CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术

郭泫洋 徐钰淳 曹剑锋 朱建辉 赵延军 赵金伟 师超钰

郭泫洋, 徐钰淳, 曹剑锋, 朱建辉, 赵延军, 赵金伟, 师超钰. 金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
引用本文: 郭泫洋, 徐钰淳, 曹剑锋, 朱建辉, 赵延军, 赵金伟, 师超钰. 金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
GUO Xuanyang, XU Yuchun, CAO Jianfeng, ZHU Jianhui, ZHAO Yanjun, ZHAO Jinwei, SHI Chaoyu. Laser dressing technology for micro-grooves on the surface of metal-bonded diamond wheels[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
Citation: GUO Xuanyang, XU Yuchun, CAO Jianfeng, ZHU Jianhui, ZHAO Yanjun, ZHAO Jinwei, SHI Chaoyu. Laser dressing technology for micro-grooves on the surface of metal-bonded diamond wheels[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(3): 364-372. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006

金属结合剂金刚石砂轮表面微槽的激光修整技术

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3006
详细信息
    作者简介:

    郭泫洋,男,1991年生,工程师。主要研究方向:精密磨削技术。E-mail: xuanyang-guo@foxmail.com

  • 中图分类号: TQ164; TG74; TG58

Laser dressing technology for micro-grooves on the surface of metal-bonded diamond wheels

  • 摘要: 针对金属结合剂金刚石砂轮表面微槽修整困难的问题,采用红外纳秒激光器开展修整试验,探究激光功率、脉冲重复频率、激光烧蚀时间等因素对其材料去除的影响规律,并对U型和V型2种砂轮微槽提出梯度步进激光修整工艺。结果表明:修整后的砂轮微槽实际轮廓与设计轮廓对比,其顶部和底部实际宽度相对误差的绝对值最大为4.4%,实际深度相对误差的绝对值最大为9.6%。用修整后的砂轮V型微槽对直径为4英寸(10.16 cm)的蓝宝石晶圆边缘进行倒角,晶圆锐利的边缘被修整成规则形状,边缘轮廓对称度良好,且与激光修整后砂轮表面的微槽轮廓一致,验证了金属结合剂金刚石砂轮表面微槽激光成型修整的可行性。

     

  • 图  1  激光光斑运动轨迹

    Figure  1.  Laser spot trajectory

    图  2  光斑重叠示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of spot overlap

    图  3  激光修整方法示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of laser dressing method

    图  4  微槽深度随激光平均功率变化的趋势

    Figure  4.  Variation trend of micro-groove depths with average laser powers

    图  5  不同平均功率下的槽深梯度变化

    Figure  5.  Variation of groove depth gradient under different average power

    图  6  不同平均功率下槽深随烧蚀时间的变化

    Figure  6.  Variation of micro-groove depths with ablation times under different average powers

    图  7  不同烧蚀时间下的微槽形貌

    Figure  7.  Micro-groove morphology under different ablation time

    图  8  微槽深度随脉冲重复频率变化的趋势

    Figure  8.  Trend of micro-groove depths with pulse repetition frequencies

    图  10  2种微槽尺寸

    Figure  10.  Two micro-groove sizes

    图  11  梯形步进修整示意图

    Figure  11.  Schematic diagram of trapezoidal stepping dressing

    图  12  微槽检测结果

    Figure  12.  Micro-groove detection results

    图  13  U型微槽轮廓的阶梯式变化

    Figure  13.  Stepped change of U-shaped micro-groove profile

    图  14  V型微槽轮廓

    Figure  14.  V-shaped micro-groove profile

    图  15  蓝宝石晶圆的边缘截面图

    Figure  15.  Edge cross-section of sapphire wafer

    表  1  激光修整试验参数

    Table  1.   Parameters of laser dressing test

    脉冲重复频率 f / kHz20~200
    激光平均功率 P / W20~50
    激光扫描速度 vl / (mm·s−1)750
    砂轮线速度 vf / (mm·s−1)11
    烧蚀时间 t / min1~5
    烧蚀线宽 l / μm300
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    表  2  2种砂轮槽型修整方案

    Table  2.   Dressing schemes of two grinding wheel grooves

    烧蚀步数U型槽V型槽
    烧蚀线宽
    l / μm
    烧蚀时间
    t / min
    烧蚀线宽
    l / μm
    烧蚀时间
    t / min
    160013001
    245012001
    330011001
    下载: 导出CSV

    表  3  实际修整槽尺寸及相对误差

    Table  3.   Dimension and relative error of actual dressing groove

    槽型槽编号顶部设计槽宽
    L1 / μm
    顶部实际槽宽
    L2 / μm
    相对误差
    δ1 / %
    底部设计槽宽
    L3 / μm
    底部实际槽宽
    L4 / μm
    相对误差
    δ2 / %
    设计槽深
    h1 / μm
    实际槽深
    h2 / μm
    相对误差
    δ3 / %
    U型槽U1650635−2.3380373−1.8250234−6.4
    U2640−1.5369−2.9230−8.0
    U3640−1.5375−1.3235−6.0
    U46550.8377−0.8230−8.0
    V型槽V1350335−4.31801821.12614.4
    V2335−4.3176−2.22749.6
    V3345−1.51852.8239−4.4
    V4345−1.5172−4.4249−0.4
    下载: 导出CSV

    表  4  蓝宝石及设备工艺参数

    Table  4.   Sapphire and equipment process parameters

    参数类型或取值
    4英寸晶圆直径 D / cm10.16
    晶圆厚度 H / μm 300
    晶圆晶向 C(0001)面
    倒角设备 东京精密晶圆倒角机床W−GM
    主轴转速 n / ( r·min−1) 2 000
    吸盘转速 v / (mm·s−1) 6
    一次切入量 d1 / μm 50
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-06
  • 修回日期:  2022-03-04
  • 刊出日期:  2022-07-13

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