳化硅磨具、綠碳化硅磨具和碳化硼磨具；超硬磨料磨具有金剛石磨具和立方氧化硼磨具。根據(jù)磨具突出特點(diǎn)分類分為細(xì)粒度磨具、高硬度磨具、大氣孔砂輪、高速砂輪和超薄片砂輪。最常用的分類是根據(jù)結(jié)合劑性能分類，其中分為無(wú)機(jī)模具和有機(jī)磨具，無(wú)機(jī)模具有陶瓷結(jié)合劑磨具、金屬結(jié)合劑磨具和菱苦土結(jié)合劑磨具；有機(jī)磨具有樹脂結(jié)合劑磨具和橡膠結(jié)合劑磨具。陶瓷結(jié)合劑磨具的特點(diǎn)是有良好的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，不拍水、油及普通酸堿的侵蝕，但是它的脆性較大，彈性較差，必須高溫?zé)?，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。橡膠結(jié)合劑磨具的特點(diǎn)是高強(qiáng)度，富有彈性，拋光性能好，但是組織較密，氣孔小，耐熱性較差，它的用途主要制成硬質(zhì)磨具，制成硬質(zhì)橡膠薄片砂輪和用于精密磨削。樹脂結(jié)合劑磨具的特點(diǎn)是結(jié)合劑略有彈性和韌性，結(jié)合強(qiáng)度高，磨削時(shí)發(fā)熱量低，粗糙度值低，~4mm的薄片磨具和各種形狀復(fù)雜的磨具，但是抗熱性及抗堿性較差，磨削區(qū)的高溫可燒毀結(jié)合劑，堿性磨削液容易降低磨具的強(qiáng)度和硬度，增加砂輪的磨損。樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪具有良好的拋光作用，磨削時(shí)砂輪鋒利，不易堵塞，具體特點(diǎn)如下：磨削效率高，同時(shí)砂輪消耗相對(duì)較慢；自銳性好，磨削時(shí)發(fā)熱量小，不易堵塞，減少了磨削時(shí)出現(xiàn)工作燒傷的現(xiàn)象；砂輪具有一定的彈性，有利于改善工件表面的粗糙度，主要用于精磨、半精磨、刀磨、拋光等工序 樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪是低溫固化，生產(chǎn)周期短，設(shè)備和供應(yīng)流程比較簡(jiǎn)單；因樹脂具有流動(dòng)性，容易成型復(fù)雜性面的砂輪。由于單晶硅的特點(diǎn)和上述樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪的優(yōu)點(diǎn)，本試驗(yàn)采用的砂輪為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪。本試驗(yàn)的砂輪型號(hào)選擇600和2000。 工藝參數(shù)的選擇本實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)有磨粒粒徑、砂輪軸向進(jìn)給的速度和砂輪的轉(zhuǎn)速，以改裝后的磨床為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。參數(shù)指標(biāo)金剛石砂輪杯型樹脂結(jié)合劑砂輪軸向進(jìn)給速度f(wàn)（10~50181。m/min）砂輪轉(zhuǎn)速（400~1200rpm）工件轉(zhuǎn)速（100~180rpm） 實(shí)驗(yàn)中砂輪軸向進(jìn)給速度的參數(shù)序號(hào)砂輪軸向進(jìn)給的速度（181。m/min）砂輪型號(hào)110600、2000215600、2000320600、2000425600、2000530600、2000640600750600，砂輪軸向進(jìn)給速度為40um/min和50um/min里，并沒(méi)有選擇型號(hào)2000的砂輪來(lái)做實(shí)驗(yàn)，只選擇600砂輪，這是因?yàn)?000砂輪主要用于精磨，如果進(jìn)給速度過(guò)大，就很可能會(huì)惡化硅片的表面質(zhì)量，達(dá)不到預(yù)想的結(jié)果，還會(huì)損壞砂輪。所以2000砂輪不用于進(jìn)給速度為40um/min和50um/min。 