摘要　利用固結式微復制金剛石研磨片（Trizact Diamond Tile,TDT）對不同玻璃進行減薄研磨，確定不同粒度金剛石和TDT的磨削去除率；研究了研磨后的玻璃加工質量，測量了玻璃表面粗糙度及玻璃亞表面損傷層的狀態。同時用9μm粒度碳化硅漿料做對比研磨試驗。結果表明，同樣粒度的金剛石TDT與傳統的碳化硅漿料研磨相比可以得到更高的磨削去除率，減少玻璃亞表面損傷層，降低粗糙度。對于康寧玻璃，9μm粒度的TDT可以達到95μm/min的磨削去除率，是同粒度碳化硅漿料研磨的2倍多；R_a可以達到0.37μm，明顯好于碳化硅漿料研磨；亞表面操作也減輕很多。采用2μm粒度的TDT研磨后可獲得R_a0.09μm、接近透明的表面。

關鍵詞　玻璃(li)減薄(bo)；研磨；微(wei)復(fu)制；金剛石研磨片

　　隨著電容式觸摸屏的快速發展，觸摸屏玻璃的研磨技術越來越受到重視。傳統的加工方式如采用碳化硅漿料進行研磨，具有效率低、報廢率高、作業環境差、環保不友好等缺陷。3M公司在1998年基于微復制技術發明了一種固結式的金剛石研磨片，用于無漿料研磨，如圖1所示。目前已廣泛應用于玻璃、藍寶石、硅片等脆硬材料的減薄研磨^[1]。

　　3M固結式金剛石研磨片可以在不同壓力下工作，通常我們推薦10kPa到20kPa，最大不超過35kPa。和漿料在同等粒度下比較，固結式金剛石研磨片有微復制結構，可以保持良好的研磨自銳性，從而保證高效穩定的切削效率，同時可以減少被研磨材料的亞表面損傷層，減少后一道氧化鈰漿料的拋光時間。另外這種溝槽的設計也有利于研磨碎屑的排除，從而對研磨的散熱冷卻和磨削去除率的穩定性維護起到重要的作用。目前3M已有一系列固結(jie)式金剛石(shi)研磨片用(yong)于不同的(de)應(ying)用(yong)領域。

　　王軍等研究者選取不同粒徑的金剛石微粉，采用游離磨粒和固結磨料兩種拋光方法加工手機面板玻璃，比較其材料去除率和拋光后工件表面粗糙度，結果表明：采用金剛石固結磨料拋光墊拋光能獲得表面粗糙度約為R_a1.5mm的良好表面質量，并在拋光過程中較好地實現了自修整功能^[2]。但是此研究使用(yong)的(de)固(gu)結(jie)磨(mo)料產品磨(mo)削去除(chu)率較低。

　　林魁等參考3Ｍ公司(si)立(li)方體(ti)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)研(yan)(yan)(yan)磨片(pian)，研(yan)(yan)(yan)究(jiu)了一(yi)種新的(de)親水性固(gu)結(jie)式立(li)方體(ti)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)研(yan)(yan)(yan)磨片(pian)用于K9玻璃的(de)磨削研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，初步得出固(gu)結(jie)式立(li)方體(ti)金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)研(yan)(yan)(yan)磨片(pian)去(qu)(qu)除(chu)(chu)模型。認為(wei)固(gu)結(jie)式研(yan)(yan)(yan)磨由(you)于讓刀導(dao)致磨削去(qu)(qu)除(chu)(chu)率低，并且認為(wei)由(you)于金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)磨粒(li)被(bei)磨鈍(dun)，工件和金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)之間摩擦力增大導(dao)致金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)脫(tuo)落形成自修(xiu)整過程[3]。筆者則認為(wei)，固(gu)結(jie)式金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)研(yan)(yan)(yan)磨片(pian)在磨削中去(qu)(qu)除(chu)(chu)率降(jiang)低并非讓刀所(suo)致，而是鈍(dun)化金剛(gang)(gang)石(shi)(shi)沒有及時脫(tuo)落導(dao)致。

　　本(ben)實(shi)驗將(jiang)研(yan)究不同粒(li)度的固結式微復制(zhi)金剛石研(yan)磨(mo)片對(dui)不同玻璃(li)的研(yan)磨(mo)效果(guo)，對(dui)其磨(mo)削去(qu)除(chu)率、研(yan)磨(mo)后亞表(biao)面和(he)粗糙度等進(jin)行研(yan)究。

