【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体射流抛光，尤其涉及一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法及装置。
技术介绍
1、软脆材料如碲锌镉(cdznte)、氟化钙(caf2)、硒化锌(znse)、磷酸二氢钾(kdp)等晶体，以及有机玻璃(pmma)等聚合物，是制造光学和光电器件的重要材料，广泛应用于通信、交通、能源和医疗等领域。在工业领域，通常采用超精密切削加工或固结磨料研磨加工对软脆材料进行初步处理(粗加工)，以快速高效地得到符合使用需求的工件形状和表面质量。随后，通过超精密抛光进一步提升表面质量，消除前道工序中可能存在的缺陷和损伤。
2、然而，传统诸如浮法抛光、化学机械抛光、磁流变抛光、流体射流抛光等自由磨粒抛光方法，在抛光软脆材料时不仅表面容易嵌入磨料，还粘附着电性极强的无机盐类、氧化物粒子、胶粒等吸附物和杂质，较难清洗。现阶段解决途径是首先利用化学机械抛光降低亚表面损伤层厚度、提高表面精度，最后通过离子束抛光获得超光滑、无污染表面。但离子束溅射效应形成的材料去除速率相对较低，且只能在真空下应用的加工原理也使其受到一定的限制。
3、流体射流抛光因不受形状限制，是实现表面超精密抛光的有效方法。
4、但现有流体射流抛光使用的是硬质磨料(如氧化铝、碳化硅、金刚石磨料)，不仅成本高，对喷嘴的磨损严重，还容易嵌入抛光表面，难以清除。
5、如专利cn104290041a公开了一种利用饱和溶液结晶的高压磨料水射流装置及方法。但该方法需要利用额外的冷却系统对射流管道进行降温，装置较为复杂、能耗大，且主要用于碳纤维
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法及装置，利用低压气体通过lava l喷管，在lava l喷管的喉部及扩张段产生低温，使一同进入的饱和溶液因温度下降、溶解度降低析出晶体，从而从聚焦管中喷出混有晶体颗粒的气液固射流，利用析出的晶体颗粒对软脆材料进行抛光，由于晶体颗粒硬度较低，难以嵌入软脆材料，且易被加热溶解清除，解决了
技术介绍
中提出的问题。
2、基于上述目的，本专利技术提供了一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，包括：
3、s1、清洗由软脆材料制成的工件表面，通过专用夹具将工件固定在工作台上；
4、s2、选定溶质，确定溶剂水的温度和体积，计算该温度下所需溶质的质量，向水中添加溶质并溶解，配制所需饱和溶液，配制的饱和溶液存储在饱和溶液储存罐内；
5、s3、根据所需抛光效果选择合适的气体压强、液体压强和流量，以及喷射距离，同时结合抛光范围确定运动平台的运动轨迹和移动速度；
6、s4、先从lava l喷管上的气体输入通道通入压缩气体，从饱和溶液输入通道通入饱和溶液，压缩气体在通过收缩段通道和喉部通道后，可以加速到音速，甚至超音速，在扩张段通道和聚焦管通道内产生负压，并在喉部通道、扩张段通道和聚焦管通道内形成低温环境，使通入的饱和溶液在扩张段通道和聚焦管通道内因低温溶解度降低而析出微小晶体颗粒，随后析出的晶体随气体和液体一起通过聚焦管通道汇聚喷出；
7、s5、然后开启运动平台，喷出的气、液、晶体混合射流对移动的工件表面进行抛光，与此同时，含晶体溶液回流至回收槽，通过加热棒二加热和过滤器过滤后形成干净的饱和溶液，重新泵入lava l喷管以便循环使用；
8、s6、完成抛光后，将工件置于热水内进行超声清洗。
9、优选的，在s2中饱和溶液采用的溶质是无毒、无污染物质，且溶解度随温度降低而迅速减小。
10、优选的，在s2中饱和溶液中的溶质可以为盐类，如cacl2、k2so4中的一种，或者为氨基酸类，如谷氨酸。
11、优选的，在s4中析出的晶体颗粒与硬质颗粒相比硬度较低，难以嵌入软脆材料表面，即使析出的晶体颗粒嵌入软脆材料表面，也可以通过热水浸泡法将其清除，最终实现无污染抛光。
12、优选的，在s2中饱和溶液的温度一般为室温，也可通过提高饱和溶液的温度使溶质溶解的更多，进而在相同的低温环境下析出更多的晶体。
13、优选的，在s2中可通过加热改变饱和溶液储存罐内溶液的温度，使饱和溶液的溶解度改变，进而调控析出晶体的质量。
14、优选的，在s4中压缩气体在通过气体输入通道输送到lava l喷管内时，压缩气体在喉部通道、扩张段通道和聚焦管通道内可产生-150℃以下的低温气流，致使一同进入lava l喷管的饱和溶液因温度降低、溶解度下降而析出晶体。
15、优选的，在s5中lava l喷管喷出的射流是气液固三相流，其中固相是因低温析出的晶体，液相是由低压气体通过lava l喷管在扩张段通道产生的负压空化效应而雾化产生的液滴。
16、一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光装置，包括，晶体射流产生系统、抛光液循环系统和抛光系统；
17、所述晶体射流产生系统包括lava l喷管，以及与lava l喷管相互连通的气体输入通道和饱和溶液输入通道，所述气体输入通道依次连接球阀、稳压阀、干燥器和空气压缩机，所述饱和溶液输入通道依次连接挠性管、安全阀、压力计、阻尼器、隔膜泵和饱和溶液储存罐，且饱和溶液储存罐内设置有加热棒一；
18、所述抛光液循环系统包括回收槽，所述回收槽的开口处设置有工作台，所述工作台可通过专用夹具对工件进行固定，所述回收槽内设置有加热棒二，所述饱和溶液储存罐和回收槽之间设置有水泵和过滤器；
19、所述抛光系统包括x轴移动平台、y轴移动平台、z轴移动平台，且所述lava l喷管安装在y轴移动平台上
20、优选的，所述lava l喷管包括依次连通的收缩段通道、喉部通道、扩张段通道和聚焦管通道，所述气体输入通道和饱和溶液输入通道均与收缩段通道相互连通设置。
