电解抛光废液回收 超精密加工现状综述
超精密加工是获得较高的形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段。 用于精密光学、机械和电子系统的先进陶瓷或光学玻璃元件通常需要非常高的形状精度和表面精度（例如0.1纳米级的表面粗糙度）和小的加工劣化层。 掌握超精密加工过程中的材料去除规律和损伤层特征对于提高加工的稳定性和经济性非常重要。 本文综述了超精密加工中的超精密切削、超精密磨削和超精密磨削抛光技术，重点介绍了各种典型加工方法及其材料去除机理。 从加工精度和加工效率的角度对以上几类超精密加工方法进行比较，引入半固定磨粒加工技术，以实现高效精密加工。 预测超精密加工的发展趋势。
0 前言
超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术，是现代高新技术产业和科学技术发展的基础，是现代制造科学的发展方向。 超精密加工技术支撑的高性能武器对第一次海湾战争(1992年)、科索沃战争(1996年)、阿富汗战争(1999年)和第二次海湾战争(2003年)的进程和结果发挥了决定性作用。 以超精密加工技术为支撑的第三代半导体器件，为电子信息产业的发展奠定了基础。 现代科学技术的发展是以实验为基础的，所需的测试仪器设备几乎都不需要超精密加工技术的支持。 从宏观制造向微观制造转变是未来制造业的发展趋势之一。 目前，超精密加工已进入纳米尺度，纳米制造是超精密加工最前沿的课题。 世界发达国家高度重视。 最近启动的研究计划包括2001年美国的NNI( )计划、英国的多学科纳米研究合作计划IRC( in - )和2002年日本的纳米技术支持计划。是在不改变工件材料物理性能的前提下，以获得最终的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性（无或极少表面损伤，包括微裂纹等缺陷、残余应力、组织变化）
作为目标。
超精密加工的研究内容，即影响超精密加工精度的各种因素包括：超精密加工机构、加工材料、超精密加工设备、超精密加工刀具、超精密加工夹具超精密加工的检测与误差补偿、超精密加工环境（包括恒温、隔振、清洁控制等）以及超精密加工技术等。国内外学者一直在对这些进行系统的研究内容。
1983年国际生产工程年会上，阐述了当时超精密加工的现状，并预测了超精密加工的发展趋势。 此后20年，超精密加工技术蓬勃发展。 本文综述了超精密加工的现状。 第一节介绍超精密加工的发展及其驱动因素。 第二部分介绍超精密加工材料，重点介绍先进陶瓷材料。 第三节将超精密加工技术分为超精密切削、超精密磨削和超精密磨抛三类，并介绍典型的加工技术（广义的超精密加工还包括微细加工技术） 。 第四节从加工精度和加工效率的角度对以上几种超精密加工技术进行了比较，并介绍了半固定磨粒加工方法。 第五节预测超精密加工的发展趋势。
1 超精密加工的发展
超精密加工的发展经历了以下三个阶段。
(1) 20世纪50年代至80年代是技术的开创时期。 20世纪50年代末，由于航空航天、国防等尖端技术发展的需要，美国率先发展超精密加工技术，研制出金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切割（SPDT）技术又称“微英寸技术”，用于加工激光聚变镜、战术导弹和载人飞船等球面和非球面大型零件。自1966年起，美国联合公司荷兰公司和美国相继推出了自己的超精密金刚石车床，但其应用仅限于少数大公司和研究单位的实验研究，主要用于国防或科研目的的产品加工。 。 这一时期，金刚石车床主要用于加工铜、铝等软金属。 他们还可以加工形状复杂的工件，但仅限于轴对称工件，例如非球面镜。
(2)20世纪80年代至90年代是民间工业应用的早期阶段。 20世纪80年代，美国政府推动Moore Tool and Co.等多家私营公司开始超精密加工设备的商业化，而日本和欧洲大学等多家日本公司也相继推出产品，这些设备开始被商业化。可供公众使用。 工业光学元件产品的制造。 但此时的超精密加工设备仍然昂贵且稀有，并且主要以专机的形式定制。 这一时期，除了加工软金属的金刚石车床外，还发展了加工硬金属和硬脆材料的超精密金刚石磨床。 该技术的特点是采用高刚性机构，以很小的切深对脆性材料进行延性磨削，可以使硬质金属和脆性材料达到纳米级的表面粗糙度。 当然，它的加工效率和机构复杂程度是无法与金刚石车床相比的。 20世纪80年代末，美国通过能源部的“激光聚变项目”和陆军、海军、空军的“先进制造”项目，投入大量资金和人力进行超精密金刚石切割机床的开发和研究。技术开发计划》实现微英寸大型零件超精密加工。 美国LLL国家实验室研制的大型光学金刚石车床（Large，LODTM）已成为超精密加工史上的经典。 这是一台立式车床，最大加工直径为1.625 m，定位精度高达28 nm。 具有在线误差补偿能力，可实现长度大于1m的加工，直线度误差仅为±25nm。
