CN110142684B - 空心微球表面抛光装置及方法 - Google Patents

空心微球表面抛光装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心微球表面抛光装置及方法，涉及惯性约束聚变用靶丸制备领域，解决空心微球按现有抛光装置及方法进行抛光，空心微球表面易产生微小划痕导致表面粗糙度差的问题。本发明采用的方案是：空心微球表面抛光装置，包括驱动部件、转动筒和抛光瓶，驱动部件可驱动转动筒旋转，转动筒内放置抛光瓶，转动筒和抛光瓶之间设置柔性支撑结构；抛光瓶内壁的表面粗糙度不超过10nm，抛光瓶瓶腔的中部呈圆柱状、两端呈半球状，两个半球的圆心的连线与转动筒的旋转轴线重合。空心微球表面抛光方法，抛光瓶内装入标准球、抛光介质溶液，及待抛光的空心微球；调整转动筒的角度，再转动筒旋转对空心微球进行抛光。本发明适用于空心微球表面抛光。

Description

空心微球表面抛光装置及方法
技术领域
本发明涉及惯性约束聚变用靶丸制备领域，具体是一种降低空心微球表面粗糙度的抛光的装置及方法。
背景技术
在惯性约束聚变研究中，辉光放电聚合物(GDP)靶丸是一种常用的烧蚀靶丸壳层。然而，GDP靶丸常存在表面粗糙度大的问题，尤其是当GDP靶丸壁厚增加至100微米及以上时，其表面粗糙度可达百纳米级别，并存在部分凸起状缺陷。GDP微球表面粗糙度过大，会导致压缩过程中的流体力学不稳定性增加，严重影响物理实验的结果。
公告号为CN 206689909 U，公告日为2017-12-01的专利公开了一种球体研磨装置，该研磨装置虽然可以实现微球表面的抛光，但存在易因抛光压力不稳定造成的脆性空心球体破裂的问题。公告号为CN 104985523 A，公布日为2015-10-21的专利公开了一种易碎空心微球抛光机及抛光方法，解决了抛光压力不易控制的问题，但由于待抛光空心微球和磨盘直接接触，存在微球表面易产生微小划痕的问题，所以空心微球表面粗糙度难以达到10纳米级别，致使微球表面粗糙度达不到物理实验的要求。因此，如何降低空心GDP靶丸等空心微球表面粗糙度，是开展惯性约束聚变研究实验过程中面临并亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明首先提供一种空心微球表面抛光装置，解决空心微球通过现有抛光装置进行抛光，空心微球表面易产生微小划痕导致表面粗糙度差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：空心微球表面抛光装置，包括驱动部件、转动筒和抛光瓶，驱动部件与转动筒传动配合并可驱动转动筒旋转，转动筒内放置至少一个抛光瓶，转动筒内侧和抛光瓶外侧之间还设置柔性支撑结构；抛光瓶包括瓶身和瓶盖，瓶身和瓶盖之间密封配合，抛光瓶内壁的表面粗糙度不超过10nm，抛光瓶内部为瓶腔，瓶腔的中部呈圆柱状、两端呈半球状，并且圆柱的半径和半球的半径相等，两个半球的圆心的连线与转动筒的旋转轴线重合。
进一步的是：所述转动筒的外侧设置从动齿轮，驱动部件包括主动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合。
具体的：所述抛光瓶的瓶身和瓶盖之间螺纹连接，瓶身和瓶盖在抛光瓶内壁的连接缝位于抛光瓶长度的四分之一的位置。
更具体的：所述抛光瓶的外形呈圆柱状，抛光瓶的材质为透明有机玻璃，瓶身和瓶盖外侧还分别设置相互平行的两个平面。
具体的：所述转动筒的材质为透明有机玻璃，转动筒呈一端或两端开口的圆管状，柔性支撑结构为垫圈，每个抛光瓶通过至少两个垫圈固定于转动筒内部。
