化學(xué)機械拋光技術(shù)若干問題研究

曹應(yīng)根

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

化學(xué)機械拋光技術(shù)若干問題研究

曹應(yīng)根

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

化學(xué)機械拋光技術(shù)誕生以來，極大地提高了產(chǎn)品表面的質(zhì)量，使產(chǎn)品生產(chǎn)達到了一個新高度。隨著化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，更多化學(xué)藥劑被發(fā)現(xiàn)和制造出來，給化學(xué)機械拋光技術(shù)帶來了新的機遇。但同時也有一個最嚴(yán)峻的問題：快速發(fā)展的化學(xué)工藝及不斷擴大的市場和相對壟斷的技術(shù)手段之間的矛盾難以解決，這種化學(xué)機械拋光技術(shù)分布不平衡的局面影響了化學(xué)機械拋光技術(shù)的發(fā)展。此外，化學(xué)機械拋光工藝復(fù)雜、拋光液配置要求高、生產(chǎn)實踐難度大，一系列問題的出現(xiàn)都給這一技術(shù)的應(yīng)用和持續(xù)發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。

化學(xué)機械拋光；工藝原理；問題分析；發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代社會對產(chǎn)品表面質(zhì)量要求不斷提高，化學(xué)機械拋光被廣泛研究和重視，這種拋光技術(shù)能快速有效地消除材料表面的損傷層，使材料表面全局平坦，提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量，使其更適合現(xiàn)代人的生產(chǎn)、生活，滿足了現(xiàn)代人不同的生產(chǎn)需求和審美需求。

1 化學(xué)機械拋光技術(shù)的發(fā)展和工藝原理

化學(xué)機械拋光技術(shù)的發(fā)展史并不長，卻給工業(yè)生產(chǎn)帶來了翻天覆地的變化，隨著20世紀(jì)90年代化學(xué)機械拋光技術(shù)的成熟，這一技術(shù)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋光工藝，成為工業(yè)生產(chǎn)中最廣泛使用的拋光技術(shù)，而且，隨著科技的發(fā)展，化學(xué)機械拋光的市場還在不斷的迅速增大，這是因為直到現(xiàn)在為止，化學(xué)機械拋光仍然是世界上唯一可以全面平化產(chǎn)品表面的精加工技術(shù)，這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計算機硬盤加工、集成電路芯片加工、光學(xué)玻璃加工、寶石加工等各個方面?；瘜W(xué)機械拋光技術(shù)的工藝原理很簡單，就是利用化學(xué)作用和機械作用使產(chǎn)品表面變得光滑、平整，最方便、快捷、高效地去除產(chǎn)品表面因前加工導(dǎo)致的損傷痕跡，實現(xiàn)產(chǎn)品表面的全局平坦化。在生產(chǎn)實踐中，人們會用化學(xué)方法使材料的表面發(fā)生腐蝕，這樣就降低材料拋光的難度。然后再利用機械磨削對材料的表面進行打磨，使其表面光潔、平整。這一過程的工藝極為復(fù)雜，化學(xué)方法處理產(chǎn)品材料需要嚴(yán)格的條件，任何一個因素都會影響到化學(xué)機械拋光的質(zhì)量。例如，藍寶石產(chǎn)品拋光過程中，要使藍寶石表皮產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)非常困難，由于藍寶石硬度很大直接拋光也有難度。這就需要利用化學(xué)拋光技術(shù)，在極高的溫度下使藍寶石與二氧化硅產(chǎn)生反應(yīng)，而反應(yīng)過程中的壓力、拋光墊選擇、拋光盤轉(zhuǎn)速等對最終的拋光質(zhì)量都有很大影響，其過程伴隨著復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，如水解反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等等，拋光后，產(chǎn)品殘留物的清洗也是一大難點，也會用到一些化學(xué)方法。

