碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工磨削機(jī)制 

在研磨碳化硅材料的初始階段，磨頭上的磨粒會(huì)逐漸切入碳化硅工件表面，形成溝槽和刮痕。這是由于磨粒與工件接觸時(shí)受力作用的結(jié)果，這一過(guò)程有助于后續(xù)的材料去除。


(圖3. 漢鼎超聲波輔助碳化硅平面研磨加工, 應(yīng)用于半導(dǎo)體 MOCVD 制程晶圓承載盤)


隨著研磨過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，磨頭上的磨粒逐步進(jìn)入碳化硅工件內(nèi)部。在這一階段，材料去除量明顯增加，工件表面逐漸接近目標(biāo)形狀與表面狀態(tài)。然而，由于碳化硅材料的高硬度，在研磨過(guò)程中可能因受力過(guò)大而產(chǎn)生微小脆裂（Chipping），這些微裂紋有助于加快材料去除的速度。

 

 碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工難點(diǎn) 

由于碳化硅材料的機(jī)械特性，在研磨加工過(guò)程中可能會(huì)面臨許多挑戰(zhàn)。這些加工難點(diǎn)包括：
 

硬脆性材料

碳化硅（SiC）陶瓷的莫氏硬度高達(dá)9，僅次于金剛石（鉆石）及碳化硼。如此高的硬度在研磨加工時(shí)，會(huì)導(dǎo)致磨頭鈍化速度加快，磨損量增大，從而造成過(guò)大的磨削阻力。此外，碳化硅屬于易脆材料，在磨削過(guò)程中，若磨削阻力過(guò)大，很容易導(dǎo)致邊角脆裂或次表面裂紋，嚴(yán)重影響工件質(zhì)量。

 

高摩擦與磨削阻力

在研磨加工過(guò)程中，磨頭與碳化硅工件的摩擦力會(huì)顯著增加，這主要是因?yàn)?span style="box-sizing: border-box; font-weight: 700;">碳化硅陶瓷在磨削后產(chǎn)生的粉塵大量填塞磨頭上的磨粒間隙。如果無(wú)法順利排除這些粉塵，它們會(huì)堵塞磨頭氣孔，導(dǎo)致磨粒迅速失去磨削力，從而增加磨削阻力，影響加工效率和工件質(zhì)量。

 

刀具磨耗與修銳

碳化硅研磨加工過(guò)程中，陶瓷粉塵容易大量填塞磨頭氣孔，使磨頭加速鈍化，喪失磨削能力。因此，刀具更換成本一直是碳化硅研磨加工行業(yè)的主要痛點(diǎn)之一。若使用金屬或陶瓷結(jié)合劑磨頭，可以通過(guò)修銳（Dressing）的方法去除磨頭氣孔內(nèi)的粉塵，使磨粒的鋒利角重新暴露，恢復(fù)研磨能力。然而，頻繁的修銳不僅耗時(shí)，還會(huì)加速磨頭的磨損，縮短刀具壽命，增加生產(chǎn)成本。

 

 漢鼎超聲波加工能為碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工帶來(lái)哪些助益？

超聲波的高頻率微振動(dòng)

(圖4. 漢鼎超聲波輔助加工技術(shù), 提供刀具縱向的高頻率微振動(dòng), 幫助排除切屑)


漢鼎的超聲波輔助加工技術(shù)，為刀具提供每秒超過(guò)20,000次的縱向（Z軸方向）高頻微振動(dòng)，使刀具在加工過(guò)程中間歇性地接觸工件。這樣的輔助切削機(jī)制應(yīng)用在研磨加工時(shí)，可有效降低磨削阻力，同時(shí)幫助順利排除陶瓷粉塵，避免粉塵填塞磨頭，影響加工穩(wěn)定性。

 

良好的陶瓷粉塵排除機(jī)制

超聲波的縱向高頻微振動(dòng)有助于快速排除陶瓷粉塵，避免粉塵堆積填塞磨頭，減少磨頭與工件之間的摩擦。若磨粒間的氣孔被大量陶瓷粉塵填塞，磨頭會(huì)迅速失去研磨能力，導(dǎo)致加工質(zhì)量下降。


(圖5. 研磨加工使用的磨棒/砂輪自修銳機(jī)制示意圖 - 圖片來(lái)源: Testbook Edu Solutions Pvt. Ltd.)


