一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法技术

一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，先将SIC工件不需要加工的表面套上隔绝材料，然后完全浸没在装有芬顿试剂的反应池中，待一段时间反应，在SIC工件的表面生成等厚均匀的SIO2表层后，将SIC工件取出，用限位装置固定在工作台上；通过浮动连接装置保证发生反应后生成的SIO2表层均匀去除；通过机械臂调节工具系统相对于工件的位置及姿势，通过改变进入变刚度气压砂轮的压缩空气的气压调节变刚度气压砂轮的刚度，使变刚度气压砂轮与自由曲面的SIC工件贴合，使用变刚度气压砂轮对自由曲面的SIC工件进行最后的抛光。本发明专利技术提出了一种高效、低成本的芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法。

A method of polishing SIC optical free-form surface with Fenton assisted variable stiffness pneumatic grinding wheel

A method of polishing SIC optical free-form surface with Fenton auxiliary variable stiffness pressure grinding wheel, first of which SIC workpiece is not needed to be machined, and then completely immersed in the reaction pool with Fenton reagents. After a period of reaction, the SIC workpiece is taken out of the SIC workpiece after the formation of the equal thickness of the uniform SIO2 surface on the surface of the SIC workpiece. The limiting device is fixed on the worktable; through a floating connection to ensure that the surface of the SIO2 generated by the reaction is evenly removed; by adjusting the position and position of the tool system relative to the workpiece through a manipulator arm, the stiffness of the variable stiffness pressure grinding wheel is adjusted by changing the pressure of the compressed air entering the variable stiffness pressure grinding wheel to make the variable stiffness variable. The pneumatic grinding wheel is applied to the SIC workpiece of the free-form surface, and the variable stiffness pneumatic grinding wheel is used to polish the SIC workpiece of the free-form surface. The invention provides an efficient and low-cost method for polishing SIC optical free-form surface with Fenton auxiliary variable stiffness pneumatic wheel.

