用于超光滑拋光的磁流變流體的制作方法
【專利摘要】用于基板表面的磁流變超光滑拋光的磁流變流體，包含：含水載體載劑；第一量的平均直徑為1微米到2微米的磁性顆粒；以及第二量的平均直徑為小于1納米到15納米的研磨劑顆粒。所述流體可進(jìn)一步包含化學(xué)穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，所述磁性顆粒的尺寸比所述研磨劑顆粒的尺寸大2至3個數(shù)量級。優(yōu)選地，所述磁性顆粒是球形的且包括羰基鐵，且優(yōu)選地，所述研磨劑顆粒選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鈰、二氧化硅、碳化硼、碳化硅、天然金剛石、人造金剛石、以及它們的組合。
【專利說明】用于超光滑拋光的磁流變流體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于表面精加工的方法和設(shè)備；更具體地，本發(fā)明涉及用于表面磁流變精加工(MRF)(在本文中也稱作“拋光”)的流體；且最具體地，本發(fā)明涉及能夠在基板表面的磁流變拋光中提供原子水平(atomically)光滑表面的經(jīng)改善的磁流變流體組合物和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對于常規(guī)的光學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、UV和X射線光學(xué)領(lǐng)域，具有小于0.15nm均方根粗糙度的超光滑表面技術(shù)正變得越來越重要。日益增加地，在多種技術(shù)先進(jìn)的玻璃拋光應(yīng)用例如光掩模坯件的生產(chǎn)、精密透鏡和棱鏡的制造、表面平面度的改善、以及降低作為實現(xiàn)更高水平的器件性能的關(guān)鍵的缺陷發(fā)生中，正在尋求更為精細(xì)的精加工拋光。
[0003]假如能夠得到高度熟練的光學(xué)儀器制造者的話，則一些已知的現(xiàn)有技術(shù)拋光技術(shù)(例如基于瀝青或合成墊/蓋板(lap)拋光機的現(xiàn)有技術(shù)拋光技術(shù))能夠產(chǎn)生這樣的精密超光滑表面。但是，這樣的常規(guī)方法具有低的產(chǎn)率，這是因為它們的不可預(yù)見性，需要很多次重復(fù)操作以實現(xiàn)所需的圖形(形狀，figure)和表面品質(zhì)。因此，這些方法往往是相當(dāng)耗時和耗材的且不是很適于大量生產(chǎn)這樣的表面。
[0004]通常地，通過以使得相對于平均表面的高頻率空間不規(guī)則性最小化的方式移除或增加材料的不同機理來完成拋光。各種形式的磨蝕是用于產(chǎn)生超光滑表面的傳統(tǒng)方法。幾乎完美的光學(xué)拋光磨蝕過程在于球形顆粒彈性地壓凹或穿透表面并且通過具有與穿透橫截面成比例的橫截面的材料來校準(zhǔn)(gauge) XU幅(swath)。在所有情況中，通過傳統(tǒng)上稱為“蓋板”的基準(zhǔn)面來設(shè)法調(diào)整所述磨蝕?？纱嬖谂c蓋板的無接觸、軟接觸或硬接觸。所獲得的光滑度隨著如下變化:蓋板以及研磨劑顆粒尺寸；它們與正在拋光的表面的物理和化學(xué)關(guān)系；含有研磨劑的液體載劑的物理和化學(xué)性質(zhì)；以及拋光條件，例如壓力、速度和溫度。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的其中似乎存在工件與蓋板的非直接連接的方法包括浮法拋光法和彈性發(fā)射法。
