纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，步骤为：制备A型和B型抛光液；利用浸水状态下的玻璃盘作为粗抛抛光盘，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀放于玻璃细盘上，设定粗抛工艺参数，并利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行粗抛，得到切削刃钝圆半径为100mm

【技术实现步骤摘要】
纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光
，特别涉及一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法及装置。

技术介绍

[0002]纳米多晶金刚石(NPD)的硬度超过单晶金刚石和聚晶金刚石，并且耐磨性与单晶金刚石上的高耐磨方向相当，因此纳米多晶金刚石圆弧刃车刀拥有着广阔的应用前景。实现纳米多晶金刚石材料去除的传统加工方法主要有磨粒机械磨削、热化学磨削和破碎磨削。磨粒机械磨削会使砂轮形成较为锋利的磨削刃，使较软的金刚石颗粒磨削脱落，同时磨粒机械磨削的磨削效率低。热化学磨削会使磨削区的温度升高，从而将部分金刚石晶粒石墨化和氧化，反应后材料硬度和耐磨性降低，容易被磨除。破碎磨削会在砂轮表面存在固有缺陷的基础上产生裂纹，从而使晶粒发生沿晶脱落、局部断裂或破碎。
[0003]传统加工方法要实现有效的材料去除，均需要较大的磨削力，然而磨削力过大会对刀具刃口造成损伤，很难把刀具钝圆半径降至100nm以下。同时纳米多晶金刚石刀具机械刃磨中要产生材料有效去除要求有着较大的机械载荷，这就使得刀具在刃磨过程中会不断产生新的崩口。
[0004]因此，要得到好的纳米多晶金刚石刀具刃口，本专利技术提出利用化学与机械协同作用的化学机械抛光，通过化学氧化材料生成相对软的变质层后，使用较小机械划擦来实现有效的材料去除，从而解决了机械刃磨中材料去除与刃口质量之间的矛盾；通过使用玻璃盘进行化学机械抛光的同时，不断滴加抛光液，进一步保证磨粒处于游离状态，使用较金刚石更软的磨粒进一步减小磨粒的磨削力，从而在保证产生材料有效去除的同时，不再产生新的刃口损伤。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，通过使用氧化铝磨粒与湿润玻璃盘相结合的方法来降低磨削力，避免纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的切削刃晶粒脱落的产生，在此基础上配置了合适的抛光液，使用化学机械抛光方法在较小的磨削力下实现了稳定的材料去除，从而得到了钝圆半径小于50nm的超锋利切削刃，解决材料去除以及晶粒间结合强度对磨削力要求的矛盾，以及磨粒的存在形式。
[0006]本专利技术提供了一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，具体实施步骤如下：
[0007]S1、制备A型抛光液：
[0008]S11、将去离子水、磷酸、金刚石磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器震荡分散烧杯内的试剂10
‑
20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S12；
[0009]S12、将高锰酸钾加入到S11得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到A型抛光液；
[0010]S2、制备B型抛光液：
[0011]S21、将去离子水、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，使用胶头滴管加入一定量的磷酸，接着加入一定量的硫酸亚铁粉末，利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10
‑
20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S22；
[0012]S22、取一定量的NaOH加入到去离子水中，搅拌静置待用；
[0013]S23、用胶头滴管取一定量的浓度为30％的过氧化氢溶液，并将其滴加到S21得到的混合溶液中进行搅拌，将搅拌的混合溶液进行5min的超声分散；接着用胶头滴管将S22配置的NaOH溶液缓慢滴加到超声分散得到的混合溶液中，直至PH降至3，得到B1型抛光液；
[0014]S24、将去离子水、磷酸、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10
‑
20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S25；
[0015]S25、将高锰酸钾加入到S24得到的混合溶液内进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到B2型抛光液；
[0016]S3、利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行粗抛：
[0017]S31、利用浸水状态下的玻璃盘为磨粒提供游离环境，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行化学机械抛光；
[0018]S32、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；
[0019]S33、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光，得到切削刃钝圆半径为100mm
‑
200nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；