1      ;  ; 實驗條件

1.1      ; 實驗設(she)備及檢測儀器

　　研磨設(she)(she)備(bei)(bei)為(wei)瑞(rui)德C6175-2K雙面玻璃研磨機(ji)，如圖2，操作方法參考(kao)其操作手冊。檢測設(she)(she)備(bei)(bei)為(wei)：分(fen)析天平；厚度測量表；粗糙度測試儀器(qi)（Mitutoyo SJ-301）；鐳射(she)掃描顯微鏡（KEYENCE-9700）；掃描電鏡(SEM)。

1.2       實驗工(gong)具及工(gong)件材料

　　研(yan)(yan)磨(mo)(mo)材(cai)料(liao)為(wei)(wei)3Ｍ固(gu)結(jie)式(shi)微復制(zhi)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石研(yan)(yan)磨(mo)(mo)片，磨(mo)(mo)料(liao)粒(li)度(du)為(wei)(wei)20μm、9μm、4μm及2μm；對(dui)比(bi)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)材(cai)料(liao)為(wei)(wei)9μm碳化硅磨(mo)(mo)料(liao)漿料(liao)。3Ｍ固(gu)結(jie)式(shi)微復制(zhi)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石研(yan)(yan)磨(mo)(mo)片是由若干相(xiang)同的(de)方(fang)塊單(dan)元(yuan)陣列(lie)而成，金(jin)剛(gang)(gang)(gang)石磨(mo)(mo)粒(li)被(bei)固(gu)結(jie)在每(mei)個微單(dan)元(yuan)里(li)面(mian)(mian)，這(zhe)樣的(de)微復制(zhi)結(jie)構可以保證穩定一(yi)致的(de)磨(mo)(mo)削(xue)去(qu)除(chu)率和加工(gong)表(biao)面(mian)(mian)效果，同時(shi)也延長(chang)了(le)其(qi)使用壽命。被(bei)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)的(de)玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)分別為(wei)(wei)：康寧(ning)(ning)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)、鈉鈣玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)1、鈉鈣玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)2、肖特BK7玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)。康寧(ning)(ning)金(jin)剛(gang)(gang)(gang)玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)為(wei)(wei)采(cai)用康寧(ning)(ning)專(zhuan)利的(de)熔融技(ji)術生產(chan)的(de)堿－鋁硅鹽玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)，莫(mo)氏硬度(du)為(wei)(wei)5，具(ju)有良好的(de)韌(ren)性和抗(kang)沖擊性[4]；鈉鈣玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)莫(mo)氏硬度(du)為(wei)(wei)5+，是常見的(de)浮法玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)；BK7玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)為(wei)(wei)德國(guo)(guo)(guo)肖特公司的(de)產(chan)品，在國(guo)(guo)(guo)內通(tong)常叫Ｋ9玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)，是一(yi)種性能(neng)優良的(de)光(guang)學玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)。我們把玻(bo)(bo)璃(li)(li)(li)(li)(li)裁切為(wei)(wei)尺寸60mm×45mm。冷(leng)卻液采(cai)用國(guo)(guo)(guo)產(chan)的(de)YM-02冷(leng)卻液。 

1.3      實驗方(fang)法及參數設(she)定

　　所有試驗均采用機器上盤自重94㎏、研磨壓力17.15kPa進行研磨；下盤轉速為30r/min，冷卻液流量為5×10^－6m³/s；玻璃數量為20片/盤。研磨后采用穩重法確定磨削去除率，用SEM觀測研磨后玻璃亞表面損傷情況，并用粗糙度儀測試粗糙度R_a、R_z、R_y。

2         實驗結(jie)果(guo)與分析

2.1      磨(mo)削去除率

　　詳細的(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)去(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)數(shu)據如表1.可(ke)見，3Ｍ TDT的(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)去(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)在同粒度下，明顯優于傳統(tong)的(de)漿料研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)。對(dui)于TDT研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)，粒度越粗其(qi)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)效率(lv)(lv)越高。在所有玻(bo)(bo)璃(li)(li)材(cai)料中(zhong)，康寧玻(bo)(bo)璃(li)(li)硬度低，比較(jiao)容易研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)，磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)去(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)高；BK7玻(bo)(bo)璃(li)(li)次(ci)之；而鈉鈣玻(bo)(bo)璃(li)(li)較(jiao)硬，磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)去(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)相(xiang)對(dui)較(jiao)低。對(dui)于康寧玻(bo)(bo)璃(li)(li)，采用9μm　TDT可(ke)以達到95μm/min的(de)磨(mo)(mo)(mo)(mo)削(xue)(xue)(xue)去(qu)(qu)除(chu)(chu)率(lv)(lv)，是9μm碳化(hua)硅漿料研(yan)磨(mo)(mo)(mo)(mo)時的(de)兩倍(bei)多。

