超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

在去年年中,德國與日本等國科學家,花費上千萬經過數月打磨,聯合制造了一個世界上最圓的球體,別看它其貌不揚,裡面卻包含著多種尖端技術,而有一項技術我國至今都未掌握。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

世界上最圓的球體


或許大家會有疑惑,一個小小的圓球有何技術之說?事實是,該圓球在加工製作過程中,使用了超精密拋光工藝,而我國被還未突破的正是該技術。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

一般常規設備製造中,我們一般會把打磨和拋光歸類在一起,其實它們之間有很大不同。首先打磨是通過機床或其它機械對錶面進行高精度加工,一般表面粗糙度可以達到0.63-0.01微米。而拋光是利用機械,化學或電化學作用,使材料表面粗糙度進一步降低。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

上世紀世界各國還普遍使用的物理拋光技術,但隨著電子工業高速發展,對材料器件的尺寸和精度也提出更加苛刻的要求,以晶片製造為例,一塊一毫米厚度的基片上面,需要放置幾十萬條集成電路,此時老舊拋光工藝已經遠遠不能滿足要求,只有採用超精密的工藝進行拋光。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

超精密拋光是晶片製造的最重要的環節之一,此外醫療器械、汽車零件、數碼配件、航天航空等等,都需要用到超精密拋光,還有今天的單晶硅等材料已經進入納米級別,拋光工藝自然也要跟上,我國如果不能掌握該技術,眾多領域關鍵進步都將被卡住,永遠也稱不上製造強國。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

如果把拋光工藝比作煎餅,那卡我們脖子的就是鍋,別人的鍋不沾鍋底,而我們目前做不到,而且差距不止一兩年。所謂的“鍋”其實就是拋光機的核心器件——磨盤。

超精密拋光對磨盤達到近乎苛刻的要求,這種由特殊材料合成的鋼盤在工作時,不僅要滿足納米級精度,更要具備精確的熱脹冷縮係數,當拋光機在高速運轉時,磨盤會出現發熱現象,從而產生熱變形。此時磨盤平面精度就達不到要求,被加工的材料器件也會產生變形問題。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

目前國外的熱變形誤差在幾納米範圍內,美國與日本掌握著國際頂尖的拋光工藝,它們可以滿足60英寸基片材料的精密拋光要求。60英寸材料目前在國際上屬於超大尺寸,我們常說誰掌握了技術就掌握了市場,而掌握超精密拋光技術就是掌握了全球電子製造業發展。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

如果美日完全對我們進行超精密拋光技術封鎖,我國電子製造業將受到極大影響,從而阻礙眾多領域的發展。


目前,日本的拋光機磨盤均為定製,不進行批量生產,直接限制了他國仿製。我國的大部分拋光設備均從美國進囗,般價格都在1000萬以上,而且訂單還需要排隊,我國就是再急著用也只能等,要麼就自己親自研發。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?


那我國目前的超精密拋光技術處於哪個層次?如果說研製超精密拋光需要三個步驟的話,我國目前才完成了第一步。

超精密拋光主要由設備和材料組成,當技術和材料解決後還要擴大材料拋光面積,我國早在2011年就研發了二氧化鈰微球粒度標準物質及其製備技術,該材料在經過試驗後,和當前國際上的超精密拋光水平相差無幾。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

儘管如此,但對於整個超精密拋光技術來說,只有材料而不能製造拋光機械,那我們最多算是個賣材料的,離真正掌握還有一大段距離。

從研製出材料到如今已經過去了整整八年時間,我們也對當前的超精密拋光技術有著清醒的認識:我國有了頂級拋光材料僅僅是基礎,更重要的是要解決磨盤問題,其次要解決拋光面積大小問題。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

從歷時八年還未有重大突破就能看出該技術究竟有多難,甚至連仿製都極其艱辛。

美國日本的拋光機磨盤材料構成和製作工藝我們還未研究透,究竟用什麼材料才能合成熱膨脹率低、耐磨度高、耐磨面超精密的磨盤?這也是我國科研人員急需攻克的技術難題。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

說到超精密磨盤,對我們來說其實跟筆尖鋼差不多。別看只是小小的筆尖,其中科技含量也不少,我國經歷6年才突破筆尖鋼技術,在研發過程中筆尖鋼鋼材配比是大難題,材料中需要配合一些其它物質,最終才能把鋼材調整到最佳性能。研發人員們不知道嘗試了多少次才成功。

超精密拋光:難度超越筆尖鋼,中國何時突破封鎖?

超精密磨盤不僅是性能問題,你還得把控它的熱變形,這導致研發人員進展受阻。但我們一直相信,無論研發過程有多難,中國一定會成功。我們需要明白的是,這種技術我國不可能從別人手裡獲得,要想打破技術封鎖,走上自主國產化,只有靠我們自己!


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