、微电子、通讯领域的高速发展，对 于构件的要求逐渐提升，针对光学窗口，晶圆，手 机屏幕等核心关键部件的需求也随之增多[1-3]，而对
随着半导体制造，光学制造等领域的飞速发展，对晶圆，光学窗口等零件的需求逐渐增大，双面研磨工艺作为平面高 效高精度加工工艺，被广泛应用于相关零件的制造。双面研磨技术及装备的研究在近二十年来得到了飞速的发展，国内外相 关学者从理论层面对双面研磨的工艺过程进行分析，探索材料去除机理，分析工件加工过程中表面的压力分布，建立工件与 研磨盘的相对运动速度模型；根据提出的理论模型对双面研磨工艺进行优化，实现对不同材料的精密加工；根据理论模型和 工艺优化的结果，对双面研磨装备进行优化，实现更高精度和稳定性的加工。调研了目前国内外双面研磨装备，从机床功能， 加工精度及稳定性等方面分析了目前国内与国外装备的差距，为后续国内双面研磨装备的改进提供了参考。此外，就双面研 磨技术及装备的发展方向进行了展望，提出了在未来向智能化发展的思路。
、微电子、通讯领域的高速发展，对 于构件的要求逐渐提升，针对光学窗口，晶圆，手 机屏幕等核心关键部件的需求也随之增多[1-3]，而对
随着光学、微电子、通讯领域的高速发展，对 于构件的要求逐渐提升，针对光学窗口，晶圆，手 机屏幕等核心关键部件的需求也随之增多，而对于工件的平面度、平行度、表面粗糙度及表面/亚表 面损伤等要求也越来越高，双面研磨工艺由于其加 工后具有较好的表面质量广泛应用于光学元件加 工，集成电路制造等相关产业。
研磨技术的历史悠久，可以追溯至 18 世纪 30 年代，广泛应用于钟表、自行车、缝纫机和枪械等 零件，随之近代工业的发展，到 1920 年前后，出现 了双面研磨机床用来加工两平行平面，20 世纪 70年代末，采用微处理机的数字控制和适应控制等技 术在机床上得到了广泛的应用，使得双面研磨技术 应用成本效率以得到了很大的改善，从而其得到广 泛推广应用。
双面研磨工艺来源于单面研磨抛光工艺，均是 实现平面零件高校高精度加工的工艺。其材料去除 与方式与单面研磨工艺相近，即通过磨粒在工件表 面的划擦实现材料的去除；工件与研磨盘的相对运 动轨迹极其相似。双面研磨加工与单面研磨加工也 存在差异，加工过程中，工件无需装夹，仅需将工 件放置在游星轮内，由上盘提供研磨压力，工件在 上下盘间做行星运动。
双面研磨工艺如图 1 所示，上下研磨盘反向转 动，工件在上下研磨盘之间，在游星轮的带动下， 随游星轮做公转和自转运动，游星轮在与齿圈和太 阳轮齿轮的啮合作用下，做自转和围绕太阳轮中心 的公转运动。加工过程中，上盘浮动，并提供压力， 其最大压力为其自身重力，在压力与相对运动的作 用下工件表面材料被去除。
虽然单面的研磨工艺能获得较好的平面度和表面质量，然而其加工过程中，需要在工件上 施加压力，目前往往采用石蜡粘接的方式，在工 件背部加压，然而随着对工件精度要求的提升， 单面加工的平行度以及加工后工件的变形无法满 足加工要求。相比于单面研磨加工，双面研磨工 艺具有以下优势：1) 双面同时加工，其加工效率 提升一倍，加工过程中，常采用多个工件同时加 工，且加工后的一致性较好 ；2) 上下两个面同 时加工，无需装夹，能够保证加工后两个面较好 的平行度；3) 针对刚性较差的工件，双面加工可 以减小应力释放导致的工件的变形，而且加工中 无需使用夹具装夹，使得工件自由状态下去除材 料，防止了加工过程中的装夹变形，上下表面同 时引入加工应力，减小加工应力造成工件的变形 如图 2 所示。