2.2       研磨后(hou)玻璃亞表面狀(zhuang)態

　　圖(tu)(tu)(tu)3是(shi)用掃(sao)描電鏡觀察9μm碳化(hua)硅(gui)漿料研(yan)(yan)磨(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻璃(li)亞(ya)(ya)表(biao)面(mian)損(sun)(sun)傷(shang)層(ceng)(ceng)（左側圖(tu)(tu)(tu)放大(da)(da)(da)500倍(bei)，右側圖(tu)(tu)(tu)放大(da)(da)(da)2000倍(bei)），可以(yi)(yi)看(kan)出損(sun)(sun)傷(shang)層(ceng)(ceng)很(hen)深(shen)，并且不均(jun)(jun)勻。漿料研(yan)(yan)磨(mo)(mo)其機理為滾壓式，所(suo)以(yi)(yi)損(sun)(sun)傷(shang)層(ceng)(ceng)較深(shen)；漿料中磨(mo)(mo)粒(li)(li)粒(li)(li)度分(fen)布(bu)(bu)較寬(kuan)，有大(da)(da)(da)顆粒(li)(li)混入，所(suo)以(yi)(yi)操(cao)作不均(jun)(jun)勻。而固結(jie)(jie)式微復制金剛(gang)石研(yan)(yan)磨(mo)(mo)片(pian)TDT的(de)(de)(de)(de)(de)(de)材(cai)料去除機理類似于(yu)耕犁(li)式的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)，其金剛(gang)石顆粒(li)(li)均(jun)(jun)勻分(fen)布(bu)(bu)于(yu)微單元內，均(jun)(jun)勻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)徑分(fen)布(bu)(bu)可以(yi)(yi)減(jian)少損(sun)(sun)傷(shang)層(ceng)(ceng)。另外TDT研(yan)(yan)磨(mo)(mo)為固結(jie)(jie)式大(da)(da)(da)平面(mian)研(yan)(yan)磨(mo)(mo)，是(shi)多層(ceng)(ceng)復合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)彈性結(jie)(jie)構(gou)(gou)，這樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)可以(yi)(yi)有效減(jian)少玻璃(li)碎片(pian)，提高(gao)良品(pin)率，因此，TDT在提高(gao)磨(mo)(mo)削去除率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi)可以(yi)(yi)有效地降低表(biao)面(mian)粗糙度，減(jian)少亞(ya)(ya)表(biao)面(mian)損(sun)(sun)傷(shang)。

　　圖4到圖7分(fen)別是20μm、9μm、4μm、2μm微復(fu)制陣列狀金剛石(shi)研(yan)(yan)磨(mo)片(pian)TDT研(yan)(yan)磨(mo)的康寧玻(bo)璃的亞表面(mian)損(sun)傷形態，可(ke)見損(sun)傷層(ceng)較漿料研(yan)(yan)磨(mo)明顯改善(shan)。TDT粒度越(yue)細(xi)，研(yan)(yan)磨(mo)后玻(bo)璃的損(sun)傷層(ceng)越(yue)小。圖7的2μm微復(fu)制金剛石(shi)研(yan)(yan)磨(mo)片(pian)TDT研(yan)(yan)磨(mo)后的玻(bo)璃表面(mian)損(sun)傷已經(jing)非常小。

　　通過2000倍的(de)掃描電鏡(jing)觀察，發現(xian)大(da)部(bu)(bu)分玻(bo)璃已經拋光(guang)磨(mo)透，除了脆性(xing)形變(bian)外(wai)，還出現(xian)了塑性(xing)形變(bian)，使(shi)玻(bo)璃部(bu)(bu)分被(bei)(bei)拋光(guang)。根(gen)(gen)據(ju)TDT研(yan)磨(mo)后的(de)玻(bo)璃狀態，使(shi)玻(bo)璃部(bu)(bu)分被(bei)(bei)拋光(guang)。根(gen)(gen)據(ju)TDT研(yan)磨(mo)后的(de)玻(bo)璃狀態，我(wo)們可以得出結論(lun)，3M TDT的(de)金剛石磨(mo)料粒(li)徑均勻，粒(li)度分布較傳統碳化硅漿料要窄，可以在較高磨(mo)削去除率(lv)下(xia)達到較好的(de)表面粗糙度，進(jin)而使(shi)后工序(xu)的(de)氧(yang)化鈰拋光(guang)時(shi)間大(da)大(da)減少，降低拋光(guang)成本(ben)。

