摘要：

　　针对烧结后陶瓷毛坯表面粗糙、尺寸超差导致器件性能劣化的问题，本文系统梳理了“粗磨—精磨—抛光—特种喷射”四级研磨体系，量化给出了磨料粒度-去层厚度-粗糙度-力学性能之间的对应关系，并通过PTC热敏电阻、压电点火片、氧化铝基板三条典型批产线的失效案例，验证“磨料污染”与“运动轨迹”对耐压强度、绝缘电阻、抗折强度的影响。实验表明：将粗砂污染控制在≤0.01 wt%以内、采用8字形轨迹+行星磨复合工艺，可把耐电压合格率由82%提升至99.3%，表面粗糙度Ra由0.45μm降至0.08μm，抗折强度提高18%。

　　1 实验过程与术语定义

　　1.1 实验材料

　　a) 试样：96%Al₂O₃基板（50mm×50mm×1mm，烧结态Ra=1.2μm，抗折强度σf=320MPa）；

　　b) 磨料：绿色金刚砂（GC）、电熔刚玉（WA）、浮石粉（Pumice），粒度分级见表1；

　　c) 黏胶：松香/虫胶=4:1，软化点78℃。

　　1.2 设备与参数

　　① 平面铸铁磨盘：Ø300mm，转速n=100–500r/min，跳动≤5μm；

　　② 行星磨床：公转30r/min，自转120r/min，压力0.02MPa；

　　③ 磨蚀喷射机：喷嘴WC-Ø0.2mm，气压0.6MPa，SiC粉15–25μm，走枪速度100mm/min。

　　1.3 四级研磨工艺路线

　　步骤1　粗磨：GC#120（150±10μm），去层0.20mm，n=350r/min，水基砂浆流速1.2L/min；

　　步骤2　半精磨：GC#600（30±2μm），去层0.10mm，n=300r/min；

　　步骤3　精磨：GC#1200（18±1μm），去层0.05mm，n=250r/min；

　　步骤4　抛光：CeO₂粉d50=0.5μm，柏油模，压力3kPa，时间30min。

　　1.4 检测方法

　　a.粗糙度：白光干涉仪，取样长度0.8mm，五点平均；

　　b.耐电压：ASTM D149，油浴25℃，升压速率1kV/s；

　　c.抗折强度：三点弯曲，跨距30mm，加载速率0.5mm/min；

　　d.表面裂纹密度：SEM×2000，随机视场5个，计算单位长度裂纹数。

　　2 结构分析

　　2.1 磨料污染案例复盘

　　2023年某PTC厂批次A，因误用装过#36粗砂的编织袋装#800细砂，导致粗砂混入量0.13wt%。图2-a显示划痕深度达2.1μm（≈粗砂粒径15%），耐电压由常规25kV降至17kV，不合格率18/120=15%。批次B更换新袋后粗砂混入降至<0.01wt%，耐电压恢复至24.6kV，不合格率0.8%，直接经济损失减少32万元。

　　2.2 运动轨迹对平行度的影响

　　实验设计：固定压力、转速、砂浆，对比“单向圆周”与“8字形”轨迹。结果：

　　· 平行度误差：单向0.025mm，8字形0.008mm；

　　· 厚度散差（50片）：单向±0.04mm，8字形±0.015mm；

　　· 电场模拟（Ansys Maxwell）：单向试片边缘场强提高1.7倍，局部击穿风险显著增大。

　　2.3 行星磨+砂轮双工艺对比

　　传统铸铁盘精磨50片需45min，行星磨仅需18min，Ra同为0.08μm；但行星磨因“自转+公转”产生剪切分量，表面裂纹密度降低22%，抗折强度提高18%（380MPa vs 320MPa）。

　　2.4 磨蚀喷射（AJM）柔和机制

　　X射线残余应力测试（sin²ψ法）表明：

　　· 普通研磨：表面拉应力+85MPa，裂纹沿晶界扩展，出现整颗晶粒脱落；

　　· AJM：表面压应力−42MPa，粗糙度Ra=0.06μm，损伤层深仅1.2μm（普通3.5μm）；

　　· 喷射后抗折强度保持率97%，显著优于传统研磨的88%。

　　3 结论

　　(1) 磨料粒度每降低一个标号，表面损伤层深度约减半，耐电压与抗折强度呈指数正相关（R²>0.92）。

　　(2) 粗砂污染控制在≤0.01wt%、8字形轨迹+行星磨复合，可把尺寸精度提高40%，耐电压合格率由82%升至99.3%，单件加工成本仅增加4%。

　　(3) 磨蚀喷射技术以“微切削+压应力”替代“犁削+拉应力”，在保持高效率（材料去除率2.3μm/min）的同时，将表面损伤降至传统工艺的1/3，特别适合超薄(<0.3mm)陶瓷基板的高可靠性加工。（更多资讯请关注先进材料应用哦！）