CN103465111A - 基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备 - Google Patents

Abstract

一种基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备，包括机架、安装在机架上的抛光盘、摆杆、工件夹具和抛光液输入器，摆杆与工件夹具相连，工件夹具置于的抛光盘上方，待抛光的工件装夹在的工件夹具的底面，抛光盘安装在驱动主轴上，驱动主轴与驱动电机连接；抛光盘上安装第一电极板，第一电极板与交流电源的第一引出端连接，工件夹具上安装第二电极板，第二电极板与交流电源的第二引出端连接；交流电源的电流输入端与用于控制的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接。本发明有效减缓抛光液和磨粒受离心力作用从加工区域甩出问题、抛光液在加工区域分布较均匀、提升抛光效率、提高抛光精度。

Description

基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备

技术领域

本发明涉及研磨/抛光领域，尤其是一种摆动式研磨/抛光设备。

背景技术

材料加工是原始材料到元器件转变的必经途径，加工的精度决定了元器件的性能，加工的效率决定了材料的推广应用进程。目前对于光学玻璃、锗晶体、单晶硅、宝石、石英晶体等加工中最常用的加工方法是在精密磨削的基础上进行传统的抛光加工。抛光过程中，一般通过抛光盘旋转形成与工件之间的相对速度，借助注入抛光区域的抛光液及其中的磨粒，实现工件材料去除。由于抛光盘旋转，抛光液受到离心力作用，总是具有离开抛光盘的趋势，抛光盘转速越快，抛光液驻留加工区域的时间就越短。这势必导致只有少部分抛光液进入实际抛光区域参与材料去除，而大部分抛光液被甩出抛光盘，不能充分发挥作用。特别是在很多光、电子、信息元器件的抛光加工中，为了保证表面质量，抛光液不循环使用，抛光液的无效损耗大大增加了生产成本。同时，离心力使抛光液越靠近抛光垫周缘分布越厚并沿抛光垫径向位置呈现不均匀分布，工件中心部分与周缘部分之间呈现较大的抛光率差，降低了工件的平面化程度，进而降低了工件的抛光精度。传统抛光方式通常采用较低的抛光盘转速，这严重限制了抛光加工的效率。因此，如何提高抛光液在加工区域的驻留时间，已成为实现高效、高质量、低成本抛光加工所面临的主要问题之一。

目前，针对传统平面抛光方法提高加工精度和效率的研究主要集中在对抛光加工参数、抛光液成份、抛光垫材料及结构等方面，对于如何解决抛光过程中抛光液及磨粒受离心力作用从加工区域甩出问题的研究及专利还未查见。

发明内容

为了克服已有平面工件抛光装置无法解决抛光液及磨粒受离心力作用从加工区域甩出的问题、抛光液在加工区域分布不均匀、抛光效率较低的不足，本发明提供一种有效减缓磨粒和抛光液受离心力作用从加工区域甩出问题、抛光液在加工区域分布较均匀、提升抛光效率、提高抛光精度的基于介电效应的摆动式研磨/抛光设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于介电效应的摆动式研磨/抛光设备，包括机架、安装在机架上的抛光盘、摆杆、工件夹具和抛光液输入器，所述摆杆与所述的工件夹具连接，所述工件夹具置于所述的抛光盘上方，待抛光的工件装夹在所述的工件夹具的底面；所述抛光盘安装在驱动主轴上，所述驱动主轴与驱动电机连接；所述的抛光盘上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述工件夹具上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接。

进一步，所述的抛光盘内安装有第一绝缘板，所述第一电极板安装在所述第一绝缘板上；所述的工件夹具内安装有第二绝缘板，所述第二电极板安装在所述第二绝缘板上。

所述的抛光盘为绝缘材料抛光盘，所述的工件夹具为绝缘材料夹具。

再进一步，所述抛光液输入器位于抛光盘的侧边。所述的抛光液从所述的抛光盘侧边输到抛光盘表面，进入抛光加工区域。

本发明的技术构思为：世界上的中性物质都具有等量的正电、负电，并且散布在物体内部各处，若是在这物质之外有正电极或负电极靠近（电场存在时），依着同性相斥、异性相吸的原理，负电极靠近的时侯，物体内的正电会偏向被负电极靠近的表面，使得该物体在电场中也会有异性相吸、同性相斥的现象。传统电泳是指带电微粒在均匀电场中受到电场作用力。介电泳是指中性微粒在非均匀电场中极化，发生极化后的微粒因电场强度分布不同，使两端所受的电场力大小不同，因而朝向所受电场强度大的电极方向移动，所受电场作用力称为介电泳作用力。中性微粒在交流电场中会被极化而运动。整个介电泳系统因为交流电，电场方向会不断地改变，极化中的微粒也会因此不断改变自己内部电子的排列，电子在微粒中移动速度影响微粒的移动方向。在交流电场中，电极的极性不断地正负交替，微粒其内部的电子能快速地随着电极的极性而移动，因此，微粒仍朝着电场强度较高的方向移动。本发明利用这一思路对目前的抛光机进行改装，从而获得抛光效率更高、成本低、避免抛光液和磨粒浪费的设备。

