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超精密抛光:难度超越笔尖钢,中国何时突破封锁?_1
作者:佚名 / 2016-08-14 11:55 / 浏览次数:

超精密抛光:难度超越笔尖钢,中国何时突破封锁?

在去年年中,德国与日本等国科学家,花费上千万经过数月打磨,联合制造了一个世界上最圆的球体,别看它其貌不扬,里面却包含着多种尖端技术,而有一项技术我国至今都未掌握。


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世界上最圆的球体



或许大家会有疑惑,一个小小的圆球有何技术之说?事实是,该圆球在加工制作过程中,使用了超精密抛光工艺,而我国被还未突破的正是该技术。


一般常规设备制造中,我们一般会把打磨和抛光归类在一起,其实它们之间有很大不同。首先打磨是通过机床或其它机械对表面进行高精度加工,一般表面粗糙度可以达到0.63-0.01微米。而抛光是利用机械,化学或电化学作用,使材料表面粗糙度进一步降低。


上世纪世界各国还普遍使用的物理抛光技术,但随着电子工业高速发展,对材料器件的尺寸和精度也提出更加苛刻的要求,以晶片制造为例,一块一毫米厚度的基片上面,需要放置几十万条集成电路,此时老旧抛光工艺已经远远不能满足要求,只有采用超精密的工艺进行抛光。


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超精密抛光是晶片制造的最重要的环节之一,此外医疗器械、汽车零件、数码配件、航天航空等等,都需要用到超精密抛光,还有今天的单晶硅等材料已经进入纳米级别,抛光工艺自然也要跟上,我国如果不能掌握该技术,众多领域关键进步都将被卡住,永远也称不上制造强国。


如果把抛光工艺比作煎饼,那卡我们脖子的就是锅,别人的锅不沾锅底,而我们目前做不到,而且差距不止一两年。所谓的“锅”其实就是抛光机的核心器件——磨盘。


超精密抛光对磨盘达到近乎苛刻的要求,这种由特殊材料合成的钢盘在工作时,不仅要满足纳米级精度,更要具备精确的热胀冷缩系数,当抛光机在高速运转时,磨盘会出现发热现象,从而产生热变形。此时磨盘平面精度就达不到要求,被加工的材料器件也会产生变形问题。


目前国外的热变形误差在几纳米范围内,美国与日本掌握着国际顶尖的抛光工艺,它们可以满足60英寸基片材料的精密抛光要求。60英寸材料目前在国际上属于超大尺寸,我们常说谁掌握了技术就掌握了市场,而掌握超精密抛光技术就是掌握了全球电子制造业发展。


如果美日完全对我们进行超精密抛光技术封锁,我国电子制造业将受到极大影响,从而阻碍众多领域的发展。



目前,日本的抛光机磨盘均为定制,不进行批量生产,直接限制了他国仿制。我国的大部分抛光设备均从美国进囗,般价格都在1000万以上,而且订单还需要排队,我国就是再急着用也只能等,要么就自己亲自研发。



那我国目前的超精密抛光技术处于哪个层次?如果说研制超精密抛光需要三个步骤的话,我国目前才完成了第一步。


超精密抛光主要由设备和材料组成,当技术和材料解决后还要扩大材料抛光面积,我国早在2011年就研发了二氧化铈微球粒度标准物质及其制备技术,该材料在经过试验后,和当前国际上的超精密抛光水平相差无几。


尽管如此,但对于整个超精密抛光技术来说,只有材料而不能制造抛光机械,那我们最多算是个卖材料的,离真正掌握还有一大段距离。


从研制出材料到如今已经过去了整整八年时间,我们也对当前的超精密抛光技术有着清醒的认识:我国有了顶级抛光材料仅仅是基础,更重要的是要解决磨盘问题,其次要解决抛光面积大小问题。


从历时八年还未有重大突破就能看出该技术究竟有多难,甚至连仿制都极其艰辛。


美国日本的抛光机磨盘材料构成和制作工艺我们还未研究透,究竟用什么材料才能合成热膨胀率低、耐磨度高、耐磨面超精密的磨盘?这也是我国科研人员急需攻克的技术难题。


说到超精密磨盘,对我们来说其实跟笔尖钢差不多。别看只是小小的笔尖,其中科技含量也不少,我国经历6年才突破笔尖钢技术,在研发过程中笔尖钢钢材配比是大难题,材料中需要配合一些其它物质,最终才能把钢材调整到最佳性能。研发人员们不知道尝试了多少次才成功。


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超精密磨盘不仅是性能问题,你还得把控它的热变形,这导致研发人员进展受阻。但我们一直相信,无论研发过程有多难,中国一定会成功。我们需要明白的是,这种技术我国不可能从别人手里获得,要想打破技术封锁,走上自主国产化,只有靠我们自己!


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