RU2430827C2 - Tool with polishing surface from sintered substance and method of its fabrication - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to abrasive tool with abrasive part containing layer of sintered super abrasive particles and set of abrasive elements with top ends arranged leveled. Abrasive part contains layer of sintered super abrasive particles combined to single part jointed with liner material from cemented carbide. Abrasive elements are arranged in said abrasive part along groups nearby straight grooves. Note here that super abrasive parts are jointed together and with cemented carbide by binder metal fed from cemented carbide at ultrahigh pressure and high temperature so that said super abrasive stays in thermally dynamic stable phase while grooves are formed by cut-out electroerosion processing. ^ EFFECT: high quality abrasive tool, longer life. ^ 24 cl, 17 dwg, 1 tbl, 5 ex

Description

Настоящее изобретение относится к инструменту, имеющему абразивную часть из спеченного суперабразива, и к способу его изготовления. Более конкретно, изобретение относится к абразивному инструменту для обработки химико-механических полирующих (ХМП) пластинок, которые обычно состоят из твердого уретана. Инструмент можно также эффективно использовать для обработки различных полупроводниковых материалов для обеспечения эффективной работы с высокой плоскостностью. Настоящее изобретение относится также к эффективному способу изготовления такого инструмента.The present invention relates to a tool having an abrasive portion of sintered superabrasive, and to a method for its manufacture. More specifically, the invention relates to an abrasive tool for processing chemical-mechanical polishing (CMP) plates, which usually consist of solid urethane. The tool can also be effectively used to process various semiconductor materials to ensure efficient operation with high flatness. The present invention also relates to an effective method for manufacturing such a tool.

В последние годы с развитием технологии многослойного монтажа для производства устройств на супербольших интегральных схемах ХМП используется в качестве эффективного способа для планаризации межслойных изоляционных пленок и пластин из металла, такого как кремний. Для реализации способа ХМП применяются полировальники, которые обычно выполнены из твердого пеноуретана и которые требуют частой обработки поверхности, чтобы обеспечить высокую степень плоскостности и степень полировки пластин.In recent years, with the development of multilayer installation technology for the production of devices on super-large integrated circuits, CMP has been used as an effective method for planarizing interlayer insulating films and wafers made of metal, such as silicon. To implement the CMP method, polishing pads are used, which are usually made of solid foam and which require frequent surface treatment to ensure a high degree of flatness and the degree of polishing of the plates.

Обработка полировальников обычно осуществляется при помощи инструмента, к нижней пластине которого посредством электроосаждения прикреплены алмазные частицы. Известны инструменты для обработки электроосаждением, которые включают в себя такой, например, вращающийся абразивный инструмент, что круговая поверхность инструмента имеет полую центральную область, которая не содержит абразивных частиц. Имеются другие круговые области, расположенные ближе к периферии: на первой из них, расположенной ближе к центральной области, прикреплены посредством электроосаждения мелкие суперабразивные частицы, образующие несколько рядов отстоящих друг от друга выступов, которые имеют форму частичной сферы, а на вторую нанесены посредством электроосаждения суперабразивные частицы вместе с металлом, которые образуют несколько кольцеобразных выступов (патентный документ 1).Processing of polishing pad is usually carried out using a tool, to the bottom plate of which diamond particles are attached by electrodeposition. Known tools for processing by electrodeposition, which include, for example, a rotating abrasive tool such that the circular surface of the tool has a hollow central region that does not contain abrasive particles. There are other circular regions located closer to the periphery: on the first one, located closer to the central region, small superabrasive particles are attached by electrodeposition, forming several rows of spaced protrusions that are in the form of a partial sphere, and superabrasive are deposited on the second particles together with the metal, which form several annular protrusions (patent document 1).

Поскольку суперабразивные частицы прикреплены к базовой пластине только никелевым металлическим осадком, который физически находится на ней, их удерживающая сила не всегда достаточна для обеспечения приемлемого срока службы инструмента, при этом некоторые частицы становятся непрочно прикрепленными в ходе процесса.Since superabrasive particles are attached to the base plate only by a nickel metal deposit that is physically located on it, their holding force is not always sufficient to ensure an acceptable tool life, while some particles become loosely attached during the process.

Известен другой абразивный инструмент, у которого слой абразивного материала содержит частицы алмаза или подобного материала, который прикреплен при помощи синтетической смолы к вращающейся круговой верхней плоской поверхности инструмента; при этом слой разделен радиальными и концентрическими прорезями (патентный документ 2).Another abrasive tool is known in which the layer of abrasive material contains particles of diamond or a similar material, which is attached using synthetic resin to a rotating circular upper flat surface of the tool; wherein the layer is separated by radial and concentric slots (patent document 2).

Однако поскольку такое крепление при помощи синтетической смолы не всегда создает достаточную удерживающую способность абразивных частиц, в некоторых областях применения у инструментов может оказаться недостаточный срок службы. Способ прикрепления при помощи электроосаждения также не всегда может обеспечить достаточный срок службы инструмента.However, since such a fastening with synthetic resin does not always provide sufficient holding capacity for abrasive particles, in some applications the tools may have an insufficient service life. The method of attachment by electrodeposition also may not always provide a sufficient tool life.

Известен также инструмент для заточки, который содержит тонкую пленку из поликристаллического алмаза, осажденного химическим осаждением из паровой фазы на выступы металлической базовой рабочей поверхности (патентный документ 3).A sharpening tool is also known, which comprises a thin film of polycrystalline diamond deposited by chemical vapor deposition onto the protrusions of a metal base work surface (Patent Document 3).

Однако получить тонкую алмазную пленку при помощи этого способа явно трудно, поскольку необходимо следовать неправильной поверхности металлической основы, на которой в определенном порядке расположены выемки и выступы, чтобы обеспечить достаточную удерживающую способность пленки и получить инструмент, обладающий достаточно высокой точностью для удовлетворения требований, которые становятся все более и более жесткими.However, it is clearly difficult to obtain a thin diamond film using this method, since it is necessary to follow the wrong surface of the metal base, on which recesses and protrusions are located in a certain order, in order to ensure sufficient holding power of the film and to obtain a tool with high enough accuracy to meet the requirements that become more and more tough.

Как описано выше, традиционные абразивные инструменты, или инструменты для обработки полировальников, могут иметь только осажденный слой абразивных частиц, верхняя часть которого имеет не единый, а изменяющийся уровень из-за колебаний размеров частиц у отдельных частиц, используемых на базовой пластине. Такая особенность создает проблему, заключающуюся в том, что часть, состоящая только из частиц, которые больше всего выступают из базовой пластины (металлической основы), используется в процессе обработки, и частичная чрезмерная нагрузка может привести к серьезному повреждению частиц, что в конечном счете ведет даже к преждевременному окончанию срока службы инструмента.As described above, traditional abrasive tools, or tools for processing polishing pads, can only have a deposited layer of abrasive particles, the upper part of which does not have a single, but a changing level due to fluctuations in particle sizes of individual particles used on the base plate. This feature creates a problem in that the part consisting only of particles that protrude most from the base plate (metal base) is used in the processing process, and partial excessive loading can cause serious damage to the particles, which ultimately leads to even to premature end of tool life.

Для исключения простоя и расходов на обработку полировальника было бы желательно, чтобы планаризация кремниевых или подобных металлических пластин осуществлялась при помощи инструмента, у которого частицы из алмаза или другого суперабразива были прикреплены к поверхности базовой пластины из жесткого металла, а не при помощи полировальника из пеноуретана и слабоудерживаемых абразивных частиц, которые обычно используются. Это предполагает, что для поверхности слоя абразивных частиц, которые осаждаются на металлическую базовую пластину для создания режущих краев, необходимо обеспечивать и поддерживать однородность с высокой точностью. Такие задачи в полной мере не решены до настоящего времени.To avoid downtime and the cost of processing the polishing pad, it would be desirable for planarization of silicon or similar metal plates to be carried out using a tool in which particles of diamond or other superabrasive material were attached to the surface of the base plate of hard metal, rather than using a polyurethane foam polisher and weakly abrasive particles that are commonly used. This suggests that for the surface of the layer of abrasive particles, which are deposited on a metal base plate to create cutting edges, it is necessary to ensure and maintain uniformity with high accuracy. Such tasks have not been fully resolved to date.

Патентный документ 1: JP, А, 2002-337050Patent Document 1: JP, A, 2002-337050

Патентный документ 2: JP, А, 2004-291184Patent Document 2: JP, A, 2004-291184

Патентный документ 3: JP, А, 10-071559Patent Document 3: JP, A, 10-071559

Одной из целей настоящего изобретения является создание абразивного инструмента, способного к эффективной обработке, и эффективного способа изготовления такого инструмента, причем были устранены вышеописанные проблемы, относящиеся как к удерживающей способности абразивных частиц на базовой пластине, так и к точности отполированных поверхностей. В частности, настоящее изобретение направлено на создание такого инструмента, который можно было бы эффективно использовать в качестве средства обработки ХМП-полировальника. В частности, настоящее изобретение направлено на создание такого инструмента, который можно эффективно использовать в качестве средства обработки ХМП-полировальника, которое обеспечивает эффективное получение высокоточных поверхностей на полупроводниковых пластинах и т.п.One of the objectives of the present invention is to provide an abrasive tool capable of efficient processing and an effective method of manufacturing such a tool, and the above-described problems related to both the holding ability of abrasive particles on the base plate and the accuracy of polished surfaces have been eliminated. In particular, the present invention is directed to the creation of such a tool that could be effectively used as a means of processing an XMP polisher. In particular, the present invention is directed to the creation of such a tool that can be effectively used as a processing tool for an XMP polisher, which provides efficient production of high-precision surfaces on semiconductor wafers, etc.

Изобретатель обнаружил при поиске решения вышеописанных проблем, что их можно решить посредством составления абразивной части из множества абразивных элементов из спеченных суперабразивных частиц, которые расположены определенным образом, и дальнейшие усилия привели к настоящему изобретению.The inventor found while searching for a solution to the above problems that they can be solved by composing the abrasive part from a plurality of abrasive elements from sintered superabrasive particles that are arranged in a certain way, and further efforts led to the present invention.

Согласно изобретению представлен абразивный инструмент, содержащий абразивную часть, которая содержит слой из спеченных суперабразивных частиц, причем указанная абразивная часть содержит множество абразивных элементов, которые имеют верхние концы.The invention provides an abrasive tool comprising an abrasive portion that comprises a layer of sintered superabrasive particles, said abrasive portion comprising a plurality of abrasive elements that have upper ends.

Представлен также такой инструмент, в котором абразивная часть содержит слой спеченных суперабразивных частиц, которые соединены как единое целое с основой из цементированного карбида, и указанные абразивные элементы расположены в указанной абразивной части вдоль групп линейных бороздок.Also provided is such a tool in which the abrasive portion contains a layer of sintered superabrasive particles that are connected integrally with the cemented carbide base, and said abrasive elements are located in said abrasive portion along groups of linear grooves.

Кроме того, представлен такой инструмент, в котором верхние концы абразивных элементов имеют заостренные края.In addition, such a tool is presented in which the upper ends of the abrasive elements have pointed edges.

