合肥南京9游服务精密加工带你走进:超精密抛光技术,精密测量不简单

很早以前看过这样一个报道：德国、日本等国家的科学家耗时5年时间，花了近千万元打造了一个高纯度的硅-28材料制成的圆球，这个1kg纯硅球要求超精密加工研磨抛光、精密测量（球面度、粗糙度和质量），可谓是世界上最圆的球了。我们通过短片了解一下。

下面我们来介绍一下超精密抛光工艺。

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研磨与抛光的区别

研磨：利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。研磨可用于加工各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。加工精度可达IT5～IT1，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01μm。

抛光：利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。

两者的主要区别在于：抛光达到的表面光洁度要比研磨更高，并且可以采用化学或者电化学的方法，而研磨基本只采用机械的方法，所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗，即粒度大。

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超精密抛光技术

超精密抛光是现代电子工业的灵魂

超精密抛光技术在现代电子工业中所要完成的使命，不仅仅是平坦化不同的材料，更要平坦化多层材料，使得几毫米见方的硅片通过这种“全局平坦化”形成上万至百万晶体管组成的超大规模集成电路。例如人类发明的计算机从几十吨变身为现在的几百克，没有超精密抛光是无法实现的。

以晶片制造为例，抛光是整个工艺的最后一环，目的是改善晶片加工前一道工艺所留下的微小缺陷以获得最佳的平行度。今天的光电子信息产业水平，对作为光电子基片材料的蓝宝石、单晶硅等材料的平行度要求越来越精密，已经达到了纳米级。这就意味着，抛光工艺也已随之进入纳米级的超精密程度。

超精密抛光工艺在现代制造业中有多重要，其应用的领域能够直接说明问题，包括集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具以及航空航天。

顶级的抛光工艺只有美、日等少数国家掌握

抛光机的核心器件是“磨盘”。超精密抛光对抛光机中磨盘的材料构成和技术要求近乎苛刻，这种由特殊材料合成的钢盘，不仅要满足自动化操作的纳米级精密度，更要具备精确的热膨胀系数。

当抛光机处在高速运转状态时，如果热膨胀作用导致磨盘的热变形，基片的平面度和平行度就无法保证。而这种不能被允许发生的热变形误差不是几毫米或几微米，而是几纳米。

目前，美国日本等国际顶级的抛光工艺已经可以满足60英寸基片原材料的精密抛光要求（属超大尺寸），他们据此掌控着超精密抛光工艺的核心技术，牢牢把握了全球市场的主动权。而事实上，把握住这项技术，也就在很大程度上掌控了电子制造业的发展。

面对如此严密的技术封锁，在超精密抛光领域，我国几乎目前只能进行自研。

中国的超精密抛光技术水平在哪个层次？

其实在超精密抛光领域内，中国并非毫无建树。

2011年，中科院国家纳米科学中心研究院王奇博士团队研发的“二氧化铈微球粒度标准物质及其制备技术”获得中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖，相关纳米级粒度标准物质获得国家计量器具许可和国家一级标准物质证书。二氧化铈新材料的超精密抛光生产试验效果一举赶超了国外传统材料，填补了该领域空白。

但是王奇博士说：“这并不意味着我们已经攀登到了这一领域的顶峰，对于整体工艺来说，只有抛光液而没有超精密抛光机，我们最多还只是卖材料的。”

2019年，浙江工业大学袁巨龙教授研究团队创立了半固着磨粒化学机械加工技术，研制的系列抛光机已在宇环数控机床股份有限公司批量生产千余台，被苹果公司确定为iPhone4和iPad3玻璃面板以及铝合金背板抛光的全球唯一的精密抛光设备，1700多台抛光机用于苹果公司iPhone、iPad 玻璃平板的大批量生产。

机械加工的魅力就在于此，为了追求市场份额和利润，别人有的你要想尽办法去赶超，而技术的领头羊也一直会改进提高，做到更精，不断地角逐与追赶，促进了人类技术的大发展。