實(shí)驗(yàn)中砂輪轉(zhuǎn)速的參數(shù)序號(hào)砂輪的轉(zhuǎn)速(r/min)砂輪型號(hào)1400600、20002600600、20003800600、200041000600、200051200600、2000在研究砂輪速度對(duì)硅片的表面質(zhì)量和磨削力的影響時(shí)，砂輪型號(hào)選擇為600和2000。 檢測(cè)方法和設(shè)備檢測(cè)設(shè)備有Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀、超景深三維顯微系統(tǒng)、激光共聚焦顯微鏡和Kistler測(cè)力儀。Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀，型號(hào)是MahrSurf XR20＆MahrSurf XT20。產(chǎn)地在德國(guó)。它是一種高端表面形貌特征測(cè)量產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)操作過(guò)程。它以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件XR20和XT20，分別進(jìn)行表面粗糙度的測(cè)量和表面輪廓儀特征的測(cè)量。并且，每種功能都可以通過(guò)接觸式(MFW 250)和非接觸式(Laser Sensor Focodyn)兩種方式實(shí)現(xiàn)。用彩色和黑白照片模擬表示連續(xù)的三維粗糙度、表面形貌和輪廓，方法靈活、操作方便簡(jiǎn)單。Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀在應(yīng)用XR20軟件測(cè)量表面粗糙度，能夠獲得Ra、Rz、Rmax、S(RS)、Sm(RSm)、tp(RMr)、Rp、Rq、R3z、PSm、PMr、Wt、Sk、Rk和所有DIN4776規(guī)定的參數(shù)。并可以按法國(guó)汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分析Ncrx、CPM、Nr、Pt、R等。此外還可以實(shí)現(xiàn)輪廓曲線、材料支撐曲線、幅值密度曲線以及RM輪廓顯示。在應(yīng)用XT20軟件可獲得表面輪廓信息，如：獲得表面輪廓彩色圖像的等高線、輪廓、格線、視圖和輪廓、表面形貌等，還可以自由選擇放大區(qū)，確定輪廓的最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、中心和平面，表面淡出、確定新的三維特征、計(jì)算體積和三圍材料比等。在本實(shí)驗(yàn)，Mahr表面粗糙度＆表面輪廓儀主要測(cè)量硅片加工后的表面粗糙度。超景深三維顯微系統(tǒng)，型號(hào)是VHX600。它可以進(jìn)行快速大景深三維合成和逐層拍照的高景深合成畫面，對(duì)3D微結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)的、非接觸的觀察、測(cè)量和記錄。與普通光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)對(duì)比，超景深三維顯微系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)20倍以上的超景深觀察與測(cè)量，可以對(duì)不能對(duì)焦的凹凸的大型被觀察物體進(jìn)行鮮明立體的觀察。超景深三維顯微系統(tǒng)還可滿足亞毫米至微米級(jí)的微結(jié)構(gòu)表面3D加工形貌的觀察、測(cè)量和記錄。超景深三維顯微系統(tǒng)有許多功能，它可以在顯微鏡鏡頭景深不足時(shí)彌補(bǔ)圖形不清楚的缺陷，具有3D彩色/標(biāo)尺顯示高度的功能；2點(diǎn)之間高度差異測(cè)量功能；自動(dòng)變焦功能，截面輪廓測(cè)量；3D體積測(cè)量，；3D面間的距離和角度測(cè)量；3D照明模擬功能等。在本實(shí)驗(yàn)，它主要測(cè)量硅片加工后的表面形貌特征。激光共聚焦顯微鏡，型號(hào)是OLS4000。