(3) 20世纪90年代至今，是民间工业应用的成熟期。 1990年以来，由于汽车、能源、医疗器械、信息、光电和通信等行业的蓬勃发展，对超精密加工机床的需求急剧增加。 行业中的应用包括非球面光学镜片、透镜、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板加工、半导体晶圆切割等。在此期间，超精密加工设备的相关技术，如控制器、激光干涉仪、空气轴承精密主轴、空气轴承导轨、液压轴承导轨、摩擦驱动进给轴等，也逐渐成熟，超精密加工设备成为行业内常见的生产机器设备，许多公司，甚至是小公司，都已批量推出生产设备。 此外，设备精度逐渐接近纳米级，加工行程越来越大，加工应用领域逐渐扩大。 除了金刚石车床和超精密磨削外，还开发了超精密五轴铣削和飞切技术，可以加工非轴对称非球面光学镜片。
目前，欧洲、美国和日本是世界超精密加工领先国家，但研究重点不同。 由于重视能源或太空开发，欧美国家，尤其是美国，几十年来不断投入巨额资金，研究用于大规模紫外线和X射线探测的大口径反射镜的加工。望远镜。 例如，美国航天局（NASA）推动的太空发展计划，目标是生产1m以上的反射器，目的是探测X射线等短波（0.1-30nm）。 由于X射线能量密度高，反射镜的表面粗糙度必须达到埃级才能提高反射率。 目前，这类反射镜的材料是碳化硅，重量轻，导热性好。 但碳化硅非常坚硬，需要超精密磨削等方法。 日本对超精密加工技术的研究相对于美国和英国起步较晚，但却是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。 日本的超精密加工应用大部分是民用产品，包括办公自动化设备、视频设备、精密测量仪器、医疗设备和人造器官等。 日本在声、光、影像、办公设备等小型、超小型电子、光学零件超精密加工技术方面具有优势，甚至超过美国。 日本的超精密加工最初是从铝、铜轮毂的金刚石切割开始，随后集中于计算机硬盘盘的批量生产，随后是用于激光打印机等设备的多面镜的快速金刚石切割，然后是光学元件等非球面镜片超精密切割。 1982年推出的柯达数码相机所采用的非球面镜头引起了日本业界的广泛关注，因为一枚非球面镜头可以替代至少三枚球面镜头，并且光学成像系统已小型化、轻量化，可得到广泛应用。 应用于相机、录像机、工业电视、机器人视觉、CD、VCD、DVD、投影仪等光电产品。因此，非球面透镜的精密成形加工已成为日本光学行业的研究热点。
虽然随着时代的变迁，超精密加工技术不断更新，加工精度不断提高，各国研究重点有所不同，但推动超精密加工发展的因素本质上是相同的。 这些因素可总结如下。
(1)追求产品的高品质。 为了实现磁片更高的存储密度或透镜更好的光学性能，必须获得具有更低粗糙度的表面。 为了使电子元件正常工作，要求加工后表面不残留加工劣化层。 根据美国微电子技术协会（SIA）提出的技术要求，下一代计算机硬盘磁头要求表面粗糙度Ra≤0.2nm，磁盘要求表面划痕深度h≤1nm和表面粗糙度Ra≤0.1nm。 1983年，他们总结了各个时期的加工精度并预测了其发展趋势。 基于此，BYRNE 等人。 描述了1940年代以后加工精度的发展，如图1所示。图2为2003年各种加工方法所能达到的加工精度。其中，微加工可以实现特征尺寸为1 m、表面粗糙度接近5的加工纳米。
(2)追求产品小型化。 伴随着加工精度的提高的是工程零件尺寸的减小。 图3描述了不同时期汽车上ABS系统的质量变化。 从1989年到2001年，从6.2公斤下降到1.8公斤。 电子电路的高集成度要求降低硅片的表面粗糙度，提高电路曝光透镜的精度，提高半导体制造设备的运动精度。 部件的小型化意味着表面积与体积之比不断增加，工件的表面质量和完整性变得越来越重要。
(3)追求产品的高可靠性。 对于轴承等在承受载荷时进行相对运动的零件，降低表面粗糙度可以提高零件的耐磨性，提高其工作稳定性，延长其使用寿命。 目前，用于高速高精度轴承的Si3N4陶瓷球的表面粗糙度要求达到几个纳米。 加工后的变质层化学性质活泼，易受腐蚀。 因此，从提高零件耐腐蚀性能的角度出发，要求加工产生的变质层尽可能小。
(4)追求产品的高性能。 机构运动精度的提高有利于减缓机械性能波动、降低振动和噪声。 对于内燃机等密封性能要求高的机械来说，良好的表面粗糙度可以减少泄漏，减少损失。 二战后，航空航天工业要求部分零件在高温环境下工作，因此使用了钛合金、陶瓷等难加工材料，这为超精密加工提出了新的课题。
