超精密表面研抛磨粒的研究进展

周兆锋，洪 捐，黄传锦

(盐城工学院机械工程学院，盐城 224051)

0 引 言

研磨和抛光是经典的超精密加工技术，被广泛应用于脆性难加工半导体衬底材料的超光滑无损伤加工，比如硅、氮化镓和蓝宝石等材料的加工。通过研磨和抛光可以有效去除前道工序造成的加工损伤，并获得超光滑无损伤的工件表面。研抛磨粒作为研抛工艺的核心辅助材料之一，研抛磨粒选择的恰当与否直接影响到研抛效率和研抛质量的高低。

面对种类繁多的研抛磨粒，如何选择合适的磨粒以实现材料的超精密加工，是许多科研人员面临的一个难题。本文从研抛磨粒的组成方式和结构特点等角度出发，总结了研抛磨粒对加工结果的影响，以及新型研抛磨粒的研究进展，为研抛磨粒的科学选择和应用提供参考。

1 单一磨粒

1.1 工件-磨粒-研抛垫的接触模型

单一磨粒指研抛过程中仅采用单一类型磨粒的情况。从宏观角度分析研抛过程，通过经典Preston方程，即R=kFv，可知材料去除率(R)与研抛载荷(F)及工件与研抛垫之间的相对转速(v)成正比，其中k为经验参数。研抛载荷越大，材料去除率越高。从微观角度分析研抛过程，单一磨粒的微切削能力决定了研抛效率的高低，而施加于单一磨粒的研抛载荷则明显会影响该磨粒的切削能力。因此，本节将从研抛载荷角度分析磨粒对研抛结果的影响。图1为研抛过程中工件-磨粒-研抛垫的接触模型，假设磨粒为刚性体，工件和研抛垫为弹塑性体，那么磨粒嵌入关系可表示为：