“聚焦日本”是日本政府公共關(guān)系辦公室開辦的宣傳欄目，旨在向全球介紹日本針對(duì)各種全球問題提出的尖端解決方案。該欄目在7月向業(yè)界推薦了TDC公司——該公司擁有能夠?qū)θ魏尾牧稀⑷魏涡螤钸M(jìn)行1納米以下精密拋光的技術(shù)，該技術(shù)已被國內(nèi)外的航天項(xiàng)目采用，例如NASA的氣球計(jì)劃、在南極洲觀測(cè)宇宙微波背景輻射（CMB）的BICEP3望遠(yuǎn)鏡以及登陸近地小行星的JAXA的隼鳥2號(hào)等等。這樣的超高精度拋光能力是如何達(dá)成的呢？ 

“如果您已經(jīng)被其他公司拒絕，那就來找我們?cè)囋嚢伞保@是TDC的標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)開場(chǎng)。“在拋光裝置中安裝的拋光盤與被拋光材料之間，注入由磨粒（用于切割、研磨、拋光等的粉末材料的總稱）和潤(rùn)滑液（用于拋光時(shí)提供適度潤(rùn)滑的液體的總稱）混合而成的拋光液。通過兩者的摩擦，磨粒自由漂浮在材料表面進(jìn)行拋光。磨粒使用鉆石和陶瓷等材料，其尺寸非常小，達(dá)到納米級(jí)。通過被加工材料和磨粒之間發(fā)生的機(jī)械和化學(xué)作用，可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)拋光。”TDC向客戶介紹的基本流程也很簡(jiǎn)單。

但如果只是這樣平平無奇，那小編就浪費(fèi)了本文讀者的時(shí)間。從多方面深入了解這家公司，筆者認(rèn)為他們的成功之處在于積極與科研院所等合作，并且富有成效地實(shí)施科技成果落地。

TDC員工進(jìn)行拋光作業(yè)

TDC員工使用高精度測(cè)量設(shè)備在拋光后立即測(cè)量表面粗糙度

從金剛石拋光說起

2020年11月，一項(xiàng)由大阪大學(xué)山村一也教授課題組主導(dǎo)的科研項(xiàng)目成果在線發(fā)表于英國科學(xué)雜志《科學(xué)報(bào)告》上，題目是“20mm見方大型鑲嵌單晶金剛石基板的無損高效等離子輔助拋光”，這項(xiàng)研究成果使得高效、穩(wěn)定地拋光和精加工大尺寸金剛石基板成為可能。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41598-020-76430-6

金剛石的導(dǎo)熱率比銅高五倍，并且還具有作為半導(dǎo)體材料的優(yōu)異特性，因此可以用于為電動(dòng)汽車和火車提供動(dòng)力的稱為功率器件的功率控制元件，從而大幅降低功耗。此外，其導(dǎo)熱性還能節(jié)省冷卻系統(tǒng)，從而節(jié)省空間并減輕重量。盡管如此，但為了將金剛石半導(dǎo)體投入實(shí)際使用，還需要大而平坦的高質(zhì)量金剛石襯底。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所利用獨(dú)立開發(fā)的微波化學(xué)氣相沉積外延生長(zhǎng)技術(shù)可以制備世界上最大的鑲嵌單晶金剛石基材，但是CVD的生長(zhǎng)速度根據(jù)基板上的位置不同而不同，所以基材表面粗糙度太高，需要拋光后才能使用。

使用金剛石磨粒進(jìn)行拋光，速度快，但會(huì)在基體表面產(chǎn)生損傷層，甚至導(dǎo)致基體破裂；化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）雖然不會(huì)造成損壞，但拋光速度極慢，不適合工業(yè)應(yīng)用。山村小組開發(fā)的等離子體輔助拋光，是通過將高反應(yīng)性等離子體照射到基體或拋光工具表面，對(duì)表面進(jìn)行改性或活化，從而提高拋光效率的技術(shù)。這次，小組通過在用氬基氧等離子體照射表面的同時(shí)旋轉(zhuǎn)石英玻璃基板(拋光工具)，并將也旋轉(zhuǎn)的金剛石基板壓在石英玻璃基板上來進(jìn)行拋光，速度比其他化學(xué)拋光方法高10至100倍，可以高效且不造成損壞地拋光使用鑲嵌法制造的大型單晶金剛石基底。

單晶金剛石基體等離子體輔助拋光前后形狀

說到這里，本次研究小組成員除了大阪大學(xué)、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，還有就是TDC公司。TDC也憑借本次成果在第二年榮獲第41屆精密工程技術(shù)學(xué)會(huì)獎(jiǎng)（JSPE技術(shù)獎(jiǎng)）。隨著技術(shù)積累和迭代升級(jí)，截至2024年，TDC已經(jīng)能夠精密拋光最大70毫米見方的金剛石晶片——單晶金剛石表面粗糙度達(dá)到Sa0.3納米以下；多晶金剛石表面粗糙度達(dá)到Sa10納米以下。

TDC特色解決方案

TDC通過開發(fā)原創(chuàng)拋光機(jī)，實(shí)現(xiàn)了最大寬度為300mm，長(zhǎng)度超過100米的長(zhǎng)幅箔的精密拋光（Ra1.5 nm、Rz10 nm）

TDC參與的隼鳥2號(hào)太空探索返回項(xiàng)目的部分樣品

超精密拋光技術(shù)實(shí)現(xiàn)INCONEL?鉻鎳鐵合金鏡面拋光

（注：這類合金以鎳為主，包含鉻、鐵、鈮和鉬）

從金屬到陶瓷和玻璃的全面拋光解決方案

Vespel是杜邦公司開發(fā)的由全芳香族聚酰亞胺樹脂粉末模制而成的超級(jí)工程塑料（可承受極限溫度）

小結(jié)

使用比材料更堅(jiān)硬的工具切割和破壞材料的方法進(jìn)行磨削拋光，是人類自石器時(shí)代起就掌握的基礎(chǔ)技能，但這會(huì)在材料表面形成損傷層，損害材料原有的優(yōu)良性能。發(fā)現(xiàn)和使用高效率和無損傷特性的創(chuàng)新拋光方法，是人類不斷追求和進(jìn)步的印證。

TDC作為一家中小企業(yè)，只有100多臺(tái)研磨機(jī)、平面磨床等拋光設(shè)備，但其中約有一半是自主研發(fā)和制造。他們也不挑揀，從一件起接受訂單，承諾即使是大批量和復(fù)雜的加工也可以實(shí)現(xiàn)短交貨期。今年年初，TDC完成了第四個(gè)新工廠的建設(shè)，正在一步步成長(zhǎng)為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)。

粉體圈 啟東