以上四个方面相互关联，共同推动超精密加工技术的发展。 国际知名超精密加工研究单位和公司主要有美国、英国的LLL实验室和摩尔公司，德国蔡司公司和公司，日本东芝机械、丰田机械和不二越公司等。我国开始研究超精密加工。 -20世纪80年代初的精密加工技术。 主要研究单位有北京机床研究所、清华大学、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所应用光学重点实验室、大连理工大学和浙江工业大学等。
2 超精密加工材料
为了满足高精度、高可靠性、高稳定性等质量要求，许多金属及其合金、陶瓷材料、光学玻璃等都需要进行超精密加工，以达到特定的形状、精度和表面完整性。 这里特别介绍先进的陶瓷材料。
先进陶瓷材料已成为高精度机械、航空航天、军事、光电信息等发展的基础之一。 先进陶瓷根据性能和应用范围的不同，大致可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类。 功能陶瓷主要是指利用材料的电、光、磁、化学或生物效应的直接或耦合作用来实现特定功能的陶瓷。 它们广泛应用于电子、通信、计算机、激光和航空航天等技术领域。 结构陶瓷材料具有优异的耐高温和耐磨性能，作为高性能机械结构件新材料显示出广阔的应用前景。 表1列出了一些典型的先进陶瓷材料及其用途。
表2给出了延性金属材料和脆性先进陶瓷材料的一些物理性能。 表3给出了几种先进陶瓷材料的物理性能。 先进陶瓷材料多为共价离子键化合物，晶体结构对称性低，位错少，因而硬度高、脆性高。 氮化硅、碳化硅和蓝宝石的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，被公认为典型的硬脆难加工材料。 先进陶瓷材料与金属材料物理性能的差异决定了两者材料去除机制的差异。 先进陶瓷材料在加工过程中容易出现裂纹等表面和亚表面损伤，对器件的性能和使用寿命产生不利影响。
3 超精密加工技术
3.1 超精密切割
超精密切削始于SPDT技术，在气浮主轴、气动滑块、高刚性、高精度刀具、反馈控制和环境温度控制的支持下，实现纳米级的表面粗糙度。 所用刀具为大金刚石单晶，刀具刃口半径极小（约20 nm）。 它首先用于加工铜平面和非球面光学元件。 随后，加工材料扩展到有机玻璃、塑料制品（如相机用塑料镜片、隐形眼镜镜片等）、陶瓷和复合材料。 超精密切割技术也从单点金刚石切割扩展到多点金刚石铣削。
由于金刚石刀具在切削钢材时会造成严重磨损，一些研究尝试使用单晶CBN、超细晶硬质合金和陶瓷刀具来改善这一问题，但研究成果尚未达到商品化阶段。 未来的发展趋势是利用涂层技术来改善金刚石工具在加工淬火钢时的磨损。 此外，MEMS元件等微型零件的加工需要微型工具。 目前，微型刀具的尺寸可达50～100m左右。 但如果加工的几何特征达到亚微米甚至纳米级别，就必须减小刀具直径。 发展趋势是利用碳纳米管等纳米材料制造超小直径车刀或铣刀。 综上所述，刀具材料和微型刀具生产问题将是未来超精密加工的重要研究课题。
3.2 超精密磨削
在超精密加工发展初期，由于砂轮中磨料切削刃高度径向分布的随机性和磨损的不规则性，磨削被忽视，限制了磨削精度的提高。 随着超硬磨料砂轮和砂轮修整技术的发展，超精密磨削技术逐渐形成并迅速发展。
(1)超硬磨料砂轮。 超硬磨料砂轮是指采用金刚石或CBN磨料制成的砂轮。 金刚石砂轮适用于磨削硬脆有色金属和硬质合金、光学玻璃、陶瓷、宝石等高硬度、高脆性非金属材料。 CBN砂轮适用于磨削淬火钢、耐热合金及高硬度、高韧性金属材料，两者相辅相成，几乎涵盖了所有加工材料。 超硬磨料砂轮的种类及特点如表4所示。
金属结合剂超硬磨料砂轮硬度高、强度高、形状保持能力强、耐磨性好。 它们通常用于精密和超精密磨削以及成形磨削。 多层金属结合剂超硬砂轮在实际使用中遇到的突出问题是磨料握持力低、易脱落； 磨粒难以刃磨，切割后难以保持曝光； 并且磨料的分布是高度随机的。 为了解决磨粒把持力弱的问题，在磨粒表面镀上活性金属。 通过活性金属、磨料和结合剂的化学反应和扩散，提高结合剂对磨料的把持力。 就这样，镀铱砂轮诞生了。 为了解决磨粒磨锐困难的问题，通过在胚体中引入孔隙结构，多孔金属结合剂砂轮诞生了。 电镀和高温钎焊砂轮对以上三个方面进行了改进。 这些新型超硬磨料砂轮出现于 20 世纪 90 年代。
虽然超硬磨料砂轮的生产研究取得了上述进展，但镀铱砂轮中的活性元素主要是通过纯固态或半固态反应与磨粒结合，结合强度无法与高硬度材料相比。 - 高温焊接砂轮。 但高温焊接砂轮的单层磨料消耗完后，没有后续的磨料补充。 虽然其使用寿命接近多层磨料，但毕竟有限。 多孔金属结合剂金刚石砂轮虽然具有陶瓷结合剂超硬磨料砂轮易于修整的特点，但这样做是以牺牲结合强度为代价的。 为此，徐红军等人提出了开发多层焊接式超硬磨料砂轮的设想，该砂轮集磨粒的高把持力、磨粒和气孔的优化排列、磨粒的高露出度于一体。
