CN102672593A - 一种超精密复合抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超精密复合抛光方法，包括：（1）化学机械抛光：采用超细软磨粒，高性能石蜡和合成树脂制得的软材质研具以及高效活性加工液进行化学机械抛光；水合抛光：采用过热水蒸气、抛光研具和加热器进行水合抛光；非接触浮动抛光：采用SiO2胶粒、CeO2磨粒、研具和抛光液进行非接触浮动抛光；（2）对工件加工时，同时实施或交替实施上述化学机械抛光、水合抛光和非接触浮动抛光，即得经过复合抛光的工件。本发明在加工表面产生交互抛光作用，明显提高了加工质量和加工工效；主要用于功能陶瓷元器件最终超精密抛光加工，不仅抛光速度快，比传统单一抛光方法提高3-5倍。
Description
技术领域
本发明属于超精密加工领域，特别涉及一种超精密复合抛光方法。
背景技术
目前，国外一般单独采用化学机械抛光技术、水合抛光技术或非接触式浮动抛光技术，对工件进行超精密加工。
机械化学研磨是在微粉粒子的撞击和研磨液的化学作用下产生研磨作用，往除工件表面的微量材料。该方法经济性好、生产率高。不仅可达到很高的表面粗糙度等级，而且加工的几何精度也很高，并在被加工表面几乎不产生变质层，这对微电子功能材料的加工有很重要的应用价值。
水合研磨抛光是一种积极利用在工件临界面上天生水合化反应的研磨抛光方法。其主要特点是不使用磨粒和加工液，而加工装置又与目前使用的抛光机相似，只是在水蒸汽环境中进行加工。为此，要尽量避免使用能与工件产生固相反应的材料抛光盘。随着抛光盘的旋转，工件保持架在它上边作往复运动。在水合抛光过程中，两个物体产生相对摩擦，在接触区产生高温高压，工件表面上的原子或分子呈活性化。利用过热水蒸汽分子和水作用其表面，使之在基面上形成水合化层。借助过热水蒸汽（不是游离磨粒）从工件表面上将该水合化层分离、往除，往除厚度为零点几个纳米，所以可获得无划痕、平滑光泽无畸变的洁净面。
浮动研磨抛光利用流体力学原理使抛光器与工件浮离，在抛光器的工件表面工做出了若干楔槽，当抛光器高速旋转时，由于油楔的动压作用使工件或抛光器浮起，其间的磨粒就对工件表面进行抛光。浮动抛光能够加工出平面度很高的工件表面，没有端面塌边及变形缺陷。浮动抛光可以用于计算机磁头磁隙面。光学零件及功能陶瓷材料基片的超精密加工，通过选择合适的抛光液和化学添加剂可防止出现晶界差，即使是多晶体材料也能获得表面粗糙度为Ra0.002μm的表面。使用极软的石墨和溶于水的UF来抛光很硬的蓝宝石{0001}面，其表面粗糙度可达到Ra0.00008μm。采用浮动研磨抛光，不需使用夹具，端面塌边半径可小至0.01μm。经过浮动研磨抛光的表面具有良好的结晶特性，同时加工表面没有残余压力。
国内外对以上三种抛光技术的结合使用尚未见成熟使用报导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超精密复合抛光方法，该方法同时实施或交替实施化学机械抛光/水合抛光/非接触浮动抛光等复合抛光技术，在加工表面产生交互抛光作用，明显提高了加工质量和加工工效；主要用于功能陶瓷元器件最终超精密抛光加工，抛光速度快，比传统单一抛光方法提高3-5倍。
本发明的一种超精密复合抛光方法，包括：
（1）化学机械抛光：采用超细软磨粒，高性能石蜡和合成树脂制得的软材质研具以及抛光液进行化学机械抛光；
水合抛光：采用过热水蒸气、抛光研具和加热器进行水合抛光；
非接触浮动抛光：采用SiO2胶粒、CeO2磨粒、研具和抛光液进行非接触浮动抛光；
（2）对工件加工时，同时实施或交替实施上述化学机械抛光、水合抛光和非接触浮动抛光，即得经过复合抛光的工件。
所述步骤（1）中的化学机械抛光工艺参数为：超细软磨粒的粒径30-50nm；抛光液为加入水基活性剂的SiO2溶胶碱性抛光液，pH值10.5；抛光温度20-35℃，压力0.1MPa，抛光转速80-120rpm。
所述步骤（1）中的水合抛光工艺参数为：过热蒸汽温度150-400℃，转速50-180rpm，压力100-300MPa。