[0006]在針對直徑最高達(dá)1cm的平坦表面實施的浮法拋光過程中，將部件靜置于波紋狀的錫蓋板上。流體動力舉起部件高于蓋板，因此，不存在與硬蓋板材料的接觸。由所述波紋激發(fā)的渦流使超細(xì)顆粒(通常為4-7nm直徑的二氧化硅膠體)抵靠著所述表面旋動，輕緩地對其進(jìn)行研磨。彈性發(fā)射拋光采用快速旋轉(zhuǎn)的塑料球以產(chǎn)生湍流。
[0007]在每種情況中，似乎存在工件與蓋板的非直接連接(即，部件-研磨劑-蓋板)。顆粒撞擊到表面上，但被液體載劑緩沖。該過程似乎強烈地依賴于部件與蓋板之間的間隙。因此，圖形或形狀受控于鄰近的蓋板表面。這些過程被開發(fā)以特別地用于半導(dǎo)體工業(yè)的低的表面下?lián)p傷要求，而且，似乎在該方面格外地成功。圖形和光滑度也是優(yōu)異的。實現(xiàn)了低至0.2nm rms (2-400次循環(huán)/mm，頻帶受限)的光滑度(在本文中也稱作“粗糙度”)。在一些情形中，已經(jīng)可信賴地報道了在相同頻率范圍中的低至0.135nm rms的粗糙度。
[0008]軟的蓋板包括其中存在相當(dāng)大的彈性回彈的發(fā)泡體和氈。如所期望的，使用細(xì)小顆粒與較軟蓋板的組合獲得了更光滑的表面。在半導(dǎo)體工業(yè)中，各種該類型的蓋板與微懸浮液(例如膠體二氧化硅)一起使用。但是，彈性蓋板往往伴隨著較長的空間頻率擾動。因此，取決于蓋板的性質(zhì)且在某種程度上取決于拋光條件，存在產(chǎn)生稱作“桔皮”的二維空間共振的趨勢。
[0009]對于最苛刻的光學(xué)表面，使用由瀝青制成的硬蓋板。瀝青是這樣的粘彈性流體材料，其逐漸地與規(guī)則表面相一致且允許研磨劑顆粒沉入至幾乎相同的深度。該流體的行為幾乎是純粹地牛頓式的，且其粘度能夠通過混合以及溫度控制而得以精細(xì)地控制。其通常以在2?8X 18泊范圍內(nèi)(用于金屬)和在2?8X10 9泊范圍內(nèi)(用于玻璃)的粘度使用。由于這些高的粘度，該材料似乎在局部是相當(dāng)剛性的，但是，其緩慢地發(fā)生與表面的自修正行為。對于非球形表面，其由一些種類的彈性墊支撐。
[0010]本領(lǐng)域已知的是，粗糙度取決于拋光漿料中的顆粒尺寸及濃度。因此，為了實現(xiàn)最大的光滑度，必須以相當(dāng)小的尺寸分布和相當(dāng)高的顆粒濃度來使用小顆粒。剛好在顆粒將要消失于瀝青表面之下時發(fā)生對于給定分布的最大光滑度。此時，已經(jīng)將它們下壓至幾乎不變的高度，而且，采用最大量的顆粒以產(chǎn)生在每個顆粒上的最低負(fù)荷。該負(fù)荷不是完全相同的，因為最大的顆粒遇到較大的對于透入到瀝青中的阻力，導(dǎo)致了提供所述負(fù)荷的在材料中的較大透入。采用這些技術(shù)，產(chǎn)生了接近0.1nm rms的表面，具有在5-400次循環(huán)/mm的空間頻率范圍內(nèi)的0.08nm rms的較小讀數(shù)。
[0011]從以上的描述得出:接觸和非接觸式的常規(guī)拋光方法均能夠在適當(dāng)?shù)臈l件下提供超光滑表面，其中，研磨劑粒度是限定接觸區(qū)尺寸以及顆粒負(fù)荷的主要因素。
[0012]在非接觸式拋光中，顆粒的負(fù)荷得自顆粒與表面的碰撞，而且，與顆粒的質(zhì)量或其直徑的三次冪成比例，然而，在接觸式拋光中，每個顆粒承受與其直徑的平方成比例的負(fù)荷。粒度的降低導(dǎo)致顆粒負(fù)荷的顯著降低，進(jìn)而導(dǎo)致透入深度和粗糙度的降低。然而，與此同時，顆粒負(fù)荷的過分降低最終導(dǎo)致以韌性破壞方式或以脆性破壞方式提供拉伸破壞的極限表面拉伸強度的減小，換句話說，導(dǎo)致材料移除的逐漸消失。