(2)超硬磨料砂轮修整技术。
超硬磨料砂轮具有优良的耐磨性，不需要经常修整，但在初次安装和使用后修整比较困难。 传统的修整方法常常通过剪切和挤压去除磨粒，以达到修整的目的。 修整过程控制困难，修整精度低，砂轮损耗大。 为此，国内外学者也提出了多种修整方法，如电解在线修整（in-，ELID）、电化学在线控制修整（in-，ECD）、干式ECD、接触火花修整（-，ECDD） ））、电化学放电加工（-dis-、ECDM）、激光辅助修边（Laser-and）、喷射压力修边（Water-jet in-）、超声波振动修边（）等。其中，ELID技术是最典型、应用最成熟。 这项技术是由日本RIKEN科学技术研究所的大森郑博士和东京大学的中川武夫教授于1990年提出的。 ELID磨削的基本原理是在磨削过程中利用电解对金属结合剂砂轮进行在线精修整，使磨粒始终加工出锋利的微刃口。 具有大量相同高度的微棱角，磨痕精细，从而在保持高效率的同时实现极高的加工精度。 他们使用晶粒尺寸为4 m的金刚石砂轮对硅片进行加工，获得了Rmax 48 nm和Ra4 nm的表面。 采用亚微米粒度金刚石砂轮加工得到Rmax 8.92 nm、Ra1.21 nm的表面。 1995年，大森郑和川伟雄对ELID进行了进一步的研究。 他们使用 #3 000 000 铸铁基金刚石砂轮对单晶硅进行 ELID 磨削。 加工后的表面粗糙度达到Rmax 2.34 nm和Ra0.329 nm。
各国学者对Al2O3、Si3N4、ZrO2、SiC、锰锌铁氧体、单晶硅、光学玻璃、金属陶瓷等多种材料的ELID加工进行了研究，包括去除机理、磨削力、磨削热等。 、表面质量等基本规律，以及金刚石砂轮的磨削性能、砂轮磨损和修整工艺等关键技术，并发展成多种产品，被许多工业部门所采用。 然而，超精密磨削采用强制切削磨粒来去除材料，不可避免地会在已加工表面留下加工损伤层。 大森郑和川伟雄采用40000#金刚石砂轮对硅片和玻璃进行加工，获得了Ra2.8 nm的表面粗糙度，但表面损伤层约为1 m。 刘世民等. 利用扫描电子显微镜的选择性电子通道图形技术，对采用ELID研磨技术生产的两个单晶硅片研磨样品的表面改性层厚度和结构进行研究，发现两个单晶硅片样品的表面改性层粗糙的。 度分别为9.5 nm和22.5 nm，变质层厚度分别为2.8 m和4.8 m。 此外，超精密磨削要求机床具有较高的精度和刚性。 砂轮轴的高速旋转必须使用昂贵的轴承，并且一定程度的振动总是不可避免的。 磨削过程中，需要不断修整砂轮，以保持磨粒锋利，防止磨屑堵塞砂轮，烧伤工件表面。 切屑空间及其保持力已成为制造超细磨料砂轮的主要问题； 另外，磨削过程中，工件与砂轮主要是线接触，加工是单向的，难以保证加工表面的均匀性； 非磁性工件夹持困难。 这些问题限制了通过磨削可以获得的表面质量。
(3)珩磨。 表面珩磨技术（或精磨）出现于20世纪80年代，它采用类似磨削的运动。 珩磨轮转速是传统砂轮转速的1/30至1/60。 由于采用面接触方式，且参与磨削的磨粒数量增多，每个磨粒的垂直载荷仅为磨削情况的1/50～1/100。 单个平均切削刃单位时间内产生的热量是传统磨削产生的热变质层的1/1 500～1/3 000。由于磨粒的切削深度较小，产生的加工变质层且残余应力也较小。 另外，表面珩磨时，可以一次加工一批工件； 作用在磨粒上的切削力方向经常变化，增加了磨粒破碎的概率，具有显着的自锐作用。 因此，在获得比磨削更好的表面粗糙度方面，它比磨削具有更高的效率，并且不需要很高的机床精度。 使用表面珩磨技术加工先进陶瓷材料现在可以部分替代磨削。 使用金刚石颗粒的平面固定磨料高速磨削就是采用这一原理，已广泛应用于陶瓷、玻璃、金属等材料的平面加工。 但仍采用磨粒对工件表面进行强力切削来完成加工，所能获得的表面质量有限。
3.3 超精密研磨抛光
研磨和抛光是最古老的加工技术，也一直是超精密加工最重要的加工方法。 通常，磨削是二次加工步骤，将平面度降低到几微米以下，并去除前道工序（通常是磨削）造成的损伤层。 抛光是目前主要的最终加工方法。 目的是降低表面粗糙度，去除磨削形成的损伤层，以获得光滑、无损伤的加工表面。 抛光过程中去除的材料量非常小，约为 5 m。 迄今为止，许多学者提出了多种抛光方法，其中应用最广泛、技术最成熟的是化学机械抛光（-，CMP）技术。