[0020]S34、利用100倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到粗抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；
[0021]S4、利用B型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行精抛：
[0022]S41、为了减少精抛过程中纳米多晶金刚石圆弧刃车刀切削刃的晶粒脱落，选取具有惰性且硬度适中的氧化铝作为磨粒；
[0023]S42、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；
[0024]S43、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光；
[0025]S44、利用500倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到精抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀。
[0026]可优选的是，在S1和S2中，所述硫酸亚铁的添加量为1
‑
5g/100ml，所述金刚石磨粒的直径为1
‑
5μm，所述球形二氧化硅的直径为20nm。
[0027]可优选的是，在B1型抛光液中，所述氧化剂为浓度30％的过氧化氢，所述磨粒为1
‑
5微米的氧化铝，所述添加剂为直径为20nm的二氧化硅。
[0028]可优选的是，在B2型抛光液中，所述氧化剂为酸性高锰酸钾溶液，所述磨粒为1
‑
5微米的氧化铝，所述添加剂为直径为20nm的二氧化硅。
[0029]可优选的是，A液、B1液和B2液所用酸性缓冲剂为磷酸，所用碱性调节剂为氢氧化钠。
[0030]本专利技术的另外一方面，提供一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光装置，其包括玻璃盘、铸铁盘、主轴、负重块、夹具、纳米多晶金刚石圆弧刃车刀、抗腐蚀夹具、排废液通道和废液收集器，所述铸铁盘的下端和所述主轴的输出端固定连接，所述铸铁盘的上端和所述抗腐蚀夹具的第一安装端连接，所述抗腐蚀夹具的第二安装端和所述玻璃盘连接，所述抗腐蚀夹具上设有排废液通道，所述排废液通道和所述废液收集器连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米多晶金刚石圆弧刃车刀的化学机械抛光方法，其特征在于，具体实施步骤如下：S1、制备A型抛光液：S11、将去离子水、磷酸、金刚石磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器震荡分散烧杯内的试剂10
‑
20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S12；S12、将高锰酸钾加入到S11得到的混合溶液内，并用玻璃棒搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到A型抛光液；S2、制备B型抛光液：S21、将去离子水、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，使用胶头滴管加入一定量的磷酸，接着加入一定量的硫酸亚铁粉末，利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10
‑
20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S22；S22、取一定量的NaOH加入到去离子水中，搅拌静置待用；S23、用胶头滴管取一定量的浓度为30％的过氧化氢溶液，并将其滴加到S21得到的混合溶液中进行搅拌，将搅拌的混合溶液进行5min的超声分散；接着用胶头滴管将S22配置的NaOH溶液缓慢滴加到超声分散得到的混合溶液中，直至PH降至3，得到B1型抛光液；S24、将去离子水、磷酸、氧化铝磨粒和球形二氧化硅依次放入到烧杯内，接着利用超声分散器与涡旋混匀器超声震荡分散烧杯内的试剂10
‑
20min，静置5min并判断溶液是否出现分层，如有分层则继续进行反复震荡，如无分层现象时则得到混合溶液并进行步骤S25；S25、将高锰酸钾加入到S24得到的混合溶液内进行搅拌，将搅拌均匀的混合溶液进行5min的超声分散，得到B2型抛光液；S3、利用A型抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行粗抛：S31、利用浸水状态下的玻璃盘为磨粒提供游离环境，对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行化学机械抛光；S32、将玻璃盘平整粘接在磨床上，通过夹具将纳米多晶金刚石圆弧刃车刀安放于玻璃细盘上；S33、设定玻璃盘的转速，并向夹具施加一定的抛光压力，同时通过蠕动泵以3ml/min的流速向玻璃盘上滴加抛光液对纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行抛光，得到切削刃钝圆半径为100mm
‑
200nm的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；S34、利用100倍光学显微镜对步骤S33得到的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀进行检查，得到粗抛的纳米多晶金刚石圆弧刃车刀；S4、利用B型抛光液对纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊云，韩鑫，靳田野，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：