本发明的有益效果主要表现在：有效减缓磨粒和抛光液受离心力作用从加工区域甩出问题、改善抛光液和磨粒在加工区域分布使之分布更均匀、提升抛光效率、提高抛光精度。

附图说明

图1是基于介电效应的摆动式研磨/抛光设备的示意图。

图2是图1的俯视图。

图3a是中性微粒在电极中的初始状态(1’代表电极；2’代表中性微粒)。

图3b是中性微粒在非均匀电场中会发生极化的过程(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

图3c是极化后微粒内部电荷会随着电极极性变化向微粒表面移动后微粒会受非均匀电场的电场力（或称介电泳力）作用的运动图(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

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～图3c，一种基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备，包括机架、安装在机架上的抛光盘1、摆杆10、工件夹具2和抛光液输入器6。所述摆杆10与所述的工件夹具2相连，所述工件夹具2置于所述的抛光盘1上方，待抛光的工件3装夹在所述的工件夹具2的底面，所述抛光盘1安装在驱动主轴上，所述驱动主轴与驱动电机连接，所述的抛光盘1上安装第一电极板4，所述第一电极板4与交流电源8的第一引出端连接，所述工件夹具2上安装第二电极板4’，所述第二电极板4’与所述交流电源8的第二引出端连接；所述的交流电源8的输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器9连接。

进一步，所述的抛光盘内安装有第一绝缘板，所述第一电极板安装在所述第一绝缘板上；所述的工件夹具内安装有第二绝缘板，所述第二电极板安装在所述第二绝缘板上。

所述的抛光盘为绝缘材料抛光盘，所述的工件夹具为绝缘材料夹具。

再进一步，所述抛光液输入器6位于所述抛光盘1的侧边；所述的抛光液输入器6将抛光液7输到所述抛光盘表面，进入到加工区域。

更进一步，抛光垫5粘贴在所述的抛光盘上。

本实施例中，摆杆10左右摆动工件夹具2，由驱动装置控制工件夹具的摆动频率；工件夹具2也可以通过驱动装置进行驱动，控制工件夹具的转动速度。

所述的交流电源8控制着所述的工件夹具2和所述的抛光盘1间非均匀电场的电场强度，进而控制加工区域的介电泳力；所述的调频调压控制器9控制所述的交流电源8的电压与频率。

本实施例的工作原理：交流电源同时给抛光盘电极和工件夹具电极加上电压；随着输入电压值和频率变化，两电极板间将形成一个非均匀电场；初始为中性状态的抛光液液滴及磨粒在非均匀电场内发生极化，使得抛光液液滴和磨粒表面产生感应电荷。受非均匀电场的介电泳力（电场力）作用，极化后的抛光液液滴及磨粒向抛光盘表面和工件表面移动，使得极化的抛光液液滴及磨粒具有吸咐在抛光盘表面趋势。

本实施例的工作过程如下：工件夹具和抛光盘分别装有电极并与交流电源相连，调频、调压控制器控制输入交流电源的电压和频率；在交流电源下，工件夹具电极与抛光盘电极之间产生非均匀电场；进入加工区域中的抛光液液滴和磨粒在非均匀电场内会发生极化并在其表面产生感应电荷；

非均匀电场对进入加工区域中极化后的抛光液液滴和磨粒产生介电泳力（电场力），介电泳力（电场力）使得抛光液液滴和磨粒沿电场方向移向抛光盘和工件表面，因而减缓离心力对抛光液和磨粒的直接甩出作用，相应增加进入抛光区域参与工件材料去除的抛光液和磨粒数量，提高工件抛光效率。

抛光时，工件置于工件夹具；所述工件夹具置于抛光盘上；抛光液从抛光盘侧边输到抛光盘表面，进入抛光加工区域。

Claims (4)

1.一种基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备，包括机架、安装在机架上的抛光盘、摆杆、工件夹具和抛光液输入器，所述摆杆与所述的工件夹具相连，所述工件夹具置于所述的抛光盘上方，待抛光的工件装夹在所述的工件夹具的底面，所述抛光盘安装在驱动主轴上，所述驱动主轴与驱动电机连接，其特征在于：所述的抛光盘上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述工件夹具上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接。

2.如权利要求1所述的基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备，其特征在于：所述的抛光盘内安装有第一绝缘板，所述第一电极板安装在所述第一绝缘板上；所述的工件夹具内安装有第二绝缘板，所述第二电极板安装在所述第二绝缘板上。

3.如权利要求1所述的基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备，其特征在于：所述的抛光盘为绝缘材料抛光盘，所述的工件夹具为绝缘材料夹具。

4.如权利要求1～3之一所述的基于介电泳效应的摆动式研磨/抛光设备，其特征在于：所述抛光液输入器位于所述抛光盘的侧面。

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