CMP是IBM在20世纪80年代中期开发的一项技术。 它首先用于生产64位RAM，然后扩展到整个半导体行业。 等人。 使用SIO2抛光蓝宝石，BACO3，CEO2和CACO3来抛光单晶硅，Fe2O3和MGO到波兰石英。 他们获得了光滑且无损伤的表面（表面粗糙度接近1 nm）。 他们首次提出并验证了化学机械抛光的方法。 概念。 CMP处理通过磨料 - 工件 - 加工环境之间的机械和化学相互作用来实现工件材料的痕量去除，并可以获得超平滑，较少/无损害处理的表面； 处理轨迹是多方向的，有利于表面处理。 统一的一致性； 处理过程遵循“进化”的原则，不需要高精度处理设备。 由于CMP技术可以提供VLSI制造所需的全面平面力（其他技术无与伦比），因此它已成为半导体行业的领先技术之一，并且正在不断扩大其应用领域。
尽管CMP技术被认为是获得超平滑和无损害表面的有效方法，但它可以获得0.1 nm水平的表面粗糙度和最小的表面损伤层（Ogita等人使用SC1在2000年清洁CMP上的硅晶片，发现这一点发现表面损伤层的厚度为21 nm），但是存在某些局限性，主要反映在处理精度对磨料粒径差异敏感的事实中。 在理想条件下，工件和磨削工具之间的磨料粒度均匀，磨料晶粒的负载相等（图4A）。 当加工区（磨料谷物团聚或工件磨损碎屑）或进入（外部环境中的大灰尘颗粒）中产生大的硬颗粒时，如果磨料工具是刚性的颗粒，导致大颗粒。 工件上的切割深度增加，导致划痕，凹坑和其他损坏，或者在负载下损坏了大颗粒，但是在破裂前通常在工件表面形成损坏（图4B）； 为此，通常使用弹性抛光垫（沥青，聚氨酯和其他材料）来减轻大颗粒对工件表面的负面影响。 但是，由于抛光垫和大颗粒之间接触位置的弹性变形增加，大颗粒的压力增加，这仍然会在工件表面引起划痕。 损害的形式，例如疤痕（图4C）。 目前，只有通过改善加工环境的纯化程度和磨料粒径的一致性，才能避免对由大颗粒引起的加工表面的损害，但是成本很高，并且无法完全避免大颗粒的侵入。 由大的硬颗粒引起的表面划痕会导致大量工件重新设计或报废，这严重阻碍了整体处理效率的提高。 如何有效避免由大颗粒引起的损害已成为抛光过程中的紧迫问题。 此外，材料去除主要基于三体磨损机制。 磨料颗粒主要以滚动方式去除材料。 每单位时间涉及材料去除的磨料颗粒的数量很小，材料去除速率较低，并且具有化学成分的加工流体和磨料颗粒有害。 环境和高处置成本。
除了CMP技术外，还有以下经典的超精确研磨和抛光方法。
（1）弹性发射处理（，EEM）。 日本大阪大学的Tsuwa和其他人研究了在工件表面上取消材料的可行性，并建立了弹性排放处理理论。 处理原理和生产设备分别显示在图5和6中。 EEM技术采用液体浸入工作方法，使用在工件表面高速旋转的聚氨酯球在抛光液中以数十纳米的粒径驱动磨料，从而以最小的可能入射角影响工件的表面，以及通过磨料和工件之间的化学相互作用。 它去除工件表面上没有塑性变形的工件材料，并且不会产生诸如晶格转座等缺陷，这对处理功能性晶体材料非常有益。 Tsuwa等。 使用聚氨酯球作为工具，并使用ZR O2微量流器在单晶硅上进行弹性发射处理，表面粗糙度为0.5 nm。
（2）动态压力浮动抛光。 如图7所示，使用动态压力轴承的原理开发了动态压力浮动抛光技术工件漂浮在抛光盘的表面上，并且工件由浮动间隙中的抛光材料颗粒抛光。 由于没有摩擦热和磨削工具磨损，因此标准表面不会改变，因此可以反复获得精确的工件表面。 可以使用这种抛光方法处理直径为75 mm的硅晶片，可以获得0.3 m的平坦度和1 nm的表面粗糙度。
（3）浮动抛光。 1977年，诸如日本Namba之类的研究人员提出了一个浮动抛光过程，以处理和抛光磁性头材料。 该原理如图8所示。此过程使用具有高平坦度和同心圆或螺旋凹槽的锡抛光盘，用抛光液覆盖整个抛光盘表面，导致抛光盘和工件高速旋转，并在抛光上旋转流体显示两者之间的动态压力。 它处于液态状态并形成液体膜，然后使用液体膜中的磨料以高速影响工件表面以实现材料去除。 Namba等。 使用SIO2胶体颗粒，CeO2和Al2O3抛光蓝宝石（001）表面进行浮动抛光，表面粗糙度小于1 nm。 与其他抛光方法相比，抛光工件边缘具有常规的几何形状，对地下层没有损坏，由抛光引起的最小表面残余应力以及在晶体表面上的完整晶格。 浮点抛光与EEM抛光方法相似。 不同之处在于，浮动抛光使用硬锡磁盘作为磨料工具，而EEM抛光使用聚氨酯橡胶轮作为磨料工具。