Кроме того, представлен такой инструмент, в котором абразивные элементы имеют форму усеченной или неусеченной пирамиды.In addition, such a tool is presented in which the abrasive elements are in the form of a truncated or non-truncated pyramid.

Согласно изобретению представлен также такой абразивный инструмент, в котором абразивные элементы имеют форму усеченной прямоугольной пирамиды, у которой по меньшей мере один из верхних краев заострен.The invention also provides such an abrasive tool in which the abrasive elements have the shape of a truncated rectangular pyramid, in which at least one of the upper edges is pointed.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивные элементы имеют форму усеченной или неусеченной треугольной пирамиды.In addition, such an abrasive tool is presented in which the abrasive elements are in the form of a truncated or un-truncated triangular pyramid.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, у которого абразивные элементы имеют форму усеченной треугольной пирамиды, у которой по меньшей мере один из верхних краев заострен.In addition, such an abrasive tool is presented in which the abrasive elements have the shape of a truncated triangular pyramid, in which at least one of the upper edges is pointed.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, у которого верхняя часть абразивных элементов содержит прямолинейное ребро.In addition, such an abrasive tool is presented in which the upper part of the abrasive elements contains a straight edge.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, у которого абразивные элементы имеют форму прямоугольной или треугольной пирамиды и расположены с шагом 200 мкм или более, но не свыше 1500 мкм.In addition, such an abrasive tool is presented in which the abrasive elements have the shape of a rectangular or triangular pyramid and are arranged with a pitch of 200 μm or more, but not more than 1500 μm.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивные элементы имеют форму неусеченной прямоугольной или треугольной пирамиды и имеют высоту 30 мкм или более, но не свыше 200 мкм.In addition, such an abrasive tool is presented in which the abrasive elements are in the form of an unbroken rectangular or triangular pyramid and have a height of 30 μm or more, but not more than 200 μm.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором суперабразивом является алмаз.In addition, such an abrasive tool is presented in which diamond is a super-abrasive.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором алмазные частицы имеют номинальный размер частиц от 40 до 60 мкм или менее.In addition, such an abrasive tool is provided in which diamond particles have a nominal particle size of 40 to 60 microns or less.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором слой спеченных суперабразивных частиц имеет толщину 0,1 мм или более.In addition, such an abrasive tool is provided in which a layer of sintered superabrasive particles has a thickness of 0.1 mm or more.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, отличающийся тем, что указанный абразивный инструмент имеет круглую или кольцеобразную форму.In addition, such an abrasive tool is provided, characterized in that said abrasive tool has a round or annular shape.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивная часть имеет круглую или кольцеобразную форму.In addition, such an abrasive tool is provided in which the abrasive portion has a circular or annular shape.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивная часть имеет внешний диаметр 90 мм или более.In addition, such an abrasive tool is provided in which the abrasive portion has an outer diameter of 90 mm or more.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивная часть имеют высоту 1 мм или менее относительно дна бороздок.In addition, an abrasive tool is provided in which the abrasive portion has a height of 1 mm or less relative to the bottom of the grooves.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивная часть состоит из 2-4 равных сегментов, которые имеют форму сектора с одинаковым центральным углом.In addition, such an abrasive tool is presented in which the abrasive part consists of 2-4 equal segments that have the shape of a sector with the same central angle.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором каждый указанный сегмент содержит две группы бороздок, первая группа параллельна радиальной границе сегмента, а вторая группа расположена таким образом, что перпендикулярно пересекает указанную первую группу.In addition, such an abrasive tool is presented in which each said segment contains two groups of grooves, the first group is parallel to the radial boundary of the segment, and the second group is located in such a way that it crosses the indicated first group perpendicularly.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором абразивная часть состоит из 3-6 равных сегментов, которые имеют форму сектора с одинаковым центральным углом.In addition, such an abrasive tool is presented in which the abrasive part consists of 3-6 equal segments that have the shape of a sector with the same central angle.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором каждый указанный сегмент содержит три группы бороздок, и первая группа расположена параллельно радиальной границе сегмента, а вторая и третья группы расположены таким образом, что пересекают первую группу соответственно под углом 60° и 120°.In addition, such an abrasive tool is presented in which each said segment contains three groups of grooves, and the first group is parallel to the radial boundary of the segment, and the second and third groups are arranged so that they intersect the first group at an angle of 60 ° and 120 °.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором бороздки образуются при помощи вырезного электроэрозионного станка.In addition, such an abrasive tool is presented in which grooves are formed using a cut EDM machine.

Кроме того, представлен такой абразивный инструмент, в котором указанный абразивный инструмент представляет собой средство обработки ХМП-полировальника.In addition, such an abrasive tool is provided in which said abrasive tool is a means for processing an XMP polisher.

Согласно изобретению представлен способ изготовления абразивного инструмента, имеющего абразивную часть, которая содержит слой из спеченных суперабразивных частиц, причем указанная абразивная часть содержит множество абразивных элементов, верхние концы которых расположены на одном уровне, содержащий этапы, на которых:According to the invention, there is provided a method of manufacturing an abrasive tool having an abrasive part that comprises a layer of sintered superabrasive particles, said abrasive part comprising a plurality of abrasive elements, the upper ends of which are located at the same level, comprising stages in which:

1) обеспечивают спеченный композитный материал, который содержит спеченные суперабразивные частицы, которые соединены как единое целое с базовой пластиной из цементированного карбида,1) provide a sintered composite material that contains sintered superabrasive particles that are connected as a whole with a cemented carbide base plate,

2) выравнивают указанную композитную поверхность, и2) align the specified composite surface, and

3) разрезают указанную композитную поверхность с образованием групп прямолинейных бороздок и матрицы из абразивных элементов вдоль указанных бороздок.3) cut the specified composite surface with the formation of groups of straight grooves and a matrix of abrasive elements along these grooves.

Представлен также такой метод, содержащий этапы, на которых:Also presented is such a method, containing stages in which:

1) обеспечивают спеченный композитный материал, содержащий слой спеченных суперабразивных частиц, которые соединены как единое целое с базовой пластиной из цементированного карбида,1) provide a sintered composite material containing a layer of sintered superabrasive particles that are connected as a whole with a cemented carbide base plate,

2) прорезают указанный композитный материал для получения сегмента в форме сектора,2) cut the specified composite material to obtain a segment in the form of a sector,

3) собирают множество сегментов, геометрическая форма которых идентична форме сегмента, указанного в п.2), с одинаковым центральным углом,3) collect a lot of segments whose geometric shape is identical to the shape of the segment specified in clause 2), with the same central angle,

4) располагают указанные сегменты близко друг к другу, чтобы они образовали композитную поверхность, имеющую в целом круглую или кольцеобразную форму, прикрепляют указанные сегменты к базовой пластине на ее плоскую поверхность, и4) place these segments close to each other so that they form a composite surface having a generally round or annular shape, attach these segments to the base plate on its flat surface, and

5) разрезают указанные сегменты для получения матрицы абразивных элементов на указанном композитном материале, причем группа бороздок образуется параллельно радиальной границе каждого сегмента, полученного в п.4).5) cut these segments to obtain a matrix of abrasive elements on the specified composite material, and a group of grooves is formed parallel to the radial border of each segment obtained in paragraph 4).

Кроме того, представлен такой описанный выше способ, в котором абразивная часть, снабженная абразивными элементами пониженной высоты, прорезается вдоль указанных бороздок при помощи вырезного электроэрозионного станка.In addition, such a method described above is presented in which an abrasive part provided with abrasive elements of reduced height is cut along said grooves with the help of a cutting EDM machine.

При помощи абразивной части, содержащей спеченные суперабразивные частицы, абразивный инструмент согласно настоящему изобретению имеет преимущество перед традиционными способами, заключающееся в том, что обеспечивается существенно более высокая удерживающая способность суперабразивных частиц и, таким образом, минимизируется риск отпадения суперабразивных частиц из-за процесса спекания, который проводится в условиях, сочетающих ультравысокое давление и высокую температуру, при которых алмаз находится в термодинамически стабильной фазе углерода, тогда как связующий металл расплавляется. Более высокой удерживающей способности можно достичь, в частности, в случае, когда алмаз используется в качестве суперабразива, поскольку алмазные частицы прочно соединены друг с другом в результате частичного растворения металлом на поверхности алмаза.By using the abrasive portion containing sintered superabrasive particles, the abrasive tool according to the present invention has the advantage over traditional methods in that it provides a significantly higher holding capacity of the superabrasive particles and thus minimizes the risk of superabrasive particles falling off due to the sintering process, which is carried out under conditions combining ultra-high pressure and high temperature, in which the diamond is thermodynamically stable phase of carbon, while the binder metal is melted. A higher holding capacity can be achieved, in particular, in the case when the diamond is used as a superabrasive, since diamond particles are firmly connected to each other as a result of partial dissolution by the metal on the surface of the diamond.

Кроме того, хотя зачастую трудно получить всю абразивную часть большого диаметра в сочетании с достаточной общей прочностью, это можно осуществить при помощи настоящего изобретения, которое позволяет получить абразивную часть большой площади без значительной деформации с высокой степенью точности, причем спеченная масса суперабразивных частиц изготавливается из множества частичных абразивных частей, поскольку абразивные части большого диаметра получают посредством нарезания веерообразных абразивных частей большого диаметра из спеченной массы суперабразивных частиц малого диаметра, в которой отсутствует неровность спекания, и посредством соединения множества указанных частичных абразивных частиц.In addition, although it is often difficult to obtain the entire abrasive part of a large diameter in combination with sufficient overall strength, this can be done using the present invention, which allows to obtain the abrasive part of a large area without significant deformation with a high degree of accuracy, and the sintered mass of superabrasive particles is made of many partial abrasive parts, since abrasive parts of large diameter are obtained by cutting fan-shaped abrasive parts of large diameter from the cured mass of small diameter superabrasive particles in which there is no sintering unevenness, and by combining a plurality of said partial abrasive particles.

При помощи абразивной части согласно изобретению в случае, когда абразивные элементы истираются и уменьшаются в процессе эксплуатации, абразивные элементы и бороздки можно легко восстановить несколько раз посредством электроэрозионного станка, например, вдоль каждой бороздки, поскольку абразивные элементы формируют на абразивной части, которая содержит достаточно толстый поверхностный слой спеченных суперабразивных частиц.Using the abrasive part according to the invention in the case when the abrasive elements are abraded and reduced during operation, the abrasive elements and grooves can be easily restored several times using an EDM machine, for example, along each groove, since the abrasive elements are formed on the abrasive part, which contains a sufficiently thick surface layer of sintered superabrasive particles.

Кроме того, поскольку согласно изобретению абразивные элементы вырезают из прессованного или блочного спеченного суперабразива или, как правило, из алмазных частиц посредством вырезной электроэрозионного обработки или аналогичного процесса электроэрозионной обработки, то согласно изобретению им можно придать любую форму и, таким образом, можно легко обеспечить более высокую по сравнению с уровнем техники степень точности инструмента при формировании треугольных или прямоугольных пирамид при помощи способа согласно изобретению на уровне верхних концов и бороздок абразивных элементов.In addition, since according to the invention, the abrasive elements are cut from a pressed or block sintered superabrasive or, as a rule, from diamond particles by means of die-cutting EDM or a similar process of EDM, according to the invention they can be given any shape and, thus, it is easy to provide more a high degree of accuracy of the tool compared with the prior art when forming triangular or rectangular pyramids using the method according to the invention on a level of the upper ends and grooves of abrasive elements.

