超精密研磨和拋光的基本原理

　 　超精密研磨和拋光技術(shù)是特別指選用粒徑只有幾納米的研磨微粉作為研磨磨料，用注入磨料的研具來去除微量的工件材料以達(dá)到高級幾何精度(優(yōu)于0.1μm) 和優(yōu)良表面粗糙度(Ra≤0.01μm)的方法，它可以實現(xiàn)鏡面加工和高精度加工。其技術(shù)目標(biāo)主要有兩類，一類是為降低表面粗糙度或提高尺寸精度，另一類 是為實現(xiàn)功能材料元件的功能，要求解決與高精度相匹配的表面粗糙度和極小的變質(zhì)層問題。

　　超精密研磨與拋光技術(shù)是超精密加工技術(shù)的一種。

　　超精密加工技術(shù)指的是超過或達(dá)到本時代精度界限的高精度加工。超精密加工其實是一個相對概念，而且隨著工藝技術(shù)水平的普遍提高，不同年代有著不同的劃分界限，但并無嚴(yán)格統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。從現(xiàn)在機械加工的工藝水平來看，通常把加工誤差小于 0.01µm、表面粗糙度 Ra 小于 0.025µm 的加工稱為超精密加工。

　　超精密加工技術(shù)起源于20 世紀(jì) 60 年代初期——美國于1962 年首先研制成功了超精密加工車床。這一技術(shù)是為了適應(yīng)現(xiàn)代高科技發(fā)展需要而興起的，它綜合運用了新發(fā)展的機械研究成果及現(xiàn)代電子、計算機和測量等新技術(shù)，是一種現(xiàn)代化的機械加工工藝。

　 　超精密加工擁有廣闊的市場需求。例如，在國防工業(yè)中，陀螺儀的加工涉及多項超精密加工技術(shù)，因為導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率——據(jù)有關(guān)數(shù) 據(jù)，1kg 的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸 0.0005µm 就會引起 100m 的射程誤差和 50m 的軌道誤差;在信息產(chǎn)業(yè)中，計算機上的芯片、磁盤和磁頭，錄像機的磁鼓、復(fù)印機的感光鼓、光盤和激光頭，激光打印機的多面體，噴墨打印機的噴墨頭等都要靠 超精密加工才能達(dá)到產(chǎn)品性能要求;在民用產(chǎn)品中，現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如微型攝像機、針孔照相機等同樣依賴于超精密加工技術(shù)。

　　我們所說的超精密加工技術(shù)，除了超精密研磨和拋光技術(shù)外，還包括超精密切削、超精密磨削、超微細(xì)加工、光整加工和精整加工等。這幾種超精密加工方法能加工出普通精密加工所無法達(dá)到的尺寸精度、形狀精度及表面粗糙度。

　 　但是，超精密切削、超精密磨削等的實現(xiàn)在很大程度上依賴于加工設(shè)備、加工工具，同時還受加工原理及環(huán)境因素的影響和限制，所以，現(xiàn)在如果想從這些方面提 高加工精度，那是十分困難的。而超精密研磨和拋光技術(shù)由于具有獨特加工原理，可以實現(xiàn)納米級甚至原子級的加工，已成為超精密加工技術(shù)中的一個重要部分。所 以，超精密研磨與拋光技術(shù)如今備受關(guān)注。

　　研磨、拋光是歷史最悠久的傳統(tǒng)工藝。古代石器、玉器及古銅鏡等就是通過研磨、拋光制造出來的。自古至今，研磨拋光一直是精密的加工手段，但很多年來其發(fā)展是很緩慢的。直到上世紀(jì)五十年代，飛速發(fā)展的電子工業(yè)才為古老的研磨拋光技術(shù)帶來新的曙光。

　　超精密研磨和拋光技術(shù)，一般特指選用粒徑只有幾納米的研磨微粉作為研磨磨料，將其注入研具，用以去除微量的工件材料，以達(dá)到一定的幾何精度(一般誤差在 0.1µm以下 )及表面粗糙度(一般Ra≦0.01µm)的方法。

　 　其技術(shù)目標(biāo)主要有兩類，一是為追求降低表面粗糙度或提高尺寸精度為目標(biāo)，二是為實現(xiàn)功能材料元件的功能為目標(biāo)，要求解決與高精度相匹配的表面粗糙度和極 小的變質(zhì)層問題。另外，對于單晶材料的加工，同時還要求平面度、厚度和晶相的定向精度等。對于電子材料的加工，除了要求高形狀精度外，還必須達(dá)到物理或結(jié) 晶學(xué)的無損傷理想鏡面。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)、機 械、電子等學(xué)科交叉的各種系統(tǒng)被制造出來，為保證系統(tǒng)中關(guān)鍵元件的高質(zhì)量和高性能，人們對加工精度的要求也越來越高。運用超精密研磨和拋光技術(shù)不僅可以獲 得電子、光學(xué)、計算機元件的高性能，制造出大規(guī)模集成電路的硅片、水晶振子基片等晶體基片，滿足特殊材料極小的表面粗糙度、極高的平面度和超平滑的表面的 要求，還可達(dá)到材料兩端面嚴(yán)格平行、表面無變質(zhì)層等高性能，并且最終達(dá)到納米級或更高的加工精度和無損傷的表面加工質(zhì)量。正是由于其獨特的長處，眾多材料 的最終加工均采用超精密平面研磨拋光技術(shù)。

　　超精密平面 研磨和拋光技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，關(guān)于研磨方式，研磨原理，以及研磨設(shè)備等的研究，已經(jīng)有重大突破，現(xiàn)在加工精度已經(jīng)可以達(dá)到亞納米級甚至納米級精度，并且針對 不同材料不同要求已經(jīng)開發(fā)了很多創(chuàng)新的研磨和拋光方法以及設(shè)備工具。但是，不能把超精密研磨和拋光技術(shù)看成是一種孤立的加工方法和單純的工藝問題，在現(xiàn)代 化加工中，應(yīng)該從工程整體的角度來把握問題。要實現(xiàn)超精密平面研磨和拋光，不僅需要超精密的設(shè)備和工具，超穩(wěn)定的環(huán)境條件，還需要有經(jīng)驗的工人和熟練的加 工技術(shù)，只有將各個領(lǐng)域的技術(shù)成就集結(jié)起來，才有可能實現(xiàn)我們預(yù)期的要求。文章來源：http://shixunmm.cn/