（4）低温抛光。 低温抛光是指在低温环境中凝结成固态的抛光液的使用。 Han 等。 将胶体SiO2冻结到实心膜中，保持温度在–50至–30°C之间，并加工了K9玻璃，以获得RA 0.4 nm的表面粗糙度。 吴等人。 将低温抛光方法与无磨料的抛光技术相结合，并提出了无磨料的低温抛光方法，该方法在低温下使用去离子水作为抛光工具使用固体冰。 RA0.48 nm的表面粗糙度可以通过处理K9玻璃（处理前工件的表面粗糙度为RA1.3 nm）获得。 分析加工后产生的水，未发现实心玻璃碎片。 据认为，该材料是通过水解处理的，因此有效地避免了出现诸如微抓手之类的缺陷。 抛光40小时后，工件的质量变化无法使用精度为0.01 g的电子平衡来测量。 但是，由于维持低温和真空环境的成本极高，其应用是有限的。
（5）磁场辅助抛光。 磁场辅助抛光主要包括磁性磨料加工（MAF），磁浮动抛光（浮点，MPF）和磁性处理（ - ，MRF）。
苏维埃工程师于1938年首先提出了磁性研磨的概念。在加工过程中，在磁场的作用下，磁性磨料颗粒（必须具有磁性且能够磨削的微粒）形成“磁性刷”。 通过磁极和工件的相对运动，“磁刷”与工件相互作用。 干扰摩擦完成处理。 处理压力可以由磁场控制。 Fox等。 使用0.1 m的钻石粉与磁性磨粒晶粒处理不锈钢辊，以获得RA10 nm的表面。 磁性磨料处理的特征几乎没有对工件几何形状的限制，并且对设备准确性的低要求。 特别是，磨料颗粒和工件表面之间没有刚性的接触，因此，即使有时在工件，点和工件表面上偶尔出现一些大的磨碎颗粒或硬度不均匀的硬度，也不会出现由于削减电阻的突然变化而被划伤。 但是，在过去发表的MAF研究论文中，几乎90％的实验使用了烧结的磁性磨蚀剂。 由于烧结过程很复杂且昂贵，因此应用程序有限。
塔尼（Tani）和其他人开发了磁性浮动抛光，并已不断改进和开发许多学者，例如，，，，，，加托（Kato）等。该设备如图9所示。磁场由于磁性流体中强磁颗粒的作用，磁性流体被吸引到高磁场的侧面。 同时，非磁性磨料颗粒沿与磁性流体相反的方向移动，并将其推向下侧。 在磁场的浮力下，将磁场一侧的磨粒颗粒压在旋转工件上进行抛光。 江等。 使用磁性浮动抛光方法来处理SI3N4陶瓷球（CE O2，5 m），并获得了RA 4 nm和RZ 40 nm的表面精度。
等人提出了磁性处理技术。 20世纪90年代初。 他们将电磁学和流体动力学理论结合在一起，并使用了磁场中的磁性流体（由磁性颗粒，基础流体和稳定剂组成）。 光玻璃的流变特性是抛光的。 可以通过调节外部磁场的强度来控制磁流体流体的流变特性。 磁性加工设备如图10所示。将磁性流体喷在喷嘴的旋转抛光轮上，将磁极放置在抛光轮下，形成了工件和工件和工件形成的狭窄间隙附近的高梯度磁场。抛光轮。 当将抛光轮上的磁性流体运输到工件和抛光轮之间形成的小间隙的附近时，高梯度磁场会导致其凝结和硬化，从而成为粘性介质。 当具有高移动速度的介质通过狭窄的间隙时，与工件表面接触的区域中产生了大型剪切力，从而去除工件的表面材料。 在抛光过程中，可以通过控制磁性流体中工件的清晰速率（或停留时间）来选择性去除工件表面。 在1997年，等人。 在红外材料BK7，CAF2，LIF等上进行了磁性抛光，并获得了表面粗糙度小于5 nm的光滑表面。 在2006年，处理了R41.3毫米和20毫米R41.3毫米的Sun XIWEI和其他K9光玻璃球形工件，并且处理了20毫米的口径。
（6）安全气囊抛光。 安全气囊式抛光技术是由伦敦大学和Zeeko Co. Ltd.的光学科学实验室共同提出的。抛光工具具有带有磨料膜层的橡胶安全气囊（例如聚氨酯抛光垫，抛光布，抛光布，，抛光布，，，抛光布，，抛光布，抛光布，抛光布，抛光布，抛光片，抛光片，抛光剂，抛光片，抛光片，抛光片，抛光剂，抛光剂，，，抛光布，抛光布，，抛光片，，，抛光片，，抛光布，抛光膜。 ETC。）。 抛光工作时，工具安全气囊旋转以形成抛光运动。 工件相对于安全气囊抛光工具，因此可以抛光和处理工件的所有表面。 工具袋也被摆动（秋千的中心是安全气囊表面曲率的中心），因此磨料薄膜层均匀地磨损。 由于工具安全气囊是弹性的，因此它们可以自动适应工件的表面形状，因此可以使用相同的工具来礼貌不同形状的不同形状。 此方法适用于大型自由弯曲表面的超精确处理。
（7）抛光刺穿器。 为了实现大型非球形元素的超精度处理，桩板的渗透性诞生了。 该方法使用大型刚性磁盘作为基本光盘。 在外围延伸的影响下，圆盘的表面形状可以实时转化为所需的面部形状，以适应非距离的不同位置的重合磨削。 Duan抛光技术具有去除表面的最高点或位置的特征，并且具有光滑和中等频率差异的趋势。 它可以很好地控制高频差异的出现并有效提高处理效率。 2002年，使用望远镜6.5 MF/1.25主镜和大型望远镜8.4 MF/1.14主镜用于抛光望远镜。 这些大型镜头是非球形镜子。 处理后的形状误差为0.01％，表面粗糙度为20 nm。 。