В частности, в случае использования в качестве средства для обработки ХМП-полировальника абразивный инструмент согласно изобретению весьма эффективен для получения высокоточной поверхности полупроводниковых металлов.In particular, when used as a means for processing an XMP polisher, the abrasive tool according to the invention is very effective for producing a high-precision surface of semiconductor metals.

На фиг.1 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента (пример 1) согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения.Figure 1 shows an explanatory view (top) of an abrasive tool (example 1) according to one embodiment of the present invention.

На фиг.2 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента (пример 2) согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения.Figure 2 shows an explanatory view (top) of an abrasive tool (example 2) according to another embodiment of the present invention.

На фиг.3 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения.Figure 3 shows an explanatory view (top) of an abrasive tool according to another embodiment of the present invention.

На фиг.4 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения.4 is an explanatory view (top view) of an abrasive tool according to another embodiment of the present invention.

На фиг.5 приведен подробный вид части, изображенной на фиг.4.Figure 5 shows a detailed view of the part depicted in figure 4.

На фиг.6 приведен подробный вид части, изображенной на фиг.1.In Fig.6 shows a detailed view of the part depicted in Fig.1.

На фиг.7 приведен пояснительный вид (сверху) примера конструкции абразивных элементов абразивного инструмента согласно изобретению.Figure 7 shows an explanatory view (top) of an example of the design of the abrasive elements of the abrasive tool according to the invention.

На фиг.8 приведен пояснительный вид в разрезе по линии А-А на фиг.7.On Fig shows an explanatory view in section along the line aa in Fig.7.

На фиг.9 приведен пояснительный вид (сверху) другого примера конструкции абразивных элементов абразивного инструмента согласно изобретению.Figure 9 shows an explanatory view (top) of another example of the design of the abrasive elements of the abrasive tool according to the invention.

На фиг.10 приведен пояснительный вид в разрезе по линии В-В на фиг.9.Figure 10 shows an explanatory view in section along the line BB in figure 9.

На фиг.11 приведена схематическая иллюстрация вырезного электроэрозионного процесса обработки, который можно использовать в способе изготовления абразивного инструмента согласно варианту выполнения изобретения.11 is a schematic illustration of a cut-out EDM machining process that can be used in a method for manufacturing an abrasive tool according to an embodiment of the invention.

На фиг.12 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно другому варианту выполнения изобретения.12 is an explanatory view (top view) of an abrasive tool according to another embodiment of the invention.

На фиг.13 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно другому варианту выполнения изобретения.FIG. 13 is an explanatory view (top view) of an abrasive tool according to another embodiment of the invention.

На фиг.14 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно еще одному варианту выполнения изобретения.On Fig shows an explanatory view (top) of an abrasive tool according to another variant embodiment of the invention.

На фиг.15 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно еще одному варианту выполнения изобретения.On Fig shows an explanatory view (top) of an abrasive tool according to another variant embodiment of the invention.

На фиг.16 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно еще одному варианту выполнения изобретения.On Fig shows an explanatory view (top) of an abrasive tool according to another embodiment of the invention.

На фиг.17 приведен пояснительный вид (сверху) абразивного инструмента согласно еще одному варианту выполнения изобретения.On Fig shows an explanatory view (top) of an abrasive tool according to another variant embodiment of the invention.

Обозначения номеров позицийItem Number Designations

1 Абразивный инструмент1 Abrasive tool

2 Абразивный элемент2 abrasive element

3 Бороздка3 groove

4 Абразивный инструмент4 Abrasive tool

5 Абразивный элемент5 abrasive element

6 Бороздка6 groove

7 Абразивный инструмент7 Abrasive tool

8 Абразивный элемент8 abrasive element

9 Бороздка9 groove

10 Абразивная часть10 Abrasive part

12 Группа параллельных бороздок в первом направлении12 A group of parallel grooves in the first direction

13, 14 Боковая поверхность (усеченной) пирамиды13, 14 Lateral surface of the (truncated) pyramid

16 Группа параллельных бороздок во втором направлении16 Group of parallel grooves in the second direction

17, 18 Наклонная боковая поверхность пирамиды17, 18 The inclined side surface of the pyramid

19 Абразивный элемент в форме (усеченной) прямоугольной пирамиды19 Abrasive element in the form of a (truncated) rectangular pyramid

22 Группа параллельных бороздок в первом направлении22 Group of parallel grooves in the first direction

23, 24 Наклонная боковая поверхность треугольной пирамиды23, 24 The inclined side surface of the triangular pyramid

25 Абразивная часть25 Abrasive part

27 Группа параллельных бороздок во втором направлении27 Group of parallel grooves in the second direction

28, 29 Наклонная боковая поверхность28, 29 Inclined side surface

31 Группа параллельных бороздок в третьем направлении31 Group of parallel grooves in the third direction

32, 33 Наклонная боковая поверхность32, 33 Inclined side surface

34 Абразивный элемент в форме треугольной пирамиды34 Abrasive element in the shape of a triangular pyramid

41 Проволока для электроэрозионной обработки41 Wire for EDM

42 Абразивная часть42 Abrasive part

43, 44 Абразивный элемент43, 44 abrasive element

51 Абразивная часть51 Abrasive part

52 Круговая базовая пластина52 circular base plate

53 Группа прямолинейных бороздок53 Group of straight grooves

55 Вторая группа бороздок55 The second group of grooves

58 Наклонная периферийная часть58 Inclined peripheral part

61 Абразивная часть61 Abrasive part

62 Круговая базовая пластина62 circular base plate

63 Группа прямолинейных бородок63 Group of straight beards

65 Вторая группа бороздок65 The second group of grooves

66 Третья группа бороздок66 The third group of grooves

68 Наклонная периферийная часть68 Inclined peripheral part

69 Наклонная периферийная часть69 Inclined peripheral part

71 Абразивная часть71 Abrasive part

72 Круговая базовая пластина72 circular base plate

73 Группа прямолинейных бороздок73 Group of straight grooves

74 Граница74 Border

75 Вторая группа бороздок75 The second group of grooves

81 Абразивная часть81 abrasive part

82 Круговая базовая пластина82 circular base plate

83 Группа прямолинейных бороздок83 Group of straight grooves

84 Граница84 Boundary

85 Вторая группа бороздок85 The second group of grooves

91 Абразивная часть91 abrasive part

92 Круговая базовая пластина92 circular base plate

93 Группа прямолинейных бороздок93 A group of straight grooves

94 Граница94 Boundary

95 Вторая группа бороздок95 The second group of grooves

96 Третья группа бороздок96 The third group of grooves

101 Абразивная часть101 abrasive part

102 Круговая базовая пластина102 circular base plate

103 Группа прямолинейных бороздок103 Group of straight grooves

104 Граница104 Frontier

105 Вторая группа бородок105 The second group of barbs

106 Третья группа бороздок106 The third group of grooves

В настоящем изобретении используются в качестве материала прессованные блоки спеченных частиц суперабразива, такого как алмаз и c-BN (кубический нитрид бора), который можно получить известным способом, в соответствии с которым суперабразивные частицы обрабатываются в условиях, сочетающих сверхвысокое давление и высокую температуру. Поскольку продукты, полученные в результате процесса, могут испытывать значительную деформацию, ее необходимо предварительно снять для получения приблизительно плоской поверхности, например, при помощи формовочной электроэрозионной обработки. В результате создаются абразивные элементы, которые предназначены для того, чтобы вступать в непосредственный контакт с обрабатываемой поверхностью, при помощи поэтапного формирования бороздок и боковых граней выступов в соответствии с вариантом выполнения изобретения, как подробно описано в настоящем документе.In the present invention, pressed blocks of sintered superabrasive particles, such as diamond and c-BN (cubic boron nitride), which can be obtained in a known manner, according to which superabrasive particles are processed under conditions combining ultra-high pressure and high temperature, are used as material. Since the products obtained as a result of the process can undergo significant deformation, it must first be removed to obtain an approximately flat surface, for example, by molding EDM. As a result, abrasive elements are created that are intended to come into direct contact with the surface to be treated by stepwise forming grooves and lateral faces of the protrusions in accordance with an embodiment of the invention, as described in detail herein.

Такое предварительное выравнивание не требуется для некоторых имеющихся в продаже прессованных материалов, имеющих готовую плоскую поверхность.Such pre-leveling is not required for some commercially available pressed materials having a finished flat surface.

Для создания таких бороздок существуют различные способы, в том числе вырезная электроэрозионная обработка, формовочная электроэрозионная обработка, другие способы точной электроэрозионной обработки и лазерная обработка; предпочтительно использовать вырезную электроэрозионную обработку, особенно для получения острых верхушек абразивных элементов.To create such grooves, there are various methods, including cut-out EDM, molding EDM, other methods of precise EDM and laser processing; it is preferable to use an edged electrical discharge machining, especially to obtain sharp tips of abrasive elements.

Процесс вырезной электроэрозионной обработки обычно выполняется под управлением программы, в соответствии с которой проволочный электрод протаскивается вдоль рабочей поверхности спеченных суперабразивных частиц, чтобы вызвать электрический разряд между проволокой и некоторой составляющей рабочего материала, чтобы таким образом удалить материал.The die cutting EDM process is usually carried out under the control of a program in which a wire electrode is pulled along the working surface of the sintered superabrasive particles to cause an electric discharge between the wire and some component of the working material, in order to thereby remove the material.

В абразивном инструменте согласно настоящему изобретению такие элементы можно создать, например, посредством вырезания нескольких пересекающихся групп бороздок, именуемых в дальнейшем "группами разделяющих бороздок", на поверхности, круговой или кольцеобразной с центральным отверстием, прессованных спеченных суперабразивных частиц для получения секционированной абразивной поверхности. Или же их можно получить при помощи электроэрозионной обработки с использованием формующего электрода, имеющего формующую поверхность с соответствующим рисунком.In the abrasive tool according to the present invention, such elements can be created, for example, by cutting out several intersecting groove groups, hereinafter referred to as "groove separating groups", on a surface, circular or annular with a central hole, pressed sintered superabrasive particles to obtain a sectioned abrasive surface. Or they can be obtained by EDM using a forming electrode having a forming surface with the corresponding pattern.

Группы прямолинейных бороздок удобно образовать либо на поверхности спеченных суперабразивных частиц, либо на поверхности электрода.It is convenient to form groups of rectilinear grooves either on the surface of sintered superabrasive particles or on the surface of the electrode.

