專利名稱：研磨用粉末及研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研磨用粉末及研磨方法。
背景技術(shù)：
作為研磨方法的實(shí)例，有在待處理部件上噴射金屬粉末，使金屬粉末中的粒子與待處理部件碰撞，從而研磨待處理部件的方法(噴丸處理法)。
在噴丸處理法中，可用諸如砂和陶瓷材料的非金屬材料粉末、各種金屬粉末等作為磨料。
具體而言，即使金屬粉末中所含粒子直徑減小，金屬粉末也能給待處理部件提供足夠碰撞能(動(dòng)能)，因?yàn)榱Ｗ颖戎睾艽?。因此，金屬粉末顯示出優(yōu)異的可磨性(研磨速度)。從而有可能進(jìn)行微細(xì)研磨。
作為這種金屬粉末，已經(jīng)公開了例如以Fe作為主成分，并含有C、Si、Mn、Cr、Al和Ti的金屬粉末(參見例如JP-A-2004-148413)。
然而，JP-A-2004-148413中公開的金屬粉末具有這樣的組成以Fe作為主成分，含有原子量均小于Fe的原子量的元素。這樣，這種金屬粉末的比重約為7.4，小于Fe的比重。因此，當(dāng)金屬粉末粒子的直徑減小時(shí)，以這樣等級(jí)的比重就得不到足夠可磨性。
由于JP-A-2004-148413中公開的金屬粉末含Al和Ti，當(dāng)制造這種金屬粉末時(shí)，金屬粉末就會(huì)從熔化狀態(tài)快速固化。結(jié)果往往造成金屬粉末粒子變形?？赡艿那闆r是，當(dāng)粒子與待處理部件碰撞時(shí)，變形粒子很容易破碎。因此，這種金屬粉末在使用后不適于收集和再使用。
然而，近年來，在半導(dǎo)體和顯示器件領(lǐng)域，要求以更高的尺寸精度研磨。由于更高尺寸精度的要求使將要研磨的范圍(面積)擴(kuò)大，因此必須保證高可磨性(研磨速度)。
在這種氛圍下，就要求開發(fā)具有更大比重的金屬粉末，即使金屬粉末粒子的直徑進(jìn)一步減小，也能獲得足夠的可磨性。
同樣認(rèn)為重要的是形成球形金屬粉末粒子，從而即使粒子直徑減小，也防止粒子容易破碎。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一個(gè)目的是提供含球形形狀的粒子的研磨用粉末，這種研磨用粉末即使在粒子直徑減小時(shí)也表現(xiàn)出足夠的可磨性(研磨速度)，并可再使用，以及提供用這種研磨用粉末充分研磨底基材的方法。
本發(fā)明第一方面旨在研磨用粉末。這種研磨用粉末根據(jù)粉化方法制造，用于研磨底基材表面，以形成凹面部分。這種研磨用粉末含有作為其成分的Fe和Ni中的至少一種和W(鎢)。W的含量為30-55重量％，并且其比重等于或大于8.5。
因此，獲得了即使粒子直徑減小也表現(xiàn)出足夠可磨性(研磨速度)的含有球形粒子的研磨用粉末。
優(yōu)選Fe和Ni的總含量為25-70重量％。
這樣就能在改善研磨用粉末機(jī)械特性，同時(shí)保持其耐腐蝕性(抗氧化性)。
優(yōu)選研磨用粉末還含有含量為1-25重量％的Cr。
這樣能進(jìn)一步改善研磨用粉末的耐腐蝕性，同時(shí)保持研磨用粉末比重為8.5或更高。
優(yōu)選研磨用粉末含有基本元素Fe，且Fe與Cr之比在6∶4-9.5∶0.5重量比的范圍內(nèi)。
因此，Cr對(duì)改善耐腐蝕性的作用就更顯著。就能進(jìn)一步提高整個(gè)研磨用粉末的耐腐蝕性。
優(yōu)選該粉末中所含Cr為至少覆蓋研磨用粉末粒子部分表面的鈍化膜形式。
含Cr的鈍化膜除改善研磨用粉末的耐腐蝕性外，還能改善其耐磨性。
因此，即使當(dāng)研磨用粉末收集并且再使用時(shí)，也防止了研磨用粉末發(fā)生缺損、變形、磨損等。就能獲得與該研磨用粉末第一次使用時(shí)的可磨性相當(dāng)?shù)目赡バ浴?br> 優(yōu)選研磨用粉末還含有含量為0.5-4重量％的B(硼)。
因此，所得研磨用粉末粒子就以接近理想球體的球形形成。結(jié)果，防止了研磨用粉末在凹面部分中被捕獲，耐久性更優(yōu)異，適合再使用。
優(yōu)選C(碳)的含量等于或低于0.8重量％。
通過控制C的含量在上述范圍內(nèi)，就能防止產(chǎn)生W和C的化合物WC(碳化鎢)。由于WC的硬度相當(dāng)高，使含有WC的研磨用粉末的硬度變得比要求的硬度高。因此，通過抑制研磨用粉末的C含量，就能防止硬度變得太高。
優(yōu)選研磨用粉末粒子的平均粒子直徑在5-20μm的范圍內(nèi)。
這樣就容易地研磨基底結(jié)構(gòu)以形成較窄的凹面部分。換句話說，能高尺寸精度地形成凹面部分。
優(yōu)選研磨用粉末含有通過激光粒度分析儀測(cè)量的粒子直徑等于或大于50μm的粒子，這種粒子的比率等于或低于5重量％。
因此，防止了在研磨用粉末中含有粒子直徑非常大的粒子。這能防止研磨所形成的凹面部分的尺寸精度變差。
優(yōu)選振實(shí)密度(由Japan Powder Metallurgy Association Standard的JPMA P08-1992定義)等于或大于5g/cm3。
因此，以足夠接近理想球體的球形形狀形成了研磨用粉末粒子。
