蓝宝石专用平面磨床的精度底线是要把表面粗糙度Ra控制在0.05微米以内, 然后把平面度误差限制在1微米这个范围以内。这串数字看着其实并没有特别吓人那么严重。但是在实际操作的环节里面, 一台普通的玻璃磨床要是能做到Ra 0.1微米就已经算是把活儿交差了。
这是因为蓝宝石的硬度达到了9莫氏, 所以在进行打磨的时候, 砂轮的磨损情况比较快, 热应力也比较大些。如果做不到前面那个精度标准, 那就是白搭。所以建议在选用设备的时候不要只是单纯地盯着参数表看, 要看一看实际打磨出来的工件数据是不是靠谱才行。
蓝宝石是一种材料, 它的硬度是仅次于金刚石的, 但是它的脆性也是比较大的, 所以在磨削的过程之中是级易产生微裂纹和碎屑崩边的情况发生的, 普通磨床的砂轮粒度和结合剂配方是为了玻璃或者是陶瓷来设计的, 拿去磨蓝宝石的话, 就会出现要么说砂轮糊了, 要么就说工件表面出现亚表面损伤这样的情况发生的情况, 等到后面做镀膜的时候就是这样的结果, 裂纹会直接扩展, 至终导致整批报废。
因此, 蓝宝石专用平面磨床在砂轮的配方方面做了专门的调整。这包括了砂轮粒度变得更细的情况, 具体范围一般是P80到P2000。而且结合剂也换成了树脂或金刚石复合层。
这样做使得磨削力的分布更为均匀。同时产生的热冲击也就小得多了。但这并不是说更换一个砂轮片就完事了。整机的冷却路径需要进行重新匹配。进给速度的曲线也需要进行重新匹配。
砂轮线速度通常是要求控制在35到50米每秒的范围内, 如果低于这个范围的话, 那么就直接磨不动, 如果是高于这个范围的话, 那么热应力会直接把蓝宝石给整裂开。
关于冷却方式的要求是必须使用闭环的磨液循环系统, 流动流量不可以低于八升每分钟, 并且需要将磨液的温度控制在二十五度正负两度的范围内。
进给精度这块情况是这样的, 主轴的径向跳动是在零点零零二毫米及以下的范围里面的。这个东西是能够直接决定平面的平整度是不是可以保持在不超过一微米这个数值以内的一个关键因素。
砂轮修正的频率是每磨50个到80个工件就修正一次, 修正之后, 圆度的恢复量要小于或者等于0.003毫米。
| 参数 | 蓝宝石专用平面磨床 | 玻璃平面磨床 | 陶瓷平面磨床 |
|---|---|---|---|
| 目标Ra | ≤0.05μm | ≤0.1μm | ≤0.08μm |
| 常用砂轮粒度 | P150-P2000 | P80-P600 | P120-P800 |
| 冷却流量 | ≥8 L/min | ≥5 L/min | ≥6 L/min |
| 主轴跳动 | ≤0.002mm | ≤0.005mm | ≤0.003mm |
| 单件磨削时间 | 12-18min | 6-10min | 8-14min |
本质的差异可以总结为这样的一句话: 蓝宝石磨床拼的是那种慢工出细活的工艺, 而玻璃和陶瓷磨床拼的是生产节拍。如果拿玻璃磨床的节拍去要求蓝宝石, 那么表面质量就会出现直接的、彻底的崩溃现象。
关于智能手机视窗盖板, 对表面粗糙度Ra有着必须低于0.03微米的严格要求, 其涉及到的尺寸范围处于2寸到7寸之间, 同时还需要满足大规模批量生产的相关条件, 因此在目前的生产环境中, 只有依靠专用的磨床来进行加工, 才能够实现稳定达标这一现状。
半导体LED用到的蓝宝石衬底, 其厚度一般设定在0.3毫米到0.5毫米这个范围内, 并且需要保留的磨削余量仅有5微米到8微米这么点数值, 而普通的磨床设备的控制精度根本无法做到有效控制这些微小的参数指标。
这个光学窗口片属于航天级别的产品, 在性能方面有着非常高的指标要求。具体来说, 它的表面平面度数值不能超过零点五微米, 同时对亚表面的损伤深度也有非常严格的限制条件, 因此必须要使用专门的设备进行加工和处理。
蓝宝石表镜：异形曲面多，专用磨床的多轴联动才吃得下
认准 Ra 小于等于 0.05 微米, 并且平面度小于等于 1 微米这两个硬指标, 再加上根据实际工件得出的打样数据, 这比翻阅十本宣传册所产生的作用还要大。
对于硬度等级为 9 的这种材料来说, 使用通用型设备进行磨削之后, 虽然表面看起来非常光亮, 但是一旦去测量粗糙度的数值, 亦或是去检查是否存在亚表面损伤的情况, 就会发现所有的结果全都无法达到合格的标准。
只有在完成打样并取得合格结果之后, 才可以进行更大规模的量产工作, 这是蓝宝石加工行业在经历了无数次失败教训之后所总结出来的必须遵守的规则。
