在蓝宝石衬底具体研磨加工过程中，除金刚石研磨液自身的质量之外，研磨工艺参数如：研磨盘材质、研磨压力、研磨盘转速等参数也对工件加工质量产生重要影响。我们使用自制的金刚石研磨液，通过具体研磨试验，确定合适的研磨工艺参数，为蓝宝石衬底材料的研磨工艺提供试验依据。

1      试验

1.1    试验设备及耗材

实验所用的设备和耗材及其功能如表1所示。

1.2    试验过程

以YM-18LX(Φ460MM)单面修面研磨机为平台，使用自制的3 µm金刚石研磨液，通过重物砝码加压、喷液加液方式实现对蓝宝石衬底的研磨加工。试验使用单因素变量方法，单独改变某项工艺参数（研磨盘材质、研磨压力、研磨盘转速）进行研磨，根据具体试验结果确定合适的研磨工艺参数。

单次研磨试验结束后，使用SJ一210粗糙度仪测定蓝宝石衬底表面粗糙度，直接得出Ra；使用ID-Cll2MXB数显千分表测试研磨前与研磨后蓝宝石衬底的厚度值，根据研磨前后蓝宝石衬底厚度的差值除以研磨时间，计算出去除速率的大小。

选取的研磨工艺参数如表2所示：

2       实验结果与分析

2.1   研磨盘材质对材料去除速率和表面粗糙度的影响

试验分别使用锡盘、树脂铜盘、纯铜盘和铸铁盘四种研磨盘对蓝宝石衬底进行研磨加工。由于研磨盘材质的不同，其盘面硬度也有很大的差别，因此金刚石微粉在各盘表面的嵌人深度也会有较大的不同，从而导致其在研磨盘面上的出刃高度有明显的区别。在具体研磨时，金刚石微粉在盘面的出刃高度对材料去除速率和工件表面粗糙度产生直接的影响。

图1所示为不同材质研磨盘对材料去除速率的影响。从图1中可以看出：研磨盘材质硬度越高，材料去除率也就越高。锡盘、树脂铜盘、纯铜盘和铸铁盘的去除率依次为0.50、0.90、0.95和1.10µm/min。这是因为研磨盘表面硬度越大，磨粒切人盘面的深度越浅，其在工件表面的切人深度增加，因此材料去除率增大。

图2表示不同材质研磨盘对工件表面粗糙度值Ra的影响。从图2中可以看出：研磨盘材质硬度越高，其加工后的蓝宝石表面粗糙度值就越高；锡盘、树脂铜盘、纯铜盘和铸铁盘的表面粗糙度值Ra依次为15、18、20、40nm。这是因为，在硬度高的研磨盘上磨粒切深大，所以其表面粗糙度值上升。

图1   研磨盘材质对材料去除速率的影响

图2   研磨盘材质对表面粗糙度值Ra的影响

从以上数据可以得出，使用锡盘进行研磨，可以得到较低的表面粗糙度值，但去除速率偏低；使用铜盘时，表面粗糙度值Ra增大至18～20nm，但去除速率提高至0.90～0.95拌µm/min，去除速率较锡盘提高了80％以上；当使用铸铁盘时，去除速率虽有大幅提高，但表面粗糙度值Ra异常增大，部分工件表面出现大划痕。因此，在具体研磨加工过程中，在工件表面粗糙度值Ra满足加工要求的前提下，可优选铜材质（树脂铜、纯铜）的研磨盘，大幅提高去除速率。

2.2研磨压力对材料去除速率和表面粗糙度的影响

研磨压力会改变金刚石磨料压人丁件的深度。随研磨压力增大，金刚石磨料压入工件的深度也增大，从而提高产品的去除速率和增大工件表面的粗糙度值。图3、图4是研磨压力对材料去除速率和表面粗糙度值Ra的影响。

从图3看出：随压力增大，去除速率提高。当压力从6.89kPa增大至20.68kPa时，金刚石磨料压人工件的深度逐步增大，材料去除速率从1.42µm/min提高至1,76µm/min，增幅23.9%；进一步增大压力至27.58kPa，金刚石磨料压人工件深度值增幅有限，去除速率仅提高至1.77µm/min，提高幅度仅为0.5％。

图3   研磨压力对去除速率的影响

图4   研磨压力对表面粗糙度值的影响

从图4中看出：随着研磨压力增大，金刚石磨料在工件表面产生的切削深度值越大，因此工件表面粗糙度值变大。当压力从6.89kPa增大至20.65kPa时，

表面粗糙度值Ra从14nm提高至18nm，继续增大压力至27.58kPa，由于金刚石磨料压人工件表面的深度值已达到最大值，因此其表面粗糙度值不变。在批量研磨过程中，当研磨压力超过27.58kPa后，少最基片出现微裂纹现象。

因此，综合材料去除速率和表面粗糙度值Ra两方面的考虑，优选研磨压力为20.68kPa。

2.3 研磨盘转速对材料去除速率和表面粗糙度的影响

通常情况下，增大研磨盘转速可以提高研磨液产品研磨加工效率，但当速度过高时，会产生研磨运动平稳性降低、研磨盘磨损加快等具体问题，从而降低蓝宝石衬底表面加工质量。图5、图6是研磨盘转速对材料去除速率和表面粗糙度值Ra的影响。

从图5可以看出：当研磨盘转速从40r/min增大至97r/min时，去除速率从0.66µm/min提高至1.16µm/min，去除速率提高幅度达75%。

从图6中可以看出：当研磨盘转速从40r/min提高至80r/min时，表面粗糙度值仅从15nm略微增至17nm；当转速进一步增大至97r/min时，由于盘面的稳定性受到影响，因此，粗糙度增大至18nm。

图5    研磨盘转速对材料去除速率的影响

图6    研磨盘转速对表面粗糙度值的影响

从以上分析得出：研磨转速对去除速率有较大的影响，而对表面粗糙度值影响较弱，在具体研磨抛光过程中，研磨盘转速越高，材料的去除速率越大，但考虑到研磨盘转速超过80r/min，研磨系统的稳定性以及研具的磨损受到严重的影响，因此，在具体加工过程中，研磨盘转速优选为80r/min。

3结论

(1）在表面粗糙度值满足要求的前提下，优选铜材质研磨盘，可大幅度提高研磨效率．

(2）当研磨压力选20.68kPa时，可实现高效的去除速率和良好的表面加工质量两者的结合。

(3）综合分析材料去除速率和加工过程中设备的稳定性，研磨盘转速优选为80r/min。