CN101708592A - 用于悬浮抛光的基盘 - Google Patents

Abstract

一种用于悬浮抛光的基盘，包括基盘本体，所述基盘本体和研磨盘之间设有工作间隙，所述基盘本体呈圆环，其特征在于：在所述基盘本体的底部设有楔形槽，所述楔形槽呈径向布置，所述楔形槽的外圆端与所述基盘本体的底面相接，所述楔形槽的内圆端内凹，多个楔形槽沿着圆周方向等弧度间隔地分布，所述多个楔形槽的倾斜角相同。本发明提供一种能有效去除微小划痕、提高粗糙度精度的用于悬浮抛光的基盘。

Description

用于悬浮抛光的基盘

技术领域

本发明涉及一种抛光基盘，特别是一种高速高精度抛光的动压浮离基盘。

背景技术

超精密抛光是超精密机械加工方法中精度最高表面质量也最好的加工方法，同时平面抛光成为各种元件基片最常用也是最重要的加工方式，而非接触抛光正逐渐成为平面抛光的最重要手段之一。

磨粒水射流技术用于材料切割，但最近的研究也将其应用于表面加工，例如液体喷射抛光(Fluid Jet Polishing，简称FJP)技术。FJP利用高速磨粒流对工件表面的高速碰撞的剪切作用达到光整加工目的。目前，国内外在这方面的研究还处于起步阶段，苏州大学郭培基、方慧等在国家自然科学基金资助下，开展了数控液体喷射非球面抛光技术的研究。另外，东北大学李长河、修世超、李琦、蔡光起等也开展了类似研究。

流体振动抛光技术(Polishing based Vibrations of Liquid，PVL)，是目前唯一一种将超声波作为直接的磨料运动载体应用到超光滑表面流体抛光中的技术。该加工方法摒弃了传统流体抛光所必须用到的抛光磨盘，采用流体为抛光工具，利用超声波直接驱动抛光液中的游离磨料高频振动，并于工件被加工平面之间相对运动产生“冲击研磨”效应，利用流体分子或悬浮在流体中的微细粒子和工件原子分子间的物理化学作用完成抛光。

以气压、水压、机械力作用来提供能量的流体抛光加工余量较大，表面粗糙度值较大，虽然精确控制也可获得纳米级的光滑表面，设备成本偏高，应用在纳米级和亚纳米级的超光滑平面加工具有一定的局限性。所以如何在悬浮抛光中提高工件表面粗糙度是一个亟待解决的难题。

发明内容

为了克服已有动压基盘的抛光存在微小划痕、粗糙度精度低的不足，本发明提供一种能有效去除微小划痕、提高粗糙度精度的用于悬浮抛光的基盘。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于悬浮抛光的基盘，包括基盘本体，所述基盘本体和研磨盘之间设有工作间隙，所述基盘本体呈圆环，其特征在于：在所述基盘本体的底部设有楔形槽，所述楔形槽呈径向布置，所述楔形槽的外圆端与所述基盘本体的底面相接，所述楔形槽的内圆端内凹，多个楔形槽沿着圆周方向等弧度间隔地分布，所述多个楔形槽的倾斜角相同。

进一步，定义所述基盘本体沿着半径方向的分割单元长度为L，楔形槽的外圆端的分割长度为r_B，楔形槽的外圆端与相邻的基盘本体平面的外圆端的分割长度之和为B，定义比例系数r，r＝r_B/B，基盘本体和研磨盘的最小间隙为h，形状参数为b，形状系数为K，并定义研磨液的流体粘度η，基盘本体相对于研磨盘的速度U，基盘本体上的流体压强P，基盘上分割单元长度所在的上L×B面积的浮力，依照基盘浮力平衡原理，得到如下计算式：

$F=\frac{6\mathrm{\η}{\mathrm{ULB}}^2}{h^2}K=\mathrm{PLB},\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dx}}=\mathrm{\η}\frac{{\mathrm{dU}}^2}{{\mathrm{dy}}^2}$

其中， $b=\frac{\mathrm{rB}\×\tan \mathrm{\α}}{h},$

$K=\frac{r^2\mathrm{In}(1+b)}{b^2}+\frac{{2r}^2}{b(b+2)}+\frac{\mathrm{br}(1-r)}{2(1-r){(b+1)}^2+r(b+2)}\×(\frac{r}{b+2}+\frac{1-r}{2})=\frac{h^2\mathrm{PLB}}{6\mathrm{\η}{B}^2\mathrm{LU}}=\frac{h^2}{6\mathrm{\ηB}}\×\frac{P}{U}$ 。

本发明的技术构思为：用悬浮抛光法——采用动压浮离原理来设计基盘的结构，并采用该基盘对工件进行抛光加工。

为去除微小划痕在抛光过程中应用悬浮抛光法——动压浮离抛光法：将粘帖有工件的基盘沿圆周方向制成有若干个倾斜平面的圆盘在液体中转动时，通过液体锲产生液体动压(也称动压推力轴承工作原理)，使保持环中的粘帖有工件的基盘浮离研磨盘表面，通过浮动间隙的粉末颗粒对工件进行抛光。

