CN104097152A - 高硬度脆性材料的磨削用磨石 - Google Patents

高硬度脆性材料的磨削用磨石 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高硬度脆性材料的磨削用磨石，该磨削用磨石适合于通过对加工时作用于磨粒的力和磨粒的脱落进行控制，来将蓝宝石、SiC那样的高硬度脆性材料以稳定的磨削能力高精度、高效率地进行研磨。一种高硬度脆性材料的磨削用磨石（1），其特征在于，具有调整了磨粒集中度以使得在与高硬度脆性材料的被削材料接触的磨粒层表面（10a）存在的金刚石磨粒（11）的数量成为1～5000个/cm2的磨粒层（10），且保持金刚石磨粒（11）的粘结剂（12）的强度为100～200MPa。

Description

高硬度脆性材料的磨削用磨石
技术领域
本发明涉及LED的基板等所使用的蓝宝石、SiC等的高硬度脆性材料的磨削用磨石。
背景技术
随着近年来LED照明的需要增大，需求高效率、高精度的蓝宝石、SiC磨削用磨石。例如，专利文献1中，提出了一种能够将蓝宝石、碳化硅等的基板外周部以稳定的磨削能力高精度且长寿命地进行倒角加工的轮式旋转磨石。该旋转磨石，金刚石磨粒层为片段（segment）结构，将各片段长度的总长度设为A、将设置于各片段间的间隙部的长度总和设为B时，使B/A大于0。
另外，专利文献2中，提出了一种将蓝宝石、碳化硅等的基板外周部以稳定的磨削能力高精度且高效率地进行钻孔的杯磨石。该杯磨石将安装的片段数设为14以上，将片段与片段间的间隙面积相对于片段的面积设为40%以上，并且将片段的金刚石磨粒的集中度设为20以下。在实施例中，记载了集中度为12.5～30.0的杯磨石。
另外，专利文献3中，记载了一种蓝宝石基板的磨削方法，包括使用第1固定磨粒对蓝宝石基板的第1面进行磨削的工序、使用第2固定磨粒对蓝宝石基板的第1面进行磨削的工序，第2固定磨粒具有比第1固定磨粒小的平均粒径。作为磨粒的一方式，记载了为约0.5体积%以上且约25体积%以下、约1.0体积%与约15体积%、约2.0体积%与约10体积%之间的方式（参照段落[0033]）。
如果使金刚石磨石、CBN磨石等的超磨粒磨石高速旋转对工件进行磨削，则在磨粒顶端逐渐磨损的同时，固定磨粒的粘结剂被碎屑一点一点地削去。其结果，磨粒和/或其周边的粘结剂被削去后退，寿命终止了的磨粒脱落，新的磨粒从下面露出头。通过这样的自生作用，可以利用磨石磨削物体。
另一方面，磨粒通过粘结剂基质被牢固地保持，但如果相对于施加的力，粘结剂的保持力不充分，则有时磨粒在寿命耗尽前脱落。将金刚石作为磨粒的情况下，在磨削中的磨石与工件之间，磨粒的顶端总是维持尖的状态，如果磨粒保持力差，则有时尽管磨粒为还可以使用的状态，但整个粒脱落。成为切片的磨粒，如果发生磨粒的脱落、溃落（shedding），则不仅不经济，还由于磨石的表面突出的「刃」本身消失，从而不能发挥磨石的性能。
另外，磨石的顶端通过使用而磨损，如果粘结剂后退不充分，则达到了寿命的磨粒不会脱落而发生平坦化，形成所谓的「钝化」。该钝化在起因于粘结剂后退不合适的情况，以及蓝宝石、SiC等的维氏硬度HV1（载荷=9.807N）下20GPa以上、杨氏模量400GPa以上、断裂韧性值为以下的高硬度脆性材料时，在想要加工的工件的硬度过高，因此磨粒抵挡不住的情况下发生。