優(yōu)選的粉化方法是水粉化方法。
在水粉化方法中，用密度高于氣體等的密度的水作為冷卻介質(zhì)。因此，當(dāng)熔融金屬與高壓水流碰撞時(shí)，熔融金屬就受到巨大能量，并散開變成微小液滴。結(jié)果就能獲得微小的粉末。
優(yōu)選凹面部分是平均寬度為w(μm)的凹槽，且研磨用粉末粒子的平均粒子直徑在0.07w-0.7w(μm)的范圍內(nèi)。
因此，即使考慮研磨用粉末粒子的粒子直徑分布時(shí)，也能高尺寸精度地有效形成凹槽，而研磨用粉末在凹槽中沒有被捕獲。
優(yōu)選研磨用粉末適合于再使用至少一次。
這樣能減少研磨用粉末的處置量，并實(shí)現(xiàn)采用這種研磨用粉末的研磨方法的成本的降低。
本發(fā)明第二方面旨在一種研磨方法。在該研磨方法中，用以上研磨用粉末研磨底基材表面，以在表面形成凹面部分。
這樣能有效研磨底基材。
優(yōu)選在研磨后，利用研磨廢料的比重與研磨用粉末的比重之間的差別，從研磨后留下的研磨廢料和研磨用粉末的混合物中選擇性收集研磨用粉末。
這樣能確保地分離和收集研磨用粉末。


圖1是帶有微透鏡用凹面部分的基材的縱剖面示意圖；圖2是微透鏡用基材的縱剖面示意圖；圖3是用于解釋制造圖1中所示帶有微透鏡用凹面部分的基材的方法的示意圖；圖4是用于解釋制造圖1中所示帶有微透鏡用凹面部分的基材的方法的示意圖；和圖5是用于解釋制造圖1中所示帶有微透鏡用凹面部分的基材的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖詳細(xì)解釋根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末和研磨方法。
研磨用粉末使根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末與基材表面碰撞，起到研磨表面以形成凹面部分的介質(zhì)的作用。
該研磨用粉末根據(jù)粉化方法制造，并含有作為其成分的Fe和Ni中的至少一種和W(鎢)。W的含量為30-55重量％，并且其比重(真比重)等于或高于8.5。
粉化方法是噴射作為高壓射線的冷卻介質(zhì)(液體、氣體等)，使加熱和液化的金屬材料(熔融金屬)與該射流碰撞，以粉化該金屬材料的方法。熔融金屬與射流碰撞變成微細(xì)液滴。液滴與冷卻介質(zhì)接觸，從而被快速冷卻并固化。此時(shí)，由于液滴在自由落下時(shí)冷卻，該液滴就會(huì)由于表面張力而形成球形(spheronize)。從而可以容易制造包含非常小和球形的粒子的粉末。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末與底基材表面碰撞，起到在表面上形成有凹面部分的介質(zhì)的作用。如果研磨用粉末含有球形粒子，在形成凹面部分時(shí)，研磨用粉末就不容易被捕獲在凹面部分中。由于含有球形粒子的粉末具有優(yōu)異的耐負(fù)載性的形狀特征，當(dāng)該粉末與表面碰撞時(shí)，可防止研磨用粉末變形和破壞。因此，該研磨用粉末更適合再使用。
粉化方法的實(shí)例包括水粉化法、氣體粉化法、真空熔化氣體粉化法、氣-水粉化法和超聲波粉化法。在這些方法中，優(yōu)選水粉化法。
在水粉化法中，用密度高于氣體等的密度的水作為冷卻介質(zhì)。因此，當(dāng)熔融金屬與高壓水流碰撞時(shí)，熔融金屬就受到巨大能量，并散開變成微細(xì)液滴。結(jié)果，就能獲得微細(xì)的粉末。
由于水的熱焓比氣體的熱焓大，當(dāng)水與熔融金屬相撞時(shí)，能快速冷卻通過散開熔融材料獲得的液滴。因此，液滴中晶體的生長受到阻礙。由固化液滴形成的粉末中的晶體結(jié)構(gòu)變細(xì)。這樣，所得粉末就具有優(yōu)異的諸如硬度和韌性的機(jī)械特性。
除了使熔融金屬與高壓水流沖撞的上述方法外，還可將熔融金屬噴入在容器中高速流動(dòng)的水中，得到包含非常細(xì)的金屬粒子的粉末。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末含有作為成分的Fe和Ni中的至少一種和W，并且W的含量為30-55重量％。
Fe和Ni以及W是形成研磨用粉末的基本元素，并且實(shí)質(zhì)上影響研磨用粉末的基本機(jī)械特性(強(qiáng)度、韌性、硬度等)等。具體而言，由于Fe和Ni具有較高韌性，在再使用研磨用粉末時(shí)，F(xiàn)e和Ni是賦予其耐久性的成分。
Fe和Ni的總含量?jī)?yōu)選為25-70重量％，更優(yōu)選為30-65重量％，甚至更優(yōu)選為35-55重量％。這樣改善了研磨用粉末的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)保持其耐腐蝕性(抗氧化性)。
W是原子量大于Fe和Ni的原子量的成分，并且能提高(調(diào)節(jié))研磨用粉末的比重。W的耐腐蝕性(抗氧化性)較優(yōu)異。當(dāng)W含量為30-55重量％時(shí)，可降低耐腐蝕性相對(duì)較差的Fe和Ni的含量。也能改善整個(gè)研磨用粉末的耐腐蝕性。具體而言，當(dāng)研磨用粉末中的Fe含量高時(shí)，這種趨勢(shì)是顯著的。