Такие группы разделяющих бороздок могут быть расположены различным образом. Их можно образовывать на круговом прессованном материале, например, по две (фиг.1) или три (фиг 2) группы параллельных прямолинейных бороздок, которые пересекаются соответственно под углом 90° или 60° и проходят через равные промежутки от периферийной точки на одной стороне внешнего периметра круга до соответствующей точки на противоположной стороне. В этих случаях создаются соответственно прямоугольные или треугольные абразивные элементы.Such groups of dividing grooves can be arranged in various ways. They can be formed on a circular pressed material, for example, two (Fig. 1) or three (Fig. 2) groups of parallel rectilinear grooves that intersect at an angle of 90 ° or 60 °, respectively, and pass through equal intervals from a peripheral point on one side of the outer circle perimeter to the corresponding point on the opposite side. In these cases, rectangular or triangular abrasive elements are created respectively.

Абразивные элементы могут также иметь в своей верхней части форму прямолинейного ребра или аналогичную форму (на фиг.3 приведен абразивный элемент с ребрами, идущими от одного конца абразивной части к другому; на фиг.4 и 5 основа каждого абразивного элемента имеет прямоугольную форму). Ребра формируются по существу параллельно более длинным сторонам в случае абразивных элементов на основе прямоугольника, когда электрод, используемый при электроэрозионной обработке, протягивается прямолинейно и образует при проходе каждую борозду и смежные наклонные стороны.The abrasive elements may also have a straight rib shape or a similar shape in their upper part (Fig. 3 shows an abrasive element with ribs extending from one end of the abrasive part to the other; in Figs. 4 and 5, the base of each abrasive element has a rectangular shape). The ribs are formed essentially parallel to the longer sides in the case of abrasive elements based on a rectangle, when the electrode used in EDM is stretched linearly and forms each groove and adjacent inclined sides during passage.

Кроме того, предпочтительно в случае применения в качестве средства обработки ХМП-полировальника, но необязательно в других областях применения, чтобы у линий и рядов абразивных элементов прямоугольной пирамиды был одинаковый шаг.In addition, it is preferable in the case of application as a means of processing an XMP polisher, but not necessarily in other applications, so that the lines and rows of abrasive elements of a rectangular pyramid have the same step.

В описанных выше примерах необходимо, чтобы каждый абразивный элемент имел достаточно маленький верхний конец, а соседние абразивные элементы находились на достаточном расстоянии от него, чтобы они могли работать эффективно в абразивном процессе. На фиг.6, на которой схематически приведен в качестве примера подробный вид части абразивного инструмента 1, изображенного на фиг.1, показана некоторая площадка на вершине абразивных элементов. Отношение площади (Y) такой площадки к площади (Y) основания абразивного элемента 2 можно определить посредством вычитания суммарной площади сечения всех соседних бороздок 3 из площади радиального сечения всего слоя спеченных суперабразивных частиц; соотношение 50% или менее и, в частности, от 2 до 25% дает, как было обнаружено, хорошие результаты.In the examples described above, it is necessary that each abrasive element has a sufficiently small upper end, and adjacent abrasive elements are at a sufficient distance from it so that they can work effectively in the abrasive process. Figure 6, which schematically shows as an example a detailed view of part of the abrasive tool 1 shown in figure 1, shows some area on top of the abrasive elements. The ratio of the area (Y) of such a site to the area (Y) of the base of the abrasive element 2 can be determined by subtracting the total cross-sectional area of all neighboring grooves 3 from the radial section area of the entire layer of sintered superabrasive particles; a ratio of 50% or less and, in particular, from 2 to 25% gives, as was found, good results.

Кроме того, абразивный элемент должен предпочтительно иметь угол при вершине от 30° до 120°, и, в частности, от 60° до 90°, и, более конкретно, приблизительно от 70° до 80°.In addition, the abrasive element should preferably have an apex angle of from 30 ° to 120 °, and in particular from 60 ° to 90 °, and more particularly from about 70 ° to 80 °.

Глубина бороздок (или высота абразивных элементов над дном бороздок) должна быть не менее 0,1 мм, но не более 1 мм; особенно подходящей является глубина не менее 0,15 мм, но не более 0,3 мм. Слишком мелкие бороздки не обеспечивают эффективного удаления мусора в процессе работы, что часто приводит к чрезмерно высокому сопротивлению при полировке. Слишком глубокие бороздки, напротив, могут привести к недостаточной прочности абразивных элементов, не считая необходимости в более глубоком слое спеченных суперабразивных частиц.The depth of the grooves (or the height of the abrasive elements above the bottom of the grooves) should be at least 0.1 mm, but not more than 1 mm; particularly suitable is a depth of not less than 0.15 mm, but not more than 0.3 mm. Too small grooves do not provide effective removal of debris during operation, which often leads to excessively high resistance during polishing. Too deep grooves, on the contrary, can lead to insufficient strength of the abrasive elements, not considering the need for a deeper layer of sintered superabrasive particles.

Хотя может быть удобно, чтобы абразивные элементы были сформированы в виде призмы с линейной или треугольной, четырехугольной или многоугольной вершиной, боковые стороны были вертикальны относительно базовой пластины, а горизонтальные поперечные сечения были одинаковыми по всей высоте, режущая способность инструмента может быть повышена, если по меньшей мере одна боковая сторона, и в особенности грань на ведущей стороне по ходу вращения, была бы наклонена назад относительно плоскости, параллельной оси.Although it may be convenient for the abrasive elements to be formed as a prism with a linear or triangular, quadrangular or polygonal vertex, the sides are vertical relative to the base plate and the horizontal cross sections are the same throughout the height, the cutting ability of the tool can be increased if at least one lateral side, and in particular a face on the leading side in the direction of rotation, would be inclined backward relative to a plane parallel to the axis.

Что касается формы абразивных элементов, то в случае наклонных боковых поверхностей по всему периметру предпочтительны усеченные пирамиды, например прямоугольные и треугольные, а для улучшения режущей способности еще более предпочтительны неусеченные пирамиды с острым концом.As for the shape of the abrasive elements, truncated pyramids, for example rectangular and triangular, are preferred for inclined lateral surfaces around the perimeter, and truncated pyramids with a sharp end are even more preferred.

Еще более высокой режущей способности можно добиться в случае расположения абразивных элементов в форме призмы или пирамиды, если прошлифовать одну или несколько боковых поверхностей, прямоугольных или треугольных, в различных направлениях с целью заострить верхний край или точку.An even higher cutting ability can be achieved if the abrasive elements are in the shape of a prism or a pyramid, if one or several side surfaces, rectangular or triangular, are polished in different directions in order to sharpen the top edge or point.

В частности, такой процесс заострения применяется для одной стороны многоугольной (обычно треугольной или прямоугольной) вершины абразивного элемента, имеющего форму многоугольной призмы или усеченной пирамиды с многоугольной верхней поверхностью; хорошую режущую способность можно обеспечить при помощи абразивных элементов в прямоугольной или треугольной пирамиде и без такого заострения.In particular, such a sharpening process is applied to one side of a polygonal (usually triangular or rectangular) vertex of an abrasive element having the form of a polygonal prism or a truncated pyramid with a polygonal upper surface; good cutting ability can be achieved with abrasive elements in a rectangular or triangular pyramid and without such a sharpening.

Абразивная часть согласно настоящему изобретению имеет наружный диаметр 90 мм, причем слой спеченных суперабразивных частиц имеет толщину не менее 0,1 мм, но не более 1 мм. Для слоя спеченных суперабразивных частиц можно использовать прессованный поликристаллический алмаз (ПКА) и поликристаллический кубический нидрид бора (ПКНБ), в которых на одной стороне имеется подкладка из карбидового сплава, которая представляет собой композит на основе карбида вольфрама или композит на основе карбида другого металла VI группы периодической таблицы. Прессованная заготовка приклеивается подкладочной стороной к базовой пластине инструмента; на противоположной стороне проделываются бороздки, чтобы ее можно было использовать в качестве абразивной части.The abrasive part according to the present invention has an outer diameter of 90 mm, and the layer of sintered superabrasive particles has a thickness of not less than 0.1 mm, but not more than 1 mm. For a layer of sintered superabrasive particles, extruded polycrystalline diamond (PKA) and polycrystalline cubic boron nitride (PCNB) can be used, in which there is a carbide alloy lining on one side, which is a composite based on tungsten carbide or a composite based on carbide of another metal of group VI periodic table. The pressed blank is glued with the lining side to the base plate of the tool; grooves are made on the opposite side so that it can be used as an abrasive part.

Такие прессованные заготовки доступны обычно в виде диска, который является продуктом процесса однонаправленного гидростатического сжатия в условиях сверхвысокого давления и высокой температуры. В случае, если прессованной заготовки требуемого диаметра нет в наличии, то при условии, что требования к плоскостности являются не очень жесткими, инструмент согласно изобретению можно получить, приготовив несколько сегментов абразивных частей, которые затем собираются вместе.Such pressed blanks are usually available in the form of a disk, which is the product of a unidirectional hydrostatic compression process under ultrahigh pressure and high temperature. If the pressed workpiece of the required diameter is not available, provided that the flatness requirements are not very stringent, the tool according to the invention can be obtained by preparing several segments of abrasive parts, which are then assembled together.

В случае, когда абразивная часть составлена из нескольких сегментов, целесообразно создавать бороздку вдоль граничных линий, чтобы распределение абразивных элементов было как можно более равномерным по всей поверхности абразивной части. В таком случае может быть получено хорошее взаимное расположение абразивных элементов без какой-либо неупорядоченности, если не считать некоторого участка, близкого к периферии, при этом абразивная часть разделена на два или четыре сегмента двумя группами параллельных бороздок, пересекающих друг друга по углом 90°, и таким образом образуются абразивные элементы в форме прямоугольной пирамиды, усеченной или неусеченной.In the case when the abrasive part is composed of several segments, it is advisable to create a groove along the boundary lines so that the distribution of the abrasive elements is as uniform as possible over the entire surface of the abrasive part. In this case, a good relative position of the abrasive elements without any disorder can be obtained, except for some area close to the periphery, while the abrasive part is divided into two or four segments by two groups of parallel grooves intersecting each other at an angle of 90 °, and in this way, abrasive elements are formed in the shape of a rectangular pyramid, truncated or not truncated.

В то же время в случае абразивной части, состоящей из трех-шести сегментов, аналогичное хорошее взаимное расположение можно получить, если нарезать три группы отстоящих друг от друга на одинаковом расстоянии параллельных бороздок, которые пересекают друг друга под углом 120°, а также три боковые поверхности для создания матрицы абразивных элементов в форме усеченной или неусеченной треугольной пирамиды.At the same time, in the case of the abrasive part, consisting of three to six segments, a similar good relative position can be obtained by cutting three groups of parallel grooves spaced from each other at the same distance, which intersect each other at an angle of 120 °, as well as three side surfaces to create a matrix of abrasive elements in the form of a truncated or un-truncated triangular pyramid.

Короче говоря, в случае прямоугольной пирамиды сначала на поверхности абразивной части формируют прямолинейные бороздки при помощи электрического разряда посредством проведения электродной проволокой электроэрозионного станка по поверхности абразивной части. Затем проволоку ведут в направлении оси Z относительно поверхности абразивной части, чтобы пересечь и прорезать абразивную часть для создания боковой поверхности (усеченной) прямоугольной пирамиды рядом с бороздкой. Эту операцию повторяют для создания группы бороздок.In short, in the case of a rectangular pyramid, rectilinear grooves are first formed on the surface of the abrasive part by means of an electric discharge by means of conducting an EDM machine wire over the surface of the abrasive part. Then the wire is led in the direction of the Z axis relative to the surface of the abrasive part in order to cross and cut through the abrasive part to create a lateral surface (truncated) of a rectangular pyramid next to the groove. This operation is repeated to create a group of grooves.

