第l7卷第lO期2009年1O月光学精密工程OpticsandPrecisionEngineeringVo1.17N0.100et.2009文章编号1004—924X(2009)10—2493—06蓝宝石晶体的双面研磨加工文东辉,洪滔,张克华,鲁聪达(浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,浙江杭州31OO32)摘要:为了实现对蓝宝石晶体的高效低损伤研磨加工,对蓝宝石晶体的双面研磨加工表面粗糙度、研磨均匀性和亚表面损伤层的深度进行实验研究。采用280#碳化硼磨粒双面研磨(0001)面蓝宝石晶体,考察了研磨时间对材料去除速率、表面粗糙度的作用规律,根据蓝宝石晶体切割表面状态确定了双面研磨的加工余量;通过WYKO粗糙度仪从微观上分析了蓝宝石晶体表面的研磨均匀性;最后,应用纳米压人测试分析了亚表面损伤层的深度。实验结果表明:蓝宝石晶体经过120min的双面研磨加工后可以获得R为0.523m,R。<6.0m的表面;其深度损伤层约为460nm,亚表面损伤层<1m。关键词:蓝宝石晶体;双面研磨;均匀性;亚表层损伤中图分类号:0786文献标识码:ADual··lappingprocessforsapphirecrystalWENDong—hui,H0NGTao,ZHANGKe—hua,LUCong—da(KeyLaboratoryofMechanicalManufactureandAutomation,MinistryofEducation,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou,310032,China)Abstract:Inordertoachievehighefficiencyandlowdamagedlayersduringasapphirecrystallappingprocess,anexperimentalresearchontherougness,lappinguniformityandsub—surfacedamagedlayerwerestudiedinthispaper.Thesapphirewith(0001)orientationwaslappedby280meshboroncar—bideabrasivegrits.Theeffectsoflappingtimeonthematerialremovalratesandsurfaceroughnesswereinvestigated,andtheprocessingremaindersbythedual—lappingweredeterminedinaccordancewiththesurfacestatesofthesapphire.Thenmicro—surfaceuniformityofthesapphirewasalsopresen—tedbyusingWYKOlaserequipment.Finally,anano—indentationtestwascarriedouttomeasurethedepthofdamagedlayeraccordingtothehardnessormodulusvariances.ExperimentalresultsshowthatthesapphirecrystalcanoffertheRin0.523btm,R<6.0“m,thedepthofheavydamagedlayerof460nm,andthedepthofsub—surfacedamagedlayernomorethan1/,m,afteritislappedbytheab—rasivewith280meshboroncarbidegritsin120min.Keywords:sapphirecrystal;dual—lapping;uniformity;sub—surfacedamage收稿日期:2008—07—15:修订日期:2008—10—15.基金项目:国家重大科学研究计划资助项目(No.2006CB932607);国家自然科学基金重点资助项目(No.50535040;No.50705088);浙江省科技计划重点资助项目(No.2007C21061);清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金资助项目;浙江工业大学重中之中人才基金资助项目光学精密工程第l7卷引言早在原始社会,我们的祖先就用研磨的方法来加工石制工具,最早有记载的研磨加工出现在公元前2000年左右,埃及人已经开始研磨他们的金属工具u]。双面研磨加工是一种以磨粒的微小塑性切削、滚轧等形式为主体的材料去除方式],在材料去除过程中由于上、下研磨盘同时作用,使得局部高温、高压对称作用在工件的两个平行平面,有利于消除热变形或机械作用引发并破坏材料的平面度、平行度]。采用两个平行平面同时进行研磨加工,效率要比分别研磨加工两个平面高出很多,因此,双面研磨已成为晶体超精密表面加工的主要方法[4]。蓝宝石晶体双面研磨的主要作用有l5]:(1)去除蓝宝石表面由切片过程引起的切痕和凹凸不平;(2)使表面加工损伤达到一致,以便在化学腐蚀过程中确保腐蚀的速度达到均匀一致;(3)修正蓝宝石的几何厚度,使片与片之间的厚度差缩小;(4)提高平行度,使蓝宝石各处的厚度均匀;(5)改善表面平整度。蓝宝石晶体生长后需要进行切片,切片后的蓝宝石表面十分粗糙且不平整,测试结果表明蓝宝石表面粗糙度不均匀,R范围为4~6m,个别甚至高达17.4m_7],为此需要进行双面研磨加工,以便为后续工序做好准备]。不过双面研磨过程复杂且不可视,往往需要特定的实验来说...