此外，W在Fe和Ni中的擴(kuò)散系數(shù)特別小。推測(cè)這是因?yàn)镕e和Ni的原子半徑與W的原子半徑之間的差別相當(dāng)大，使W在Fe和Ni中的運(yùn)動(dòng)受到限制所致。因此，即使當(dāng)研磨用粉末被加熱時(shí)，也能控制W的擴(kuò)散，從而有效防止晶體結(jié)構(gòu)增大。結(jié)果，例如，即使研磨用粉末被研磨用粉末與底基材碰撞產(chǎn)生的熱量加熱，也能防止與晶體結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)的諸如硬度、韌性等的機(jī)械特征變差。該研磨用粉末適合于多次再使用。
W在Fe和Ni中的擴(kuò)散系數(shù)隨著W含量增加而降低。因此，優(yōu)選W的含量盡可能高。
另一方面，由于W是熔點(diǎn)特別高的金屬元素，隨著W含量增加，含W的金屬材料的熔點(diǎn)提高。因此，當(dāng)考慮熔化材料的爐子或坩堝的耐熱溫度時(shí)，還需要設(shè)定W含量的上限值。
從這一點(diǎn)看，雖然如上所述將W含量設(shè)定在30-35重量％，但W含量?jī)?yōu)選為32-50重量％，更優(yōu)選為35-45重量％。通過設(shè)定W含量在該范圍內(nèi)，可提高研磨用粉末比重，尤其能有效防止機(jī)械特性變差，同時(shí)將含W金屬材料的熔點(diǎn)的升高控制在該金屬材料可以容易地熔化的溫度范圍內(nèi)。
如上所述，研磨用粉末比重設(shè)定為等于或大于8.5。這使得即使在研磨用粉末的粒子直徑減小時(shí)，也能給底基材提供足夠的碰撞能量。該研磨用粉末顯示出優(yōu)異的可磨性(研磨速度)。結(jié)果，就能高尺寸精度地將底基材研磨成細(xì)微圖案。
當(dāng)研磨用粉末比重如此高時(shí)，很容易在研磨用粉末的比重與研磨用粉末與底基材碰撞研磨時(shí)形成的研磨廢料的比重之間產(chǎn)生差異。這樣就很容易根據(jù)利用比重差的分離方法分離和收集研磨用粉末和研磨廢料。結(jié)果，可以確保收集研磨用粉末時(shí)，防止雜質(zhì)的包含。
研磨用粉末比重優(yōu)選等于或大于9。這樣能進(jìn)一步改善研磨用粉末的可磨性，更容易分離和收集研磨用粉末和研磨廢料，因?yàn)檠心ビ梅勰┑谋戎嘏c研磨廢料的比重之間的差別更顯著。
研磨用粉末還含有優(yōu)選含量為1-25重量％，更優(yōu)選為5-20重量％的Cr。Cr是能改善研磨用粉末的耐腐蝕性(抗氧化性)的成分。如果Cr含量在該范圍內(nèi)，就能在進(jìn)一步改善研磨用粉末耐腐蝕性，同時(shí)保持研磨用粉末比重為8.5或更大。
具體而言，當(dāng)研磨用粉末含有基本元素Fe時(shí)，F(xiàn)e與Cr的重量比優(yōu)選在6∶4-9.5∶0.5，更優(yōu)選6.5∶3.5-9∶1范圍內(nèi)。結(jié)果，Cr對(duì)耐腐蝕性的改善作用比Fe對(duì)抗氧化、腐蝕等更顯著顯現(xiàn)?？梢赃M(jìn)一步改善整個(gè)研磨用粉末的耐腐蝕性。
這種Cr優(yōu)選以覆蓋至少部分研磨用粉末粒子表面的鈍化膜形式含有。含Cr鈍化膜除改善研磨用粉末耐腐蝕性外，還能改善耐磨性。因此，即使當(dāng)研磨用粉末被收集和再使用時(shí)，也防止發(fā)生研磨用粉末的缺損、變形、磨損等。能獲得與研磨用粉末第一次使用時(shí)的可磨性相當(dāng)?shù)目赡バ浴?br> 研磨用粉末更優(yōu)選還含有含量為0.5-4重量％，更優(yōu)選為1-3重量％的B(硼)。當(dāng)含B的金屬材料根據(jù)粉化方法熔化時(shí)，其凝固點(diǎn)(熔點(diǎn))會(huì)由于B的影響而降低。從而可以確保更長的時(shí)間，直到液滴固化。液滴由于表面張力而充分地成為球形。因此，所得研磨用粉末粒子就以更接近理想球體的球形形成。結(jié)果，防止了研磨用粉末被捕獲在凹面部分中，其耐久性更優(yōu)異，更適合再使用。
研磨用粉末優(yōu)選基本上不含Al和Ti。因?yàn)楫?dāng)熔融金屬根據(jù)粉化方法變成液滴時(shí)，Al和Ti會(huì)很快形成堅(jiān)固的氧化膜，使液滴形成球形前快速固化。因此，當(dāng)研磨用粉末不含Al和Ti時(shí)，確保了液滴形成球形所需時(shí)間，使所得研磨用粉末粒子以更接近理想球體的球形形成。
其粒子已形成球形的研磨用粉末的振實(shí)密度(由Japan PowderMetallurgy Association Standard的JPMA P08-1992定義)優(yōu)選等于或大于5g/cm3，更優(yōu)選等于或大于5.5g/cm3。研磨用粉末形狀越接近理想球體，振實(shí)密度就越高。因此，當(dāng)振實(shí)密度取如在該范圍內(nèi)的值那樣的較高值時(shí)，可以認(rèn)為研磨用粉末粒子以足夠接近理想球體的球形形成。
