胶体液流动压空化射流抛光装置及方法，它涉及一种抛光装置及方法。本发明专利技术为解决现有超光滑表面抛光方法加工效率低、成本高、工件材料适应性受限以及现有的超光滑表面抛光装置存在设备复杂、维护成本高的问题。装置：空化射流器固定在支架上，空化射流器的输入端通过管路与第一液流换向阀的出口连接。方法：一、胶体抛光液面淹没被抛光工件１０～２００ｍｍ；二、空化射流器的油压为０．５～１５ＭＰａ；三、空化射流压力为０．５～１５ＭＰａ；四、空化射流器的喷口设置在胶体抛光液中，空化射流器以１５～２５０ｍ／ｓ的速度喷向工件，抛光后取出工件即为抛光工件。本发明专利技术用于光学玻璃、微晶玻璃、半导体材料及单晶材料的超精密、超光滑抛光。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种抛光装置及方法。
技术介绍
随着现代科学技术的迅猛发展，特别是航空、航天、国防、军工、信息、微电子与光电子等尖端科学技术的突飞猛进，现代光学系统(如现代短波光学、强光光学等)以及光电子和薄膜科学领域对器件的表面质量要求越来越高，为了满足其性能，要求器件的表面粗糙度都在lnm以下，且加工后的表面要求尽可能小的表面疵病与亚表面损伤；如硅表面微小的表面粗糙度都会影响微电子器件的性能，在下一代超大规模集成电路中要求具有完整晶格结构的超光滑表面，为了提高器件集成度，减少光刻线宽，极限紫外线(波长入^3nm)光刻技术将应用于半导体器件加工中，用于该类波长的非球面光学器件不仅要求具有很高的形状精度，而且要求具有极高表面质量的超光滑表面，甚至要求达到原子级的表面粗糙度。因此，超光滑表面特别是超光滑非球曲面以及自由曲面的加工技术是目前精密超精密加工
所面临的巨大挑战。传统的抛光技术，如浴法抛光、浮法抛光等，可以获得很低的表面粗糙度值，但其加工效率极其低下，而且难以实现非球曲面零件的加工。目前，日本大阪大学学者Mori. Y教授专利技术的弹性发射加工方法(EEM)被认为是获得最高表面质量的抛光加工方法。该方法利用浸没在抛光液中与被加工工件成一定间隙(lum左右)的聚氨酯轮的高速旋转产生的流体动压作用下的纳米颗粒与工件表面产生的界面化学反应及流体动压产生机械剪切作用来实现对加工表面材料的微量去除，Mori. Y教授等利用该方法在对Si表面进行加工时最终可获得表面粗糙度值为O. lnm，并具有完整晶格结构的超光滑表面。该方法虽然能获得高质量的超光滑加工表面，但由于纳米粒子与加工表面的界面化学反应和机械剪切作用所需流体动压是靠高速旋转的聚氨酯轮提供的，这种方式不仅能量利用率低，加工设备复杂，而且受加工条件及机床稳定性的限制，聚氨酯轮转速不能过高，流体动压作用效果受到限制从而导致其加工效率极其低下。同样利用界面化学反应进行抛光加工的方法还有日本大阪大学专利技术的大气等离子体化学气化抛光加工方法(PCVM)，与此同时，美国Lawrence Livermore国家实验室对反应原子等离子体(RART)超精密加工技术进行了研究。该方法利用射频电场的激励，使反应气体在等离子体中被激发，从而在大气压下产生高密度的活性反应原子。活性原子进而与工件表面原子发生化学反应，生成强挥发性的气体生成物，实现高效的、原子级的材料去除。该方法通常选用氦气和四氟化碳气体分别作为等离子体气体和反应气体。在氦等离子体中激发出的大量活性氟原子与工件表面原子发生化学反应，生成易挥发的反应物。由于该方法是靠化学反应实现对工件的微量去除，不会在工件表面产生表层或亚表层损伤，是一种较为理想的超光滑表面加工方法。但是为了使反应能够继续进行下去，加工过程中的反应生成物应为气体，因此在工件材料的使用范围上受到限制，并且加工中激发的活性氟原子和反应生成的氟化物都有剧毒，加工过程如若处理不当会对工作人员造成伤害，气体排入大气后会造成严重的环境污染。可以应用于超光滑表面加工的方法还有离子束抛光、等离子体辅助抛光、磁流变抛光等，这些加工方法均存在设备复杂、维护成本高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有的超光滑表面抛光方法加工效率低、加工成本过高、加工工件材料适应性受限以及现有的超光滑表面抛光装置存在设备复杂、维护成本高的问题，提供一种。本专利技术的装置包括水平工作台基座、水平工作台传动机构、水平移动工作台、旋转工作台、胶体抛光液槽、垂直工作台基座、垂直移动工作台、垂直旋转工作台、支架、空化射流器、夹具、胶体抛光液回收箱、蠕动泵、第一液流换向阀、胶体抛光液流量计、囊式蓄能装置、三通、第二液流换向阀、压力油流量计、油压调节阀、高压泵、压力油回收箱和第三液流换向阀，水平工作台传动机构固定在水平工作台基座上，水平移动工作台和旋转工作台由下至上安装在水平工作台传动机构的输出端上，垂直工作台基座垂直固装在水平工作台基座上，垂直移动工作台固定在垂直工作台基座上，垂直旋转工作台安装在垂直移动工作台的输出端上，支架固装在垂直旋转工作台上，蠕动泵的一端通过管路与胶体抛光液回收箱连接，蠕动泵的另一端通过管路与第三液流换向阀的入口连接，第三液流换向阀的出口分别通过管路与胶体抛光液流量计的入口和胶体抛光液槽连接，胶体抛光液槽的出口通过管路与胶体抛光液回收箱连接，胶体抛光液流量计的出口通过管路与第一液流换向阀的入口连接，第一液流换向阀上的一个出口通过管路与囊式储能装置连接，高压泵的入口通过管路与压力油回收箱连接，高压泵的出口通过三通和管路分别与压力油流量计的入口和油压调节阀的入口连接，油压调节阀的出口通过管路与压力油回收箱连接，压力油流量计的出口通过管路与第二液流换向阀的入口连接，第二液流换向阀的出口分别通过管路与囊式储能装置和压力油回收箱连接，空化射流器通过夹具固定在支架上，空化射流器的输入端通过管路与第一液流换向阀的出口连接。