[0013]因此，為了降低表面粗糙度而進(jìn)行的粒度降低具有取決于顆粒和表面性質(zhì)的下限。低于50-100nm時，無法簡單地通過使用越來越細(xì)小的研磨劑來得到越來越光滑的表面，因為單位負(fù)荷變得不可接受地低而且完全不發(fā)生基板移除。這樣的細(xì)顆粒在本領(lǐng)域中稱作“納米顆粒”。
[0014]通常，顆粒尺寸降低工藝已經(jīng)突破了這樣的一些界線(barrier)，超出該界線，則過去的定律不再必然適用。任何降低至納米顆粒尺度的材料均能夠突然表現(xiàn)得與其之前非常不同。
[0015]是什么使得納米顆粒如此獨特呢？納米范圍內(nèi)的顆粒具有兩種特別的性質(zhì)。
[0016]首先，任何小于50nm的物質(zhì)不再唯一地遵守經(jīng)典物理學(xué)定律，而是遵守量子物理學(xué)定律。這意味著納米顆粒能夠呈現(xiàn)出與它們在顆粒家族中的較大相關(guān)物明顯不同的其它光學(xué)、磁性或電性質(zhì)。
[0017]其次，隨著粒度降低，顆粒質(zhì)量與表面積之間的比率改變。這是因為物體變得越小，其表面積相對于其質(zhì)量變得越大。隨著顆粒變小而逐漸發(fā)展的表面積與體積的比率的提高導(dǎo)致顆粒表面上的原子的行為相對于顆粒內(nèi)部的原子的行為越來越占支配地位。格外大的相對表面積以及增大的表面/體積比率使得納米顆粒能夠發(fā)揮出對于其環(huán)境的更強的影響并與其它物質(zhì)反應(yīng)。具體地說，與具有晶體結(jié)構(gòu)的納米顆粒的內(nèi)部中的原子相比，該顆粒在其表面上具有更多的不太強烈結(jié)合的原子。考慮到它們的不穩(wěn)定狀況，所述原子具有反應(yīng)性。顆粒越小，相對表面積越大。這也意味著在表面上成比例地存在較多的原子且在內(nèi)部中則較少。簡言之，顆粒越小，物質(zhì)越具有反應(yīng)性。
[0018]可能無法通過了解表面原子或量子效應(yīng)的提高的影響而簡單地預(yù)測納米顆粒的一些性質(zhì)。例如，最近表明:具有40-100納米直徑的完美成形的硅“納米顆?！辈⒎莾H僅比硅硬，而是屬于已知的最硬材料之一，落在藍(lán)寶石與金剛石之間。
[0019]MRF是一種確定性的高性能拋光方法，其能夠以可編程的自動方式產(chǎn)生高精度表面。雖然能夠通過現(xiàn)有技術(shù)的MRF技術(shù)在玻璃上實現(xiàn)大約0.3-0.4nm rms的基板表面粗糙度，對于很多應(yīng)用來說，這是相對低但可接受的。在MRF中尚未實現(xiàn)更低的粗糙度水平。通過MRF提供這樣的較低粗糙度水平是本發(fā)明的目標(biāo)。
[0020]在MRF中，通過流體流動、特別是通過固體顆粒的濃混合物的剪切流動來提供研磨劑顆粒的負(fù)荷。MRF中的關(guān)鍵因素是MR拋光流體本身。
[0021]MR流體是在磁場的存在下經(jīng)歷機械性質(zhì)的改變且轉(zhuǎn)變成塑性材料的液體組合物。一般地，MR流體包含分散在典型地為水的載體流體內(nèi)的鐵磁性(對軟磁化敏感)的顆粒，典型地大于直徑0.1微米。在磁場的存在下，所述顆粒在流體中變得磁化且組織成鏈。所述顆粒的鏈形成這樣的空間結(jié)構(gòu)，其造成機械性質(zhì)的顯著改變、特別是屈服應(yīng)力的提高，表現(xiàn)為表觀粘度的許多個數(shù)量級地提高。在不存在磁場的情況下，所述顆?；謴?fù)成無組織或游離的狀態(tài)且整個材料的初始狀況相應(yīng)地回復(fù)。
[0022]通常，MR拋光流體包含四種主要成分:水、磁性顆粒、研磨劑和化學(xué)添加劑。由于獨特的化學(xué)性質(zhì)，水優(yōu)選作為化學(xué)試劑和載體流體這兩者用于旨在拋光玻璃或硅基板的拋光漿料。