В изобретении вершина пирамиды содержит одну или несколько алмазных частиц. Поэтому в геометрическом смысле никакую пирамиду получить нельзя, поскольку даже мельчайшая алмазная частица имеет некоторый объем. Однако в изобретении мы называем пирамиду неусеченной, когда диаметр вершины существенно мал по сравнению с диаметром основания. Очевидно, у усеченной пирамиды вершина в каждом направлении больше, чем у соответствующей пирамиды.In the invention, the top of the pyramid contains one or more diamond particles. Therefore, in the geometric sense, no pyramid can be obtained, since even the smallest diamond particle has a certain volume. However, in the invention we call the pyramid unbroken when the diameter of the vertex is substantially small compared to the diameter of the base. Obviously, the truncated pyramid has a vertex in each direction greater than the corresponding pyramid.

Для создания абразивных элементов в виде (усеченной) пирамиды, таких как, например, показаны на фиг.7 и 8, сначала на поверхности абразивной части 10 формируют группу параллельных бороздок (одна из которых в качестве примера обозначена позицией 12, каковое обозначение используется ниже), расположенных на равном расстоянии друг от друга в первом направлении 11, и две боковые поверхности (обозначенные позициями 13 и 14, каковые обозначения также используются ниже) прямоугольных пирамид. Затем абразивная часть 10 поворачивается вместе с базовой пластиной на 90° вокруг оси кольца, после чего аналогичным образом формируется другая группа параллельных бороздок (одна из которых, выбранная в качестве примера, обозначена позицией 16) во втором направлении 15, а также две другие боковые поверхности (примеры, которые обозначены позициями 17 и 18, каковые обозначения используются ниже) пирамид. Таким образом получают две группы параллельных бороздок, которые перпендикулярно пересекают друг друга, и абразивные элементы 19 в виде (усеченной) прямоугольной пирамиды, которые расположены вдоль указанных бороздок. На фиг.5 приведен вид в разрезе по линии А-А на фиг.7.To create abrasive elements in the form of a (truncated) pyramid, such as, for example, shown in Figs. 7 and 8, first a group of parallel grooves is formed on the surface of the abrasive part 10 (one of which is indicated by 12 as an example, which is used below) located at an equal distance from each other in the first direction 11, and two side surfaces (indicated by positions 13 and 14, which are also used below) of rectangular pyramids. Then, the abrasive part 10 rotates with the base plate 90 ° around the axis of the ring, after which another group of parallel grooves (one of which, chosen as an example, is indicated by 16) in the second direction 15, as well as two other side surfaces, are formed in a similar way. (examples that are indicated by positions 17 and 18, which designations are used below) of the pyramids. Thus, two groups of parallel grooves are obtained that intersect each other perpendicularly, and abrasive elements 19 in the form of a (truncated) rectangular pyramid that are located along these grooves. Figure 5 shows a sectional view along the line aa in figure 7.

В вышеприведенном описании, для получения абразивных элементов в виде треугольной пирамиды, таких как показаны на фиг.9 и 10, формируют группу параллельных бороздок 22 в первом направлении 21 и наклонные поверхности 23, 24 пирамиды, примыкающие к этим бороздкам. Затем абразивную часть 20 поворачивают на 120° вокруг центральной оси абразивной части 25, и таким же образом формируют другую группу параллельных бороздок 27 на равном расстоянии друг от друга во втором направлении 26 и формируют примыкающие наклонные боковые поверхности 28, 29 посредством вырезной электроэрозионной обработки.In the above description, to obtain abrasive elements in the form of a triangular pyramid, such as those shown in Figs. 9 and 10, a group of parallel grooves 22 is formed in the first direction 21 and the inclined surfaces 23, 24 of the pyramid adjacent to these grooves. Then, the abrasive part 20 is rotated 120 ° about the central axis of the abrasive part 25, and in the same way, another group of parallel grooves 27 is formed at an equal distance from each other in the second direction 26 and adjacent abutted side surfaces 28, 29 are formed by cut electrical discharge machining.

По завершении процесса абразивную часть вновь поворачивают на 120° и выполняют тот же процесс для формирования другой группы параллельных бороздок 31 в третьем направлении 30, пересекающую две остальные под углом 120°, а также смежные им боковые поверхности 32, 33 абразивных элементов 34 в виде треугольной пирамиды, завершая тем самым формирование пирамид вдоль бороздок.At the end of the process, the abrasive part is again rotated 120 ° and the same process is performed to form another group of parallel grooves 31 in the third direction 30, intersecting the other two at an angle of 120 °, as well as the adjacent side surfaces 32, 33 of the abrasive elements 34 in the form of a triangular pyramids, thereby completing the formation of pyramids along the grooves.

Для описанных выше абразивных элементов целесообразно, чтобы абразивные элементы в виде треугольной или прямоугольной пирамиды выступали над уровнем дна бороздок не менее чем на 30 мкм, но не более чем на 200 мкм.For the abrasive elements described above, it is advisable that the abrasive elements in the form of a triangular or rectangular pyramid protrude above the bottom of the grooves by not less than 30 microns, but not more than 200 microns.

Слишком невысокие выступы могут привести к прямому контакту основания абразивной части с обрабатываемой поверхностью, такой как ХМП-полировальник, что ведет к ненадлежащему качеству обработки.Too low protrusions can lead to direct contact of the base of the abrasive part with the surface to be treated, such as an HMP polisher, which leads to inadequate machining quality.

Слишком высокие выступы, напротив, уменьшают относительную прочность абразивных элементов, и при этом требуется чрезмерно толстый слой спеченных суперабразивных частиц.Too high protrusions, in contrast, reduce the relative strength of the abrasive elements, and an excessively thick layer of sintered superabrasive particles is required.

В то же время интервал, или шаг, между соседними бороздками не должен превышать 1500 мкм, тогда как нижний предел можно установить в зависимости от диаметра проволоки, применяемой для вырезной электроэрозионной обработки, например, около 200 мкм.At the same time, the interval, or step, between adjacent grooves should not exceed 1500 microns, while the lower limit can be set depending on the diameter of the wire used for cut EDM, for example, about 200 microns.

Эффективность работы абразивных элементов зависит от размера суперабразивных частиц, находящихся в верхней части абразивного элемента в виде (усеченной) пирамиды. Для суперабразива, состоящего из алмазных частиц, или абразивной части, состоящей из алмазных частиц, сформированных спеканием, (PCD), целесообразно использовать спеченные алмазные частицы размером либо от 40 до 60 мкм или менее, либо от 8 до 16 мкм или менее, либо от 0 до 2 мкм; причем из этих размеров предпочтительны номинальные размеры от 8 до 16 мкм или менее, и, в частности, было установлено, что наиболее приемлемыми являются размеры от 0 до 2 мкм.The efficiency of the abrasive elements depends on the size of the superabrasive particles located in the upper part of the abrasive element in the form of a (truncated) pyramid. For a superabrasive consisting of diamond particles or an abrasive part consisting of sintered diamond particles (PCD), it is advisable to use sintered diamond particles with a size of either from 40 to 60 μm or less, or from 8 to 16 μm or less, or from 0 to 2 microns; moreover, of these sizes, preferred sizes are from 8 to 16 μm or less, and in particular, it has been found that sizes from 0 to 2 μm are most acceptable.

Прессованную заготовку из спеченных алмазных частиц, предназначенную для использования в качестве абразивной части согласно настоящему изобретению, можно получить, подвергнув несвязанные алмазные частиц совместному воздействию сверхвысокого давления и высокой температуры, при котором алмаз находится в термодинамически устойчивой фазе, совместно с блоком цементированного карбида в качестве подкладочного материала и, в случае необходимости, связующим металлом, таким как кобальт. Абразивную часть согласно изобретению можно получить, отрезав кусок, поверхность которого затем подвергается прецизионной электроэрозионной обработке для создания абразивных элементов, например, в типичном случае - вырезной электроэрозионной обработке. Обычно при вырезной электроэрозионной обработке проволочный электрод ударяет о поверхности спеченных алмазных частиц для образования электрического разряда. Затем проволоку удерживают вблизи, чтобы поддерживать разряд, и перемещают ее горизонтально вдоль поверхности спеченных алмазных частиц, чтобы вырезать бороздку требуемой ширины и боковые грани абразивных элементов.A pressed billet of sintered diamond particles for use as an abrasive part according to the present invention can be obtained by subjecting the unbound diamond particles to the combined action of ultra-high pressure and high temperature, in which the diamond is in a thermodynamically stable phase, together with the cemented carbide block as a lining material and, if necessary, a binder metal such as cobalt. The abrasive part according to the invention can be obtained by cutting a piece, the surface of which is then subjected to precision EDM to create abrasive elements, for example, in a typical case, cut EDM. Typically, in a die cutting EDM, a wire electrode strikes the surface of sintered diamond particles to form an electric discharge. Then the wire is held close to maintain the discharge, and it is moved horizontally along the surface of the sintered diamond particles to cut a groove of the required width and side faces of the abrasive elements.

Бороздку можно также сформировать, как показано на фиг.11, если после удара о поверхность 42 спеченных алмазов перемещать проволочный электрод 41, используемый для электроэрозионной обработки, не в горизонтальном направлении, а в направлении, показанном на чертеже стрелками, формируя тем самым бороздку, и при этом плоскости, касательные к проволоке, соответствуют наклонным сторонам противоположных абразивных элементов 43, 44, и затем формируя боковые поверхности пирамиды с каждой стороны бороздки, используя уровень бороздки в качестве базовой плоскости. Сформированная таким образом бороздка имеет закругленное дно, поперечное сечение которого приблизительно имеет вид дуги. Сформированные таким образом абразивные элементы менее подвержены концентрации напряжений и имеют более высокую прочность (или более длительный срок службы) в процессах абразивной обработки по сравнению с элементами, бороздки которых имеют плоское дно или нескругленные углы.The groove can also be formed, as shown in Fig. 11, if, after hitting the surface 42 of the sintered diamonds, the wire electrode 41 used for EDM is not moved in the horizontal direction, but in the direction shown in the drawing by arrows, thereby forming a groove, and the planes tangent to the wire correspond to the inclined sides of the opposite abrasive elements 43, 44, and then forming the side surfaces of the pyramid on each side of the groove, using the level of the groove as the base second plane. The groove thus formed has a rounded bottom, the cross section of which approximately has the appearance of an arc. The abrasive elements thus formed are less susceptible to stress concentration and have a higher strength (or longer service life) in abrasive processes compared to elements whose grooves have a flat bottom or non-rounded corners.