2.3       粗糙度測試

　　用粗糙度測試儀測量碳化硅漿料和各種粒度TDT研磨的康寧玻璃的表面粗糙度，粗糙度結果如表2.采用TDT研磨的玻璃表面粗糙度明顯優于漿料研磨，采用9μmTDT可以達到R_a＝0.37μm的(de)表(biao)面(mian)效果。采(cai)(cai)用(yong)2μm微復制陣(zhen)列狀金(jin)剛(gang)石(shi)研(yan)磨片(pian)研(yan)磨的(de)康寧(ning)玻璃(li)表(biao)面(mian)粗糙度Ra更是達到了0.03μm，基(ji)本接近透明效果。圖(tu)8為(wei)4μm　TDT和2μm TDT研(yan)磨康寧(ning)玻璃(li)的(de)表(biao)面(mian)，證明采(cai)(cai)用(yong)固結式金(jin)剛(gang)石(shi)磨片(pian)研(yan)磨也(ye)可以(yi)達到拋光至透明。

3         結論

　　使用3Ｍ固結式微復制金剛石研(yan)磨(mo)片(pian)TDT和傳(chuan)統9μm碳化硅漿料作研(yan)磨(mo)對(dui)比試驗，選用了康寧金剛玻(bo)璃(li)、鈉鈣玻(bo)璃(li)1、鈉鈣玻(bo)璃(li)2、肖特BK7玻(bo)璃(li)為研(yan)磨(mo)對(dui)象，對(dui)其磨(mo)削(xue)去除率、亞表面(mian)(mian)損傷層狀態(tai)和表面(mian)(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)進行分(fen)析，得出以下結論：

（1）3Ｍ TDT研磨片可以明顯提高磨削去除率，同時還能保證較低的加工表面粗糙度。對于康寧玻璃，9μm粒度的TDT可以達到95μm/min的磨削去除率，R_a可以達到0.37μm；而2μm粒度的TDT磨削去除率為7μm/min，R_a可以達(da)到0.09μm。

(2)通過掃面電鏡觀察玻璃亞(ya)表面狀態，發現采用(yong)TDT研磨(mo)片可以明(ming)顯(xian)減小損傷(shang)層，玻璃加工表面也更(geng)加均勻一致(zhi)(zhi)，沒有劃傷(shang)，說明(ming)TDT磨(mo)料(liao)粒(li)徑分布(bu)窄，加工質量均勻一致(zhi)(zhi)。

（3）針對不同的(de)(de)應(ying)用(yong)可以選(xuan)(xuan)擇不同微(wei)復制金(jin)剛石研(yan)磨片TDT。快速的(de)(de)減薄、定厚的(de)(de)粗研(yan)磨，可以選(xuan)(xuan)用(yong)20μm或(huo)更粗的(de)(de)TDT；而對于表面微(wei)細(xi)加工，可以選(xuan)(xuan)用(yong)4μm或(huo)者更細(xi)的(de)(de)2μmTDT。

參考文獻：

[1]　NA T K,ZHENG L B.Finishing of Display Glass for Mobile Electronics using 4S-4μm 3M Trizact Diamond Tile Abrasive Pads[J].Key Engineering Materials,2011,487:263-267.

[2] 王軍，李軍，朱永偉，等.游離和固結金剛石磨料拋光手機面板玻璃的試驗破研究[Ｊ].金剛石與磨料磨具工程，2009（2）：12－17.

[3]　林魁(kui)，朱永偉，李軍，等.金剛石固結磨(mo)料研(yan)磨(mo)K9玻璃的研(yan)究[Ｊ].硅(gui)酸(suan)鹽通報，2010（1）：6－11.

[4] Corning Gorilla^TM product brochure[A].Corning Incorporated,Corning New York,2009.

作者簡介

鄭連彬，男，1977年生，華南理工大學機械工程(cheng)碩士(shi)，目前為3M華南技術中心資深技術服務工程(cheng)師。