合肥南京藝匠精密加工帶你走進(jìn):超精密拋光技術(shù),精密測量不簡單
很早以前看過這樣一個(gè)報(bào)道：德國、日本等國家的科學(xué)家耗時(shí)5年時(shí)間，花了近千萬元打造了一個(gè)高純度的硅-28材料制成的圓球，這個(gè)1kg純硅球要求超精密加工研磨拋光、精密測量（球面度、粗糙度和質(zhì)量），可謂是世界上最圓的球了。我們通過短片了解一下。
下面我們來介紹一下超精密拋光工藝。
01
研磨與拋光的區(qū)別
研磨：利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在一定壓力下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)加工表面進(jìn)行的精整加工。研磨可用于加工各種金屬和非金屬材料，加工的表面形狀有平面，內(nèi)、外圓柱面和圓錐面，凸、凹球面，螺紋，齒面及其他型面。加工精度可達(dá)IT5～I(xiàn)T1，表面粗糙度可達(dá)Ra0.63～0.01μm。
拋光：利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。
兩者的主要區(qū)別在于：拋光達(dá)到的表面光潔度要比研磨更高，并且可以采用化學(xué)或者電化學(xué)的方法，而研磨基本只采用機(jī)械的方法，所使用的磨料粒度要比拋光用的更粗，即粒度大。
02
超精密拋光技術(shù)
超精密拋光是現(xiàn)代電子工業(yè)的靈魂
超精密拋光技術(shù)在現(xiàn)代電子工業(yè)中所要完成的使命，不僅僅是平坦化不同的材料，更要平坦化多層材料，使得幾毫米見方的硅片通過這種“全局平坦化”形成上萬至百萬晶體管組成的超大規(guī)模集成電路。例如人類發(fā)明的計(jì)算機(jī)從幾十噸變身為現(xiàn)在的幾百克，沒有超精密拋光是無法實(shí)現(xiàn)的。
以晶片制造為例，拋光是整個(gè)工藝的最后一環(huán)，目的是改善晶片加工前一道工藝所留下的微小缺陷以獲得最佳的平行度。今天的光電子信息產(chǎn)業(yè)水平，對(duì)作為光電子基片材料的藍(lán)寶石、單晶硅等材料的平行度要求越來越精密，已經(jīng)達(dá)到了納米級(jí)。這就意味著，拋光工藝也已隨之進(jìn)入納米級(jí)的超精密程度。
超精密拋光工藝在現(xiàn)代制造業(yè)中有多重要，其應(yīng)用的領(lǐng)域能夠直接說明問題，包括集成電路制造、醫(yī)療器械、汽車配件、數(shù)碼配件、精密模具以及航空航天。
頂級(jí)的拋光工藝只有美、日等少數(shù)國家掌握
拋光機(jī)的核心器件是“磨盤”。超精密拋光對(duì)拋光機(jī)中磨盤的材料構(gòu)成和技術(shù)要求近乎苛刻，這種由特殊材料合成的鋼盤，不僅要滿足自動(dòng)化操作的納米級(jí)精密度，更要具備精確的熱膨脹系數(shù)。
當(dāng)拋光機(jī)處在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，如果熱膨脹作用導(dǎo)致磨盤的熱變形，基片的平面度和平行度就無法保證。而這種不能被允許發(fā)生的熱變形誤差不是幾毫米或幾微米，而是幾納米。
目前，美國日本等國際頂級(jí)的拋光工藝已經(jīng)可以滿足60英寸基片原材料的精密拋光要求（屬超大尺寸），他們據(jù)此掌控著超精密拋光工藝的核心技術(shù)，牢牢把握了全球市場的主動(dòng)權(quán)。而事實(shí)上，把握住這項(xiàng)技術(shù)，也就在很大程度上掌控了電子制造業(yè)的發(fā)展。
面對(duì)如此嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，在超精密拋光領(lǐng)域，我國幾乎目前只能進(jìn)行自研。
中國的超精密拋光技術(shù)水平在哪個(gè)層次？
其實(shí)在超精密拋光領(lǐng)域內(nèi)，中國并非毫無建樹。
2011年，中科院國家納米科學(xué)中心研究院王奇博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“二氧化鈰微球粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其制備技術(shù)”獲得中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，相關(guān)納米級(jí)粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)獲得國家計(jì)量器具許可和國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書。二氧化鈰新材料的超精密拋光生產(chǎn)試驗(yàn)效果一舉趕超了國外傳統(tǒng)材料，填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白。
但是王奇博士說：“這并不意味著我們已經(jīng)攀登到了這一領(lǐng)域的頂峰，對(duì)于整體工藝來說，只有拋光液而沒有超精密拋光機(jī)，我們最多還只是賣材料的?！?/p>
2019年，浙江工業(yè)大學(xué)袁巨龍教授研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了半固著磨?；瘜W(xué)機(jī)械加工技術(shù)，研制的系列拋光機(jī)已在宇環(huán)數(shù)控機(jī)床股份有限公司批量生產(chǎn)千余臺(tái)，被蘋果公司確定為iPhone4和iPad3玻璃面板以及鋁合金背板拋光的全球唯一的精密拋光設(shè)備，1700多臺(tái)拋光機(jī)用于蘋果公司iPhone、iPad 玻璃平板的大批量生產(chǎn)。
機(jī)械加工的魅力就在于此，為了追求市場份額和利潤，別人有的你要想盡辦法去趕超，而技術(shù)的領(lǐng)頭羊也一直會(huì)改進(jìn)提高，做到更精，不斷地角逐與追趕，促進(jìn)了人類技術(shù)的大發(fā)展。