Инструмент согласно настоящему изобретению может иметь различную форму, как показано в качестве примера на фиг.12-17. Для относительно небольших инструментов абразивная часть может представлять собой целый непрерывный круг или кольцо, как показано, например, на фиг.12 и 13; однако, как показано на фиг.14-17, абразивная часть согласно изобретению вполне может состоять из нескольких отдельных сегментов, так что можно легко получить большие кольцеобразные абразивные части с внешним диаметром 95 мм или более.The tool according to the present invention may have a different shape, as shown by way of example in FIGS. 12-17. For relatively small tools, the abrasive portion may be a whole continuous circle or ring, as shown, for example, in FIGS. 12 and 13; however, as shown in FIGS. 14-17, the abrasive part according to the invention may well consist of several separate segments, so that large annular abrasive parts with an outer diameter of 95 mm or more can be easily obtained.

Для кольцеобразной конструкции предпочтительно, чтобы радиальная ширина была не менее 15 мм. Абразивная часть может быть также выполнена не в виде кольца, а в виде сплошного диска (без центрального отверстия), особенно когда конструкция не требует наличия центрального отверстия. Кроме того, как показано на фиг.12 и 13, предпочтительно иметь наклонный край шириной 1 мм и более при измерении в радиальном направлении на внешнем диаметре сплошной круговой абразивной части, а также на внутреннем и внешнем диаметре кольцеобразной абразивной части для недопущения повреждения вследствие случайного контакта этих краев абразивных элементов с обрабатываемой поверхностью.For an annular structure, it is preferable that the radial width is at least 15 mm. The abrasive part can also be made not in the form of a ring, but in the form of a solid disk (without a central hole), especially when the design does not require a central hole. In addition, as shown in FIGS. 12 and 13, it is preferable to have an inclined edge of a width of 1 mm or more when measured in the radial direction on the outer diameter of the continuous circular abrasive part, as well as on the inner and outer diameter of the annular abrasive part to prevent damage due to accidental contact these edges of the abrasive elements with the machined surface.

В случае, когда абразивная часть состоит из нескольких отдельных сегментов, как показано, например, на фиг.14-17, нарушение регулярности в расположении абразивных элементов и возникающее вследствие этого воздействие на рабочую поверхность (ХМП-полировальник), связанное со сборно-разборной конструкцией, можно эффективно устранить или свести к минимуму, если проделать бороздку на каждой границе и вдоль нее. При этом количество сегментов и форма имеющихся абразивных элементов связаны друг с другом: конструкцию с прямоугольными пирамидами (фиг.14 и 15) можно составить из двух (центральный угол 180°) и четырех (центральный угол 90°) сегментов, а конструкцию с треугольными пирамидами (фиг.16 и 17) можно составить из трех сегментов (центральный угол 120°).In the case where the abrasive part consists of several separate segments, as shown, for example, in FIGS. 14-17, a violation of the regularity in the location of the abrasive elements and the resulting impact on the work surface (CMP polisher) associated with a collapsible design , can be effectively eliminated or minimized if a groove is made on each border and along it. The number of segments and the shape of the abrasive elements are connected with each other: a design with rectangular pyramids (Figs. 14 and 15) can be composed of two (central angle 180 °) and four (central angle 90 °) segments, and a design with triangular pyramids (Fig. 16 and 17) can be composed of three segments (central angle 120 °).

Для изготовления абразивного инструмента большего диаметра сегменты абразивной части получают вырезанием из прессованной заготовки спеченных частиц суперабразива (или, предпочтительно, алмаза), достаточно большой, чтобы можно было получить требуемый размер, и обрабатывают до требуемой формы и размеров. Множество таких объектов собирают и прикрепляют при помощи клея на сплошной или кольцевой, с концентрическим круглым отверстием в центре, круговой поверхности жесткой стальной базовой пластины, для получения большой сплошной круглой или кольцеобразной абразивной части.For the manufacture of a larger diameter abrasive tool, abrasive segments are obtained by cutting sintered superabrasive particles (or, preferably, diamond) from a pressed billet, large enough to obtain the desired size, and process to the desired shape and size. Many of these objects are assembled and attached with glue to a solid or annular, with a concentric round hole in the center, of the circular surface of a rigid steel base plate, to obtain a large, continuous circular or annular abrasive part.

Шесть, четыре, три или два сегмента секторообразной формы из спеченных алмазных частиц с центральным углом соответственно 60°, 90°, 120° и 180° помещают бок о бок вдоль радиуса (соединяют боками). Сектором с центральным углом 120° можно заменить два сектора с углом 60°. В этом случае два сектора с углом 120° должны быть расположены центрально-симметрично относительно центра.Six, four, three or two sector-shaped segments of sintered diamond particles with a central angle of 60 °, 90 °, 120 ° and 180 °, respectively, are placed side by side along the radius (connected by sides). A sector with a central angle of 120 ° can replace two sectors with an angle of 60 °. In this case, two sectors with an angle of 120 ° should be located centrally symmetrical about the center.

Сегменты 51, 61, 71, 81, 91, 101 абразивной части соединяются на карбидной подкладочной части в плоскую круговую поверхность на круглой базовой пластине соответственно 52, 62, 72, 82, 92, 102 для получения целой круглой или кольцеобразной абразивной части.Segments 51, 61, 71, 81, 91, 101 of the abrasive part are connected on the carbide lining part to a flat circular surface on a round base plate, respectively 52, 62, 72, 82, 92, 102 to obtain a whole round or annular abrasive part.

Прессованная заготовка спеченных суперабразивных частиц соединяется на базовой пластине, затем подвергается вырезной электроэрозионной обработке для формирования на поверхности прессованной заготовки группы 53, 63, 73, 83, 93, 103 параллельных прямолинейных бороздок с одинаковыми интервалами, причем между проволочным электродом и прессованной заготовкой из спеченных суперабразивных частиц происходит электрический разряд. В данном случае, когда проволочный электрод перемещают параллельно верхней или нижней грани, чтобы войти в предварительно выровненную поверхность и врезаться в слой спеченного суперабразива (обычно спеченного алмаза (PCD)) и (или) в случае тонкого слоя спеченного суперабразива в слой цементированного карбида.The pressed billet of sintered superabrasive particles is connected to the base plate, then subjected to cutting electroerosive processing to form groups 53, 63, 73, 83, 93, 103 of parallel rectilinear grooves on the surface of the pressed billet at equal intervals, moreover, between the wire electrode and the pressed billet of sintered superabrasive particles an electric discharge occurs. In this case, when the wire electrode is moved parallel to the upper or lower face to enter a pre-aligned surface and cut into a layer of sintered superabrasive (usually sintered diamond (PCD)) and (or) in the case of a thin layer of sintered superabrasive in a cemented carbide layer.

Затем проволочный электрон перемещают в направлении толщи спеченного суперабразива (в направлении оси Z) и таким образом прорезают бороздки. В случае непрерывной поверхности с раскрытием 360°, круговой или кольцеобразной, формирование первой бороздки группы для абразивных элементов в виде как прямоугольной, так и треугольной пирамиды можно начинать с любого места. Однако в случае поверхности, составленной из нескольких сегментов, необходимо сформировать бороздку вдоль каждой границы 54, 64, 74, 84, 94, 104 между сегментами. После этого формируются остальные бороздки параллельно обеим сторонам границы с постоянным шагом по всей поверхности.Then the wire electron is moved in the direction of the thickness of the sintered superabrasive (in the direction of the Z axis) and thus grooves are cut. In the case of a continuous surface with a 360 ° opening, circular or annular, the formation of the first groove of the group for abrasive elements in the form of both a rectangular and a triangular pyramid can be started from anywhere. However, in the case of a surface composed of several segments, it is necessary to form a groove along each boundary 54, 64, 74, 84, 94, 104 between the segments. After that, the remaining grooves are formed parallel to both sides of the border with a constant pitch over the entire surface.

После образования группы параллельных бороздок в одном направлении на поверхности прессованной заготовки из спеченных суперабразивных частиц прессованную заготовку поворачивают вокруг центральной оси базовой пластины вместе с соединенной с ней базовой пластиной на угол α, равный углу, под которым пересекаются бороздки. Затем аналогично вышеописанному формируется вторая группа параллельных прямолинейных бороздок 55, 65, 75, 85, 95, 105 с постоянными интервалами, и наклонные боковые грани, примыкающие к каждой бороздке. Здесь угол α равен 90° для секторов 180° и 90°, причем абразивный элемент имеет форму усеченной и неусеченной пирамиды. В то же время для сектора 120° или 60° прессованную заготовку из спеченного суперабразива поворачивают на 60° (или 120°), формируют вторую группу параллельных прямолинейных бороздок с одинаковыми интервалами, а также боковые поверхности, смежные каждой бороздке; затем аналогичным образом, поворачивая прессованную заготовку еще на 60° (или 120°) (на 240° относительно первой группы бороздок), формируют третью группу параллельных прямолинейных бороздок 56, 66, 76, 86, 96, 106 и смежные боковые поверхности. Для непрерывного сплошного кругового или кольцеобразного материала угол α может быть либо 90°, либо 60°.After the formation of a group of parallel grooves in one direction on the surface of the pressed billet from sintered superabrasive particles, the pressed billet is rotated around the central axis of the base plate together with the base plate connected to it by an angle α equal to the angle at which the grooves intersect. Then, similarly to the aforementioned, a second group of parallel rectilinear grooves 55, 65, 75, 85, 95, 105 with constant intervals is formed, and inclined side faces adjacent to each groove. Here, the angle α is 90 ° for sectors 180 ° and 90 °, and the abrasive element has the shape of a truncated and unbroken pyramid. At the same time, for a sector of 120 ° or 60 °, the pressed billet of sintered superabrasive is rotated 60 ° (or 120 °), a second group of parallel straight grooves is formed at equal intervals, as well as side surfaces adjacent to each groove; then in a similar way, turning the pressed workpiece another 60 ° (or 120 °) (240 ° relative to the first group of grooves), a third group of parallel straight grooves 56, 66, 76, 86, 96, 106, and adjacent side surfaces are formed. For a continuous continuous circular or annular material, the angle α can be either 90 ° or 60 °.

В описанной здесь процедуре электроэрозионной обработки бороздки и пирамиды, треугольные или прямоугольные, усеченные и неусеченные, могут быть сформированы таким образом, чтобы верхние концы находились вблизи уровня, который параллелен дну обрабатываемой поверхности, расположенной на близком расстоянии от уровней посредством перемещения проволочного электрода таким образом, чтобы выдерживать расстояние в направлении толщи от дна прессованной заготовки.In the EDM process described here, grooves and pyramids, triangular or rectangular, truncated and un-truncated, can be formed so that the upper ends are close to a level that is parallel to the bottom of the workpiece located at a close distance from the levels by moving the wire electrode in such a way to withstand a distance in the thickness direction from the bottom of the pressed billet.

В настоящем изобретении нет необходимости, чтобы треугольные или прямоугольные пирамиды абразивных элементов полностью состояли из спеченных суперабразивных частиц; не менее эффективны пирамиды, усеченные и неусеченные, которые состоят из спеченного суперабразива от вершины до глубины (длины) примерно 60 мкм, при этом нижняя часть состоит из карбидного сплава.In the present invention, it is not necessary that the triangular or rectangular pyramids of the abrasive elements consist entirely of sintered superabrasive particles; no less effective pyramids, truncated and unbroken, which consist of a sintered superabrasive from the top to a depth (length) of about 60 microns, while the lower part consists of a carbide alloy.

