液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法技术

本发明专利技术公开了一种液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法，包括：将工件装夹在主轴上，主轴带动工件绕中心线旋转；在管口处产生凸出的腐蚀液滴，液滴与工件表面接触，控制液滴的半径保持稳定；根据液滴与工件表面的接触面积以及工件的加工目标表面粗糙度要求，确定工件的相对线速度下限v；由相对线速度下限v以及工件的回转半径确定主轴转速下限N；控制主轴的转速≥N，并控制液滴中心点相对运动对工件表面进行加工，且液滴中心与工件表面的距离保持不变；检测管口处的液滴的流量信号变化，若超过阈值，视为完成对工件的表面修饰。采用该方法可得无微裂纹、无变质层、表面光滑的石英玻璃回转体工件，且操作简便，可控性好。控性好。控性好。

【技术实现步骤摘要】
液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法


[0001]本专利技术属于特种加工
，具体涉及一种液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法。

技术介绍

[0002]石英玻璃材料透光性好、阻尼低、热膨胀系数低，同时具有优异的电绝缘性能和化学稳定性，因此广泛应用于核聚变、光学仪器、惯性导航等领域，但同时石英玻璃是一种硬脆性材料，不易加工，加工表面容易出现裂纹和损伤层，得到的工件表面难以满足目前的使用要求。
[0003]目前，磨削是加工石英玻璃的最重要手段。然而，现有技术1(Suratwala T,Steele R,M.D.Feit,et al.Effect of rogue particles on the sub
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surface damage of fused silica during grinding/polishing[J].Journal of Non Crystalline Solids,2008,354(18):0
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2037.)公开了石英玻璃在磨削加工后会在表面产生含有微裂纹的变质层，即在加工表面出现裂纹和损伤层，且变质层的厚度较大。现有技术2(张巧云，吕志清.微机械加工技术在传感器制作中的应用[J].压电与声光,1998(02):140
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144.)公开了常采用氢氟酸化学腐蚀去除石英玻璃表面的变质层，但同时也会导致石英玻璃表面粗糙度变大。因此，为了满足目前的使用要求，需要进一步对石英玻璃表面进行加工。目前，现有技术3(胡晓东,罗康俊,余波,et al.采用离子束技术对半球振子进行质量调平[C]//中国惯性技术学会第五届学术年会论文集.2003.)公开的离子束修调技术是一种常用的方法，但是用到的设备非常昂贵，操作复杂；此外，现有技术4(Hamelin B,Tavassoli V,Ayazi F.Localized Eutectic Trimming of Polysilicon Microhemispherical Resonating Gyroscopes[J].IEEE Sensors Journal,2014,14(10):3498
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3505.)公开了还可以用激光进行表面修调，但是存在局部应力集中的问题，并且采用激光处理成本同样较高，操作相对复杂。
[0004]因此，现有的针对磨削加工后石英玻璃的表面修饰方法有待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法，采用该方法对石英玻璃回转体工件进行表面修饰，可以得到无微裂纹、无变质层、表面光滑的石英玻璃回转体工件。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：
[0007](1)将石英玻璃回转体工件装夹在主轴上，所述主轴带动所述工件绕所述工件的中心线旋转；
[0008](2)在管口处产生凸出的腐蚀液滴，所述腐蚀液滴与所述工件的表面接触，并控制所述腐蚀液滴的半径大小保持稳定；
[0009](3)根据所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触面积以及所述工件的加工目标表面粗糙度要求，确定所述工件的相对所述腐蚀液滴的线速度下限v；
[0010](4)由所述相对线速度下限v以及所述工件的回转半径确定所述主轴的转速下限N；
[0011](5)控制所述主轴的转速≥N，使所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触处于Cassie状态，并控制所述腐蚀液滴中心点相对运动对所述工件表面进行加工，所述加工过程中所述腐蚀液滴中心与所述工件表面的距离保持不变；
[0012](6)检测所述管口处的腐蚀液滴的流量信号变化，所述流量信号的变化量对应所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触状态变化，当流量增加量超过接触状态变化阈值，视为完成对所述石英玻璃回转体工件的表面修饰。