因此，化學(xué)機械拋光技術(shù)原理很簡單，過程很復(fù)雜，國內(nèi)對這一技術(shù)的研究還處于初級階段，國際上這一技術(shù)的核心知識也只掌握在極少數(shù)國家手里。所以對化學(xué)機械拋光技術(shù)的研究，是我國工業(yè)發(fā)展、科技發(fā)展的需要，這一領(lǐng)域的研究成果并將給我過工業(yè)生產(chǎn)帶來新的機遇。

2 化學(xué)機械拋光技術(shù)若干問題分析

（1）相對壟斷與廣泛研究?；瘜W(xué)機械拋光的用途廣泛、技術(shù)難度高，當(dāng)前化學(xué)機械拋光的先進工藝主要掌握在日美等少數(shù)國家手中，我國在此方面雖有研究，但大多停留在實驗室研究階段，研究結(jié)果在生產(chǎn)應(yīng)用中并不廣泛。而且化學(xué)機械拋光工藝的很多技術(shù)都?xì)w屬保密領(lǐng)域，研究成本巨大，這就導(dǎo)致此方面技術(shù)水平的差異，短時間內(nèi)難以改變，于是就形成了相對壟斷的技術(shù)分布。此外，化學(xué)機械拋光實踐過程中會遇到很多問題，例如，拋光溶劑種類繁多，工藝差異大，條件苛刻，實驗與實際應(yīng)用存在較大差別，因此該項目的研究消耗大，效益回報緩慢。以45鋼模具為例，可應(yīng)用強酸、強堿作為拋光液；也可以用中性鹽作為拋光液，選擇的化學(xué)方式不同，需要的拋光條件、拋光墊等也有一定的差別，而產(chǎn)品拋光過程中一些細(xì)微的東西都有可能影響整個拋光的結(jié)果。再如，廢液的處理，采用化學(xué)機械拋光技術(shù)其原理就是化學(xué)藥劑與產(chǎn)品材料的表面發(fā)生反應(yīng)，生成容易加工的反應(yīng)層，然后再利用其它技術(shù)手段進行打磨拋光。這一過程所使用的化學(xué)藥劑不僅會留在材料拋光的廢液中，還會附著在產(chǎn)品上，因此對化學(xué)拋光的殘留物及廢棄物的處理也是一個需要深入研究的重要問題。綜上所述，化學(xué)機械拋光技術(shù)研究成本高、信息資源匱乏、學(xué)術(shù)著作等理論研究缺少實踐支持、實際應(yīng)用過程情況復(fù)雜多變，導(dǎo)致其研究問題多、困難多、收效慢，致使其發(fā)展至今先進的技術(shù)仍然處于相對壟斷階段。要解決這一問題，單憑借鑒國外資料、工藝技術(shù)是不夠的，重點還是要從自身出發(fā)，自主研究化學(xué)機械拋光的工藝技術(shù)，鼓勵國家機構(gòu)外的大型企業(yè)加入到化學(xué)機械拋光的技術(shù)研究中來，使化學(xué)科學(xué)能夠更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