超磨粒磨石根据工件和/或要求的功能，分别对影响锐度的磨粒、影响锐度维持、磨粒固定的粘结剂、影响碎屑逃离的气孔进行控制来设计，以使得如上的不良情况不发生。以往，为了对蓝宝石那样的高硬度脆性材料进行加工，如公知文献所示，一般应用采用金刚石磨粒的加工法。磨石由金刚石磨粒、磨粒的粒度、用于保持磨粒的结合剂的种类、结合的强度、磨粒的集中度等多个要素的组合来决定，在对蓝宝石那样的高硬度脆性材料进行研磨的情况下，需要具有适合于作为目标的材料表面的状态的性能的磨石。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2008-36771号公报
专利文献2：日本特开2008-12606号公报
专利文献3：日本特表2010-514580号公报
发明内容
但是，将蓝宝石等的高硬度脆性材料作为被削材料进行的情况下的磨削机理尚不清楚。因此，实际情况是磨削性能不稳定、缺乏再现性，并且磨削能力不充分、完工性状也不好。另外，以往蓝宝石、SiC那样的高硬度脆性材料的磨削需求并不那么多，因此，花费时间进行就够了，但随着近来LED的迅速普及，期待该基板所使用的蓝宝石的以高效率、高精度的磨削。
因此，在本发明中，目的是提供一种高硬度脆性材料的磨削用磨石，该磨削用磨石是适用于通过对加工时作用于磨粒的力和磨粒的脱落进行控制，来将蓝宝石、SiC那样的高硬度脆性材料以稳定的磨削能力高精度、高效率地进行研磨的。
以往，一般的金刚石磨石为粒度#230（平均粒径约74μm）、磨粒集中度为40～100。这是为了使磨粒进行工作、脱落而发生变化出现新的磨粒，在经验上所决定的。本发明者们对这样的想法从根本上重新认识，想到使以往完全没有研究过的存在于与被削材料接触的磨粒层表面的磨粒数量成为1～5000个/cm2那样地调整磨粒集中度，并且，考虑到能够通过对此和保持磨粒的粘结剂的强度进行控制，来用于蓝宝石等的高硬度脆性材料的磨削，从而完成了本发明。
即，本发明的高硬度脆性材料的磨削用磨石，其特征在于，具有调整了磨粒集中度以使得在与高硬度脆性材料的被削材料接触的磨粒层表面存在的金刚石磨粒的数量成为1～5000个/cm2的磨粒层，且保持金刚石磨粒的粘结剂的强度为100～200MPa。再者，磨粒集中度表示磨粒的体积含有率（集中度200为50%，集中度100为25%），在以往的粒度#230（平均粒径约74μm）下磨粒集中度40～100的金刚石磨石的情况下，磨粒层表面的金刚石磨粒的数量为6000～12000个/cm2左右。根据本发明，金刚石磨粒深深地侵入高硬度脆性材料的被削材料，即使在高速推送下也能够以低负荷进行磨削，并且自生作用有效地发挥作用，能够以稳定的负荷进行连续磨削。
再者，磨粒层表面的金刚石磨粒的数量超过5000个/cm2时，加工时在一粒磨粒上施加的力分散而降低，没有侵入高硬度脆性材料的被削材料，磨粒磨损而变得不能磨削。对高硬度脆性材料的被削材料进行磨削的情况下，金刚石磨粒在被削材料的表面滑动，但本发明的高硬度脆性材料的磨削用磨石，通过将在与该被削材料接触的磨粒层表面存在的金刚石磨粒的数量减少为1～5000个/cm2，从而确保金刚石磨粒切入的深度。
另外，即使在金刚石磨粒的数量为1～5000个/cm2的情况下，如果粘结剂强度超过200MPa，则由于保持金刚石磨粒的力大，磨粒的自生作用不发挥作用，成为因加工导致一点一点磨损了的磨粒被保持的状态，不久变得不能磨削。另外，粘结剂强度低于100MPa时，保持磨粒的力过小，不能发挥磨石的性能。
根据本发明，可得到适用于将蓝宝石、SiC那样的高硬度脆性材料以稳定的磨削能力，高精度、高效率地进行研磨的高硬度脆性材料的磨削用磨石。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的高硬度脆性材料的磨削用磨石的图。