研磨用粉末粒子的平均粒子直徑優(yōu)選在約5-20μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約5-15μm的范圍內(nèi)。用這種含有非常小粒子的研磨用粉末，可以容易研磨底基材，形成更窄的凹面部分。換句話說，能高尺寸精度地形成凹面部分。
根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末具有等于或大于8.5的高比重。因此，如果平均粒子直徑在該范圍內(nèi)，就能保證足夠的可磨性(研磨速度)。從而能有效形成具有高尺寸精度的凹面部分。
具體而言，在該研磨用粉末中，含有激光粒度分析儀測(cè)量的粒子直徑等于或大于50μm的粒子的粉末的比率優(yōu)選等于或低于5重量％，更優(yōu)選等于或低于3重量％。因此，防止了研磨用粉末中包含粒子直徑太大的粒子。可防止研磨形成的凹面部分的尺寸精度變差。
研磨用粉末的維氏顯微硬度HmV優(yōu)選為約200-600，更優(yōu)選為約250-500。如果維氏顯微硬度在該范圍內(nèi)，就能確實(shí)防止研磨用粉末與待研磨物體碰撞時(shí)，待研磨物體由于研磨用粉末太硬而損壞。
另一方面，當(dāng)研磨用粉末的維氏顯微硬度HmV低于下限值時(shí)，可能的情況是研磨效率降低，并且研磨需要更長的時(shí)間。當(dāng)研磨用粉末的維氏顯微硬度HmV高于上限值時(shí)，具體來說，如果待研磨物體由諸如玻璃材料或樹脂材料的較低硬度材料形成，可以的情況是待研磨物體由于研磨而損壞。
在該研磨用粉末中，C(碳)的含量?jī)?yōu)選盡可能低。
即使不故意加入C，制造研磨用粉末的材料中也不可避免地含有C。即使在這種情況下，C的含量也優(yōu)選等于或低于0.8重量％，更優(yōu)選等于或低于0.5重量％。通過將C含量控制在該范圍內(nèi)，就能防止生成W和C的化合物WC(碳化鎢)。由于WC的硬度相當(dāng)高，含WC研磨用粉末的硬度就非常容易超出上限值。因此，通過抑制研磨用粉末中的C含量，就能防止硬度變得太高。
即使研磨用粉末粒子的粒子直徑減小，這種研磨用粉末也表現(xiàn)出足夠的可磨性。通過使該研磨用粉末與底基材表面碰撞，就能將表面研磨形成具有高尺寸精度的凹面部分。
根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末優(yōu)選用于形成平均寬度為約30-70μm的凹面部分，更優(yōu)選用于形成平均寬度為約30-55μm的凹面部分。在形成這種寬度非常小的凹面部分時(shí)，采用根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末，能高尺寸精度地形成凹面部分。
當(dāng)凹面部分是平均寬度為w(μm)的凹槽時(shí)，研磨用粉末粒子的平均粒子直徑優(yōu)選在約0.07w-0.7w(μm)，更優(yōu)選在約0.07w-0.3w(μm)的范圍內(nèi)。當(dāng)凹槽的寬度w與研磨用粉末粒子的平均粒子直徑具有這種關(guān)系時(shí)，即使考慮研磨用粉末粒子的粒子直徑分布，也能高尺寸精度地有效形成凹槽，而研磨用粉末沒有被捕獲在凹槽中。
研磨方法下面將描述根據(jù)本發(fā)明的研磨方法。
根據(jù)本發(fā)明的研磨方法是使上述研磨用粉末與基材表面碰撞，以研磨表面和形成凹面部分的方法。
作為實(shí)例，下面描述制造用于背投式投影儀用的帶有微透鏡用凹面部分的基材的制造方法所應(yīng)用的根據(jù)本發(fā)明的研磨方法。
圖1是帶有微透鏡用凹面部分的基材的縱剖面示意圖。圖2是微透鏡用基材的縱剖面示意圖。圖3至5是用于解釋制備圖1所示帶有微透鏡用凹面部分的基材的方法的示意圖。
如圖1所示，帶有微透鏡用凹面部分的基材2有許多不規(guī)則分布的凹面部分(凹面部分微透鏡)3。
用這種帶有微透鏡用凹面部分的基材2作模具，可用帶有微透鏡用凹面部分的基材2轉(zhuǎn)移凹面部分3的形狀。這樣就能得到圖2所示的微透鏡8不規(guī)則分布的微透鏡用基材1。
(1)在帶有微透鏡用凹面部分的基材2的制造中，先制備底基材5。
作為底基材5，適宜地使用沒有翹曲或擦傷的厚度均勻的底基材。
底基材5的材料的實(shí)例包括鈉玻璃、結(jié)晶玻璃、石英玻璃、鉛玻璃、鉀玻璃和硼硅玻璃。
(2)如圖3A所示，在制備的底基材5的表面上形成掩模6。在底基材5的背面(在與形成了掩模6的表面相反側(cè)上的表面)上形成背面保護(hù)膜69。
作為掩模6，優(yōu)選采用這樣的掩模，其中通過下文描述的步驟(3)中的噴丸處理形成初始孔61，并其能抵抗下文描述的步驟(4)中的蝕刻。換句話說，掩模6優(yōu)選這樣形成，使其蝕刻速度基本上等于或低于底基材5的蝕刻速度。
從這一點(diǎn)看，形成掩模6的材料的實(shí)例包括諸如Cr、Au、Ni、Ti和Pt的金屬、含有兩種或更多種這些金屬的合金、這些種類金屬的氧化物(金屬氧化物)、硅以及樹脂。掩模6可以由諸如Cr(或Cr氧化物)和Au的不同材料形成的許多層的層壓結(jié)構(gòu)形成。
