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Neue Diamantschleifbeläge für Präzisions- und Mikroschleifwerkzeuge

 
: Gäbler, J.; Schäfer, L.; Pleger, S.

Industriediamantenrundschau : IDR 39 (2005), No.3, pp.260-268
ISSN: 0935-1469
German
Journal Article
Fraunhofer IST ()
Diamantschicht; Mikrobearbeitung; Diamantschleifscheibe; CVD-Beschichten; Schleifkörper; Glas; Keramik; Graphit; Hartmetall; Schichtdicke; Mikrokristallit

Abstract
Bei den heute eingesetzten Diamantschleifwerkzeugen werden Diamantkoernungen verwendet, die mit Kunstharz-, Keramik- oder Metallbinder auf dem Werkzeuggrundkoerper befestigt werden. Diese gebundenen Diamantschleifwerkzeuge haben einen Nachteil: Sehr kleine Koernungen koennen nicht zufriedenstellend gebunden werden. Der Einsatz von Mikrokoernungen beschraenkt sich daher auf sehr wenige Einsatzbereiche, z. B. auf Dicingscheiben zum Trennen von Wafern in Chips. Hier sind Koernungen bis hinunter zu drei Mikrometer und sogar darunter erhaeltlich. Ansonsten beschraenkt sich die Koernungsgroesse aufgrund von herstellungstechnischen Schwierigkeiten ueblicherweise auf den Bereich bis hinunter zu D 15; bei einigen Herstellern ist sie aber auch auf minimal D 46 beschraenkt. Die Nachteile koennen ueberwunden werden durch den Einsatz von Schleifbelaegen, die durch die chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition, CVD) hergestellt werden. Bei diesem Diamantherstellungsverfahren wird der Diamant direkt auf dem Grundkoerper abgeschieden, ohne einen Binder zu benoetigen. Diese polykristallinen Schichten koennen in einer speziellen, mikrokristallinen Ausfuehrung abgeschieden werden, bei der die Spitzen der mikrometergrossen Kistallite ueber die Schicht herausragen und sehr scharfe Kanten aufweisen, da sie durch einen atomweisen Aufbau des Kristallgitters erzeugt wurden und nicht mechanisch durch Mahlen und Brechen. Die eingesetzte chemische Gasphasenabscheidung (CVD) verfuegt ueber die Moeglichkeit eine breite Palette von Werkzeuggrundkoerpergeometrien zu beschichten, inklusive komplexer Formen und Profile. Die beschichtbare Grundkoerpergroesse reicht vom Mikrometerbereich bis zu 500 Millimetern Durchmesser. Als Werkstoff fuer hochpraezise Grundkoerper kommen Silicium, Keramiken und Hartmetalle in Frage. Graphit ist eine wirtschaftliche Alternative, da es sehr kostenguenstig bearbeitet werden kann. Ausreichende Schichthaftungen koennen auf allen Materialien erreicht werden. Der Vorteil von hoeheren Werkstueck-Oerflaechengueten kann auch beim Mikroschleifen mit Schleifstiften vorteilhaft genutzt werden. Darueber hinaus lassen sich mit dieser Technologie duennere Schleifstiftdurchmesser realisieren als mit gebundenen Schleifbelaegen. Der kleinste erreichbare Schleifstiftnenndurchmesser betraegt 50 Mikrometer und wurde erfolgreich beim Schleifen von Mikronuten in Silicium getestet. Dies eroeffnet neue Applikationen und Produkte, um dem Trend der Miniaturisierung und Funktionsintegration zu folgen.

 

Mit mikrokristallinen CDV-Diamantschichten als Schleifbelag lassen sich Präzisionsschleifwerkzeuge herstellen. Die kleinen und scharfen Kanten der Diamantkristallite fungieren als Schneidkanten und können - abgechieden auf einem Werkzeuggrundkörper - Schleif- und Honoperationen ausführen. Umfangs- und Seitenschleifscheiben lassen sich genauso realisieren wie Schleifstifte. Als Materialien für die Werkzeuggrundkörper kommen Silicium, Keramik, Graphit und Hartmetall in Frage. In Versuchen zeigten CVC-Diamantschleifwerkzeuge eine hohe Leistungsfähigkeit beim Schleifen und Glas, Keramik, Silicium, Hartmetall und gehärtetem Stahl. Die Standzeit der Werkzeuge war nur begrenzt durch Verschleiß der Diamantkristallitspitzen und nicht durch Schichtablösungen. Werkstückrauheiten Ra von 5 Nanometern wurden erreicht.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-31179.html