（8）电解抛光。 电解抛光，也称为电化学抛光，起源于20世纪初。 1930年，法国电话公司首次提出了一种电解抛光技术，并进行了系统的研究。 目前，解释更合理的电解抛光过程的理论是电影理论。 膜理论认为，当抛光电解质时，在样品上，在金属样品阳极表面附近的电解质形成薄且不均匀的粘性膜，样品表面上的表面不均匀。 由于电解质的搅拌，流动的扩散在样品表面凹陷附近的位置较慢，因此形成的膜较厚，薄膜较薄。 由于样品表面的电流密度大大不同，因此高峰局部电流的电流密度非常大，并且金属迅速溶解在电解质中，而金属的抑郁部分则缓慢溶解。 结果，粗糙的表面变成平坦的目的。 2003年，Huang等人。 抛光高速钢并获得了RA30至50 nm的表面。
（9）离子束的抛光。 离子束抛光是要加速工件表面上电场，原子或分子中的中性离子，以便它可以向外表面去除材料（图11）。 由于处理的材料通过原子或分子去除，因此可以获得纳米级高质量加工的表面。 李等人。 使用氟化物束处理CMP的50延伸。 表面粗糙度从0.7 nm降低至0.18 nm。 可以处理离子光束抛光的材料范围，并且工件的大小不受严格控制，并且可以处理无形和不对称表面形状的球体。
（10）等离子体辅助抛光（ - 页）。 血浆辅助抛光剂，也称为化学蒸发（，CVM），在真空环境中进行。 该设备如图12所示。刺激活性等离子体（通常是卤素气体，例如CF，CL2等），它们用加工表面产生化学反应，并产生挥发性物质以实现材料去除的目的。 这种处理方法的实用性是血浆腐蚀。
PACE处理具有较高的抛光效率，没有工作压力，没有机械变形，没有地下表面损伤，没有污染的污染以及处理球体和非距离的困难。 目前，-lmer 使用该技术来处理面部形状的表面形状精度在φ0.5 m 0.5 m ～1.0 m的非球形上少于1/50λ，而表面粗糙度小于0.5 nm。
（11）激光抛光。 激光抛光技术是使用激光和材料表面相互作用处理的。 它遵循激光和材料的一般法律。 激光和材料的作用具有手臂效应和化学作用，可以分为热抛光和冷抛光。 热抛光利用激光的热效应通过融化和蒸发来去除材料。 因此，只要材料的热物理特性良好，就可以用于抛光，但是大温度梯度引起的热应力很大，很容易产生裂纹。 因此，热抛光的效果不是很好。 冷抛光是使用材料吸收光子，表面材料的化学键被中断或晶格结构被破坏，从而意识到材料的去除。 使用光学化学时，可以忽略热效应。 因此，热应力很小，不会产生裂缝，不会影响周围的材料，并且很容易控制材料的去除。 它特别适合精确处理硬和脆性材料。 末端表面被抛光，RA 100 nm的表面粗糙度获得。 激光抛光是一种非接触式抛光，不仅可以抛光飞机，而且还可以抛光各种弯曲表面。 此外，环境的污染可以实现当地抛光，这特别适合于超级硬材料和脆皮材料的精细抛出，并且具有良好的开发前景。 但是，作为一种新技术，当前的激光抛光仍处于开发阶段，并且在处理过程中，诸如高设备和处理成本，高检测技术和准确控制技术等缺点。
4比较几种类型的Ultra -处理技术
磨料颗粒状处理的超考处理的准确性不仅在随着时间的流逝而变化。 即使在同一时期，工件的大小，形状，材料，使用和处理难度也不同，并且超精确处理的准确性也不同。 如表5所示，可以在定性上比较上述典型的超准确加工技术。
如前所述，超精确的切割由高界限和高精确设备支持，这些设备可以获得纳米级别的表面粗糙度并具有高材料去除率。 但是，只能同时处理一件工件，因此生产效率可能不如多个处理的磨削或打磨抛光技术好。 同样，Ultra - Wheel 也需要高连接和高精度设备。 材料去除率很高。 使用超纤维磨粒轮甚至可以获得弹性表面粗糙度。 然而，诸如制备超颗粒颗粒砂轮及其电容空间等问题尚未成熟。 轮毂的磨削开发的平面技术采用了降低砂轮速度的方法，以减少研磨处理的表面损害。 使用工件的表面接触形式和车轮可以补偿速度降低引起的研磨效率的损失。 设备准确性的要求不是很高，但是就像超精确切割和打磨一样，处理是通过强制删除处理材料来完成的，这限制了所获得的材料的表面质量，并且不可避免地将处理损坏层留在处理中表面。 与超精确的磨削，抛光等相比，超级磨削和抛光技术用于使用游离磨料颗粒（例如CMP和EEM）进行处理，例如CMP和EEM，它们可以获得更高的表面质量和较小的加工损伤层。 但是，由于铣削颗粒在处理过程中处于自由状态，因此铣削颗粒在工件上的作用是非固定的，并且材料去除率较低。 并且处理精度和处理效率对磨料粒径的尺寸非常敏感。 硬粒子的入侵会导致大量工件得到修复或报废，并且生产成本大大提高以降低处理准确性和加工效率。 尽管磁性磨料颗粒的加工降低了对硬颗粒的敏感性，但磁磨料颗粒的复杂且昂贵的制备过程限制了其发育和应用。 离子束抛光等不使用磨料颗粒的超精度抛光方法，并以原子作为单位去除材料可以获得极高的表面粗糙度，但是材料的去除率极低。 它通常仅用于CMP和其他抛光过程。 质量和损害层进一步改善。 这种技术通常需要特殊设备，这需要高精确检测技术和控制技术，并且需要高处理成本。