超聲波輔助磨削機(jī)制能夠減緩陶瓷粉塵填塞磨頭的速度，促使磨頭觸發(fā)自修銳（Self-sharpening）機(jī)制。此機(jī)制能使磨粒鈍化后因受力增加而脫落，露出新的鋒利磨粒，使磨頭恢復(fù)研磨能力并繼續(xù)加工。此機(jī)制不僅可有效減少修銳時(shí)間，還能降低因修銳造成的刀具損耗，從而減少刀具更換成本。

 

降低磨削阻力

超聲波輔助研磨加工技術(shù)，使碳化硅陶瓷粉塵在研磨過(guò)程中能夠順利排除，改善粉塵大量填塞磨頭的狀況，使磨頭不會(huì)因磨削力下降而受力增加，從而避免磨削阻力上升。磨削阻力的降低不僅能減少刀具與工件的摩擦，同時(shí)也提供更大的加工靈活性，使切削線速度（Cutting Speed）和進(jìn)給率（Feed Rate）得以提升。

 

漢鼎超聲波輔助研磨加工碳化硅（SiC）陶瓷的優(yōu)勢(shì)

漢鼎的超聲波高頻微振動(dòng)輔助加工模組，提供了一種優(yōu)化先進(jìn)材料加工制程的解決方案。針對(duì)碳化硅陶瓷研磨加工，漢鼎的超聲波輔助技術(shù)可以有效排除陶瓷粉塵，避免粉塵填塞磨頭，從而降低磨削阻力。這種輔助磨削機(jī)制，可幫助縮短加工時(shí)間（減少或消除刀具修銳次數(shù)），提高工件質(zhì)量（減少脆裂邊、刀痕，改善表面粗糙度），并延長(zhǎng)刀具壽命（減少因修銳導(dǎo)致的額外磨損，避免粉塵堵塞問(wèn)題）。

 

 超聲波輔助碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工成功案例分享 

碳化硅(SiC) : 平面研磨加工

(圖6. 漢鼎超聲波輔助碳化硅平面研磨加工)


漢鼎針對(duì)碳化硅陶瓷材料進(jìn)行平面研磨（降面）加工，采用HBT-30超聲波加工模組，利用超聲波高頻微振動(dòng)技術(shù)，有效排除陶瓷粉塵，避免大量粉塵填塞磨頭氣孔。

通過(guò)降低磨削阻力，減少工件邊角脆裂，使刀具受力均勻，最終在工件表面呈現(xiàn)大小一致的刀痕紋理。

由于超聲波輔助研磨技術(shù)能夠順利排除陶瓷粉塵，同時(shí)觸發(fā)磨頭自修銳機(jī)制，使磨頭能夠持續(xù)恢復(fù)研磨能力，因此整個(gè)加工過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行刀具修銳，有效避免因修銳造成的刀具磨損。



 

碳化硅(SiC) : 螺旋擴(kuò)孔研磨加工

(圖7. 漢鼎超聲波輔助碳化硅螺旋擴(kuò)孔研磨加工)


漢鼎針對(duì)碳化硅陶瓷材料進(jìn)行螺旋擴(kuò)孔研磨加工，采用HBT-30超聲波加工模組，超聲波高頻微振動(dòng)技術(shù)使陶瓷粉塵順利排除，避免粉塵填塞磨頭，有效降低磨削阻力，從而改善工件表面質(zhì)量和刀痕狀況。

超聲波輔助磨削技術(shù)可在粗磨階段直接改善表面粗糙度（Sa），減少后續(xù)加工處理時(shí)間，提高整體加工效率。

良好的陶瓷粉塵排除機(jī)制不僅降低了磨削阻力，同時(shí)減少刀具磨損，使工件表面質(zhì)量得到顯著提升。


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 碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工常見(jiàn)問(wèn)題 

Q1   超聲波高頻微振動(dòng)如何減少工件脆裂邊？

A1   超聲波高頻微振動(dòng)可有效改善陶瓷粉塵的排除機(jī)制，降低磨削阻力。此外，超聲波的微振幅（Oscillation Amplitude）能夠促使碳化硅內(nèi)部分子鏈產(chǎn)生脆裂，進(jìn)而加快材料去除過(guò)程。
加工過(guò)程中，若機(jī)臺(tái)自身產(chǎn)生振動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致工件出現(xiàn)嚴(yán)重脆裂邊，影響加工特征的精度及工件表面質(zhì)量。


 

Q2   如何調(diào)整進(jìn)給率、切削線速度、超聲波功率等加工參數(shù)？

A2   漢鼎智慧科技不僅提供高品質(zhì)的超聲波輔助加工模組，同時(shí)也為客戶提供完整的技術(shù)支持，以確保超聲波技術(shù)的最大效益。
我們可*提供整合超聲波制程后的優(yōu)化加工參數(shù)（依據(jù)目標(biāo)加工材料與特征），幫助客戶獲得最佳加工體驗(yàn)，確保設(shè)備的高效運(yùn)行。

??＊關(guān)于「提供優(yōu)化后的加工參數(shù)」，具體細(xì)節(jié)可根據(jù)需求洽談，可能涉及額外費(fèi)用。


(圖8. 漢鼎超聲波輔助加工模組系列產(chǎn)品)


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