專利名稱：二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備及其拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超光滑表面拋光設(shè)備及其拋光方法，特別涉及二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備及其拋光方法。
背景技術(shù)：
目前的超光滑表面制備技術(shù)多為有磨料拋光，采用固體或粘彈性體作為拋光盤或磨料載體，由于磨料的細(xì)化程度有限，很難使拋光精度穩(wěn)定地達(dá)到埃級以上，而且采用這些方法進(jìn)行拋光時，為了提高加工精度，工件與拋光盤間往往并不直接接觸，并且要求拋光盤具有很高的精度，因此提高了拋光過程的控制難度，使廢品率和加工成本增高。本發(fā)明在拋光過程中可以分為兩級拋光。在一級拋光時，拋光液中可適當(dāng)?shù)丶尤刖?xì)磨料和化學(xué)物質(zhì)，以提高拋光效率，而在進(jìn)行二級拋光時則采用純流體作為拋光液，由流體分子的沖擊和摩擦化學(xué)作用共同完成材料的去除，由于流體分子直徑約為埃級，因此可使拋光精度達(dá)到埃級甚至原子級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將提供一種超光滑表面拋光設(shè)備及其拋光方法，使拋光精度穩(wěn)定地達(dá)到埃級甚至原子級，并將顯著地降低加工成本。
本發(fā)明的二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、行星輪機(jī)構(gòu)、超聲波發(fā)生裝置、水平方向振動發(fā)生器、拋光槽、工件裝夾機(jī)構(gòu)、拋光液循環(huán)裝置構(gòu)成；上述拋光槽在水平方向振動發(fā)生器作用下可以在水平方向上來回往復(fù)振動；上述拋光設(shè)備使用流體作為拋光工具，通過超聲波發(fā)生裝置使流體產(chǎn)生垂直方向的超聲振動，與水平方向振動發(fā)生器所產(chǎn)生的水平振動構(gòu)成二維流體振動。
所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速器和傳動軸構(gòu)成。
所述的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)由升降機(jī)構(gòu)和支承板構(gòu)成。
所述的行星輪機(jī)構(gòu)由固定輪、行星輪和系桿構(gòu)成。
所述的超聲波發(fā)生裝置由超聲電源和浸入式超聲波換能器構(gòu)成。
本發(fā)明拋光設(shè)備的拋光方法是拋光過程分為兩級拋光，在一級拋光時，拋光液中適當(dāng)?shù)丶尤刖?xì)磨料和化學(xué)物質(zhì)；在進(jìn)行二級拋光時則采用純流體作為拋光液，由流體分子的沖擊和摩擦化學(xué)作用共同完成材料的去除。
上述精細(xì)磨料是納米金剛石粉、SiO2納米粉、Al2O3納米粉、TiO2納米粉、SiC納米粉、Si3O4納米粉、氧化鐵納米粉。
上述精細(xì)磨料是金剛石粉和SiO2納米粉、TiO2納米粉和Al2O3納米粉、TiO2納米粉和SiC納米粉、氧化鐵納米粉和Al2O3納米粉的混合粉末。
上述化學(xué)物質(zhì)是氫氧化物、絡(luò)合物、表面活性劑、酸、堿。
上述純流體是水、甘油、環(huán)乙烷、乙醇、四氯化碳、煤油、茴香甘油酯及水和乙醇、水和甘油、乙醇和茴香甘油酯、甘油和環(huán)乙烷的混合溶液。
本發(fā)明采用流體作為拋光工具，并附加二維高頻振動以施加拋光作用力。由于流體分子直徑約為埃級，因此可使拋光精度達(dá)到埃級甚至原子級。同時，由于流體沒有固定的形狀，因此能始終與工件保持完全的均勻接觸，極大地降低了控制難度。二維高頻振動能在拋光液內(nèi)形成穩(wěn)定的振場，使流體分子或磨料能以一定的速度沖擊工件表面，提供拋光作用力。同時，這種振動也能降低工件表層原子的原子結(jié)合能，使材料更容易去除。另外高頻振動也能對工件表面進(jìn)行清洗，避免工件表面污染，并有助于一級拋光時磨料在拋光液內(nèi)的均勻混合。在進(jìn)行拋光時，工件平面與水平振動方向間形成一個小傾角(角度通過升降機(jī)構(gòu)調(diào)整)，可以產(chǎn)生一定的動壓，提高拋光效率。
本發(fā)明的有益效果是，可以低成本地實現(xiàn)平面的超光滑拋光。


圖1為本發(fā)明裝置的剖面圖。
1、超聲電源2、水平振動發(fā)生器3、密閉容器4、升降機(jī)構(gòu)5、支承板6、電機(jī)7、減速器8、系桿9、傳動軸10、行星輪11、固定輪12、拋光液循環(huán)裝置13、基座14、工件15、滾子16、拋光液17、工件夾具18浸入式超聲波換能器19、拋光槽具體實施方式
下面將結(jié)合實施方式及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