因此，双面研磨比单面研磨更 适合应用于大批量加工平面零件。双面研磨根据磨粒种类的不同可以分为固结磨料双面研磨和游 离磨料双面研磨，固结磨料双面研磨中，采用 固结磨料研磨盘，将金刚石磨粒烧结在研磨盘上， 加工过程中需加入水，起到冷却和清洗的作用。由于其磨粒分布均匀，因此具有材料去除 率稳定，亚表面损伤少等优点。游离磨料双 面研磨采用铸铁盘配合氧化铝，碳化硅，金刚石 等游离磨料进行加工，由于铸铁盘刚性好，面形 易保持，所以加工后较容易获得较好的面形精度， 通过采用不同粒径不同浓度的磨料进行加工，能 够实现较高的材料去除率。
目前双面研磨工艺的研究进展如图 3 所示，主 要是从脆塑性的材料去除机理开展研究，针对蓝宝 石、光学玻璃、碳化硅、单晶硅等材料，分别 研究其在固结磨料和游离磨料双面研磨的方式下工 件表面材料的去除机理。针对工件在双面研磨中的 运动，建立运动学模型，计算工件与研磨盘的相对 运动速度及轨迹，实现对工件表面材料去除均匀性 的优化。根据理论模型及不同的材料属性，对双面 研磨的工艺参数开展优化研究。针对目前双面研磨机床存在的问题，展开优化设计，针对压力加载方 式，速比选择，控制系统设计等方面开展研究。此外，近年来，双面研磨工艺也被应用于弱刚性构 件的加工，在加工过程中，由于双面同时去除材料， 使得工件内部残余应力对称释放，上下两个面的加 工应力引入情况一致，从而减小了工件加工过程中 应力引起的变形。然而，弱刚性构件的材料普遍为 塑性金属材料，而针对此类材料的加工主要存在两 个问题：1) 采用游离磨粒研磨时，工件表面嵌入严 重；2) 采用固结磨料研磨，研磨盘堵塞严重。因此， 相关学者针对塑性金属材料的双面研磨工艺进行了探索。
针对双面研磨工艺研究，日本金泽大学的 HASHIMOTO 团队建立了双面研磨过程中工件的 力学模型，计算了工件的材料去除及工件的运动 情况；韩国汉阳大学 KIM 团队采用游离磨料和固 结磨料研磨垫双面研磨加工蓝宝石，石英玻璃等 硬脆晶体材料，分析其材料去除机理，并对相关 工艺进行优化。国内相关研究团队也针对双面研 磨工艺开展了大量研究，华侨大学徐西鹏教授团 队采用固结磨料双面研磨工艺加工蓝宝石工件， 探究其材料去除机理及材料去除均匀性，并对加 工过程中研磨盘的磨损进行研究；广东工业大学 闫秋生教授团队针对钛酸钡等软脆晶体的双面研 磨工艺开展研究。中国有色金属研究院研究团队 针对集成电路中使用的单晶硅晶圆的双面研磨工 艺开展研究，实现表面材料均匀去除。大连理工 大学康仁科教授团队对蓝宝石双面研磨工艺开展 研究，并开发针对蓝宝石材料的双面研磨机床， 此外，创造性地提出采用固结磨料双面研磨工艺 加工纯铜弱刚性构件，并探究了工件表面凹凸面 形的形成机理及平行度演化趋势，实现了对弱刚 性构件的高精度加工。浙江工业大学袁巨龙教授 团队针对硬脆材料双面研磨加工的材料去除机理 进行研究，并将双面研磨工艺推广到轴承中圆柱 滚子的加工。近年来，国内外针对双面研磨技术 的研究日趋完善，其加工工艺中的科学问题大部 分得到了解决，但是目前双面研磨技术的发展仍 受到一定制约，因此，需要对双面研磨技术的研 究工作进行总结，对制约技术发展的问题进行梳 理，对技术未来的发展方向进行展望。鉴于此， 需要通过总结近 20 年来国内外各研究团队在双 面研磨领域的研究工作，综述双面研磨理论、工 艺及装备等方面的相关研究，系统性地揭示了双 面研磨技术的研究现状与面临的挑战，并通过分 析展望双面研磨技术的未来发展方向与趋势。
