碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工磨削機制 

在研磨碳化硅材料的初始階段，磨頭上的磨粒會逐漸切入碳化硅工件表面，形成溝槽和刮痕。這是由于磨粒與工件接觸時受力作用的結果，這一過程有助于后續的材料去除。


(圖3. 漢鼎超聲波輔助碳化硅平面研磨加工, 應用于半導體 MOCVD 制程晶圓承載盤)


隨著研磨過程的持續進行，磨頭上的磨粒逐步進入碳化硅工件內部。在這一階段，材料去除量明顯增加，工件表面逐漸接近目標形狀與表面狀態。然而，由于碳化硅材料的高硬度，在研磨過程中可能因受力過大而產生微小脆裂（Chipping），這些微裂紋有助于加快材料去除的速度。

 

 碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工難點 

由于碳化硅材料的機械特性，在研磨加工過程中可能會面臨許多挑戰。這些加工難點包括：
 

硬脆性材料

碳化硅（SiC）陶瓷的莫氏硬度高達9，僅次于金剛石（鉆石）及碳化硼。如此高的硬度在研磨加工時，會導致磨頭鈍化速度加快，磨損量增大，從而造成過大的磨削阻力。此外，碳化硅屬于易脆材料，在磨削過程中，若磨削阻力過大，很容易導致邊角脆裂或次表面裂紋，嚴重影響工件質量。

 

高摩擦與磨削阻力

在研磨加工過程中，磨頭與碳化硅工件的摩擦力會顯著增加，這主要是因為碳化硅陶瓷在磨削后產生的粉塵大量填塞磨頭上的磨粒間隙。如果無法順利排除這些粉塵，它們會堵塞磨頭氣孔，導致磨粒迅速失去磨削力，從而增加磨削阻力，影響加工效率和工件質量。

 

刀具磨耗與修銳

碳化硅研磨加工過程中，陶瓷粉塵容易大量填塞磨頭氣孔，使磨頭加速鈍化，喪失磨削能力。因此，刀具更換成本一直是碳化硅研磨加工行業的主要痛點之一。若使用金屬或陶瓷結合劑磨頭，可以通過修銳（Dressing）的方法去除磨頭氣孔內的粉塵，使磨粒的鋒利角重新暴露，恢復研磨能力。然而，頻繁的修銳不僅耗時，還會加速磨頭的磨損，縮短刀具壽命，增加生產成本。

 

 漢鼎超聲波加工能為碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工帶來哪些助益？

超聲波的高頻率微振動

(圖4. 漢鼎超聲波輔助加工技術, 提供刀具縱向的高頻率微振動, 幫助排除切屑)


漢鼎的超聲波輔助加工技術，為刀具提供每秒超過20,000次的縱向（Z軸方向）高頻微振動，使刀具在加工過程中間歇性地接觸工件。這樣的輔助切削機制應用在研磨加工時，可有效降低磨削阻力，同時幫助順利排除陶瓷粉塵，避免粉塵填塞磨頭，影響加工穩定性。

 

良好的陶瓷粉塵排除機制

超聲波的縱向高頻微振動有助于快速排除陶瓷粉塵，避免粉塵堆積填塞磨頭，減少磨頭與工件之間的摩擦。若磨粒間的氣孔被大量陶瓷粉塵填塞，磨頭會迅速失去研磨能力，導致加工質量下降。


(圖5. 研磨加工使用的磨棒/砂輪自修銳機制示意圖 - 圖片來源: Testbook Edu Solutions Pvt. Ltd.)


