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微复制金刚石研磨片对玻璃加工质量的影响

信息来源:jjjggg.com  时间:2012-07-30  浏览次数:686

 利用固结式微复制金刚石研磨片(Trizact Diamond Tile,TDT)对不同玻璃进行减薄研磨,确定不同粒度金刚石和TDT的磨削去除率;研究了研磨后的玻璃加工质量,测量了玻璃表面粗糙度及玻璃亚表面损伤层的状态。同时用9μm粒度碳化硅浆料做对比研磨试验。结果表明,同样粒度的金刚石TDT与传统的碳化硅浆料研磨相比可以得到更高的磨削去除率,减少玻璃亚表面损伤层,降低粗糙度。对于康宁玻璃,9μm粒度的TDT可以达到95μm/min的磨削去除率,是同粒度碳化硅浆料研磨的2倍多;Ra可以达到0.37μm,明显好于碳化硅浆料研磨;亚表面操作也减轻很多。采用2μm粒度的TDT研磨后可获得Ra0.09μm、接近透明的表面。

  关键词 玻璃减薄;研磨;微复制;金刚石研磨片

  随着电容式触摸屏的快速发展,触摸屏玻璃的研磨技术越来越受到重视。传统的加工方式如采用碳化硅浆料进行研磨,具有效率低、报废率高、作业环境差、环保不友好等缺陷。3M公司在1998年基于微复制技术发明了一种固结式的金刚石研磨片,用于无浆料研磨。目前已广泛应用于玻璃、蓝宝石、硅片等脆硬材料的减薄研磨。

  固结式金刚石研磨片可以在不同压力下工作,通常我们推荐10kPa到20kPa,最大不超过35kPa。和浆料在同等粒度下比较,固结式金刚石研磨片有微复制结构,可以保持良好的研磨自锐性,从而保证高效稳定的切削效率,同时可以减少被研磨材料的亚表面损伤层,减少后一道氧化铈浆料的抛光时间。另外这种沟槽的设计也有利于研磨碎屑的排除,从而对研磨的散热冷却和磨削去除率的稳定性维护起到重要的作用。目前3M已有一系列固结式金刚石研磨片用于不同的应用领域。

  王军等研究者选取不同粒径的金刚石微粉,采用游离磨粒和固结磨料两种抛光方法加工手机面板玻璃,比较其材料去除率和抛光后工件表面粗糙度,结果表明:采用金刚石固结磨料抛光垫抛光能获得表面粗糙度约为Ra1.5mm的良好表面质量,并在抛光过程中较好地实现了自修整功能。但是此研究使用的固结磨料产品磨削去除率较低。

  林魁等参考3M公司立方体金刚石研磨片,研究了一种新的亲水性固结式立方体金刚石研磨片用于K9玻璃的磨削研究,初步得出固结式立方体金刚石研磨片去除模型。认为固结式研磨由于让刀导致磨削去除率低,并且认为由于金刚石磨粒被磨钝,工件和金刚石之间摩擦力增大导致金刚石脱落形成自修整过程。笔者则认为,固结式金刚石研磨片在磨削中去除率降低并非让刀所致,而是钝化金刚石没有及时脱落导致。

  本实验将研究不同粒度的固结式微复制金刚石研磨片对不同玻璃的研磨效果,对其磨削去除率、研磨后亚表面和粗糙度等进行研究。

  实验条件

  实验设备及检测仪器

  研磨设备为瑞德C6175-2K双面玻璃研磨机,如图2,操作方法参考其操作手册。检测设备为:分析天平;厚度测量表;粗糙度测试仪器(Mitutoyo SJ-301);镭射扫描显微镜(KEYENCE-9700);扫描电镜(SEM)。

  实验工具及工件材料

  研磨材料为3M固结式微复制金刚石研磨片,磨料粒度为20μm、9μm、4μm及2μm;对比研磨材料为9μm碳化硅磨料浆料。3M固结式微复制金刚石研磨片是由若干相同的方块单元阵列而成,金刚石磨粒被固结在每个微单元里面,这样的微复制结构可以保证稳定一致的磨削去除率和加工表面效果,同时也延长了其使用寿命。被研磨的玻璃分别为:康宁金刚玻璃、钠钙玻璃1、钠钙玻璃2、肖特BK7玻璃。康宁金刚玻璃为采用康宁专利的熔融技术生产的碱-铝硅盐玻璃,莫氏硬度为5,具有良好的韧性和抗冲击性;钠钙玻璃莫氏硬度为5+,是常见的浮法玻璃;BK7玻璃为德国肖特公司的产品,在国内通常叫K9玻璃,是一种性能优良的光学玻璃。我们把玻璃裁切为尺寸60mm×45mm。冷却液采用国产的YM-02冷却液。

  实验方法及参数设定

  所有试验均采用机器上盘自重94㎏、研磨压力17.15kPa进行研磨;下盘转速为30r/min,冷却液流量为5×10-6m3/s;玻璃数量为20片/盘。研磨后采用稳重法确定磨削去除率,用SEM观测研磨后玻璃亚表面损伤情况,并用粗糙度仪测试粗糙度Ra、Rz、Ry。

  实验结果与分析

  磨削去除率

  详细的磨削去除率数据如表1.可见,3M TDT的磨削去除率在同粒度下,明显优于传统的浆料研磨。对于TDT研磨,粒度越粗其磨削效率越高。在所有玻璃材料中,康宁玻璃硬度低,比较容易研磨,磨削去除率高;BK7玻璃次之;而钠钙玻璃较硬,磨削去除率相对较低。对于康宁玻璃,采用9μm TDT可以达到95μm/min的磨削去除率,是9μm碳化硅浆料研磨时的两倍多。

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