所述步骤（1）中的非接触浮动抛光工艺参数为：抛光转速100-500rpm；SiO2胶粒的粒径30-50nm，CeO2磨粒的粒径30-100nm；抛光液为水基活性剂抛光液，pH值8-13；抛光温度20-35℃。
有益效果
（1）本发明对同一工件同时实施或交替实施化学机械抛光/水合抛光/非接触浮动抛光等复合抛光技术，在加工表面产生交互抛光作用，明显提高了加工质量和加工工效；
（2）本发明综合了三种超精密抛光方法的优点，扬长避短，在工件表面产生了交互抛光的正效应；
（3）本发明主要用于功能陶瓷元器件最终超精密抛光加工，不仅抛光速度快，比传统单一抛光方法提高3-5倍，而且表面加工质量稳定，可完全消除由机械抛光形成的划痕、凹坑、微裂纹等表面缺陷，并能保证工件表面的完整结晶性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）化学机械抛光：采用超细软磨粒，高性能石蜡和合成树脂制得的软材质研具以及抛光液进行化学机械抛光；其中，超细软磨粒的粒径30nm；抛光液为加入水基活性剂的SiO2溶胶碱性抛光液，pH值10.5；抛光温度20℃，压力0.1MPa，抛光转速80rpm；
水合抛光：采用过热水蒸气、抛光研具和加热器进行水合抛光；其中，过热蒸汽温度150℃，转速50rpm，压力100MPa；
非接触浮动抛光：采用SiO2胶粒、CeO2磨粒、研具和抛光液进行非接触浮动抛光；其中，抛光转速100rpm；SiO2胶粒的粒径30nm，CeO2磨粒的粒径30nm；抛光液为水基活性剂抛光液，pH值8；抛光温度20℃；
（2）对工件加工时，同时实施或交替实施上述化学机械抛光、水合抛光和非接触浮动抛光，即得经过复合抛光的工件。
实施例2
（1）化学机械抛光：采用超细软磨粒，高性能石蜡和合成树脂制得的软材质研具以及抛光液进行化学机械抛光；其中，超细软磨粒的粒径50nm；抛光液为加入水基活性剂的SiO2溶胶碱性抛光液，pH值10.5；抛光温度35℃，压力0.1MPa，抛光转速120rpm；
水合抛光：采用过热水蒸气、抛光研具和加热器进行水合抛光；其中，过热蒸汽温度400℃，转速180rpm，压力300MPa；
非接触浮动抛光：采用SiO2胶粒、CeO2磨粒、研具和抛光液进行非接触浮动抛光；其中，抛光转速500rpm；SiO2胶粒的粒径50nm，CeO2磨粒的粒径100nm；抛光液为水基活性剂抛光液，pH值13；抛光温度℃；
（2）对工件加工时，同时实施或交替实施上述化学机械抛光、水合抛光和非接触浮动抛光，即得经过复合抛光的工件。
Claims (4)
1.一种超精密复合抛光方法，包括：
（1）化学机械抛光：采用超细软磨粒，高性能石蜡和合成树脂制得的软材质研具以及抛光液进行化学机械抛光；
水合抛光：采用过热水蒸气、抛光研具和加热器进行水合抛光；
非接触浮动抛光：采用SiO2胶粒、CeO2磨粒、研具和抛光液进行非接触浮动抛光；
（2）对工件加工时，同时实施或交替实施上述化学机械抛光、水合抛光和非接触浮动抛光，即得经过复合抛光的工件。
2.根据权利要求1所述的一种超精密复合抛光方法，其特征在于：所述步骤（1）中的化学机械抛光工艺参数为：超细软磨粒的粒径30-50nm；抛光液为加入水基活性剂的SiO2溶胶碱性抛光液，pH值10.5；抛光温度20-35℃，压力0.1MPa，抛光转速80-120rpm。
3.根据权利要求1所述的一种超精密复合抛光方法，其特征在于：所述步骤（1）中的水合抛光工艺参数为：过热蒸汽温度150-400℃，转速50-180rpm，压力100-300MPa。
4.根据权利要求1所述的一种超精密复合抛光方法，其特征在于：所述步骤（1）中的非接触浮动抛光工艺参数为：抛光转速100-500rpm；SiO2胶粒的粒径30-50nm，CeO2磨粒的粒径30-100nm；抛光液为水基活性剂抛光液，pH 8-13；抛光温度20-35℃。
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