超聲波輔助磨削機制能夠減緩陶瓷粉塵填塞磨頭的速度，促使磨頭觸發自修銳（Self-sharpening）機制。此機制能使磨粒鈍化后因受力增加而脫落，露出新的鋒利磨粒，使磨頭恢復研磨能力并繼續加工。此機制不僅可有效減少修銳時間，還能降低因修銳造成的刀具損耗，從而減少刀具更換成本。

 

降低磨削阻力

超聲波輔助研磨加工技術，使碳化硅陶瓷粉塵在研磨過程中能夠順利排除，改善粉塵大量填塞磨頭的狀況，使磨頭不會因磨削力下降而受力增加，從而避免磨削阻力上升。磨削阻力的降低不僅能減少刀具與工件的摩擦，同時也提供更大的加工靈活性，使切削線速度（Cutting Speed）和進給率（Feed Rate）得以提升。

 

漢鼎超聲波輔助研磨加工碳化硅（SiC）陶瓷的優勢

漢鼎的超聲波高頻微振動輔助加工模組，提供了一種優化先進材料加工制程的解決方案。針對碳化硅陶瓷研磨加工，漢鼎的超聲波輔助技術可以有效排除陶瓷粉塵，避免粉塵填塞磨頭，從而降低磨削阻力。這種輔助磨削機制，可幫助縮短加工時間（減少或消除刀具修銳次數），提高工件質量（減少脆裂邊、刀痕，改善表面粗糙度），并延長刀具壽命（減少因修銳導致的額外磨損，避免粉塵堵塞問題）。

 

 超聲波輔助碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工成功案例分享 

碳化硅(SiC) : 平面研磨加工

(圖6. 漢鼎超聲波輔助碳化硅平面研磨加工)


漢鼎針對碳化硅陶瓷材料進行平面研磨（降面）加工，采用HBT-30超聲波加工模組，利用超聲波高頻微振動技術，有效排除陶瓷粉塵，避免大量粉塵填塞磨頭氣孔。

通過降低磨削阻力，減少工件邊角脆裂，使刀具受力均勻，最終在工件表面呈現大小一致的刀痕紋理。

由于超聲波輔助研磨技術能夠順利排除陶瓷粉塵，同時觸發磨頭自修銳機制，使磨頭能夠持續恢復研磨能力，因此整個加工過程中無需進行刀具修銳，有效避免因修銳造成的刀具磨損。



 

碳化硅(SiC) : 螺旋擴孔研磨加工

(圖7. 漢鼎超聲波輔助碳化硅螺旋擴孔研磨加工)


漢鼎針對碳化硅陶瓷材料進行螺旋擴孔研磨加工，采用HBT-30超聲波加工模組，超聲波高頻微振動技術使陶瓷粉塵順利排除，避免粉塵填塞磨頭，有效降低磨削阻力，從而改善工件表面質量和刀痕狀況。

超聲波輔助磨削技術可在粗磨階段直接改善表面粗糙度（Sa），減少后續加工處理時間，提高整體加工效率。

良好的陶瓷粉塵排除機制不僅降低了磨削阻力，同時減少刀具磨損，使工件表面質量得到顯著提升。


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 碳化硅（SiC）陶瓷研磨加工常見問題 

Q1   超聲波高頻微振動如何減少工件脆裂邊？

A1   超聲波高頻微振動可有效改善陶瓷粉塵的排除機制，降低磨削阻力。此外，超聲波的微振幅（Oscillation Amplitude）能夠促使碳化硅內部分子鏈產生脆裂，進而加快材料去除過程。
加工過程中，若機臺自身產生振動，可能會導致工件出現嚴重脆裂邊，影響加工特征的精度及工件表面質量。


 

Q2   如何調整進給率、切削線速度、超聲波功率等加工參數？

A2   漢鼎智慧科技不僅提供高品質的超聲波輔助加工模組，同時也為客戶提供完整的技術支持，以確保超聲波技術的最大效益。
我們可*提供整合超聲波制程后的優化加工參數（依據目標加工材料與特征），幫助客戶獲得最佳加工體驗，確保設備的高效運行。

??＊關于「提供優化后的加工參數」，具體細節可根據需求洽談，可能涉及額外費用。


(圖8. 漢鼎超聲波輔助加工模組系列產品)


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