對(duì)形成掩模6的方法不具體限定。然而，當(dāng)由諸如Cr或Au的金屬材料或金屬氧化物(例如Cr氧化物)形成掩模6時(shí)，可根據(jù)例如蒸發(fā)法或?yàn)R射法適當(dāng)形成掩模6。當(dāng)用硅形成掩模6時(shí)，可根據(jù)例如濺射法或CVD法適當(dāng)形成掩模。
掩模6的厚度取決于形成掩模6的材料。掩模6的厚度優(yōu)選在約0.05-2μm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約0.1-0.5μm的范圍內(nèi)。因此，在進(jìn)行下述步驟(3)的噴丸處理時(shí)，就能保證通過研磨用粉末碰撞形成初始孔61。
背面保護(hù)膜69是用于在下一步以及后續(xù)步驟中保護(hù)底基材5背面的膜。由這種背面保護(hù)膜69，可適當(dāng)防止底基材5背面的腐蝕、變壞等。背面保護(hù)膜6可由例如與掩模6相同的材料形成。因此，可在形成掩模6的同時(shí)并且以掩模6相同的方式提供背面保護(hù)膜69。
(3)如圖3B所示，可在掩模6中不規(guī)則形成在下述蝕刻情況下起掩模開口作用的許多初始孔61。
可以將根據(jù)本發(fā)明的掩模方法用來形成初始孔61。
具體而言，將噴嘴610布置在離掩模6一定距離的位置。磨料(根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末)611從噴嘴610噴出，同時(shí)噴嘴610與底基材5相對(duì)地運(yùn)動(dòng)(平行移動(dòng))。從而，如圖3C所示，在被磨料611碰撞的掩模6的位置上不規(guī)則地形成初始孔61。
在這種情況下，可以通過噴射磨料611在較大面積上形成更不規(guī)則的初始孔61。
采用根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末的磨料611具有等于或大于8.5的較高比重。因此，即使磨料611粒子的粒子直徑減小，磨料611仍然有足夠的研磨力?？梢源_保高尺寸精度地形成小直徑的初始孔61。
在本實(shí)施方案的描述中，初始孔61不規(guī)則地形成。然而，初始孔61也可以規(guī)則排列。
對(duì)初始孔61的形狀不具體限定。除圓形外，初始孔61可形成橢圓形、長方形和凹槽形。
當(dāng)如此形成初始孔61時(shí)，如圖3C所示，形成了初始孔61的研磨廢料62和所噴射的磨料611的混合物63。
(4)如圖4D和4E所示，使用掩模6對(duì)底基材5進(jìn)行蝕刻。這樣能在底基材5中形成大量凹面部分3。
對(duì)蝕刻方法不具體限定。蝕刻方法的實(shí)例包括濕式蝕刻和干式蝕刻。
當(dāng)對(duì)用形成了初始孔61的掩模6覆蓋的底基材5進(jìn)行蝕刻時(shí)，如圖4D所示，以初始孔61作為起始點(diǎn)蝕刻底基材5。在反映初始孔61的分布的底基材5的位置形成了如圖4E所示的大量凹面部分3。
(5)如圖4F所示，除去掩模6和背面保護(hù)膜69。
(6)如圖5G所示，將磨料(根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末)611再次從噴嘴610中噴向底基材5的表面。這樣能減小底基材5上形成的凹面部分3表面上的不規(guī)則性，并且提高表面光滑度。結(jié)果使凹面部分3中形成的微透鏡8有高表面光滑度。
磨料611由于高比重而具有高研磨力。因此，能在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行光滑處理。
完成該步驟后，如圖5G所示，形成了底基材5的研磨廢料52和噴出的磨料611的混合物53。
如上所述，就能制造帶有微透鏡用凹面部分的基材2。
可利用磨料611的比重與研磨廢料52和62的比重之間的差別，分離和收集在步驟(3)中形成的混合物63和在此步驟中形成的混合物53。
由于混合物53中的研磨廢料52由玻璃材料形成，所以研磨廢料52的比重與磨料611的比重之間的差異很大?？衫眠@一差異確保分離和收集磨料611。
在混合物63中的研磨廢料62中，由諸如硅和樹脂等形成掩模6的材料形成的研磨廢料62的比重特別低。因此，研磨廢料62的比重與磨料611的比重之間差異很大。也可利用該差異確保分離和收集磨料611。
作為利用比重差的分離方法，可采用諸如離心分離、慣性分離和重力沉降之類的方法。
如此收集的研磨用粉末適宜于再使用至少一次。這樣能減少研磨用粉末的處置量，并且實(shí)現(xiàn)采用該研磨用粉末的研磨加工成本的降低。
根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末和研磨方法已基于優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了描述。然而，本發(fā)明并不限于此。
例如，在實(shí)施方案的描述中，將根據(jù)本發(fā)明的研磨方法用于制造帶有微透鏡用凹面部分的基材的方法。然而，本發(fā)明并不限于這種情況。