（2）拋光液的化學(xué)性質(zhì)研究。拋光液的使用在化學(xué)機械拋光技術(shù)應(yīng)用中非常關(guān)鍵，拋光液的構(gòu)成很復(fù)雜，有穩(wěn)定劑、有機溶劑、緩和劑等等，在拋光液配置過程中要對各種化學(xué)藥劑的物化性質(zhì)了解得非常透徹，要對其在不同情況下可能出現(xiàn)的一切情況都了若指掌。例如，藍寶石拋光過程中，如果沒有外加能量，化學(xué)反應(yīng)根本不能發(fā)生，這樣就不會生成反應(yīng)層，接下來的打磨工序就很難進行。又如，摩擦后材料表面的反應(yīng)層消失，但還有部分固體殘留還附著在產(chǎn)品上，這時候需要用拋光液將其除去，使產(chǎn)品光亮的新生表面露出，這樣才能保證產(chǎn)品拋光的質(zhì)量?？傊?，化學(xué)機械拋光技術(shù)應(yīng)用中拋光液化學(xué)成分復(fù)雜，加之化學(xué)試劑本身就類型較多、物化性質(zhì)多樣、多變，因此配出適合產(chǎn)品拋光的拋光液并不是一件容易的事。當(dāng)然，當(dāng)前也有一些著作對化學(xué)機械拋光中的拋光液配置有所描述，但大多數(shù)都缺少實踐，要不含糊其辭，要不范圍模糊，一般情況下很難從中獲得適用的拋光液配置信息資源。而化學(xué)試劑種類非常豐富，隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，更多新物質(zhì)會不斷的出現(xiàn)，拋光液的物質(zhì)組合選擇會更加多元化，這就要在研究化學(xué)機械拋光過程中不能只停留在實驗室研究，要更重視其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用和實踐應(yīng)用價值研究。此外，隨著人類對環(huán)境保護的不斷重視，化學(xué)機械拋光技術(shù)應(yīng)用中所存在的污染風(fēng)險也會被更加重視，而在大多數(shù)的化學(xué)機械拋光中廢水、污染處理仍是一個難題，例如，寶石飾品加工中，化學(xué)溶劑可能殘留在成品中，這種飾品的佩戴會給人體造成一定的傷害。因此，化學(xué)機械拋光技術(shù)實際應(yīng)用中需要考慮的問題非常多，這就需要在其研究過程中不僅要抓住主流，還要抓住細(xì)節(jié)，不斷提高拋光液的品質(zhì)，使其應(yīng)用更為環(huán)保、安全、可靠。

（3）生產(chǎn)應(yīng)用研究?；瘜W(xué)機械拋光涉及多個學(xué)科，化學(xué)、物理、機械等，多個學(xué)科相互交叉、互相融入，要掌握其技術(shù)要領(lǐng)并不容易。加之化學(xué)機械拋光工藝影響因素復(fù)雜，所適用的條件差異大，即便相同的工藝流程操作的結(jié)果也有可能有所區(qū)別，因此，將化學(xué)機械拋光技術(shù)從實驗室應(yīng)用到實際生產(chǎn)中是一個復(fù)雜的、問題多多的過程。當(dāng)前，化學(xué)機械拋光的核心技術(shù)還是被壟斷，國內(nèi)外關(guān)于化學(xué)機械拋光技術(shù)的學(xué)術(shù)著作、技術(shù)資料不少，但實用價值還有待考究，對于該技術(shù)應(yīng)用的各項條件需要在實際生產(chǎn)中進一步進行研究。例如，拋光液配置比例有偏差，就會造成拋光產(chǎn)品表面出現(xiàn)化學(xué)藥劑的沉淀物，產(chǎn)品表面出現(xiàn)白條，影響產(chǎn)品拋光的質(zhì)量。這種情況大都是由于拋光液濃度過大、液體混合不均勻造成的，在實驗室進行操作時，對參與拋光工藝的各種化學(xué)藥劑的配置、溶解都非常的嚴(yán)格，但應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，應(yīng)用環(huán)境發(fā)生變化、條件復(fù)雜多變，這就造成了生產(chǎn)應(yīng)用中眾多難以掌控的問題隱患，因此，很多時候不是實驗室驗證可以就能應(yīng)用到生產(chǎn)中的。

3 結(jié)語

在研究化學(xué)機械拋光過程中，更要關(guān)注其實用價值，多思考化學(xué)作用的穩(wěn)定性，以促進化學(xué)機械拋光工藝的發(fā)展。同時，由于化學(xué)機械拋光技術(shù)應(yīng)用中會接觸到很多有毒、有害的化學(xué)藥劑，即便反應(yīng)完成，這些有害化學(xué)物質(zhì)也會殘留在廢液、產(chǎn)品表面等，因此應(yīng)多關(guān)注化學(xué)機械拋光的藥劑存儲、廢液處理等問題，使其形成一個完整的、科學(xué)的生產(chǎn)鏈，使其能夠穩(wěn)定的、安全的應(yīng)用到生產(chǎn)當(dāng)中。

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曹應(yīng)根（1991-），男，陜西橫山人，大學(xué)本科，主要從事應(yīng)用化學(xué)方面的學(xué)習(xí)與研究工作。