Далее изобретение описано более конкретно при помощи примеров.The invention is further described more specifically by way of examples.

Пример 1Example 1

Был получен абразивный инструмент, имеющий структуру, схематически изображенную на фиг.1. В качестве материала для инструмента использовался блок PCD диаметром 90 мм, у которого имелся слой спеченных алмазов толщиной 0,6 мм, соединенный с цементированным карбидом при помощи одновременного спекания.An abrasive tool having a structure schematically depicted in FIG. 1 was obtained. A PCD block with a diameter of 90 mm was used as a material for the tool, which had a layer of sintered diamonds 0.6 mm thick connected to cemented carbide by simultaneous sintering.

PCD-блок был подвергнут электроэрозионной обработке, чтоб сделать плоской поверхность слоя спеченных алмазов и прорезать группы параллельных прямолинейных бороздок 3 шириной 560 мкм с квадратной вершиной со сторонами 260 мкм. Здесь площадь верхней части (не показана) абразивных элементов 2 соответствует примерно 10% поперечного сечения спеченного суперабразивного слоя, если исключить окружность (бороздка 3).The PCD block was subjected to EDM to make a flat surface of the sintered diamond layer and cut through groups of parallel rectilinear grooves 3 of a width of 560 μm with a square top with sides of 260 μm. Here, the area of the upper part (not shown) of the abrasive elements 2 corresponds to about 10% of the cross section of the sintered superabrasive layer, if we exclude the circle (groove 3).

Края верхней квадратной площадки были заточены, и инструмент может использоваться в качестве средства обработки ХМП-полировальников.The edges of the upper square pad were sharpened, and the tool can be used as a means of processing CMP polishers.

Пример 2Example 2

Был получен кольцеобразный абразивный инструмент 4, схематически изображенный на фиг.2. При помощи электроэрозионной обработки были вырезаны секторы с углом 90° с внешним радиусом 60 мм и внутренним радиусом 24 мм из блока поликристаллического кубического нитрида бора, который имел слой 0,6 мм толщиной спеченного кубического нитрида бора, соединенного с цементированным карбидом посредством одновременного спекания для использования его в качестве материала для инструмента.An annular abrasive tool 4 was obtained, schematically depicted in FIG. 2. Using EDM, sectors with an angle of 90 ° with an outer radius of 60 mm and an inner radius of 24 mm were cut from a block of polycrystalline cubic boron nitride, which had a layer of 0.6 mm thick sintered cubic boron nitride connected to cemented carbide by simultaneous sintering for use its as a material for a tool.

Секторы складывали стопкой вместе на базовой пластинке, выполненной из нержавеющей стали SUS для получения целого полного круга. Поверхность спеченного c-BN слоя была отполирована и выровнена и подвергнута вырезной электроэрозионной обработке для формирования группы параллельных прямолинейных бороздок шириной 560 мкм и абразивных элементов 5, имеющих квадратную вершину со сторонами 250 мкм. В этом случае площадь вершины абразивных элементов соответствует 7% от полного поперечного сечения спеченного суперабразивного слоя частиц.The sectors were stacked together on a base plate made of SUS stainless steel to produce a complete full circle. The surface of the sintered c-BN layer was polished and leveled, and was cut with an EDM to form a group of parallel straight grooves with a width of 560 μm and abrasive elements 5 having a square apex with sides of 250 μm. In this case, the tip area of the abrasive elements corresponds to 7% of the total cross section of the sintered superabrasive layer of particles.

Полученный инструмент был заточен так же, как и в примере 1, и использовался для полировки поверхности кремниевых пластин.The resulting tool was sharpened in the same way as in example 1, and was used to polish the surface of silicon wafers.

Пример 3Example 3

Был изготовлен абразивный инструмент, имеющий структуру, схематически изображенную на фиг.12. В качестве материала для абразивной части использовалась прессованная заготовка из PCD диаметром 100 мм, которая состояла из слоя спеченных алмазных частиц толщиной 0,5 мм с номинальным размером частиц от 40-60 мкм, которые были соединены с цементированным карбидом (WC - 8% Со); прессованная заготовка прикреплялась эпоксидным клеем к круглой базовой пластине из нержавеющей стали SUS 316 диаметром 108 мм.An abrasive tool having a structure schematically depicted in FIG. 12 was manufactured. As the material for the abrasive part, a pressed PCD blank of 100 mm in diameter was used, which consisted of a layer of sintered diamond particles 0.5 mm thick with a nominal particle size of 40-60 μm, which were connected to cemented carbide (WC - 8% Co) ; the pressed billet was attached with epoxy glue to a round base plate of SUS 316 stainless steel with a diameter of 108 mm.

Затем поверхность слоя PCD выравнивалась электроэрозионной обработкой для изготовления штампов; затем посредством прорезывания при помощи вырезной электроэрозионной обработки на слое PCD формировались прямолинейные бороздки шириной 200 мкм, которые проходили через центр материала. Кроме того, бороздки формировалась до требуемой ширины, и при этом при перемещении проволоки в направлении боковых поверхностей или в направлении от базовой пластины (направлении Z оси) вырезались боковые поверхности пирамид.Then, the surface of the PCD layer was leveled by EDM to make dies; then, by cutting through a die cutting EDM on a PCD layer, rectilinear grooves 200 μm wide were formed that passed through the center of the material. In addition, grooves were formed to the required width, and while moving the wire in the direction of the side surfaces or in the direction from the base plate (Z axis axis), the side surfaces of the pyramids were cut out.

Вышеописанная процедура повторялась для получения на всей поверхности материала группы параллельных бороздок с интервалом 800 мкм и двускатных выступов с углом при вершине 90°.The above procedure was repeated to obtain on the entire surface of the material a group of parallel grooves with an interval of 800 μm and gable protrusions with an angle at the apex of 90 °.

Затем все целиком поворачивалось на 90° вокруг центральной оси и формировалась вторая группа параллельных бороздок под прямым углом при помощи электроэрозионной обработки при тех же условиях. Одновременно вырезались боковые поверхности пирамиды в поперечном направлении, чем завершалось формирование группы прямоугольных пирамид высотой 200 мкм, как показано на фиг.7 и 8.Then everything was completely rotated 90 ° around the central axis and a second group of parallel grooves was formed at right angles using EDM under the same conditions. At the same time, the lateral surfaces of the pyramid were cut out in the transverse direction, which completed the formation of a group of rectangular pyramids with a height of 200 μm, as shown in Figs. 7 and 8.

Пример 4Example 4

Процедура, изложенная в примере 3, повторялась для получения абразивного инструмента с абразивными элементами в форме прямоугольной пирамиды. В качестве абразивной части использовалась прессованная заготовка из PCD, имеющая внешний диаметр 100 мм и внутренний диаметр 70 мм, которая состояла из слоя толщиной 0,5 мм спеченных алмазных частиц номинального размера от 0 до 2 мкм, соединенного с цементированным карбидом.The procedure described in example 3 was repeated to obtain an abrasive tool with abrasive elements in the form of a rectangular pyramid. A PCD pressed billet having an outer diameter of 100 mm and an inner diameter of 70 mm, which consisted of a layer of 0.5 mm thick sintered diamond particles with a nominal size of 0 to 2 μm, connected to a cemented carbide, was used as the abrasive part.

Сначала при помощи вырезной электроэрозионной обработки на выровненной поверхности PCD-слоя формировалась прямолинейная бороздка, которая проходила через центр материала.First, using a die-cut EDM, a straight groove was formed on the smoothed surface of the PCD layer, which passed through the center of the material.

Процесс электроэрозионной обработки применялся далее для расширения бороздки до требуемой ширины и вырезания боковых поверхностей пирамид. Процесс повторялся для формирования группы параллельных бороздок с интервалом 200 мкм и двухскатных выступов с углом при вершине 60° по всей поверхности материала.The EDM process was further used to expand the groove to the required width and cut out the side surfaces of the pyramids. The process was repeated to form a group of parallel grooves with an interval of 200 μm and gable protrusions with an angle at apex of 60 ° over the entire surface of the material.

Затем все это поворачивалось на 90° вокруг центральной оси, и затем вновь выполнялся процесс вырезной электроэрозионной обработки для формирования второй группы параллельных бороздок при тех же условиях и, одновременно, для вырезания боковых поверхностей с другой стороны, чтобы завершить формирование прямоугольных пирамид высотой 200 мкм.Then all this was rotated 90 ° around the central axis, and then the cutting EDM process was again performed to form a second group of parallel grooves under the same conditions and, at the same time, to cut out the side surfaces on the other hand, in order to complete the formation of rectangular pyramids with a height of 200 μm.

Пример 5Example 5

Для изготовления инструментов соответствующей конструкции использовались приведенные ниже различные сегменты абразивной части.For the manufacture of tools of appropriate design, the following various segments of the abrasive part were used.

В каждом случае алмазные частицы из спеченных алмазных частиц имели номинальный размер от 20 до 30 мкм. Процессы вырезной электроэрозионной обработки были по существу одинаковыми за исключением того, что материал инструмента поворачивался дважды в случае абразивных элементов в форме треугольной пирамиды, каждый раз на 60°, и только один раз на 90° в случае абразивных элементов в форме прямоугольной пирамиды.In each case, the diamond particles of sintered diamond particles had a nominal size of from 20 to 30 microns. The cutting EDM processes were essentially the same except that the tool material was rotated twice in the case of abrasive elements in the form of a triangular pyramid, each time by 60 °, and only once by 90 ° in the case of abrasive elements in the form of a rectangular pyramid.

Условия и результаты процесс приведены ниже в таблице.The conditions and results of the process are given in the table below.

№No. Абразивное изделие (часть)Abrasive product (part) Абразивный элементAbrasive element формаthe form внешний радиус, ммouter radius mm внутренний радиус, ммinner radius mm интервал между бороздками (интервал у вершины*), мкмinterval between grooves (interval at the apex *), microns формаthe form высота, мкмheight, microns 1one сектор 180°180 ° sector 120120 6060 600600 прямоугольная пирамидаrectangular pyramid 8080 22 сектор 120°120 ° sector 120120 6060 400400 треугольная пирамидаtriangular pyramid 6868 33 сектор 90°90 ° sector 120120 6060 12001200 прямоугольная пирамидаrectangular pyramid 160160 4four сектор 60°60 ° sector 120120 30thirty 10001000 треугольная пирамидаtriangular pyramid 138138 * Интервал у вершины относится к треугольным пирамидам в пунктах 2 и 4* The interval at the top refers to the triangular pyramids in points 2 and 4

Каждый полученный инструмент использовался в качестве средства обработки ХМП-полировальника и показал хорошие результаты.Each tool received was used as a means of processing an XMP polisher and showed good results.

Абразивный инструмент согласно настоящему изобретению можно использовать в качестве абразивных инструментов различного типа; однако наиболее предпочтительно использовать его в качестве вращающегося абразивного инструмента дискового типа. Хотя инструмент особенно приспособлен для использования в качестве средства обработки ХМП-полировальника, но он также пригоден для непосредственной полировки поверхностей пластин полупроводникового металла и т.п. Кроме того, инструмент можно применять для высокоточной обработки различных обрабатываемых материалов.The abrasive tool according to the present invention can be used as abrasive tools of various types; however, it is most preferable to use it as a rotary disk-type abrasive tool. Although the tool is particularly suitable for use as a processing tool for an XMP polisher, it is also suitable for directly polishing surfaces of semiconductor metal plates and the like. In addition, the tool can be used for high-precision processing of various processed materials.