本专利技术的方法是通过以下步骤实现的 一、注入胶体抛光液向胶体抛光液槽中注入胶体抛光液，胶体抛光液面淹没被抛光工件10 200mm; 二、调节油压打开高压泵，调节油压调节阀，将油压控制在O. 5 15MPa范围内；三、调节空化射流压力调节油压调节阀，将空化射流压力控制在0.5 15MPa范围内；四、抛光将空化射流器的喷口设置在胶体抛光液中且对准抛光工件，空化射流器随着工件的运行以15 250m/s的喷射速度连续不断地喷向工件，抛光完成后，关闭高压泵，取出工件即得到抛光工件。本专利技术的优点是 一、本专利技术的装置利用空化射流器ll进行工件的抛光加工， 一方面，空化射流器ll的空化作用产生的局部高温(约5200K)和局部高压(约50MPa以上)环境会促进界面化学反应的进行，同时分解出大量的自由基0H-离子，自由基OH-离子会对工件表面产生氧化作用，氧化作用的存在会削弱工件表层原子的结合键能，这也有利于提高被加工工件表层材料的去除效率；另一方面，流体动压空化过程中形成的气泡在接近工件表面发生破灭时会产生压縮波和高速微射流，同时，在工件表面微小区域内形成局部真空。微射流的存在会强化液流动压对加工过程的机械剪切作用，而且空泡破灭时产生的局部真空会在被加工工件表面形成局部负压，局部负压的存在会对被加工工件表面产生强烈的拉应力作用，从而促进被加工工件表层材料的去除，而且，抛光液中纳米颗粒的存在也可以增强空化射流对加工表面的机械剪切作用。因此，空化射流产生的空化作用在各种综合效应的作用下对加工过程中化学机械两方面都起到强化和促进作用，从而可以提高工件表面的抛光质量和加工效率;与此同时，液流动压空化对化工过程强化作用所消耗的能量不足超声波所消耗能量的十分之一，根据流体动力学，空化射流的传输效率比普通射流高l-2倍，因此，利用空化射流技术进行抛光加工可以降低能耗，从而降低了加工成本。二、本专利技术方法是利用胶体抛光液中纳米颗粒与加工工件表面产生的界面化学反应和空化射流产生的流体动压作用实现对被加工工件的抛光加工，这一过程对被加工工件的材料无特殊要求，可用于光学玻璃、微晶玻璃、半导体材料及单晶材料等多种材料的超精密、超光滑抛光，因此，加工工件材料的适应性广泛。三、本专利技术的抛光液中不需要添本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种胶体液流动压空化射流抛光装置，所述抛光装置包括水平工作台基座（１）、水平工作台传动机构（２）、水平移动工作台（３）、旋转工作台（４）、胶体抛光液槽（６）、垂直工作台基座（７）、垂直移动工作台（８）、垂直旋转工作台（９）、支架（１０）、夹具（１２）、胶体抛光液回收箱（１４）、蠕动泵（１５）、第一液流换向阀（１６）、胶体抛光液流量计（１７）、囊式蓄能装置（１８）、三通（１９）、第二液流换向阀（２０）、压力油流量计（２１）、油压调节阀（２２）、高压泵（２３）、压力油回收箱（２４）和第三液流换向阀（２５），水平工作台传动机构（２）固定在水平工作台基座（１）上，水平移动工作台（３）和旋转工作台（４）由下至上安装在水平工作台传动机构（２）的输出端上，垂直工作台基座（７）垂直固装在水平工作台基座（１）上，垂直移动工作台（８）固定在垂直工作台基座（７）上，垂直旋转工作台（９）安装在垂直移动工作台（８）的输出端上，支架（１０）固装在垂直旋转工作台（９）上，蠕动泵（１５）的一端通过管路与胶体抛光液回收箱（１４）连接，蠕动泵（１５）的另一端通过管路与第三液流换向阀（２５）的入口连接，第三液流换向阀（２５）的出口分别通过管路与胶体抛光液流量计（１７）的入口和胶体抛光液槽（６）连接，胶体抛光液槽（６）的出口通过管路与胶体抛光液回收箱（１４）连接，胶体抛光液流量计（１７）的出口通过管路与第一液流换向阀（１６）的入口连接，第一液流换向阀（１６）上的一个出口通过管路与囊式储能装置（１８）连接，高压泵（２３）的入口通过管路与压力油回收箱（２４）连接，高压泵（２３）的出口通过三通（１９）和管路分别与压力油流量计（２１）的入口和油压调节阀（２２）的入口连接，油压调节阀（２２）的出口通过管路与压力油回收箱（２４）连接，压力油流量计（２１）的出口通过管路与第二液流换向阀（２０）的入口连接，第二液流换向阀（２０）的出口分别通过管路与囊式储能装置（１８）和压力油回收箱（２４）连接，其特征在于：所述抛光装置还包括空化射流器（１１）、空化射流器（１１）通过夹具（１２）固定在支架（１０）上，空化射流器（１１）的输入端通过管路与第一液流换向阀（１６）的出口连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，张飞虎，宋孝宗，栾殿荣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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