拋光過程中，工件安14裝在工件夾具17上，工件夾具可以采用真空吸盤或者是機(jī)械裝夾方式，電機(jī)6通過減速器7減速以后，通過帶傳動方式、齒輪傳動方式、鏈傳動方式或者是渦輪蝸桿傳動方式帶動傳動軸9轉(zhuǎn)動，傳動軸通過系桿8帶動行星輪10繞著固定輪11轉(zhuǎn)動，行星輪10在公轉(zhuǎn)的同時還有自轉(zhuǎn)，在此行星輪機(jī)構(gòu)可以采用齒輪嚙合方式或者是摩擦輪嚙合方式實現(xiàn)。工件14將隨著行星輪一起旋轉(zhuǎn)(既公轉(zhuǎn)也自轉(zhuǎn))，以保證拋光的均勻性。通過升降機(jī)構(gòu)4，可以調(diào)節(jié)支承板5與水平方向的夾角，從而可以改變工件與水平方向的夾角。升降機(jī)構(gòu)可以采用螺旋升降、液壓、氣動方式。水平方向振動發(fā)生器2帶動拋光槽19在水平方向作往復(fù)振動，振動發(fā)生器產(chǎn)生的振動可以由機(jī)械、氣動或電磁振動方式產(chǎn)生，振動頻率2-4000赫茲，振幅為幾百微米到幾毫米可調(diào)。浸入式超聲波換能器18產(chǎn)生垂直方向的超聲振動，振動頻率為20000-1000000赫茲，振幅為幾十納米到十幾微米可調(diào)。拋光液也可以通過拋光液循環(huán)裝置12來進(jìn)行拋光液的添加和更換。整個拋光過程在密閉容器3中完成，容器中施加一定壓力(1-10個大氣壓可調(diào))，該壓力通過液體傳遞到工件表面，可增加液體對工件的摩擦作用。
權(quán)利要求
1.一種二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備，其特征是由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、行星輪機(jī)構(gòu)、超聲波發(fā)生裝置、水平方向振動發(fā)生器、拋光槽、工件裝夾機(jī)構(gòu)、拋光液循環(huán)裝置構(gòu)成；上述拋光槽在水平方向振動發(fā)生器作用下可以在水平方向上來回往復(fù)振動；上述拋光設(shè)備使用流體作為拋光工具，通過超聲波發(fā)生裝置使流體產(chǎn)生垂直方向的超聲振動，與水平方向振動發(fā)生器所產(chǎn)生的水平振動構(gòu)成二維流體振動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備，其特征是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速器和傳動軸構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備，其特征是角度調(diào)整機(jī)構(gòu)由升降機(jī)構(gòu)和支承板構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備，其特征是行星輪機(jī)構(gòu)由固定輪、行星輪和系桿構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備，其特征是超聲波發(fā)生裝置由超聲電源和浸入式超聲波換能器構(gòu)成。
6.一種權(quán)利要求1所述拋光設(shè)備的拋光方法，其特征是拋光過程分為兩級拋光，在一級拋光時，拋光液中適當(dāng)?shù)丶尤刖?xì)磨料和化學(xué)物質(zhì)；在進(jìn)行二級拋光時則采用純流體作為拋光液，由流體分子的沖擊和摩擦化學(xué)作用共同完成材料的去除。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述拋光設(shè)備的拋光方法，其特征是上述精細(xì)磨料是納米金剛石粉、SiO2納米粉、Al2O3納米粉、TiO2納米粉、SiC納米粉、Si3O4納米粉、氧化鐵納米粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述拋光設(shè)備的拋光方法，其特征是上述精細(xì)磨料是金剛石粉和SiO2納米粉、TiO2納米粉和Al2O3納米粉、TiO2納米粉和SiC納米粉、氧化鐵納米粉和Al2O3納米粉的混合粉末。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述拋光設(shè)備的拋光方法，其特征是上述化學(xué)物質(zhì)是氫氧化物、絡(luò)合物、表面活性劑、酸、堿。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述拋光設(shè)備的拋光方法，其特征是上述純流體是水、甘油、環(huán)乙烷、乙醇、四氯化碳、煤油、茴香甘油酯及水和乙醇、水和甘油、乙醇和茴香甘油酯、甘油和環(huán)乙烷的混合溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開二維流體振動超光滑表面拋光設(shè)備及其拋光方法，拋光設(shè)備由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、行星輪機(jī)構(gòu)、超聲波發(fā)生裝置、水平方向振動發(fā)生器、拋光槽、工件裝夾機(jī)構(gòu)、拋光液循環(huán)裝置構(gòu)成；上述拋光槽在水平方向振動發(fā)生器作用下可以在水平方向上來回往復(fù)振動；上述拋光設(shè)備使用流體作為拋光工具，通過超聲波發(fā)生裝置使流體產(chǎn)生垂直方向的超聲振動，與水平方向振動發(fā)生器所產(chǎn)生的水平振動構(gòu)成二維流體振動；本發(fā)明可以低成本地實現(xiàn)平面的超光滑拋光。
文檔編號B24B1/00GK1618568SQ200310112180
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
發(fā)明者郭鐘寧, 于兆勤, 何冰強, 楊忠高, 張永俊 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)