本文以双面研磨工艺为主要研究内容，阐述、 分析并展望了目前双面研磨装备与工艺技术，包括材料去除机理，双面研磨过程中的理论模型， 双面研磨工艺优化，以及双面研磨机床等相关研究。
随着光学、微电子、通讯领域的高速发展，对 于构件的要求逐渐提升，针对光学窗口，晶圆，手 机屏幕等核心关键部件的需求也随之增多[1-3]，而对
双面研磨工艺中，采用游离磨料和固结磨料加 工时，工件表面的材料去除呈现出不同的规律，因 此，国内外学者针对双面研磨过程中的材料去除机 理展开研究。在该工艺中，材料去除规律符合 Preston 方程，即材料去除率与加载压力和相对运动 速度成正比，因此，相关学者针对接触压力和相对 运动速度进行了理论研究，实现对双面研磨工艺的 理论化指导。
传统的双面研磨工艺主要是针对于硬脆材料 的加工，采用铸铁盘加游离磨料的方式进行加工， 通过改变磨粒粒径，能够实现不同效率，不同表 面粗糙度工件的加工，由于其加工过程中极易发 生磨粒聚集的现象，无法保证磨粒的均匀分布， 因此提出了固结磨料双面研磨加工方法，将磨粒 固结在研磨盘上，保证了加工过程中磨粒分布的均匀性。
双面研磨加工主要是通过磨粒在工件表面的划 擦实现材料的去除，而在加工硬脆材料时，其加工 后会出现裂纹，划痕等缺陷，因此，需要研究加工 过程的塑性去除和脆性去除的现象，阐明不同工艺参数下的材料去除机理。采用游离磨粒加工时，工 件表面发生磨粒的二体、三体延性磨损加工， 张克华等建立二体和三体摩擦磨损和延性研磨 加工的材料综合去除率计算模型，计算双面研磨加 工过程中的材料去除量。在此基础上，刘道标等建立蓝宝石衬底双面研磨亚表面损伤层深度与表面 划痕深度之间的理论模型，并通过对双面研磨后的 衬底晶片进行亚表面观察，得到亚表面损伤层随深 度变化随着深度的增大呈递减趋势的规律。此外， 研磨液分布的均匀性以及磨粒的聚集现象均会对工 件的表面质量和材料去除率产生影响， KLAMECKI[29]建立材料去除模型，得出工件表面由 于研磨液的分布以及磨粒的聚集导致的材料去除差异。
采用固结磨料加工时，由于磨粒固着在研磨垫 或研磨盘上，在加工过程中仅存在二体摩擦磨损，此时，材料表面的脆性去除和塑性去除主要 由于压强的不同导致。MOON 等对玻璃和蓝宝石 材料固结磨料研磨的材料去除机理进行研究，通过 研磨垫凸起不同的形状，对其加工玻璃和蓝宝石的 性能进行分析，研究表明不规则的凸起形状更适合 加工玻璃和蓝宝石材料。
针对各项异性材料的加工，由于工件各个晶面 的物理及力学性能存在较大差异，因此在加工过程 中磨粒的嵌入深度也会发生变化，从而改变材料去 除的方式。WANG 等研究了双面研磨蓝宝石四个 不同晶面的材料去除机理，并比较了加工后不同晶 面的材料去除率和表面粗糙度。针对与研磨液会发生反应的材料加工，工件表 面会生成一层反应层，当磨粒的嵌入深度小于该层 厚度时，会呈现出塑性去除的状态，加工表面不会 产生裂纹等脆性缺陷，而随着磨粒嵌入深度的增加， 磨粒直接与基体接触，会在基体表面发生脆性去除， 此时，在加工表面能够发现较多的裂。
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