本发明还提供一种空心微球表面抛光方法，解决空心微球按现有抛光方法进行抛光，空心微球表面易产生微小划痕导致表面粗糙度差的问题。本发明采用的技术方案是：空心微球表面抛光方法，通过前述任一空心微球表面抛光装置对空心微球表面进行抛光，具体包括以下步骤：
S1、抛光瓶内装入标准球和抛光介质溶液，再装入待抛光的空心微球；
S2、抛光瓶固定安装于转动筒内，并且使转动筒的旋转轴线与水平面的夹角为5°～10°；
S3、通过驱动部件使转动筒旋转，转动筒带动抛光瓶旋转，对待抛光的空心微球进行抛光；
S4、完成抛光后，取出空心微球，用水溶液冲洗后晾干。
进一步的是：步骤S1中，抛光介质溶液浸过标准球，且抛光介质溶液的液面比标准球形成的平面高r～2r，其中r为待抛光的空心微球的半径。
具体的：步骤S1中，抛光介质溶液为含有SiO2小颗粒和Micro-90洗液的水溶液，其中SiO2小颗粒的尺寸为50±10nm，Micro-90洗液浓度为0.1％～1.0％wt；
标准球为K9玻璃，圆度优于2μm，表面粗糙度优于10nm，标准球的直径为待抛光空心微球的直径的0.8～1.2倍，并且标准球的数量与待抛光空心微球的数量的比值在50～200之间。
具体的：步骤S3中，转动筒和抛光瓶沿顺时针方向或者逆时针方向旋转，转速为10转/分钟～200转/分钟，旋转时间为24h～144h。
进一步的是：步骤S4中，剩余的抛光介质溶液和标准球返回S1步骤重复使用。
本发明空心微球表面抛光装置及方法的有益效果是：抛光装置结构简单，抛光瓶瓶腔的中部呈圆柱状、两端呈半球状，可有效避免空心微球表面的划伤问题，有效地降低了空心微球表面的粗糙度，改善了空心微球的表面质量。抛光瓶和转动筒分别采用透明有机玻璃材质，便于观察抛光瓶内空心微球抛光状态。
抛光方法能将空心微球的表面粗糙度降低至10nm以内，并可有效避免空心微球表面的划伤问题，避免空心微球与标准球之间的碰撞，从而达到较高的抛光精度。抛光介质溶液和标准球可重复使用，应用范围广。
附图说明
图1是本发明第一个主题空心微球表面抛光装置的实施例的轴测图。
图2是图1在主动齿轮位置的横剖图。
图3是图2沿A-A方向的剖面图。
图4是图1所示空心微球表面抛光装置去掉转动筒的结构图。
图5是图1所述空心微球表面抛光装置中抛光瓶的结构图。
图中零部件、部位及编号：转动筒1、抛光瓶2、瓶身2-1、瓶盖2-2、从动齿轮3、主动齿轮4、垫圈5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1～4，本发明的第一个主题空心微球表面抛光装置，包括驱动部件、转动筒1和抛光瓶2，驱动部件与转动筒1传动配合并可驱动转动筒1旋转，驱动部件是驱动转动筒1旋转的部件。例如如图1～3所示，转动筒1的外侧设置从动齿轮3，驱动部件包括主动齿轮4，主动齿轮4和从动齿轮3啮合，此外主动齿轮4还可以为齿轮组。驱动部件通过齿轮或齿轮组使转动筒1旋转。
转动筒1内放置至少一个抛光瓶2，转动筒1内侧和抛光瓶2外侧之间还设置柔性支撑结构。转动筒1的转动筒1呈一端或两端开口的圆管状，开口用于方如何取出抛光瓶2。或者，转动筒1的筒身还可以由2～3块弧形板拼接形成，筒身的外侧设置固定各弧形板的锁紧结构，例如锁紧结构为锁紧圈，筒身的外侧设置2～3个锁紧圈。拆开转动筒1的筒身，即可放入或取出抛光瓶2。转动筒1的材质最好为透明材质，从而在满足强度的前提下，便于直接观察抛光瓶2的运行状态，例如转动筒1为透明有机玻璃。柔性支撑结构设置于转动筒1和抛光瓶2之间，用于避免抛光瓶2出现过大的振动。