固结磨料研磨抛光垫的图案优化与性能评价

提出定偏心研磨抛光条件下，亲水性固结磨料研磨抛光垫的磨损模型，并以此模型优化抛光垫的结构参数；基于光绘和蚀刻技术，提出具有择优图案的固结磨料抛光垫及其相应模具的制备技术；根据固结磨料抛光垫的作用，提出表征固结磨料抛光垫的特征参数，对磨料进行表面改性，改善磨料与基体之间的界面结合性能；探索抛光垫的基体性能、磨料特性与其抛光性能之间的内在联系，为抛光垫的组成优化提供优化指标；实验制备具有择优图案的亲水性固结磨料抛光垫样品与均布突起的固结磨料抛光垫，比较两者抛光后工件的表面质量（尤其是平面度）的差异，并分析其根源。实现固结磨料抛光垫的均匀磨损与自修正，为高速高质量的平面工件的研磨抛光加工创造条件。

定偏心研磨抛光条件下，建立固结磨料研磨抛光垫（FAP）磨损的数学模型，分析加工过程中FAP表面的磨损规律；设计具有均匀磨损特征FAP的表面图案分布，通过图形转移法和紫外光固化工艺，制备表面图案优化的固结磨料研磨抛光垫；提出基体溶胀率、摆式硬度、磨粒保持性、磨粒特性等指标评价FAP的基体性能，并研究其研磨抛光性能，探索固结磨料研磨抛光垫的特征参数与其研磨抛光性能间的内在联系；实验验证优化图案FAP的研磨抛光性能，评价优化图案的FAP的加工性能。项目开展的创新性研究工作和取得的重要成果有：建立FAP在定偏心研磨抛光条件下的磨损数学模型，揭示了研磨抛光过程中FAP沿径向磨损的不均匀性，获得研磨抛光工艺参数对FAP均匀磨损的影响规律；获得具有均匀磨损特征的表面图案优化FAP的制备技术；获得FAP的相关特征参数与其研磨抛光性能间的内在联系；实验验证采用FAP加工的材料去除率是传统游离磨料加工的数十倍，优化图案FAP加工的工件表面粗糙度和局部平面度明显优于未优化图案的FAP。体现优化图案FAP加工的高效和高质量，本项目研究为相关材料精密超精密加工的FAP设计与制备奠定基础，提高我国超精密加工工具设计与制备的自主创新能力；推动超精密加工技术实现高效绿色加工。