【技术实现步骤摘要】
一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法
本专利技术属于工件表面光整加工
，提出了一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法。
技术介绍
SIC材料因其具有良好的热传导率，高击穿场强，小的介质常数，大的禁带宽度等优点，同时又因为其具有抗辐射和耐磨等优良特性使其在半导体材料市场上的应用越来越广，在快速的发展中半导体的材料被越来越多的应用于航空航天，军事，电子等各个重要的方面。随着其应用范围的增加，平面型的SIC材料已经渐渐的不能满足于人们的需要，曲面型的SIC材料也被越来越多的需要，其具有良好的发展前景和未来。目前加工抛光SIC的化学机械方法主要是利用芬顿辅助装置，利用芬顿反应产生的羟基自由基来氧化SIC表面使其生成SIO2，然后利用研磨盘对其表面进行对研，不过用此方法只能只能研磨平面薄片的SIC工件，对是自由曲面的SIC工件无法加工。目前对曲面进行抛光的方法主要有磁流变抛光，磨料射流抛光，计算机控制小磨头抛光，电解抛光等。磁流变抛光其主要是通过在磁流变液中加入抛光粉，然后通过强磁场的作用，来达到对工件表面加工抛光的作用，其虽然效果较好，但是其需要的成本太高，限制了其大规模的使用。磨料射流抛光利用混有磨料的高速射流去冲刷其工件的表面已达到加工抛光的作用，但是其要有复杂的磨粒流推动系统，且其在加工抛光时的效率较低，不能符合生产的需求。计算机控制小磨头抛光其是利用计算机来控制小磨头在表面的运动来对工件进行加工抛光，但是其效率较低，其加工精度不高。电解抛光其就是通过电解反应对工件其表面进行加工抛光，但是其只适用于部分的金属工件。综上所述，针对目前的现有的抛光技术，综合加工效率，加工精度，加工成本等各个方面，很难对自由曲面的SIC工件进行很好的抛光。为了满足发展生产需要，迫切的需要一种可以对光学自由曲面的SIC材料进行有效率，精度较高，成本较低的抛光方法。
技术实现思路
为了克服现有的对于自由曲面的SIC工件的抛光技术存在的精度和效率不高等问题，以及对于芬顿反应抛光装置只能加工平面的SIC工件的问题，本专利技术提出了一种高效、低成本的芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，先将SIC工件不需要加工的表面套上隔绝材料，然后完全浸没在装有芬顿试剂的反应池中，待一段时间反应，在SIC工件的表面生成等厚均匀的SIO2表层后，将SIC工件取出，用限位装置固定在工作台上；通过浮动连接装置保证抛光力是恒力，进而保证发生反应后生成的SIO2表层均匀去除；通过机械臂调节工具系统相对于工件的位置及姿势，通过改变进入变刚度气压砂轮的压缩空气的气压调节变刚度气压砂轮的刚度，使变刚度气压砂轮与自由曲面的SIC工件贴合，使用变刚度气压砂轮对自由曲面的SIC工件进行最后的抛光。进一步，在整个的抛光过程中，先将SIC工件不需要加工的表面套上隔绝材料，然后用负泊松比材料的紧固件密封，之后整个放入装有芬顿试剂的反应池中，使之完全浸没，这样可以保证非反应区域与芬顿试剂完全的隔绝，使得反应区域发生芬顿反应，生成等厚均匀的SIO2表层，保证材料均匀去除。再进一步，所述负泊松比材料在受到压缩时,材料在垂直于应力方向发生收缩,而不是通常的膨胀，即在宏观上，负泊松比材料在受力时，在受力方向为膨胀而不是收缩，其作为紧固件可以很好的密封，保证反应区域与非反应区域隔绝，使反应区域发生芬顿反应生成刚度比SIC小，且等厚均匀的SIO2表层；负泊松比材料为楔块结构、多孔固体或聚合体。更进一步，所述的芬顿试剂中的强氧化剂羟基自由基，其是通过催化剂和氧化剂反应生成的，其催化剂为氯化铁FeCl3、氯化亚铁FeCl2、四氧化三铁Fe3O4、氧化铁Fe2O3、硫酸铁Fe2(SO4)3或硫酸亚铁FeSO4，其氧化剂为过氧化氢H2O2、高锰酸钾KMNO4或次氯酸HCLO。芬顿反应发生所需的环境最好为酸性环境，在酸性环境中其芬顿反应的氧化作用最强，但是在芬顿反应中会产生氢氧离子，会使得反应酸性不断减弱，因此在芬顿反应的环境中需要加入酸性的试剂使其保持酸性环境。先将选择好的氧化剂与催化剂按照设定的浓度和比例倒入反应池中，让其反应生成强氧化剂羟基自由基，再将套好隔绝材料的SIC工件完全浸没在反应池中，让裸露在外的SIC曲面表面与羟基自由基反应，生成硬度比SIC小，且等厚均匀的SIO2表层。在整个加工抛光过程中所使用的变刚度气压砂轮，其是由类似橡胶的空心半球柔性基体和粘结在基体的磨粒层构成的，磨粒的硬度要大于SIO2，且小于SIC；所述变刚度气压砂轮的刚性可以通过进入变刚度气压砂轮的压缩空气的气压来控制，且可以实时在线可调，可以实现更好的与自由曲面的SIC工件贴合。所述浮动连接装包括有气缸、位移传感器、导轨、压缩弹簧、上基座和下基座，所述气缸、位移传感器、导轨、压缩弹簧都位于上基座与下基座之间，其在浮动连接装置下方外接了一个比例阀，比例阀中装有压力传感器。所述浮动连接装置中，当工作时，上基座对于下基座会发生相对位移，位移传感器会返回给控制器一个信号，然后控制器会给比例阀一个信号，比例阀的值会被重新设定，然后给气缸充气产生一个驱动力，使其带动上基座相对于下基座发生线性位移，在其过程中，比例阀中的压力传感器会实时监测气缸内的压强；上基座会带动与其固定的导轨运动，使压缩弹簧受到压缩而产生一个恢复力，驱动力与恢复力之差通过位移传感器与压力传感器的信号输送给控制器，然后与设定需要的值比较，若相同，则不变，若不同，则在改变比例阀的设定值，以此来保证恒力。本专利技术的技术构思为：先将氧化剂与催化剂在酸性环境中反应产生具有强氧化性的羟基自由基，然后将套好隔绝材料的SIC工件浸没在装有芬顿试剂的反应池中，让羟基自由基与SIC工件需要加工的表面发生芬顿反应，生成刚度比SIC小，且等厚均匀的SIO2表层，其表层变化之后，采用变刚度气压砂轮进行随形抛光。这是一种可以保证高型面精度，实现无表面和亚表面损伤的抛光方法。本专利技术可以有效的实现对SIC材料的光学自由曲面进行高精度，无表面和亚表面损伤，高效率，低成本的恒力随形抛光，具有较大的经济效益和社会效益。本专利技术的有益效果主要表现在：(1)：可以有效的实现对自由曲面的SIC工件进行抛光，而不止是单单的对平面的SIC工件进行抛光。(2)：芬顿反应发生的较为迅速，强氧化性的羟基自由基可以快速的氧化SIC材料的表层，使之表层变为硬度比SIC小的SIO2，然后使用变刚度气压砂轮进行随形抛光，其可以实现高效率的抛光。(3)SIC工件的密封材料选择了负泊松比材料，其作为紧固件，可以更好的密封，可以更好的隔绝反应区域与非反应区域。(4)：将不需要加工的SIC工件的表面套上隔绝材料，然后完全浸没在反应池中反应，使得反应区域与非反应区域隔绝，使反应区域生成等厚均匀的SIO2表层，为实现高型面精度，无表面和亚表面损伤的抛光奠定基础。(5)：在整个抛光装置中拥有浮动连接装置，其可以实现保证恒力抛光，可以保证材料的均匀去除。(6)：使用了变刚度气压砂轮对自由曲面的SIC工件进行抛光，其气压砂轮的刚度可调，可以更好的贴合曲面。变刚度气压砂轮的磨粒刚度也可调，可以更好的选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，其特征在于：先将SIC工件不需要加工的表面套上隔绝材料，然后完全浸没在装有芬顿试剂的反应池中，待一段时间反应，在SIC工件的表面生成等厚均匀的SIO2表层后，将SIC工件取出，用限位装置固定在工作台上；通过浮动连接装置保证抛光力是恒力，进而保证发生反应后生成的SIO2表层均匀去除；通过机械臂调节工具系统相对于工件的位置及姿势，通过改变进入变刚度气压砂轮的压缩空气的气压调节变刚度气压砂轮的刚度，使变刚度气压砂轮与自由曲面的SIC工件贴合，使用变刚度气压砂轮对自由曲面的SIC工件进行最后的抛光。

