當工件進行研光加工時，研光盤會漸漸受到磨損而影響加工能力與工件的品質。因此本研究先提出一種間歇式鎳電鍍磨盤：首先在銅盤上鍍一層鎳鍍層當研光盤，當工件進行研光加工，研光盤受到磨損而造成損傷使得加工能力下降後，電鍍修補之，以恢復研光盤之加工能力。之後再提出另一修補法：同時複合電鍍研磨加工法。以鎳基SiC複合電鍍磨盤來進行研磨加工，並在研磨加工的同時對磨盤實行鎳基SiC複合電鍍修補。
本研究首先探討利用純鎳鍍層進行研光加工時，荷重與轉速對材料移除量之影響。結果發現材料移除量會隨研光盤轉速與施加負荷的增大而增大。同時發現在一定轉速條件下，燒結SiC表面粗糙度會隨施加負荷的增大而減小，而在一定負荷條件下，轉速對燒結SiC粗糙度的影響不明顯。研光盤之材料移除能力會隨時間而衰減。而當以陰極電流密度2.5 ASD對已損耗之研光盤電鍍修補15分，可確實將研光盤回復至未損耗前之狀態。材料移除量與表面粗糙度之表現皆與新盤無異。
以鎳基SiC複合鍍層來進行同時複合電鍍研光時，燒結SiC的材料移除量會較純鎳鍍層研光量來得大。相同荷重與轉速下，累計90分鐘材料移除量約可提升1.7 ~ 3.8倍之多。且材料移除量與時間呈線性關係，顯示研光盤之加工能力可維持一定值。此時之材料移除量亦隨研光盤轉速與施加負荷的增大而增大。

Lapping pad will be worn during lapping process. Therefore, the quality of the work piece and the material removal ability will be lower. First, in this paper, it propose a intermittently nickel-electroplating lap-ping pad in lapping process : At first, plate a layer of nickel on copper plate and used it to be lapping pad. Replate the lapping pad to restore the working ability when the working ability of lapping pad decreased be-cause of wear. Secondary, it propose another restore method : composite electroplating on grinder in process. When grinding by using Ni-SiC composite coating pad, it is used to restore the pad by Ni-SiC composite electroplating at the same time.
At first, the influence of load and rotation speed on mate-rial removal are investigated in this study. It is found that the material removal increased as the rotation speed of lapping pad and load increased. It is also found that the roughness of sin-tering SiC decreased as the load increased at a constant rotational speed. And at constant load , the influence of rotation speed on roughness of sintering SiC is unapparent. The ability decay of material removal of lap-ping pad is as time as go by. It can complete restore the wore lap-ping pad to unwear state by replating 15 minutes with 2.5 cur-rent density. The restored pad’s behavior of material removal and roughness is the same as a new one’s.
The material removal of sintering SiC of composite electro-plating on grinder in process by using Ni-SiC composite coating is bigger than the material removal of sintering SiC of lapping by nickel-electroplating lapping pad. The material removal increase to 1.7 ~ 3.8 times in 90 minutes at the same load and rotation speed. And the material removal and time are linearly depend. It is investigated that the working ability of grinding disk can be maintain constant. It is also found that the material removal increased as the rotation speed of lapping pad and load in-creased.

總 目 錄
封面 i
論文口試委員審定書 ii
謝誌 iii
總目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
中文摘要 xii
英文摘要 xiii

第一章　緒論 1
1-1　前言 1
1-2　研究動機 3
1-3　文獻回顧 4
1-4　本文重點及論文架構 10

第二章　理論基礎 11
2-1　電鍍 11
2-1-1　電鍍液成分介紹 13
2-1-2　離子在電解質溶液中的三種傳遞方式 15
2-1-3　電鍍的結晶過程 16
2-1-4　金屬陽極 18
2-1-5　電雙層 18
2-1-6　極化現象 20
2-1-7　析出電位 21
2-2　鎳金屬電鍍 22
2-2-1　鎳的基本性質 22
2-2-2　鎳鍍液的種類 23
2-3　研光（Lapping） 25