[0023]將MR流體模擬為具有通過磁場控制的屈服應(yīng)力的賓漢塑性材料通常是可接受的。所述模型提出:當(dāng)應(yīng)力低于屈服點時，處于變形下的材料表現(xiàn)為固體，而且，當(dāng)應(yīng)力高于屈服點時，像牛頓流體那樣流動。
[0024]在MRF中，以與移動壁(典型地為移動輪的外表面)的某一固定距離設(shè)置凸起表面(例如待拋光的透鏡)，以使所述透鏡表面與壁形成收斂的間隙。置于移動壁下方的電磁體在所述間隙的鄰近產(chǎn)生非均勻磁場。磁場梯度垂直于所述壁。將MR拋光流體輸送至剛好位于電磁體極片上方的移動壁，以形成拋光帶。隨著該帶移動進(jìn)入所述場，MR流體變硬且獲得塑性賓漢性質(zhì)并變得高度分層。由于非磁性研磨劑顆粒響應(yīng)于磁場梯度而懸浮，因此，鄰近透鏡表面的該帶的上層變得充滿研磨劑。其后，使通過磁場梯度而壓接在所述壁上的該帶牽引通過所述間隙。由于MR流體的可塑性，形成了夾在透鏡表面與連接至移動壁的未受剪切的材料的中心之間的剪切流體薄層。在充分的高剪切速率下，這樣的流動的特征在于強烈的相互作用和研磨劑顆粒之間以及與透鏡表面的碰撞，導(dǎo)致經(jīng)由透鏡表面的消蝕的拋光。該區(qū)域在MRF領(lǐng)域中稱作“拋光區(qū)”。
[0025]美國專利N0.5，804, 095公開，MR拋光流體可包含非膠體磁性顆粒和研磨劑顆粒這兩者。研磨劑的粒度可在1-7微米的范圍內(nèi)且磁性顆粒的中值直徑范圍為大約3至5微米。所獲得的粗糙度數(shù)值可在0.7-lnm rms的范圍內(nèi)。
[0026]所述拋光過程采用計算機程序以確定用于改變旋轉(zhuǎn)工件通過拋光區(qū)的速度(停留時間)和位置的CNC機加工時間表。由于其適應(yīng)性及子孔(subaperture)性質(zhì)，該拋光工具可精加工復(fù)雜的表面形狀，例如具有不斷變化的局部曲率的非球面。MRF相對于競爭技術(shù)的基本優(yōu)點在于拋光工具無磨損，因為對再循環(huán)流體進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控和再生。連續(xù)地除去拋光碎肩和熱量。
[0027]所述技術(shù)無需專用的工具或?qū)ｉT的裝置。由于其獨特的特性，MRF被認(rèn)為是一種確定性的工藝，其能夠以可編程的自動方式可靠地產(chǎn)生可預(yù)見的高精度表面。
[0028]在二元(雙峰)混合物的情況下，與MR流體的情況一樣，且根據(jù)動量守恒原理，較大顆粒可以給較小顆粒提供相當(dāng)大的負(fù)荷。當(dāng)在基板表面附近發(fā)生這樣的情形時，其可通過較小顆粒導(dǎo)致有效(effective)的表面壓陷，尤其是如果顆粒具有適當(dāng)?shù)臋C械性質(zhì)的話。當(dāng)應(yīng)用于MR拋光時，該概念模型提出，通過剪切流動賦能的較大或基礎(chǔ)(basic)的顆粒例如鐵磁性顆粒給較小的研磨劑顆粒提供了壓陷負(fù)荷以透入表面中并移除材料，即，高動量的較大磁性顆粒促進(jìn)并且驅(qū)使較小的研磨劑顆粒抵靠或者實際上進(jìn)入到基板表面中。對于基于MR流體的拋光過程，接受這樣的材料移除機理，推測，在拋光界面中發(fā)生相對大的磁性顆粒和小得多的研磨劑顆粒的高度濃縮懸浮液(45-50體積％ )的某種形式的剪切流動，導(dǎo)致在透鏡接觸區(qū)上的材料移除。