可將根據(jù)本發(fā)明的研磨方法用于例如制造平面顯示板用基材如表面電子發(fā)射器顯示板(SED)用基材的方法，用于半導(dǎo)體基材的切割、打孔、各種鑿紋去除、研磨處理和清潔處理，以及生坯的微切削加工和噴丸加工。
實(shí)施例1、磨料及評(píng)價(jià)用基材的制備實(shí)施例1<1>首先，稱取材料，以保證以下元素分別以下列含量包含在該材料中，并在高頻感應(yīng)爐中熔化這些材料的混合物，得到熔融材料。
構(gòu)成元素的含量W30重量％Cr19重量％B1重量％Fe余量<2>根據(jù)水粉化法將所得熔融材料制粉。從而獲得磨料。
<3>制備平均厚度3mm的玻璃基材。
<4>根據(jù)輥涂法，在底基材上涂覆玻璃膏。將該底基材置于電熱板上，并在120℃干燥30分鐘。從而在底基材上得到含玻璃的層。
<5>在該含玻璃的層上層壓干膜抗蝕劑后，根據(jù)光刻法和蝕刻法形成具有寬度為150μm的帶狀開口的抗蝕劑掩模(掩模)。
<6>從抗蝕劑掩模上方噴射在步驟<2>中獲得的磨料進(jìn)行噴丸處理。從而，除去與開口對(duì)應(yīng)的區(qū)域中的含玻璃的層，并且在該區(qū)域中形成凹槽。
<7>除去抗蝕劑掩模。從而，獲得包含寬度為150μm的凹槽的評(píng)價(jià)用基材。
<8>收集步驟<6>中形成的研磨廢料和噴射的磨料的混合物。根據(jù)離心分離法，將該混合物分離成磨料和研磨廢料，并嘗試收集磨料。
實(shí)施例2至24和比較例1至4以實(shí)施例1相同方式獲得磨料，不同之處在于熔融材料中所含的元素、元素含量、研磨用粉末的制造方法，以及評(píng)價(jià)用基材的凹槽寬度分別按表1中設(shè)定。使用磨料獲得評(píng)價(jià)用基材。以實(shí)施例1相同方式嘗試收集磨料。
在實(shí)施例5中，熔融材料同時(shí)含有Fe和Ni，且Fe與Ni的重量比為1∶1。
在比較例2中，由于部分材料未熔化，就不能制造出磨料和評(píng)價(jià)用基材。
比較例5以實(shí)施例1相同方式獲得評(píng)價(jià)用基材，不同之處在于用氧化鋁陶瓷粉末作磨料。如實(shí)施例1那樣，嘗試收集磨料。
2、評(píng)價(jià)2-1磨料的比重、粒子直徑和振實(shí)密度的評(píng)價(jià)測(cè)量和評(píng)價(jià)在每個(gè)實(shí)施例和每個(gè)比較例中制備的磨料的比重、粒子直徑和振實(shí)密度。
根據(jù)比重瓶測(cè)定比重法(使用Micrometrics制造的AccuPuc1330)測(cè)量磨料比重，并且根據(jù)Japan Powder Metallurgy Association Standard的JPMAP08-1992中定義的方法測(cè)量振實(shí)密度。
粒子直徑通過激光粒度分析儀測(cè)量。分別測(cè)量平均粒子直徑和含有粒子直徑等于或大于50μm的粒子的粉末的比率。
2-1中的測(cè)量結(jié)果示于表1中。
表1

*水水粉化法氣體氣體粉化法如表1所示，各個(gè)實(shí)施例中制備的磨料具有等于或大于8.5的高比重。
W含量越高，比重越高。根據(jù)含量，比重等于或大于9。
另一方面，在各個(gè)比較例中制備的磨料具有小于8.5的比重。
在各個(gè)實(shí)施例中制備的大部分磨料中，平均粒子直徑在5-15μm的范圍內(nèi)，含有粒子直徑等于或大于50μm的粒子的粉末的比率等于或低于5重量％。因此，該磨料是含有相當(dāng)小粒子的粉末。此外，由于振實(shí)密度較高，可以推測(cè)磨料粒子以近似理想球體的球形形成。
實(shí)施例24中制備的磨料含有平均粒子直徑相對(duì)較大的粒子。可以認(rèn)為這是由于該磨料是根據(jù)氣體粉化法制備。
2-2收集的評(píng)價(jià)和收集后磨料的評(píng)價(jià)在每個(gè)實(shí)施例和每個(gè)比較例中，根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)磨料的可收集性。
A實(shí)際上，可以只選擇性收集磨料。
B可選擇性收集磨料，但包含少許研磨廢料。
C可選擇性收集磨料，但包含大量研磨廢料。
D不能選擇性收集磨料。
評(píng)價(jià)選擇性收集的磨料的外觀。
2-2-1磨料缺損及變形的評(píng)價(jià)首先，針對(duì)收集的每個(gè)實(shí)施例和每個(gè)比較例中制備的磨料，在用磨料研磨一次后，分別根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)缺損和變形的程度。
分別重復(fù)使用和收集磨料10次后，以相同方式根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)缺損和變形的程度。
分別重復(fù)使用和收集磨料30次后，以相同方式根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)缺損和變形的程度。
