研磨（mó）和拋光是經（jīng）典的超精密加工技術，被廣泛應用於脆性難加工半導體襯底（dǐ）材料的超光滑無損傷加（jiā）工，比如矽、氮化镓和藍寶石等材料的加工。通過研磨和拋光可以有效去除前道工序造成的加工損傷，並獲得超光滑無損傷的工件表麵。研拋磨粒（lì）作為研拋工藝的核（hé）心輔助材（cái）料之一，研拋磨粒選（xuǎn）擇的（de）恰（qià）當（dāng）與否直接影響到研拋（pāo）效率和研拋（pāo）質量的高低。
本文從研拋磨粒的組成方式和結構特點等角度（dù）出發（fā），總（zǒng）結了研拋磨粒對加工結果的影響，以（yǐ）及新型研拋（pāo）磨粒的（de）研究進展，為研拋磨粒（lì）的科學選擇和應（yīng）用提供參考。
一、單一（yī）磨粒
研拋工藝要求不同，采用的磨粒材質也不（bú）同，常見磨粒（lì）有二氧化矽（SiO2）、氧化鈰（CeO2）、碳化硼（B4C）、氧化鋁（Al2O3）、碳化矽（SiC）和（hé）金剛石等。不（bú）同材質的磨粒對不同材質工件研拋結果的影響差異（yì）顯著，這主要體現在磨粒的硬（yìng）度和化學活性等方麵。
1、磨粒形狀因素（sù）
研究主要對比了含棱角磨粒與圓鈍磨粒對研拋結果的影響，發現含棱角磨（mó）粒更適合高效率的（de）研拋需求，圓鈍磨粒更適合高質量的（de）研拋需（xū）要。雖然圓鈍磨粒（lì）更有利於提升研拋質量，但是圓鈍磨粒（lì）普遍存在研拋效率較低的問題。為了解決上述問題，眾多學者提出（chū）了製備異形磨粒的方法。所（suǒ）謂異形磨粒是指相對於傳統的球形SiO2磨粒，製備（bèi）出的非球形SiO2磨（mó）粒。Lee和Salleh等通過試驗發現應用異形SiO2磨粒既可以（yǐ）解（jiě）決由硬質磨粒（如Al2O3）引起（qǐ）的劃痕問（wèn）題，又可以避免球形SiO2磨粒研拋效率較低的問題。
2、其他因素（sù）
磨粒粒徑（jìng）的影響。磨粒粒徑越大，材料（liào）去除率越（yuè）高；當粒（lì）徑固定（dìng）時，相比於兩體磨粒去除的固結磨料研拋工藝，三體磨粒（lì）去除的遊（yóu）離磨料研拋工藝中部分磨粒的滾動行為雖然限製了材料去（qù）除率的提升，但是促進了研拋質量的提（tí）高（gāo）。
磨粒濃度的影響。隨磨粒濃度的增加，研拋（pāo）效率也在（zài）增加。潘繼生等采用金剛石磨粒（lì）對藍寶石進行研拋時（shí），隨磨粒（lì）濃度的增大，材料去除率和（hé）表麵粗糙度分別會在不同濃度值達到峰值。
研拋環境（jìng）對（duì）磨粒研拋機理的（de）影響。酸性環境下，SiO2磨粒與藍寶石表麵電荷極性相反，由於靜電吸附增加了磨（mó）粒與晶（jīng）體表麵的接觸概（gài）率；堿性環境下，SiO2磨（mó）粒與晶體（tǐ）表麵電荷極性相同，由於同性（xìng）相斥作用降低了磨粒與晶體表（biǎo）麵的接（jiē）觸概率。這（zhè）意味著，在酸性（xìng）條件下（xià），磨粒（lì）與晶體表麵的接觸行為主導拋光效率；但是堿性條件（jiàn）下，晶體表麵變質層的生成速率主導（dǎo）拋光效率。CeO2磨粒研拋石英玻璃，玻璃表麵材料去除主要由磨粒與工件的界（jiè）麵摩擦（cā）化學腐蝕作用主導，而非簡單的機械研拋過程（chéng）。
二、混合磨粒
在單一磨粒的（de）應用過程中，有些磨（mó）粒偏向獲得較高的研拋效率，有（yǒu）些磨（mó）粒偏向獲得較好的研拋質量，為了能夠顯著提升研拋效率，有學者提出了使用混合（hé）磨粒。混合磨粒主要指研拋過程中使用兩種或多種不同磨粒按比例混合的磨（mó）粒，其中磨粒的不同主要體（tǐ）現為材質和粒徑等方麵的不同。