[0029]在‘‘Material Removal in Magnetorheological Finishing of optics”(2011，Applied Optics,第 50 卷，第 14 期，第 1984-1994 頁)中，由 W.Kordonski 和 S.Gorodkin公開并定性地證實了該機理，該文獻(xiàn)在此引入作為參考。優(yōu)選地，磁性顆粒比研磨劑顆粒大2-3個數(shù)量級。對于低至10nm的研磨劑粒度，Kordonski和Gorodkin表明:通過經(jīng)典力學(xué)良好地預(yù)測材料移除速率，而且，能夠通過控制磁場、界面的幾何學(xué)參數(shù)以及壁速度來控制材料移除速率。
[0030]如前面所注意到的，現(xiàn)有技術(shù)的MRF精加工能夠提供低至0.40nm rms的玻璃表面粗糙度。本發(fā)明的目標(biāo)是提供能夠使玻璃基板的表面拋光達(dá)到小于0.15nm rms、且優(yōu)選低于0.1Onm rms的表面粗糙度的MRF條件(MR流體和方法)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]簡而言之，一種用于基板表面的磁流變精加工的磁流變流體包含:含水載體載劑；第一量的平均直徑為I微米到2微米的磁性顆粒；以及第二量的平均直徑為小于I納米到10納米的研磨劑顆粒。所述流體可進(jìn)一步包含化學(xué)穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，所述磁性顆粒是球形的且包括羰基鐵，且優(yōu)選地，所述研磨劑顆粒選自氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、二氧化硅、碳化硼、碳化硅、天然金剛石、人造金剛石、以及它們的組合。在其它方面為常規(guī)的MR精加工系統(tǒng)中采用本發(fā)明的MR流體能夠?qū)е逻@樣的基板表面，其具有小于0.1Onm的實測均方根粗糙度以及出人意料且無法預(yù)見的0.5-0.6微米/分鐘的高表面移除速率。

【具體實施方式】
[0032]如前所述，MRF中的顆粒負(fù)荷機理提出:在該情況中的材料移除不受研磨劑粒度的限制，因此，使得有可能通過選擇實際上盡可能小的研磨劑顆粒來降低表面粗糙度。但是，顯然，必然存在研磨劑粒度的實際下限。所引入的Kordonski和Gorodkin文獻(xiàn)純粹地在經(jīng)典力學(xué)(即，顆粒之間的彈性碰撞中的動量守恒)方面研宄了精加工過程。通過該機理，較小的顆粒通過與移動中的較大顆粒的碰撞而得以加速，而且，尺寸差異越大，加速的程度越大。所研宄和報道的研磨劑粒度范圍具有10nm的下限，其能夠產(chǎn)生如通過經(jīng)典力學(xué)理論所預(yù)測的1.5微米/分鐘的移除速率。
[0033]盡管以前從未試驗過，但希望使用了在15nm或更小的納米尺寸范圍內(nèi)的研磨劑顆粒的MRF可達(dá)到在小于0.1Orms的超光滑范圍內(nèi)的玻璃表面精加工。然而，完全可以預(yù)期，如果確實出現(xiàn)了這樣的超光滑精加工，移除速率將極其地低，最可能為0.05微米/分鐘。
[0034]由于若干種可能的抑制(或增強)因素、以及無法預(yù)先考慮的其它可能因素，因此，將已知的經(jīng)典力學(xué)機理外推至納米顆粒范圍是結(jié)果或者甚至可行性高度不確定的。
[0035]第一，如前所述，納米顆粒以量子物理學(xué)方式而非依據(jù)經(jīng)典的宏觀力學(xué)進(jìn)行行為。表面積以及因此的表面/體積比率是巨大的，從而在每個顆粒上產(chǎn)生大量的原子水平的活性位點。認(rèn)為有可能的是，該現(xiàn)象可通過提高每個顆粒與基板表面區(qū)域(其隨后被剝離)的表面結(jié)合而實際增大表面拋光光滑度和移除速率。(相信，其已被證明是該情況。)