第三章　實驗方法及設備 28
3-1　實驗流程規劃 28
3-2　實驗機台介紹 30
3-2-1　電鍍系統 31
3-2-2　循環攪拌系統 33
3-2-3　研磨加工系統 33
3-3　試片介紹及前處理方式 34
3-3-1　研光墊 34
3-3-2　燒結SiC試片 36
3-4　量測機器 37
3-5　實驗步驟 38
3-5-1　電鍍研光盤實驗步驟 38
3-5-2　燒結SiC研光實驗步驟 39
3-5-3　電鍍修補研光墊實驗步驟 40
3-5-4　製備複合電鍍磨盤實驗步驟 41
3-5-5　同時複合電鍍研磨加工燒結SiC實驗步驟 42
第四章　結果與討論 43
4-1　研光液對燒結SiC研光量之影響 43
4-2　荷重、轉速對燒結SiC研光量之影響 51
4-3　電鍍修補之成效 67
4-4　燒結SiC之加工特性 82
4-5　同時複合電鍍研磨加工燒結SiC 89

第五章　結論與未來方向 94
5-1　結論 94

參考文獻 96

圖 目 錄
圖1-1　MCP示意圖 9
圖1-2　ELID示意圖 9
圖2-1　電鍍基本元件與架構 12
圖2-2　電鍍原理示意圖 12
圖2-3　電雙層示意圖 19
圖2-4　硬脆材料研光時磨粒之作用模式 27
圖3-1　新型超精密研磨加工機實體圖 30
圖3-2　新型超精密研磨加工機電鍍系統示意圖 32
圖3-3　新型超精密研磨加工機加工系統示意圖 32
圖3-4　純銅圓盤示意圖 34
圖3-6 燒結SiC試片外觀 36
圖4-1　研光盤轉速40 rpm，荷重40 N時，研光液對SiC材料移除量之影響 45
圖4-2 陰極電流密度2.5 A/dm2，磨盤轉速20 rpm，電鍍時間30 min的鍍層表面結構（a）×1000，
（b）×4000 47
圖4-3 研光盤轉速40 rpm，荷重40 N，研光30 min後之鍍層表面結構（a）乾磨擦，（b）水磨 48
圖4-4 研光盤轉速40 rpm，荷重40 N，研光30 min後之燒結SiC表面結構（a）未研光，（b）乾磨擦（c）水磨 50
圖4-5 研光盤轉速40 rpm，三種荷重對材料移除量之影響 53
圖4-6 荷重40 N時，研光盤轉速對材料移除量之影響 55
圖4-7 荷重15 N時，研光盤轉速對材料移除量之影響 56
圖4-8 荷重6 N時，研光盤轉速對材料移除量之影響 57
圖4-9 荷重40 N時，研光盤轉動圈數對材料移除量之影響 59
圖4-10 荷重15 N時，研光盤轉動圈數對材料移除量之影響 60
圖4-11 荷重6 N時，研光盤轉動圈數對材料移除量之影響 61
圖4-12 在各研光盤轉速下，荷重40 N時，研光時間90分鐘後之鍍層結構（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm 64
圖4-13 在各研光盤轉速下，荷重15 N時，研光時間90分鐘後之鍍層結構（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm 65
圖4-14 在各研光盤轉速下，荷重6 N時，研光時間90分鐘後之鍍層結構（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm 66
圖4-15 經40 N、各轉速研光90分後，以陰極電流密度2.5 A/dm2電鍍修補15分之各鍍層狀況（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm 68
圖4-16 經15 N、各轉速研光90分後，以陰極電流密度2.5 A/dm2電鍍修補15分之各鍍層狀況（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm 69
圖4-17 經6 N、各轉速研光90分後，以陰極電流密度2.5 A/dm2電鍍修補15分之各鍍層狀況（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm 70
圖4-18 荷重40 N時，研光盤轉速對材料移除量之影響 72
圖4-19 荷重15 N時，研光盤轉速對材料移除量之影響 73
圖4-20 荷重6 N時，研光盤轉速對材料移除量之影響 74
圖4-21 荷重40 N時，研光盤轉動圈數對材料移除量之影響 75
圖4-22 荷重15 N時，研光盤轉動圈數對材料移除量之影響 76
圖4-23 荷重6 N時，研光盤轉動圈數對材料移除量之影響 77
圖4-24 經修補後，在各研光盤轉速下，荷重40 N時，研光時間90分鐘之鍍層結構（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm。 79
圖4-25 經修補後，在各研光盤轉速下，荷重15 N時，研光時間90分鐘之鍍層結構（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm。 80
圖4-26 經修補後，在各研光盤轉速下，荷重6 N時，研光時間90分鐘之鍍層結構（a）40 rpm，（b）20 rpm，（c）10 rpm。 81
圖4-27 燒結SiC表面粗糙度變化（電鍍修補前） 83
圖4-28 燒結SiC表面粗糙度變化（電鍍修補後） 84
圖4-29 在各荷重下，研光盤轉速10 rpm時，研光時間90分鐘後之試片表面結構（a）6 N，（b）15 N，（c）40 N 86
圖4-30 在各荷重下，研光盤轉速20 rpm時，研光時間90分鐘後之試片表面結構（a）6 N，（b）15 N，（c）40 N 87
圖4-31 在各荷重下，研光盤轉速40 rpm時，研光時間90分鐘後之試片表面結構（a）6 N，（b）15 N，（c）40 N 88
圖4-32 荷重40 N、修補電流密度2.5 ASD下，轉速20與40 rpm之材料移除量 91
圖4-33 轉速20 rpm、修補電流密度2.5 ASD下，荷重15與40 N之材料移除量 92
圖4-34 轉速20 rpm、荷重40 N下，修補電流密度2.5與5 ASD之材料移除量 93

