密和球是性机械和电元中用广泛的基本形.PDF

  一、项目名称： 超精密平面/球面近无损伤高效抛光关键技术与装备 二、推荐单位：浙江省科学技术厅  三、拟申报奖种：  国家技术发明奖  四、项目简介： 超精密平面和球面是高性能机械零件和光电元件中应用最广泛的基本形面。 具有超精密形状精度和优异表面质量的高品质平面和球面元件是高端装备的关 键核心元件，其加工精度和表面质量决定了高端装备的性能和可靠性。抛光作为 最终加工工序，目前普遍存在抛光精度和表面质量稳定性差、抛光效率低等难题。 由于发达国家的超精密加工技术对我国严密封锁，我国高端微电子系统、光电系 统、高性能轴承所用的高性能平面基片以及高精度球基本依赖进口，严重制约了 我国高端装备整体水平的提升，因此，亟需发展具有自主知识产权的超精密高效 抛光技术和装备。为解决超精密抛光中存在的上述难题，在国家自然科学基金重 点项目、国家科技支撑计划重点项目的支持下，本项目对超精密近无损伤高效率 抛光基础理论、关键技术及装备开展了研发，并取得了以下重要突破： 1. 主要技术发明点： 发明点之一：针对超精密化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing, CMP ）加工精度和表面质量稳定性差、抛光效率低的难题，原创性地提出了 “半 固着化学机械抛光（Semi-Fixed Chemical Mechanical Polishing, SF-CMP）”新加 工方法，及低结合强度（自锐性好，以磨粒脱落为主）、弱塑性变形（表层磨粒 可迁移，对大颗粒不敏感）的 SF-CMP 抛光盘设计技术，研究了半固着磨具/工 件界面的微观力学、化学行为，揭示了先进陶瓷材料分别在脆性域、塑性域和弹 性域均匀去除的加工规律。开发了对环境无污染的 SF-CMP 抛光盘，建立了其性 能检测和评价体系，有效避免了抛光划痕损伤，抛光表面粗糙度达到亚纳米级， 与 CMP 相比，抛光效率提高 5 倍以上，实现了超光滑近无损伤表面的高效加工， 达到国际先进水平。【所属学科：磨料磨具；相关发明专利：ZL 200710156516.5 ， ZL 200710156518.4 ，ZL 200710156458.6 ，ZL 200910099188.9 】 发明点之二：原创性地提出了“双自转抛光轨迹均匀全包络成球原理”，为解 决传统球体加工采用“概率成球原理”所存在的成球精度低、成球效率低的技术难 题提供了理论依据。建立了球面抛光轨迹均匀性的定量分析方法，通过理论分析 即可预测抛光加工的均匀性，为优化抛光运动参数及加工工艺过程提供了有效的 预测手段。采用“双自转抛光轨迹均匀全包络成球原理”批量加工出的球体球形误 差优于 0.05μm ，表面粗糙度Ra≤0.003μm ，批直径变动量优于 0.08μm ，整体质量 指标优于国家标准 GB/T 308-2002 和国际标准 ISO3290: 2001(E)规定的最高精度 等级 G3 级球要求，大幅度提高了球的批量加工一致性和成球效率，研究成果居 国际领先水平。【所属学科：机械制造工艺；相关发明专利：ZL 200910099188.9 】 发明点之三：研发了抛光加工工艺专家数据库、SF-CMP 抛光技术、抛光压 力精密控制技术以及抛光盘精密在线修整技术等超精密平面和球面近无损伤高 效抛光关键技术，形成了超精密平面和球面高效批量加工新方法，有效提高了加   工效率、加工质量以及加工精度的稳定性。集成本项目研究成果，成功研制了基 于抛光轨迹均匀全包络原理的新型球体和平面超精密抛光机，实现了超精密平面 和球面的批量高效加工。其中，高效超精密球体抛光机为国内外首创，产品性能 居国际领先水平；高效超精密平面抛光机达到国际同类产品先进水平。 【所属学 科：金属切削机床。相关发明专利：ZL 200710157005.5 ，ZL 200710157006.X ； 软件著作权：2007SR02177 ，2010SR004718 ，2010SR004721 】 2. 推广应用情况及经济社会效益： 本项目开发的平面和球面超精密抛光装备已应用于规模化生产，近三年累计 产生直接经济效益 4.59 亿元。球面抛光机已在精密机械、精密轴承、石油化工、 光学等领域中获得应用，超精密平面抛光机已替代了进口产品，被光学、电子、 通信、精密机械制造领域的五十余家单位用于玻璃面板