[发明专利]一种硬脆材料工艺参数预测模型及其多目标优化方法

说明书

本发明公开了一种硬脆性材料工艺参数预测模型及其多目标优化方法，包括如下步骤：1)根根据Preston方程确定的多因素进行实验；2)通过响应面分析法与方差分析对单因数下对单目标灵敏度进行排序，按灵敏度单独确定合理单因素变量增量分配；3)根据灰色理论，基于关联度收敛原理、生成数、灰导数、灰微分方程对模型GM(0，N)与GM(1，N)模型进行多因素单目标函数建模；4)重复3步骤，建立其他目标函数模型，本发明在梯度功能研磨盘的硬脆材料均匀去除的新型超精密加工背景下，提供了一种硬脆材料工艺参数预测函数模型及其多目标优化方法，更加合理的分配因数灵敏度对目标的影响程度，且克服过往已有的优化方法只能对已有的结果进行优化。

技术领域

本发明涉及超精密加工技术领域，更具体地说，尤其涉及一种硬脆材料工艺参数预测模型及其多目标优化方法。

背景技术

蓝宝石、YAG晶体、特种陶瓷、晶体材料等硬脆性材料具有硬度高、熔点高，热稳定性好和化学性质稳定等优良特性，在国防、航空航天、工业以及生活领域中得到广泛应用。而在对硬脆性材料的研磨抛光加工过程中，经常会在晶片表面留下裂纹、断裂带、凹坑、凸起和夹杂物等表面缺陷，通过研究可将表面缺陷分为以下几种类型：

1)凹缺陷，即向内的缺陷，如沟槽、划道、裂纹、鸦爪、边缘崩边、缺口、凹坑和条纹等；

2)凸缺陷，即向外的缺陷，如火山口、夹杂物、飞边、附着物和小丘等；

3)混合缺陷，即部分向外和部分向内的缺陷，如环形坑、折叠、划痕、切削残余和桔皮等。

作为一种衬底材料，硬脆性材料基片的加工，研磨和抛光占有非常重要的工序地位，应在注重加工效率的同时，重点关注表面粗糙度、材料去除率、表层损伤、残余应力、平坦度(面型精度)等技术指标。目前，当硬脆性材料作为一种衬底材料时，可采用基于梯度功能研磨盘的硬脆材料均匀去除的新型超精密加工技术，该技术利用沿径向方向弹性模量梯度变化的梯度功能研抛盘加工工件，由于该技术属于新兴技术，在已经取得相关技术突破的同时，也存在一些不容忽视的问题，比如在蓝宝石衬底加工中易产生如下问题：

1)产生缺角、裂痕和崩边现象占总数的比例较高，约为5～8％；

2)因磨料分布不均和材料去除不均等因素，使研磨后的基片面型精度较差，增加了后续工序的去除量，生产耗时耗力，且难以控制，维护成本较高；

3)在之后的研磨和抛光工序中所能达到的加工效率较低，且很多经过加工之后的蓝宝石片由于表面划痕较重，约20％的蓝宝石基片表面有粗、深划痕，需重新研磨抛光，从而导致返工；

4)部分经返工的蓝宝石基片易出现磨抛过度而导致蓝宝石厚度过薄，产生报废，提高了硬脆性材料基片的加工成本。

这一系列问题通过Preston方程可知，基片与研抛盘接触压强的分布不均以及相对速度分布的非均匀性所引起的材料去除非均匀是基片加工质量差的重要根源。因此对于蓝宝石这一类硬脆性材料在基于梯度功能研磨盘的硬脆材料均匀去除的新型超精密加工技术背景下，急需提供一种工艺参数预测模型及其对工艺参数进行分析，使其最终能达到工艺优化的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决在梯度功能研磨盘的硬脆材料均匀去除的新型超精密加工背景下，对其加工工艺参数优化的问题，提供了一种硬脆材料工艺参数预测模型及其多目标优化方法，该方法适用于蓝宝石一类硬脆材料在梯度功能研抛盘上加工工艺优化。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种硬脆材料工艺参数预测模型，包括如下步骤：

步骤一：根据Preston方程式中Δz——磨削去除量，v——磨粒相对运动速度，p——磨粒的相对压力，kp包括了与磨粒本身相关的部分因素，对其因数kp、p、v进行实验，建立试验表；