A未發(fā)現(xiàn)磨料缺損和變形。
B發(fā)現(xiàn)磨料有輕微缺損和變形。
C發(fā)現(xiàn)磨料有大量缺損和變形。
D在幾乎所有磨料中發(fā)現(xiàn)缺損和變形。
2-2-2磨料氧化評(píng)價(jià)首先，針對(duì)收集的每個(gè)實(shí)施例和每個(gè)比較例中制備的磨料，在用磨料研磨一次后，分別根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)氧化的程度。
分別重復(fù)使用和收集磨料10次后，以相同方式根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)氧化的程度。
分別重復(fù)使用和收集磨料30次后，以相同方式根據(jù)以下準(zhǔn)則評(píng)價(jià)氧化的程度。
A未發(fā)現(xiàn)磨料氧化。
B發(fā)現(xiàn)磨料有輕微氧化。
C在磨料的大量部分中發(fā)現(xiàn)氧化。
D在幾乎所有磨料中發(fā)現(xiàn)氧化。
2-3可磨性評(píng)價(jià)(所需時(shí)間)評(píng)價(jià)每個(gè)實(shí)施例和每個(gè)比較例中制備的評(píng)價(jià)用基材的可磨性(研磨速度)。
在該評(píng)價(jià)中，測(cè)量直到評(píng)價(jià)用基材中的凹槽形成所需的時(shí)間。由于所需時(shí)間隨著凹槽寬度而不同，當(dāng)凹槽寬度相等時(shí)，按以下方式比較所需時(shí)間。
凹槽寬度150μm(實(shí)施例1、2和14以及比較例3)計(jì)算當(dāng)比較例3中所需時(shí)間為1時(shí)各自的相對(duì)時(shí)間。
2-4評(píng)價(jià)用基材的評(píng)價(jià)目測(cè)評(píng)價(jià)各個(gè)實(shí)施例和各個(gè)比較例中制備的評(píng)價(jià)用基材的外觀。
根據(jù)以下項(xiàng)目及其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行外觀評(píng)價(jià)。
2-4-1凹槽的尺寸精度A尺寸精度低于±3μmB尺寸精度等于或高于±3μm且低于±6μmC尺寸精度等于或高于±6μm且低于±10μmD尺寸精度高于±10μm
2-4-2凹槽中殘留的磨料A凹槽中沒有磨料被捕獲B凹槽中有少許磨料被捕獲C凹槽中有大量磨料被捕獲D凹槽中有大量磨料被捕獲，且基材的某些部分未得到研磨2-4-3評(píng)價(jià)用基材的損傷程度A玻璃基材和抗蝕劑掩模中未發(fā)現(xiàn)損傷B玻璃基材和抗蝕劑掩模中發(fā)現(xiàn)輕微損傷C大部分玻璃基材和抗蝕劑掩模中發(fā)現(xiàn)損傷D大部分玻璃基材中發(fā)現(xiàn)損傷，且抗蝕劑掩模被剝離2-2至2-4中的評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2中。
表2

*水水粉化法氣體氣體粉化法如表2所示，在所有實(shí)施例中，可以只選擇性地收集磨料。另一方面，在所有比較例中，都不能收集磨料，或即使可以磨料能收集，也發(fā)現(xiàn)其中包含了研磨廢料。
每個(gè)實(shí)施例制備的磨料使用一次后，未發(fā)現(xiàn)磨料有缺損和變形、氧化等，或者在所有磨料中僅發(fā)現(xiàn)磨料有輕微的缺損和變形、氧化等。
此外，實(shí)施例9至11制備的磨料即使在使用3次后，也未發(fā)現(xiàn)磨料缺損和變形、氧化等。
在每個(gè)實(shí)施例制備的磨料中，當(dāng)多次使用Fe和Ni含量相對(duì)較高的磨料時(shí)，磨料的氧化趨勢(shì)略有增加。當(dāng)多次使用W含量相對(duì)較高的磨料時(shí)，磨料缺損和變形的趨勢(shì)略有增加。
另一方面，即使每個(gè)比較例收集的磨料沒有多次使用，在大量磨料中也發(fā)現(xiàn)了大量缺損和變形、氧化等。
具體而言，認(rèn)為，由于比較例1、3和4的磨料的W含量很低或幾乎不含W，F(xiàn)e的含量增加，并且磨料往往容易被氧化。
認(rèn)為，由于比較例3和4中的磨料含有傾向于快速形成Al、Ti等的氧化膜的元素，粉末的粒子就容易變形，從而使該磨料在碰撞時(shí)容易損壞。
確信的是，在每個(gè)實(shí)施例的所有磨料中，研磨所需時(shí)間短且可磨性高。可認(rèn)為這是由于反映了磨料比重。
例如，當(dāng)將實(shí)施例1和比較例3進(jìn)行比較時(shí)，評(píng)價(jià)用基材的凹槽寬度和平均粒子直徑都分別相等。然而，由于實(shí)施例1中的比重更高，實(shí)施例1所需的時(shí)間就得到了縮短。
當(dāng)將實(shí)施例1和實(shí)施例2進(jìn)行時(shí)，評(píng)價(jià)用基材的凹槽寬度和比重都分別相等。然而，由于實(shí)施例1中的平均粒子直徑更大，實(shí)施例1中所需時(shí)間就得到了縮短。