[0036]第二，由于納米顆粒的直徑(1.0nm至15nm)僅比水分子有效直徑(0.15nm)大約一個數(shù)量級，因此，當(dāng)與相同材料的大顆粒相比時，納米顆?？稍诤黧w中具有完全不同且不可預(yù)見的活動性。顆粒的水合結(jié)構(gòu)以及假粘度效應(yīng)可占支配地位。
[0037]第三，如果研磨劑納米顆?？珊唵蔚乇晃盏劫x予動量的磁性顆粒表面中的凹陷內(nèi)而非以高的速度從那里彈回，則磁性顆粒的表面粗糙度可成為一個因素。首次地，磁性顆粒的表面粗糙度成為要考慮的因素。
[0038]因此，由于所預(yù)測的基板表面移除速率僅為0.05微米/分鐘，因而，發(fā)現(xiàn)其實際移除速率增大至少一個數(shù)量級且基板表面光滑度與預(yù)期的一樣好或者比預(yù)期的更好的本實驗是完全想不到且出人意料的。在下面給出了對于所測得的高移除速率的推薦解釋。
[0039]因此，本發(fā)明實現(xiàn)了在出人意料且想不到的移除速率下顯著降低表面粗糙度的期望目標(biāo)，如下面所說明的。
[0040]現(xiàn)在，談及本發(fā)明的MR流體，在MR精加工中，磁性顆粒造成負(fù)荷或移除速率，且研磨劑顆粒限定了基板表面壓陷或粗糙度以及在某種程度上的移除速率的特性。因此，本發(fā)明的MR流體包含兩組顆粒，各自具有如下所述的其自己的尺寸范圍分布。
[0041]在配制用于超光滑精加工的MR流體中，以下考慮事項是重要的。取決于待拋光的材料，磁性顆粒的尺寸必須在待拋光的材料中提供足以使基板材料以韌性破壞方式或以脆性破壞方式拉伸破壞的單位負(fù)荷。同時，磁性顆粒必須合理地大，以便在由磁場誘導(dǎo)的MR流體中提供足夠的屈服應(yīng)力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，目前優(yōu)選的磁性顆粒尺寸應(yīng)當(dāng)在I至2微米的范圍內(nèi)以提供足夠的對于玻璃的移除速率?？墒褂萌魏舞F磁性顆粒，優(yōu)選球形的羰基鐵顆粒。羰基鐵顆粒的表面粗糙度似乎不是一個考慮因素。
[0042]此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，研磨劑顆粒應(yīng)當(dāng)盡可能地小，且優(yōu)選比磁性顆粒小2至3個數(shù)量級。納米顆粒在本文中被定義為在性質(zhì)方面仍能表現(xiàn)為完整實體且仍能夠輸送的最小單元，優(yōu)選地，在小于15nm、并且優(yōu)選小于1.0nm至1nm的尺寸范圍內(nèi)的超細(xì)顆粒。氧化銷、氧化鋯、氧化鈰、二氧化硅、碳化硼、碳化硅、人造金剛石等的研磨劑顆?？蔀檫m合的。
[0043]在當(dāng)前優(yōu)選的配制物中，基于水的MR流體包含:平均尺寸為1.2微米的羰基鐵磁性顆粒；平均尺寸為2納米的氧化鈰顆粒；以及化學(xué)穩(wěn)定劑。
[0044]經(jīng)拋光的表面的表面品質(zhì)可通過測量和計算以下參數(shù)而得以表征:
[0045]Rq=相對于平均表面的數(shù)值偏差的均方根(rms);
[0046]Ra=表面粗糙度測量的絕對值的算術(shù)平均；和
[0047]=在所測得的數(shù)值當(dāng)中，相對于平均表面的最大高度。
[0048]實施例1
[0049]使用C-10+MR流體對第一玻璃基板表面進(jìn)行磁流變精加工，所述C-10+MR流體是可得自美國紐約州羅徹斯特市的QED Technologies的現(xiàn)有技術(shù)MR拋光流體，其包含3.5微米尺寸的磁性顆粒和40-50納米尺寸的氧化鈰顆粒，導(dǎo)致磁性顆粒/研磨劑顆粒的尺寸比率為78。測得的表面品質(zhì)參數(shù)為Rq= 0.386nm、R a= 0.306nm和R 4大=3.207nm。移除速率為1.5微米/分鐘。