本发明的有益效果主要表现在：1、使工件与抛光盘在抛光过程中不发生接触仅用抛光剂冲击工件表面以获得加工表面完美结晶性和精确形状去除量为几个到几十个原子级；2、高效的获得0.3ìm/3平面度和的表面粗糙度的工件并将其大规模运用于生产中，大大提高抛光的效率和时间。

附图说明

图1是用于悬浮抛光的基盘的结构图。

图2是图1的含有五个楔形槽的截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种用于悬浮抛光的基盘，包括基盘本体，所述基盘本体和研磨盘之间设有工作间隙，所述基盘本体呈圆环，其特征在于：在所述基盘本体的底部设有楔形槽，所述楔形槽呈径向布置，所述楔形槽的外圆端与所述基盘本体的底面相接，所述楔形槽的内圆端内凹，多个楔形槽沿着圆周方向等弧度间隔地分布，所述多个楔形槽的倾斜角相同。

定义所述基盘本体沿着半径方向的分割单元长度为L，楔形槽的外圆端的分割长度为r_B，楔形槽的外圆端与相邻的基盘本体平面的外圆端的分割长度之和为B，定义比例系数r，r＝r_B/B，基盘本体和研磨盘的最小间隙为h，形状参数为b，形状系数为K，并定义研磨液的流体粘度η，基盘本体相对于研磨盘的速度U，基盘本体上的流体压强P，基盘上分割单元长度所在的上L×B面积的浮力，依照基盘浮力平衡原理，得到如下计算式：

$F=\frac{6\mathrm{\η}{\mathrm{ULB}}^2}{h^2}K=\mathrm{PLB},\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dx}}=\mathrm{\η}\frac{{\mathrm{dU}}^2}{{\mathrm{dy}}^2}$

其中， $b=\frac{\mathrm{rB}\×\tan \mathrm{\α}}{h},$

$K=\frac{r^2\mathrm{In}(1+b)}{b^2}+\frac{{2r}^2}{b(b+2)}+\frac{\mathrm{br}(1-r)}{2(1-r){(b+1)}^2+r(b+2)}\×(\frac{r}{b+2}+\frac{1-r}{2})=\frac{h^2\mathrm{PLB}}{6\mathrm{\η}{B}^2\mathrm{LU}}=\frac{h^2}{6\mathrm{\ηB}}\×\frac{P}{U}$ 。

本实施例中，在液体中转动时，通过楔形槽中的液体产生液体动压，使保持环中的粘帖有工件的基盘浮离研磨盘表面，通过浮动间隙的粉末颗粒对工件进行抛光。

基盘参数可按上述计算式设计；形状系数K是r，α，B，h的函数。对于一个分割长度而言，r是定值，而在不同半径处的相对速度U不同，理论上可通过调整倾斜角α及比率r以保证整个基盘浮力的平衡，但实际基盘的设计上倾斜角α难以持续改变，故比率r必须从内圆端向外圆端连续变化(因r可据B算出，且B从内圆端向外圆端连续变化，故r也从内圆端向外圆端连续变化)。

Claims (2)

1.一种用于悬浮抛光的基盘，包括基盘本体，所述基盘本体和研磨盘之间设有工作间隙，所述基盘本体呈圆环，其特征在于：在所述基盘本体的底部设有楔形槽，所述楔形槽呈径向布置，所述楔形槽的外圆端与所述基盘本体的底面相接，所述楔形槽的内圆端内凹，多个楔形槽沿着圆周方向等弧度间隔地分布，所述多个楔形槽的倾斜角相同。

2.如权利要求1所述的用于悬浮抛光的基盘，其特征在于：定义所述基盘本体沿着半径方向的分割单元长度为L，楔形槽的外圆端的分割长度为r_B，楔形槽的外圆端与相邻的基盘本体平面的外圆端的分割长度之和为B，定义比例系数r，r＝r_B/B，基盘本体和研磨盘的最小间隙为h，形状参数为b，形状系数为K，并定义研磨液的流体粘度η，基盘本体相对于研磨盘的速度U，基盘本体上的流体压强P，基盘上分割单元长度所在的上L×B面积的浮力，依照基盘浮力平衡原理，得到如下计算式：

$F=\frac{6\mathrm{\η}{\mathrm{ULB}}^2}{h^2}K=\mathrm{PLB},\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dx}}=\mathrm{\η}\frac{{\mathrm{dU}}^2}{{\mathrm{dy}}^2}$

其中， $b=\frac{\mathrm{rB}\×\tan \mathrm{\α}}{h},$

$K=\frac{r^2\mathrm{In}(1+b)}{b^2}+\frac{2r^2}{b(b+2)}+\frac{\mathrm{br}(1-r)}{2(1-r){(b+1)}^2+r(b+2)}\×(\frac{r}{b+2}+\frac{1-r}{2})=\frac{h^2\mathrm{PLB}}{6\mathrm{\η}{B}^2\mathrm{LU}}=\frac{h^2}{6\mathrm{\ηB}}\×\frac{P}{U}$ 。

Images