[0013]根据本专利技术实施例的液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法，通过将石英玻璃回转体工件装夹在主轴上，由主轴带动工件绕工件的中心线旋转，同时在管口处产生凸出的腐蚀液滴，使得腐蚀液滴与工件的表面接触，并控制腐蚀液滴的半径大小保持稳定，再根据腐蚀液滴与工件表面的接触面积以及工件的加工目标表面粗糙度要求，确定工件的相对腐蚀液滴的线速度下限v，并由相对线速度下限v以及工件的回转半径确定主轴的转速下限N，然后控制主轴的转速≥N，使液滴与工件表面的接触处于Cassie状态/Cassie
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Baxter状态，以及控制腐蚀液滴中心点相对运动对工件表面进行加工，加工过程中腐蚀液滴中心与工件表面的距离保持不变。在工件表面上的“凸起”特征高度较高，且腐蚀液滴相对工件表面运动速度较快的情况下，由于腐蚀液滴来不及进入到“凸起”特征间隙对工件表面进行润湿就已经移动至下一个“凸起”特征处，从而工件表面上的粗糙结构与液滴之间存在着“空气层”，腐蚀液滴在工件表面发生滑移流动并只与“凸起”特征发生化学反应将其去除，“凸起”特征高度下降，当工件表面的粗糙度加工至目标要求后，腐蚀液滴在工件表面的滑移流动无法继续维持，液滴进入到间隙中，完全润湿工件表面，“空气层”消失，由于表面力的作用，腐蚀液滴会被工件表面完全带走或者是部分带走，此时液滴出口处的流量信号增大，通过检测管口处的腐蚀液滴的流量信号变化，所述流量信号的变化对应液滴与工件表面的接触状态变化，当流量从零增加至超过接触状态变化阈值，视为完成对石英玻璃回转体工件的表面修饰。综上，本申请的方法采用半径可控可维持的腐蚀液滴与石英玻璃表面粗糙结构中的“凸起”特征以滑移流动的方式接触，实现腐蚀液滴对工件表面的选择性加工，最终得到无微裂纹、无变质层、表面光滑的石英玻璃回转体工件。此外，与现有技术相比，本申请的方法具有操作简便、可控性好的优点。
[0014]另外，根据本专利技术上述实施例的液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法还可以具有如下附加的技术特征：
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述腐蚀液滴由氢氟酸和/或氟化铵与水混合得到。由此，腐蚀液滴可以与工件表面上的“凸起”特征发生化学反应从而将其去除。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，采用压力控制的方法控制所述腐蚀液滴的半径大小并保持稳定。由此，腐蚀液滴的半径大小可控性较高。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述管口端面经疏水修饰处理。由此，有利于控制腐蚀液滴的半径大小保持稳定。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述管采用毛细管。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触面积取决于所述腐蚀液滴的半径以及所述腐蚀液滴的中心与所述工件表面的距离，其中，所述腐蚀液滴半径为0.1～1.5mm，所述腐蚀液滴中心与所述工件表面的距离为0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴附壁化学加工的石英玻璃回转体工件的表面修饰方法，其特征在于，包括：(1)将石英玻璃回转体工件装夹在主轴上，所述主轴带动所述工件绕所述工件的中心线旋转；(2)在管口处产生凸出的腐蚀液滴，所述腐蚀液滴与所述工件的表面接触，并控制所述腐蚀液滴的半径大小保持稳定；(3)根据所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触面积以及所述工件的加工目标表面粗糙度要求，确定所述工件的相对所述腐蚀液滴的线速度下限v；(4)由所述相对线速度下限v以及所述工件的回转半径确定所述主轴的转速下限N；(5)控制所述主轴的转速≥N，使所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触处于Cassie状态/Cassie
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Baxter状态，并控制所述腐蚀液滴中心点相对运动对所述工件表面进行加工，所述加工过程中所述腐蚀液滴中心与所述工件表面的距离保持不变；(6)检测所述管口处的腐蚀液滴的流量信号变化，所述流量信号的变化对应所述腐蚀液滴与所述工件表面的接触状态变化，当流量从零增加至超过接触状态变化阈值，视为完成对所述石英玻璃回转体工件的表面修饰。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腐蚀液滴由氢氟酸和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，刘语杰，刘国栋，佟浩，谈齐峰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：