另一方面，在每個(gè)比較例的所有磨料中，研磨凹槽所需時(shí)間較長。
在每個(gè)實(shí)施例的評(píng)價(jià)用基材中，凹槽的尺寸精度高，且凹槽中幾乎沒有磨料被捕獲。認(rèn)為這是由于每個(gè)實(shí)施例中的磨料粒子很小，只有很小的粒度波動(dòng)，且以接近理想球體的球形形成。
在實(shí)施例23中，在玻璃基材中和評(píng)價(jià)用基材的抗蝕劑掩模中發(fā)現(xiàn)有損壞。認(rèn)為這是因?yàn)?，由于?shí)施例23的磨料含C(碳)，并且磨料硬度相當(dāng)高(維氏顯微硬度HmV700或更高)，所以磨料損壞玻璃基材和抗蝕劑掩模。
在實(shí)施例24中，評(píng)價(jià)用基材中形成的凹槽的尺寸精度相對(duì)較低。這是因?yàn)閷?shí)施例24中的磨料根據(jù)氣體粉化法制備，且磨料粒子的平均粒子直徑大。
權(quán)利要求
1.研磨用粉末，其根據(jù)粉化方法制造并且用于研磨底基材表面以形成凹面部分的，所述的研磨用粉末含有作為其成分的Fe和Ni中的至少一種和W(鎢)，其中W含量為30-55重量％，且其比重等于或大于8.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中Fe和Ni的總含量為25-70重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的研磨用粉末還含有含量為1-25重量％的Cr。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的研磨用粉末，其中所述的研磨用粉末含有作為基本元素的Fe，并且Fe與Cr的重量比為6∶4-9.5∶0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的研磨用粉末，其中所述的粉末中所含Cr為至少覆蓋研磨用粉末粒子部分表面的鈍化膜形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的研磨用粉末還含有含量為0.5-4重量％的B(硼)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中C(碳)的含量等于或低于0.8重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的研磨用粉末粒子的平均粒子直徑在5-20μm的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的研磨用粉末含有通過激光粒度分析儀測(cè)量的粒子直徑等于或大于50μm的粒子，這種粒子的比率等于或低于5重量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中振實(shí)密度(由Japan PowderMetallurgy Association Standard的JPMA P08-1992定義)等于或大于5g/cm3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的粉化法是水粉化法。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的凹面部分是平均寬度為w(μm)的凹槽，且所述研磨用粉末的粒子的平均粒子直徑在0.07w-0.7w(μm)的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨用粉末，其中所述的研磨用粉末適合于再使用至少一次。
14.一種用權(quán)利要求1限定的研磨用粉末研磨底基材表面以在所述的表面形成凹面部分的研磨方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的研磨方法，其中在研磨后，利用研磨廢料的比重與研磨用粉末的比重之間的差別，從研磨后留下的研磨廢料和研磨用粉末的混合物中選擇性收集所述的研磨用粉末。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的研磨用粉末是根據(jù)粉化方法制造，并作為介質(zhì)研磨底基材表面以形成凹面部分的研磨用粉末。該研磨用粉末含有作為其成分的Fe和Ni中的至少一種和W(鎢)，且W含量為30－55重量％，其比重等于或大于8.5。優(yōu)選地，該研磨用粉末還含有含量為1－25重量％的Cr。優(yōu)選該研磨用粉末還含有含量為0.5－4重量％的B。可利用研磨用粉末的比重與研磨廢料的比重之間的差異確保地收集研磨用粉末；所收集的研磨用粉末適于至少再使用一次。
文檔編號(hào)B24C9/00GK1990182SQ20061015679
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者渡邊篤, 伊崎博 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社