【技术特征摘要】
1.一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，其特征在于：先将SIC工件不需要加工的表面套上隔绝材料，然后完全浸没在装有芬顿试剂的反应池中，待一段时间反应，在SIC工件的表面生成等厚均匀的SIO2表层后，将SIC工件取出，用限位装置固定在工作台上；通过浮动连接装置保证抛光力是恒力，进而保证发生反应后生成的SIO2表层均匀去除；通过机械臂调节工具系统相对于工件的位置及姿势，通过改变进入变刚度气压砂轮的压缩空气的气压调节变刚度气压砂轮的刚度，使变刚度气压砂轮与自由曲面的SIC工件贴合，使用变刚度气压砂轮对自由曲面的SIC工件进行最后的抛光。2.如权利要求1所述的一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，其特征在于：在整个的抛光过程中，先将SIC工件不需要加工的表面套上隔绝材料，然后用负泊松比材料的紧固件密封，之后整个放入装有芬顿试剂的反应池中，使之完全浸没，这样可以保证非反应区域与芬顿试剂完全的隔绝，使得反应区域发生芬顿反应，生成等厚均匀的SIO2表层，保证材料均匀去除。3.如权利要求1或2所述的一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，其特征在于：所述负泊松比材料在受到压缩时,材料在垂直于应力方向发生收缩,而不是通常的膨胀，即在宏观上，负泊松比材料在受力时，在受力方向为膨胀而不是收缩，其作为紧固件可以很好的密封，保证反应区域与非反应区域隔绝，使反应区域发生芬顿反应生成刚度比SIC小，且等厚均匀的SIO2表层；负泊松比材料为楔块结构、多孔固体或聚合体。4.如权利要求1或2所述的一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，其特征在于：所述的芬顿试剂中的强氧化剂羟基自由基，其是通过催化剂和氧化剂反应生成的，其催化剂为氯化铁FeCl3、氯化亚铁FeCl2、四氧化三铁Fe3O4、氧化铁Fe2O3、硫酸铁Fe2(SO4)3或硫酸亚铁FeSO4，其氧化剂为过氧化氢H2O2、高锰酸钾KMNO4或次氯酸HCLO。5.如权利要求4所述的一种芬顿辅助变刚度气压砂轮抛光SIC光学自由曲面方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，江恩勇，计时鸣，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33