[0050]實施例2
[0051]使用目前優(yōu)選的本發(fā)明MR流體對第二玻璃基板表面進(jìn)行磁流變精加工，所述流體包含1.2微米尺寸的磁性顆粒和2.5nm尺寸的氧化鈰顆粒，導(dǎo)致尺寸比率為480。測得的表面品質(zhì)參數(shù)為Rq= 0.084nm>R a= 0.066nm和R最大=1.40nm。移除速率為0.5-0.6微米/分鐘。
[0052]對于這兩個示例性表面，MRF工藝條件是相同的。
[0053]注意，所測得的移除速率(0.5-0.6微米/分鐘)是預(yù)測速率(0.05微米/分鐘)的10倍大。盡管以下理論不應(yīng)作為已經(jīng)證實的理論被倚靠，但本發(fā)明人相信所測得的高移除速率是兩個機理共同作用的結(jié)果。首先，在前文中公開而且由Kordonski和Gorodkin公開了的經(jīng)典的動量物理學(xué)理論提供了相對低但可測量的移除速率。其次，向所述物理學(xué)理論中附加前文中也公開了的化學(xué)理論，其中，非常細(xì)小的研磨劑納米顆粒由于非常大的表面積以及因此的大量的活性原子位點而變得化學(xué)連接至基板表面且?guī)椭鷱乃霰砻鎰冸x材料，從而提高了總的可測量移除速率。
[0054]可見，當(dāng)通過現(xiàn)有技術(shù)的MRF技術(shù)使用其中研磨劑顆粒的尺寸范圍為小于I納米到15納米且磁性顆粒的尺寸范圍大2至3個數(shù)量級的本發(fā)明MR流體對表面進(jìn)行精加工時，能夠在可接受的高移除速率下提供在表面超光滑性方面相對于現(xiàn)有技術(shù)的重大且可測量的改善。在本發(fā)明的實施例中，當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)結(jié)果比較時，均方根值和算術(shù)平均值各自減少75%，表面粗糙度的最大高度降低50%，且移除速率降低65%。
[0055]雖然已經(jīng)參考各種特定實施方案描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行在所描述的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍內(nèi)的許多改變。因此，本發(fā)明并非意圖限于所述實施方案，而是具有由所附權(quán)利要求書的語言所界定的全部范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于基板表面的磁流變超光滑拋光的磁流變流體，包含: 含水載體載劑； 第一量的具有第一平均直徑的磁性顆粒；以及 第二量的具有第二平均直徑的研磨劑顆粒， 其中所述第一平均直徑比所述第二平均直徑大2至3個數(shù)量級。
2.權(quán)利要求1的磁流變流體，其中，所述第一平均直徑為I微米到2微米，且所述第二平均直徑為小于I納米到15納米。
3.權(quán)利要求1的磁流變流體，進(jìn)一步包含化學(xué)穩(wěn)定劑。
4.權(quán)利要求1的磁流變流體，其中，所述磁性顆粒包括羰基鐵。
5.權(quán)利要求4的磁流變流體，其中，所述磁性顆粒是球形的。
6.權(quán)利要求1的磁流變流體，其中，所述研磨劑顆粒的材料選自氧化銷、氧化錯、氧化鈰、二氧化硅、碳化硼、碳化硅、天然金剛石、人造金剛石、以及它們的組合。
【文檔編號】B24B1/00GK104487204SQ201380038308
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】W.科頓斯基, S.戈羅德金, E.奧斯瓦爾德 申請人:Qed技術(shù)國際股份有限公司