表 目 錄
表2-1　鎳的基本性質 22
表3-1　實驗流程規劃 29
表3-2　瓦特浴配方 31
表3-3　酸洗液配方 35

【1】
T. Bifano, Y. Yi, W.K. Kahl, Fixed Abrasive Grinding of CVD-SiC Mirrors, Precision Engineering 16 (2) (1994) pp.109-116.
【2】
F. W. Preston, The Theory and Design of Plate Glass Polishing Machine, Journal of the society of glass technology, 927, p.214-256.
【3】
K. Phillips, G. M. Crimes, On The Machanism of Material Removal By Free Abrasive Grinding of Glass and Fused Silica, Wear, vol.41, 1977, pp. 327-350.
【4】
D. B. Marshall, Elastic/Plastic Indentation Damage in Ceramics : The Lateral Crack System, Journal of the American Ceramic Society, vol. 65, No. 11, 1982, 561-566.
【5】
L. M. Cook, Chemical Processes in Glass Polishing, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 120, pp. 152-171,1990.
【6】
K. Sasaki, T. Miyoshi, K. Saitoh, and S. Okada, Development and Construction of Polishing Apparatus, Knowledge Acquisition and Automation of Pol-ishing Operation for Injection Mold（3rd Report）, 1992, pp.93-99.
【7】
R. Chauhan, Y. Ahn, Role of indentation fracture in free abrasive machining of Ceramics, Wear, 1993, pp. 246-257.
【8】
Xie, and B. Bhushan, Effects of Particle Size, Polishing Pad and Contact Pressure in Free Abrasive Polishing, Wear, 1996, Vol. 200, pp. 281-295.
【9】
O. G. Chekina, and L. M. Keer, Wear-Contact Problems and Modeling of Chemical-Mechanical Polishing, Journal of Electrochemical Society, 1998, Vol. 145, pp. 2100-2106.
【10】
U. Mahajan, M. Bielmann, In Stiu Laterial Force Technique For Dynamic Surface Roughness Measuerment During Chemical Mechanical Polishing, Electrochemical and Solid-State Letters, 2(1), 1998, pp. 46-48.
【11】
Z. J. Pei, S. R. Billingsley, Grinding Induced Subsuface Cracks in Silicon Wafers, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 39, 1999,pp.1103-1116.
【12】
B.J. Palla and D.O. Shah, Correlation of Observed Stability and Polishing Performance to Abrasive Par-ticle Size for CMP, IEEE/SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference, 1999.
【13】
