[发明专利]一种基于固结磨料技术的蓝宝石抛光加工方法

说明书

本发明公开了一种基于固结磨料技术的蓝宝石抛光加工方法，涉及材料加工方法，本发明提供的抛光加工方法包括Cr₂O₃固结抛光垫的制备和抛光加工方法，其中使用的Cr₂O₃固结抛光垫包括氧化铬磨粒微粉40％～60％、粘结剂30％～50％、固化剂10％～20％、其余为去离子水，固结抛光垫上的Cr₂O₃微粒通过和蓝宝石表面发生固相反应，在蓝宝石表面生产软化层，再经过后续的抛光去除，最终达到蓝宝石抛光的效果，本发明能够提高蓝宝石加工效率和表面质量，同时也大大降低了蓝宝石因为机械抛光而产生的亚表面损伤。

技术领域

本发明涉及材料加工方法技术领域，特别是指一种基于固结磨料技术的蓝宝石抛光加工方法。

背景技术

蓝宝石，由氧化铝单晶组成，具有诸多优良的化学物理性质，例如，高硬度(莫氏硬度9级)，耐腐蚀性和高透光性等，因此在工业上得到了广泛的应用，其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的光学性能使蓝宝石晶体成为半导体照明(LED)、大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等理想的衬底材料。同时，其作为屏幕材料被广泛应用于智能设备、红外军事装备、卫星空间技术、高强度激光窗口等领域。根据统计，近三年来，LED衬底材料应用占蓝宝石需求量的80％以上，而非LED应用约占蓝宝石需求量的20％，非LED应用主要体现在消费电子产品需求上，如：智能手机的摄像镜头保护玻璃、Home键、蓝宝石表镜等。

蓝宝石属于超硬脆性材料，在工业生产中加工难度相当大，传统机械抛光如利用金刚石作为固结磨料可以获得良好的抛光速率和几何精度，但是传统机械抛光容易造成蓝宝石晶片缺陷，如划痕，凹坑，亚表面损伤等，针对这些问题，已经有一种以游离SiO₂胶体为磨料的化学机械抛光加工工艺被提出，这种加工工艺可以使加工的蓝宝石晶片具有良好的表面粗糙度和较低的亚表面损伤，可以达到加工超光滑蓝宝石表面的效果。

但申请人发现，上述加工方法还存在许多不足，如材料的去除速率较低，难以保证工业上的大批量生产需求；当加工的蓝宝石晶片尺寸较大时，这种加工方法难以保证加工工件表面的几何精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于固结磨料技术的蓝宝石抛光加工方法，以解决现有技术中全部或者部分不足之处。

基于上述目的本发明提供的一种基于固结磨料技术的蓝宝石抛光加工方法，包括如下步骤：

Cr₂O₃固结抛光垫的制备：在去离子水中加入固化剂，充分搅拌使其完全溶解，然后加入结合剂、Cr₂O₃微粉，搅拌混合均匀；将搅拌混合均匀的配料在模具中热压成形，脱模，并对得到的固结抛光垫上下端面进行修整，保证固结抛光垫上下端面的平整度和平行度，得Cr₂O₃固结抛光垫；

抛光加工方法：将Cr₂O₃固结抛光垫利用双面胶粘结在抛光盘上，并将固结抛光盘装入抛光机的底座紧固，然后将待加工的蓝宝石晶片放置在抛光机载样盘内，并夹紧固定，进行抛光加工，其中，抛光盘的转速为500～700r/min，载样盘的转速为80～150r/min，抛光压力为45～80KPa。

可选的，所述抛光加工方法中，在压力和相对速度的作用下，蓝宝石晶片和Cr₂O₃磨料之间先发生固相反应生成软质层，然后再利用Cr₂O₃磨料的摩擦，去除生成软质层，从而实现蓝宝石晶片的抛光。

可选的，所述Cr₂O₃固结抛光垫包括如下质量百分数成分：