21、本专利技术的有益效果如下：
22、一、利用lava l喷管自身结构产生的低温环境对射流进行降温，不需增加额外的冷却系统，且整个系统中仅lava l喷管的扩张段通道和聚焦管通道处存在析出的晶体颗粒，因而对管道和设备的磨损范围和程度小于传统磨料射流技术，尤其是没有对泵的颗粒磨损，因此可以使用便宜的水泵输送饱和溶液。
23、二、利用压缩气体通过lava l喷管，可对射流进行超音速加速，从而有效回避磨料水射流需要很高工作压力这一不足，且射流在收缩段通道时，空气运动遵循“流体在管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小”的原则，因此射流不断加速；当到达喉部通道时，流速已经超过了音速，而跨音速的流体在运动时将不再遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的规律，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。因此，在扩张段通道，气体的速度被进一步加速，超过音速，使晶体颗粒获得的速度高、动能大，有利于提高抛光效率。
24、三、完成抛光后晶体通过加热溶解可循环利用，成本较低，减少了对贵重硬质磨料的依赖，且当工件硬度低于晶体颗粒硬度时，依然有颗粒本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S2中饱和溶液采用的溶质是无毒、无污染物质，且溶解度随温度降低而迅速减小。
3.根据权利要求2所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S2中饱和溶液中的溶质可以为盐类，如CaCl2、K2SO4中的一种，或者为氨基酸类，如谷氨酸。
4.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S4中析出的晶体颗粒硬度低于工件时，难以嵌入软脆材料表面；若晶体硬度高于工件硬度，颗粒可能嵌入软脆材料表面，但可通过热水浸泡法将其清除，最终实现无污染抛光。
5.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S2中饱和溶液的温度一般为室温，也可通过提高饱和溶液的温度使溶质溶解的更多，进而在相同的低温环境下析出更多的晶体。
6.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S2中可通过加热改变饱和溶液储存罐(2)内
7.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S4中压缩气体在通过气体输入通道(22)输送到Laval喷管(14)内时，压缩气体在喉部通道(25)、扩张段通道(26)和聚焦管通道(27)内可产生-150℃以下的低温气流，致使一同进入Laval喷管的饱和溶液因温度降低、溶解度下降而析出晶体。
8.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在S5中Laval喷管(14)喷出的射流是气液固三相流，其中固相是因低温析出的晶体，液相是由低压气体通过Laval喷管(14)在扩张段通道(26)产生的负压空化效应而雾化产生的液滴。
9.一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光装置，其特征在于，包括，晶体射流产生系统、抛光液循环系统和抛光系统；
10.根据权利要求9所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光装置，其特征在于，所述Laval喷管(14)包括依次连通的收缩段通道(24)、喉部通道(25)、扩张段通道(26)和聚焦管通道(27)，所述扩张段通道(26)的张角为8°，所述气体输入通道(22)和饱和溶液输入通道(23)均与收缩段通道(24)相互连通设置。
...【技术特征摘要】
1.一种软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在s2中饱和溶液采用的溶质是无毒、无污染物质，且溶解度随温度降低而迅速减小。
3.根据权利要求2所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在s2中饱和溶液中的溶质可以为盐类，如cacl2、k2so4中的一种，或者为氨基酸类，如谷氨酸。
4.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在s4中析出的晶体颗粒硬度低于工件时，难以嵌入软脆材料表面；若晶体硬度高于工件硬度，颗粒可能嵌入软脆材料表面，但可通过热水浸泡法将其清除，最终实现无污染抛光。
5.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在s2中饱和溶液的温度一般为室温，也可通过提高饱和溶液的温度使溶质溶解的更多，进而在相同的低温环境下析出更多的晶体。
6.根据权利要求1所述的软脆材料用超音速冷冻析晶射流抛光方法，其特征在于，在s2中可通过加热改变饱和溶液储存罐(2)内溶液的温度，使饱和溶液的溶解度改变，进而调控析出晶体的质量。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡焰，张锦程，潘家保，刘有余，闫伟，徐锐，吴波文，叶东东，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：
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