Y. T. Su and Y. C. Kao, An Experimental Study on Machining Rate Distribution of Hydrodynamic Polishing Process, Wear, 1999, Vol.224 pp.95-105.
【14】
蔡志成, 劉興村, 具低介電常數層之晶圓化學機械拋光實驗探討，國立中興大學機械工程學系, 2000 .
【15】
姚昶劦, 同時複合電鍍磨盤式超精密拋光機之研發及矽晶圓拋光特性, 中山大學機械與機電工程研究所碩士論文, 2002.
【16】
黃韋翰, 新式超精密拋光機之矽晶圓拋光特性研究, 中山大學機械與機電工程研究所碩士論文, 2003.
【17】
楊勝旭, 同時複合電鍍拋光機加工條件對矽晶圓拋光機制之影響, 中山大學機械與機電工程研究所碩士論文, 2004.
【18】
陳泰甲, 同時複合電鍍磨盤之鑽石膜磨削特性之研究, 中山大學機械與機電工程研究所碩士論文, 2005.
【19】
Z. Zhong and V. C. Venkatesh, Surface Integrity Studies on the Grinding, Lapping and Polishing Processes for Optical Products, J. Mater. Process. Tech-nol. 44 (1994) pp. 179-186.
【20】
Ling Yin, E. Y. J. Vancoille, L. C. Lee, H. Huang, K. Ramesh and X. D. Liu, High-quality Grinding of Polycrystalline Silicon Carbide Spherical Surfaces, Wear ,January 2004, Volume 256, Issues 1-2 , pp. 197-207.
【21】
詹福賜, “精密陶瓷加工法??, 全華科技圖書股份有限公司, 2316.
【22】
Z. Zhu , V. Muratov and T. E. Fischer, Tribochemical
Polishing of Silicon Carbide in Oxidant Solution, Wear, April 1999, Volumes 225-229, Part 2 , pp 848-856.
【23】
林原慶,張蔚正, 無磨料拋光應用於藍寶石表面研磨之研究, 中國機械工程學會第二十一屆全國學術研討會論文集, 2004.
【24】
H. Ohmori, T. Nakagawa, Mirror Surface Grinding of Silicon Wafer with Electrolytic In-Process Dressing, Annals of the CIRP ,1990, Volume 39 , 1.
【25】
H. Ohmori. T. Nakagawa, Analysis of Mirror Surface Generation of Hard and Brittle Materials by ELID（Electronic In-Process Dressing）Grinding with Superfine Grain Metallic Bond Wheel, Annals of the CIRP, 1995, Volume 44 , 1.
【26】
趙崇禮,馬廣仁,張永明,徐喜清,林宏裕, 許瓊姿, 樹脂結合劑鑽石砂輪精密輪磨加工矽晶圓表面性狀研究, 機械工業雜誌90年8月號
【27】
Chunhe Zhang, Teruko Kato, Wei Li and Hitoshi Ohmori, A Comparative Study: Surface Characteristics of CVD- SiC Ground with Cast Iron Bond Diamond Wheel, International Journal of Machine Tools and Manufac-ture ,Volume 40, Issue 4 , March 2000, pp. 527-537.
【28】
Chunhe Zhang, Teruko Kato, Grinding of Ceramic Coatings with Cast Iron Bond Diamond Wheels. A Comparative Study: ELID and Rotary Dresser, International Journal of Machine Tools and Manufacture , Volume 18 , pp. 527-537.