它是日本奧林巴斯株式會(huì)社與2009年8月發(fā)布的新款激光顯微鏡，其總放大倍率達(dá)17280倍，平面分辨率為120mm，配置了405nm激光和新開發(fā)的雙共焦系統(tǒng)，可以對(duì)微小領(lǐng)域進(jìn)行高分辨率的3維觀察、計(jì)測(cè)和粗糙度測(cè)量，此外，該款顯微鏡還充實(shí)了粗糙度測(cè)量功能，靈活運(yùn)用非接觸式測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)，其輸出結(jié)果有著與接觸式表面粗糙度測(cè)量?jī)x相同的操作性和互換性。Kistler測(cè)力儀，型號(hào)是9257B，產(chǎn)地在瑞士。它特點(diǎn)是設(shè)計(jì)緊湊, 分辨率高, 非常堅(jiān)固, 高固有頻率, 對(duì)溫度變化不敏感, 防腐蝕, 防水噴濺和冷卻液的浸入, 防護(hù)等級(jí)IP67。應(yīng)用于動(dòng)態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)的測(cè)量, 車削、銑削、磨削中切削力的測(cè)量, 風(fēng)洞模型測(cè)量。本試驗(yàn)主要把它用來(lái)測(cè)量磨削時(shí)不同工藝參數(shù)下的磨削力。 本章小結(jié)本章主要寫了硅片自旋轉(zhuǎn)磨削加工實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，先是介紹磨床的分類和本試驗(yàn)用的的磨床，然后選擇工件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求選用42mm的單晶硅片。要選擇砂輪，應(yīng)先選擇磨料與結(jié)合劑，本章分別介紹了磨料和磨具的分類和其特性，根據(jù)硅的物理性質(zhì)、砂輪磨料的性質(zhì)、砂輪結(jié)合劑的特性，實(shí)驗(yàn)選用樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪。選擇完主要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工件和工具，最后選擇工藝參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)的主要參數(shù)有磨粒粒徑、砂輪軸向進(jìn)給的速度和砂輪的轉(zhuǎn)速，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和內(nèi)容，對(duì)這些參數(shù)設(shè)置數(shù)值。3 磨削參數(shù)對(duì)磨削力的影響的試驗(yàn)研究 磨削工藝參數(shù)對(duì)磨削力的影響根據(jù)上一章的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，本章節(jié)將研究磨粒粒徑、砂輪進(jìn)給速度和砂輪轉(zhuǎn)速分別對(duì)磨削力的影響。本試驗(yàn)用Kistler測(cè)力儀來(lái)測(cè)量磨削力。 砂輪軸向進(jìn)給速度對(duì)軸向磨削力的影響 砂輪線速度對(duì)軸向磨削力的影響，在砂輪進(jìn)給速度和砂輪線速度分別一定時(shí)，2000砂輪的軸向磨削力始終比600砂輪的軸向磨削力要小，即磨粒粒徑越小，軸向磨削力也越小。，軸向磨削力隨著砂輪進(jìn)給速度的增大而變化。，隨著砂輪進(jìn)給速度的增大，砂輪的軸向磨削力也增大。這是因?yàn)樯拜嗊M(jìn)給速度增大，使得單顆磨粒的最大未變形切削厚度增大，同時(shí)參與磨削的有效磨粒數(shù)增多，導(dǎo)致軸向磨削力增大且影響顯著；同時(shí)砂輪進(jìn)給速度增大，磨削過(guò)程中砂輪粘結(jié)劑、磨屑及被磨工件之間的滑擦作用也增大，因此軸向磨削力也增大。，砂輪線速度對(duì)軸向磨削力影響的變化。，在一定條件下，砂輪的軸向磨削力隨著砂輪線速度的增大而減小。砂輪的線速度增加，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)磨削區(qū)的磨粒數(shù)隨著增加，導(dǎo)致單顆磨粒的切深減小。切屑變薄，切屑截面積減小，因此，有效磨粒的磨削力隨之降低。 建立磨削力經(jīng)驗(yàn)公式 角正回歸理論在實(shí)際的工程計(jì)算中，由于磨削加工情況的復(fù)雜性，理論公式在具體的加工條件下會(huì)受到很大的限制,所以當(dāng)前仍以采用經(jīng)