附图标记说明
1    磨削用磨石
2    基体金属
3    片段磨石
4    磨削平面
10   磨粒层
10a  磨粒层表面
11   金刚石磨石
12   粘结剂
具体实施方式
图1表示出本发明的实施方式中的高硬度脆性材料的磨削用磨石1。该磨削用磨石1具备金属制的圆板状的基体金属2和沿基体金属2的外周缘固定的多个片段磨石3。片段磨石3，构成向一面侧（与旋转轴心平行的方向（图的上方））突出的环状磨削平面4。
片段磨石3具有调整了磨粒集中度以使得在与高硬度脆性材料的被削材料接触的磨粒层表面10a存在的金刚石磨粒11的数量成为1～5000个/cm2的磨粒层10。再者，各片段磨石3的磨粒层表面10a为1cm2左右的大致长方形，优选至少在四个角的每个角存在1个并在中心存在1个金刚石磨粒11，该情况为至少5个/cm2以上。另外，从相对于加工负荷的耐久性方面来看，优选设为100个/cm2以上，更优选设为500个/cm2以上。另一方面，上限为5000个/cm2以下，优选设为4500个/cm2以下，更优选设为4000个/cm2以下。另外，保持金刚石磨粒11的粘结剂12的强度设为100～200MPa。再者，本实施方式中的粘结剂12为金属粘结剂，但只要能得到相同程度的强度则其他的粘结剂也可以。
该磨削用磨石1，金刚石磨粒11深深地侵入高硬度脆性材料的被削材料，即使高速推送也能够以低负荷进行磨削，并且自生作用有效地发挥作用，能够以稳定的负荷进行连续磨削，适用于将蓝宝石、SiC那样的高硬度脆性材料以稳定的磨削能力高精度、高效率地进行研磨。
实施例
将上述本发明的实施方式中的磨削用磨石1与以往的磨削用磨石进行了比较。本实施例的磨削用磨石1，将平均粒径约74μm（#230）的金刚石磨粒11分别以集中度20（实施例1）、30（实施例2）与作为粘结剂12的金属粘结剂混合，进行了烧结。另外，作为比较例，将平均粒径约74μm（#230）的金刚石磨粒以集中度40与金属粘结剂混合，进行了烧结。将烧结了的片段磨石粘结于基体金属对表面进行研磨，形成了表面的磨粒数分别为3800个/cm2（实施例1）、5000个/cm2（实施例2）、5500个/cm2（比较例1）、6000个/cm2（比较例2）的磨削用磨石。
将该磨削用磨石安装在纵轴平面磨削盘上，对以圆周状在桌上排列了4枚的厚度900μm的4英寸蓝宝石晶片进行了磨削。实施例1、2的磨削用磨石中，即使将加工速度提高到400μm/分钟加工负荷也稳定地推移，晶片不烧焦直到削薄至厚度300μm。
另一方面，比较例1的磨削用磨石中，加工负荷不稳定、上下推移，产生了几枚烧焦的晶片。另外，采用比较例2的磨削用磨石，在以100μm/分钟的加工速度进行磨削的情况下，加工途中负荷上升，不能继续磨削。此时，磨削用磨石表面的磨粒变为磨损了的状态，晶片变为烧焦变色了的状态。
产业上的利用可能性
本发明的高硬度脆性材料的磨削用磨石，适用于将蓝宝石、SiC那样的高硬度脆性材料以稳定的磨削能力高精度、高效率地进行研磨。

Claims (1)

1.一种高硬度脆性材料的磨削用磨石，具有调整了磨粒集中度以使得在与高硬度脆性材料的被削材料接触的磨粒层表面存在的金刚石磨粒的数量成为1～5000个/cm2的磨粒层，且保持所述金刚石磨粒的粘结剂的强度为100～200MPa。
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