Jindal等將較大（dà）粒徑的Al2O3磨粒分別與較小粒徑的SiO2、CeO2等磨粒（lì）進行混合，實現了對單一磨（mó）粒研拋性能的（de）提（tí）升。通（tōng）過顯微形貌分析顯示在（zài）大粒徑的磨粒外圍吸附滿了小粒徑的磨粒，相（xiàng）比於純Al2O3磨粒，表（biǎo）麵（miàn）吸附（fù）了SiO2或CeO2的混合磨粒，既可（kě）以避免純Al2O3磨（mó）粒（lì）的團聚，還（hái）可以利用小粒徑磨粒的化學（xué）活性來提升混合磨粒的研拋效率。
Park等將ZrO2磨粒與SiO2磨粒進行混合，Lee等將（jiāng）納米金剛石（shí）磨粒與SiO2磨粒混合，可以提升SiO2磨粒的研拋效率。在混合磨粒（lì）中，隨著納米金剛石磨粒濃度的增（zēng）加，材料的研拋效率也同步增（zēng）加；在研拋（pāo）過程中（zhōng），納米金剛（gāng）石磨粒（lì）主（zhǔ）導工件表麵材（cái）料的去除，SiO2磨粒則負責殘留機械加工痕跡的去除。
除了上述不同材質磨粒之間的混合，還存在相（xiàng）同材質不同粒徑磨粒之間的混合（hé）。Lee等（děng）將粒徑（jìng）為30nm和70nm的SiO2磨粒（lì）按比例進行混合（hé），隨著（zhe）兩種磨粒濃度比的改變，工件表麵材（cái）料的去（qù）除方式也發生（shēng）兩體和三體磨粒去除的改變，當兩種磨粒質量比為2∶1時，材（cái）料去除方式（shì）為兩體磨粒去除（chú），材料的去除率最高。Bun-Athuek等（děng）將粒徑為4nm的SiO2分別（bié）與20nm、55nm、105nm的SiO2磨粒混合，混合磨粒的形成示意圖分別如圖3所示，發現超（chāo）細磨粒吸附在大粒徑磨粒外圍，改變了（le）大粒（lì）徑磨粒的形貌特征，提升了研拋效（xiào）率（lǜ）。Lee等（děng）將粒徑為30nm的球（qiú）形磨粒和70nm的非球形磨粒進行混合，相比球形SiO2磨粒，混合磨粒可顯著提升（shēng）研（yán）拋效率（lǜ）；此外，提升球形磨粒在混合磨粒中的比例，可以改善非球（qiú）形磨粒的切削能力，提（tí）升（shēng）研拋質量。
三、複（fù）合磨（mó）粒
相對於單一磨粒，混合磨粒盡管可（kě）以有效提升研拋效率，但是並（bìng）不能顯著改善（shàn）研（yán）拋質量，為了能進一（yī）步改善研拋質量，並（bìng）兼顧研（yán）拋效率，有學者提（tí）出了應用複合磨粒。複（fù）合磨粒指以（yǐ）某一種磨粒或化合物為主體，將其（qí）他磨粒、金屬元素或化合物等附屬結構通過化學方式與主體融為一體的磨粒，常見的複合磨粒有核殼型複合磨粒（藍寶石｜DND@CeO2核殼（ké）型磨料的製備）和摻（chān）雜（zá）型複合磨粒（lì）。近幾年來，複合磨粒的研究取（qǔ）得了顯著的成果。
核殼型複合磨粒的內（nèi）核為大粒徑的磨粒或化合物，外殼為通過化學方式粘結於內核（hé）表（biǎo）麵的小粒徑磨粒層或化（huà）合物層。在研拋（pāo）過程中，核（hé）殼型複合磨粒的核與殼（ké）表現出物理和化（huà）學方麵的協同效應，更有利於（yú）提升研拋質量。首先，複合磨粒（lì）內核為較硬的大粒（lì）徑磨粒，主（zhǔ）要負責支撐整體結構；外殼為較（jiào）軟的小粒徑磨粒，主要負責工件表麵材料的去除。相（xiàng）比單一硬度的（de）實心磨粒結構，該複合磨粒具有（yǒu）“內硬外軟”的結構特（tè）點，更有利於提升磨（mó）粒的研（yán）拋性能。
摻雜型複合磨粒指以某一磨粒為載體，通過化學方式將金屬元素摻入其中而形成（chéng）的複合磨粒，該複合磨粒可以提升原（yuán）磨粒的表麵化學活性，獲得（dé）更好的研拋性能。
參考（kǎo）資料：
1、《超精密表麵研拋磨粒的研究進展》
2、《研拋磨粒對超精密表（biǎo）麵加工（gōng）的影響》作者：周兆鋒
3、鄭州（zhōu）千磨（mó）官網（wǎng）