为了实现有效而精确的处理，将半固定的磨料颗粒加工概念与磨料颗粒加工和游离磨料颗粒加工的整合集成在一起。 等待一种使用半固体的磁铁抛光（流体工具，MPT）进行超精确加工的方法。 在这种方法中，磁复合流体（流体，MCF）和磨料和植物纤维均匀混合。 在磁场条件下，MPT被压缩，MPT在磁场的作用下是半固体来处理工件。 MPT由微米级铁粉末抛光不锈钢组成，并获得了RA15 nm的表面。 目前，该领域的研究仍处于起步阶段。
为了大规模生产硝酸硅陶瓷，蓝宝石单晶（例如硬且脆皮加工的高级陶瓷材料），例如超光滑和非损害表面有效的加工需求，作者提出了一种半emi -semi -semi -fixed -fixed -fixed -fixed磨碎颗粒处理技术。 磨机中的磨料颗粒为一半。 磨机的表面层对硬质颗粒具有“陷阱”影响，也就是说，当硬粒子入侵时，可以将其捕获在研磨机的表面，以便积极防止或减少大型处理粒子 - 到 - 过程在表面引起的处理。 同时，该技术的处理效率高于磨削，并且表面处理质量甚至可以达到抛光水平。
5超准确处理的发展趋势
（1）高效率，高效率。 高产和高效率是Ultra -处理的永恒主题。 通常，磨料颗粒的加工正在不断追求游离磨料颗粒的处理精度，并且自由磨料颗粒的处理正在不断追求固定磨料处理的效率。 尽管当前的Ultra -和CMP和EEM等技术可以获得极高的表面质量和表面完整性，但保证牺牲了处理效率。 尽管超过精确的切割和研磨技术具有较高的处理效率，但它无法获得CMP和EEM的处理准确性。 探索可以考虑效率和准确性的处理方法已成为超精度处理领域研究人员的目标。 半固定的磨料处理方法的出现反映了这一趋势。 另一方面，这是复合加工方法的诞生，例如电解磁磨，磁流磨换处理。
（2）流程的整合。 如今，企业之间的竞争变得越来越激烈，高生产效率已越来越成为企业生存的条件。 在这种情况下，有一个呼吁“研究调试”甚至“投掷”。 另一方面，完成各种处理（例如转弯，钻孔，磨碎，研磨和光）的趋势变得越来越明显。
（3）大型，微型化。 为了处理航空，航空航天，航空航天和空间领域中的大型光电设备（例如大型天体望远镜的反射器），需要大型超级精选处理设备。 为了处理微型电机机械，光电信息等所需的微型设备（例如微传感器，微型驱动组件等）处理微型工件需要处理设备。
（4）在线检测。 尽管超过精确的处理方法有很多类型，但它们尚未成熟。 例如，尽管诸如CMP之类的处理方法已成功地应用于工业生产，但处理机制尚不清楚。 主要原因之一是超精确处理测试技术并不完美，尤其是在线检测技术。 从实际生产的角度来看，开发和处理精度在线测量技术是确保产品质量和提高生产率的重要手段。
（5）情报。 超准确处理中的过程控制策略和控制方法也是当前的研究热点之一。 人工经验的依赖与智能设备的加工结果的结果一直是追求制造领域的目标。 加工设备的智能与处理的稳定性和处理效率直接相关，这在Ultra -处理中更为明显。 目前，即使是台湾的一些半导体工厂，生产过程中的主要运营仍由现场工人完成。
（6）绿色。 水分加工是超精确处理的主要方法。 磨料本身的制造，加工中的磨料的消耗，处理由加工引起的能源和材料的消耗以及用于处理的大量加工解决方案给环境带来了很大的负担。 我的国家是磨料，铣削工具和消费的最大国家，磨削加工的绿色程度已成为紧迫的业务水平。 在台湾，台湾和台湾都严格控制了废物液，排气位移和半导体制造商的标准。 因此，各个国家的研究人员对CMP加工产生的废物和废气的回收进行了研究。 绿色的Ultra -处理技术虽然减轻了环境负担，但仍提高了其活力。
六，结论
超出质量，高质量，高可靠性和产品高性能的追求，Ultra - 迅速发展。 现在，它已成为现代制造业的重要组成部分。 后者是重点。 超精确处理技术的发展促进了国防，航空航天和光电信息等高科技行业的发展，与此同时，它还极大地改变了人类的生活方式并改善了人们的生活水平。 在一个繁荣时代，超准确的处理技术被带入了。 鉴于对军事和信息中高级高级高级陶瓷元素的巨大需求，新的高性能先进的先进陶瓷材料继续出现，并且此类材料的超精确处理已成为一个长期的研究热点。 Ultra - ，Ultra - ，Ultra - and 取得了长足的进步。 处理后，工件的表面准确性可以达到纳米级别或纳米级别，并且处理方法是多种多样的。 通常，Ultra -研磨和抛光是免费磨料颗粒处理技术的处理技术的处理准确性，而自由磨料颗粒的超构处理技术正在追求固定磨料处理处理的效率。 Ultra -处理技术正朝着高效率，高质量，低成本和环境 - 友好的方向发展，适合大型生产。