Claims (24)

1. Абразивный инструмент, содержащий абразивную часть, которая содержит слой спеченных суперабразивных частиц, причем указанная абразивная часть содержит множество абразивных элементов, которые имеют верхние концы, расположенные на одинаковом уровне, причем указанная абразивная часть состоит из слоя спеченных суперабразивных частиц, которые соединены в единое целое и соединены с подкладочным материалом из цементированного карбида, и указанные абразивные элементы расположены в указанной абразивной части вдоль групп у прямолинейных бороздок, при этом указанные суперабразивные частицы соединены друг с другом и в единое целое с указанием цементированным карбидом, в результате спекания посредством связующего металла, подаваемого от указанного цементированного карбида в условиях ультравысокого давления и высокой температуры, так что указанный суперабразив находится в его термодинамически стабильной фазе, а указанные бороздки образованы вырезной электроэрозионной обработкой.1. An abrasive tool comprising an abrasive portion that contains a layer of sintered superabrasive particles, said abrasive portion comprising a plurality of abrasive elements that have upper ends located at the same level, said abrasive portion consisting of a layer of sintered superabrasive particles that are connected into a single the whole and are connected to the cemented carbide lining material, and said abrasive elements are located in said abrasive part along groups of straight lines a groove, wherein said superabrasive particles are connected to each other and integrally with the cemented carbide indicated by sintering by means of a binder metal supplied from said cemented carbide under ultra-high pressure and high temperature, so that said superabrasive is in its thermodynamically stable phase and these grooves are formed by a notched EDM treatment. 2. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанные верхние концы имеют заостренные края.2. The abrasive tool according to claim 1, in which these upper ends have sharp edges. 3. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанные абразивные элементы имеют форму усеченной или неусеченной прямоугольной пирамиды.3. The abrasive tool according to claim 1, in which these abrasive elements are in the form of a truncated or non-truncated rectangular pyramid. 4. Абразивный инструмент по п.3, в котором указанные абразивные элементы имеют форму усеченной прямоугольной пирамиды, которая имеет заостренный край на своем верхнем конце.4. The abrasive tool according to claim 3, in which these abrasive elements have the shape of a truncated rectangular pyramid, which has a pointed edge at its upper end. 5. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанные абразивные элементы имеют форму усеченной или неусеченной треугольной пирамиды.5. The abrasive tool according to claim 1, in which these abrasive elements are in the form of a truncated or non-truncated triangular pyramid. 6. Абразивный инструмент по п.5, в котором указанные абразивные элементы имеют форму усеченной треугольной пирамиды, которая имеет заостренный край на своем верхнем конце.6. The abrasive tool according to claim 5, in which these abrasive elements have the shape of a truncated triangular pyramid, which has a pointed edge at its upper end. 7. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанные абразивные элементы содержат прямолинейное ребро на своей вершине.7. The abrasive tool according to claim 1, in which these abrasive elements contain a straight edge at its apex. 8. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанные абразивные элементы имеют форму неусеченной прямоугольной или треугольной пирамиды и расположены с шагом 200 мкм или более, но не свыше 1500 мкм.8. The abrasive tool according to claim 1, in which these abrasive elements are in the form of an unbroken rectangular or triangular pyramid and are arranged in increments of 200 μm or more, but not more than 1500 μm. 9. Абразивный инструмент по п.8, в котором указанные абразивные элементы имеют форму неусеченной прямоугольной или треугольной пирамиды и имеют высоту 30 мкм или более, но не свыше 200 мкм.9. The abrasive tool of claim 8, in which these abrasive elements are in the form of an unbroken rectangular or triangular pyramid and have a height of 30 μm or more, but not more than 200 μm. 10. Абразивный инструмент по п.1, в котором суперабразивом является алмаз.10. The abrasive tool according to claim 1, in which the superabrasive is a diamond. 11. Абразивный инструмент по п.10, в котором указанный суперабразив, являющийся алмазом, имеет номинальный размер частиц от 40 до 60 мкм или менее.11. The abrasive tool of claim 10, in which the specified superabrasive, which is a diamond, has a nominal particle size of from 40 to 60 microns or less. 12. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанный спеченный суперабразив имеет толщину слоя 0,1 мм или более.12. The abrasive tool according to claim 1, wherein said sintered superabrasive has a layer thickness of 0.1 mm or more. 13. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанный инструмент имеет круглую или кольцеобразную форму.13. The abrasive tool according to claim 1, in which the specified tool has a round or annular shape. 14. Абразивный инструмент по п.13, в котором указанная абразивная часть имеет круглую или кольцеобразную форму.14. The abrasive tool according to item 13, in which the specified abrasive part has a round or annular shape. 15. Абразивный инструмент по п.14, в котором указанная абразивная часть имеет внешний диаметр 90 мм или более.15. The abrasive tool of claim 14, wherein said abrasive portion has an outer diameter of 90 mm or more. 16. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанная абразивная часть имеет высоту относительно дна бороздок 1 мм или менее.16. The abrasive tool according to claim 1, in which the specified abrasive part has a height relative to the bottom of the grooves of 1 mm or less. 17. Абразивный инструмент по любому из пп.13-16, в котором указанная абразивная часть состоит из 2 или 4 равных отдельных сегментов, которые имеют форму сектора с одинаковым центральным углом.17. An abrasive tool according to any one of paragraphs.13-16, wherein said abrasive part consists of 2 or 4 equal separate segments, which have the shape of a sector with the same central angle. 18. Абразивный инструмент по п.17, в котором каждый указанный сегмент содержит две группы бороздок, первая группа параллельна радиальной границе сегмента, а вторая группа расположена так, что перпендикулярно пересекает первую группу.18. The abrasive tool according to 17, in which each specified segment contains two groups of grooves, the first group is parallel to the radial boundary of the segment, and the second group is located so that it perpendicularly intersects the first group. 19. Абразивный инструмент по любому из пп.13-16, в котором указанная абразивная часть состоит из 3-6 равно разделенных сегментов, которые имеют форму сектора с одинаковым центральным углом.19. An abrasive tool according to any one of paragraphs.13-16, wherein said abrasive part consists of 3-6 equally divided segments, which have the shape of a sector with the same central angle. 20. Абразивный инструмент по п.19, в котором каждый сегмент содержит три группы бороздок, первая группа расположена параллельно радиальной границе сегмента, а вторая и третья группы расположены так, что пересекают первую группу соответственно под углом 60° и 120°.20. The abrasive tool according to claim 19, in which each segment contains three groups of grooves, the first group is parallel to the radial boundary of the segment, and the second and third groups are located so that they intersect the first group at an angle of 60 ° and 120 °, respectively. 21. Абразивный инструмент по п.1, в котором указанный абразивный инструмент является средством обработки для химико-механической полировки.21. The abrasive tool according to claim 1, in which the specified abrasive tool is a processing tool for chemical-mechanical polishing. 22. Способ изготовления абразивного инструмента, имеющего абразивную часть, которая содержит слой спеченных суперабразивных частиц, причем указанная абразивная часть содержит множество абразивных элементов, которые имеют верхние концы, расположенные на одинаковом уровне, включающий обеспечение композитного материала, который содержит спеченные суперабразивные частицы, которые как единое целое соединены с подкладочным материалом из цементированного карбида, путем спекания посредством связующего металла, подаваемого от указанного цементированного карбида в условиях ультравысокого давления и высокой температуры, так что указанный суперабразив находится в его термодинамически стабильной фазе, выравнивание поверхности указанного композитного материала и разрезание указанной поверхности композитного материала посредством вырезной электроэрозионной обработки для формирования групп прямолинейных бороздок и матрицы абразивных элементов вдоль указанных бороздок.22. A method of manufacturing an abrasive tool having an abrasive portion that contains a layer of sintered superabrasive particles, said abrasive portion comprising a plurality of abrasive elements that have upper ends located at the same level, comprising providing a composite material that contains sintered superabrasive particles that are like integrally connected to the cemented carbide lining material by sintering by means of a binder metal supplied from the specified color mental type carbide under ultrahigh pressure and high temperature, so that said superabrasive is in its thermodynamically stable phase, surface leveling said composite material and cutting said surface of the composite material by wire electric discharge machining to form groups of linear grooves and a matrix of abrasive units along said grooves. 23. Способ изготовления абразивного инструмента, имеющего абразивную часть, которая содержит слой спеченных суперабразивных частиц, включающий обеспечение спеченного композитного материала, содержащего слой спеченных суперабразивных частиц, которые соединены как единое целое с подкладочным материалом из цементированного карбида путем спекания посредством связующего металла, подаваемого от указанного цементированного карбида в условиях ультравысокого давления и высокой температуры, так что указанный суперабразив находится в его термодинамически стабильной фазе, причем суперабразивные частицы соединены друг с другом и как единое целое с указанным цементированным карбидом, разрезание указанного композитного материала для получения сегмента в форме сектора, сбор множества сегментов, имеющих одинаковую геометрическую форму и одинаковый центральный угол с полученным сегментом, расположение указанных сегментов вблизи друг друга так, чтобы в целом получить поверхность из композитного материала круглой или кольцеобразной формы, прикрепив указанные сегменты к базовой пластине на ее плоской поверхности, и разрезание указанных сегментов посредством вырезной электроэрозионной обработки для получения матрицы абразивных элементов на указанном композитном материале, при этом формируются группы бороздок, параллельные радиальной границе каждого сегмента.23. A method of manufacturing an abrasive tool having an abrasive portion that contains a layer of sintered superabrasive particles, comprising providing a sintered composite material containing a layer of sintered superabrasive particles, which are connected as a unit with the cemented carbide lining material by sintering by means of a binder metal supplied from the specified cemented carbide under conditions of ultrahigh pressure and high temperature, so that the specified superabrasive is in its t a dynamically stable phase, whereby the superabrasive particles are connected to each other and as a whole with the specified cemented carbide, cutting the specified composite material to obtain a segment in the form of a sector, collecting many segments having the same geometric shape and the same central angle with the obtained segment, the location of these segments close to each other so as to generally obtain a surface from a composite material of a circular or annular shape, attaching these segments to the base oh plate at its flat surface, and cutting said segments by wire electric discharge machining to obtain a matrix of abrasive units on said composite material, wherein the groups are formed by grooves which are parallel to a radial border of each segment. 24. Способ восстановления абразивного инструмента по любому из пп.1-21, в котором указанную абразивную часть, износившуюся в такой степени, что уменьшилась высота абразивного элемента, разрезают вдоль указанных бороздок посредством вырезной электроэрозионной обработки для восстановления бороздок и верхних концов абразивных элементов. 24. The method of restoring an abrasive tool according to any one of claims 1 to 21, wherein said abrasive portion, worn to such an extent that the height of the abrasive element has decreased, is cut along said grooves by means of a cutting EDM to restore the grooves and upper ends of the abrasive elements.

Images