例如，柔性支撑结构为垫圈5，每个抛光瓶2通过至少两个垫圈5固定于转动筒1内部。每个抛光瓶2最好两端分别设置垫圈5，既对抛光瓶2形成保护，又避免垫圈5影响观察抛光瓶2的视线，还避免抛光瓶2沿着转动筒1窜动。此外，柔性支撑结构还可以为绳索，转动筒1外侧设置多个穿孔，穿孔内穿设绳索，绳索形成容纳抛光瓶2的空间，例如转动筒1内形成的容纳抛光瓶2的空间的横截面呈等边三角形，由于绳索自身具有一定的弹性，可避免抛光瓶2与转动筒1直接接触，并对抛光瓶2形成支撑保护作用。
抛光瓶2包括瓶身2-1和瓶盖2-2，瓶身2-1和瓶盖2-2之间密封配合，如图5所示。抛光瓶2的瓶身2-1和瓶盖2-2之间螺纹连接，瓶身2-1和瓶盖2-2在抛光瓶2内壁的连接缝最好靠近抛光瓶2的一端，例如位于抛光瓶2长度的四分之一的位置。连接缝这样设置的目的在于避免连接缝对待抛光的空心微球造成划伤。抛光瓶2内壁的表面粗糙度不超过10nm，抛光瓶2内部为瓶腔，瓶腔的中部呈圆柱状、两端呈半球状，并且圆柱的半径和半球的半径相等，两个半球的圆心的连线与转动筒1的旋转轴线重合。抛光瓶2的外形呈圆柱状，抛光瓶2的材质为透明材质，例如为透明有机玻璃。同时，抛光瓶2的两个外端面为平面，以便于观察瓶内抛光状态。瓶身2-1和瓶盖2-2外侧还分别设置相互平行的两个平面，如图5所示，用于夹持旋转，拆装瓶身2-1和瓶盖2-2，以便取放标准球和抛光介质溶液，以及放空心微球。
本发明的第二个主题，空心微球表面抛光方法，通过前述空心微球表面抛光装置对空心微球表面进行抛光，具体包括以下步骤：
S1、抛光瓶2内装入标准球和抛光介质溶液，再装入待抛光的空心微球。先装入标准球和抛光介质溶液，后装入待抛光的空心微球，可避免空心微球在装填过程的损坏。
抛光介质溶液为含有SiO2小颗粒和Micro-90洗液的水溶液，其中SiO2小颗粒的尺寸为50nm左右，例如为40nm～60nm，Micro-90洗液浓度为0.1％～1.0％wt。标准球为K9玻璃，圆度优于2μm，表面粗糙度优于10nm，标准球的直径为待抛光空心微球的直径的0.8～1.2倍，并且标准球的数量与待抛光空心微球的数量的比值在50～200之间时抛光效果最佳。空心微球抛光时，抛光介质溶液浸过标准球，且抛光介质溶液的液面比标准球形成的平面高r～2r，其中r为待抛光的空心微球的半径。
S2、抛光瓶2固定安装于转动筒1内，并且使转动筒1的旋转轴线与水平面的夹角为5°～10°。抛光瓶2倾斜放置，瓶身2-1位于高度相对较低的一端，瓶盖2-2位于高度相对较大的一端。
S3、通过驱动部件使转动筒1旋转，转动筒1带动抛光瓶2旋转，对待抛光的空心微球进行抛光。为避免待抛光的空心微球在抛光过程中与标准球之间发生碰撞，并达到较高的抛光精度，转动筒1和抛光瓶2沿顺时针方向或者逆时针方向旋转，转速在10转/分钟到200转/分钟之间，转动时间在24H到144H之间。抛光过程中，抛光瓶2内标准球运动，带动SiO2小颗粒对待抛光的空心微球进行抛光，可有效去除待抛光的空心微球表面的突起状缺陷，降低其表面粗糙度。
S4、完成抛光后，取出空心微球，用水溶液冲洗后晾干。完成抛光后，取出待抛光的空心微球，用水溶液冲洗后放置外无尘布上面自然晾干。抛光介质溶液、标准球和抛光瓶可以多次重复使用，例如剩余的抛光介质溶液和标准球返回S1步骤重复使用。抛光瓶2也可循环使用。

Claims (6)

1.空心微球表面抛光方法，其特征在于：通过空心微球表面抛光装置对空心微球表面进行抛光，具体包括以下步骤：
S1、抛光瓶（2）内装入标准球和抛光介质溶液，再装入待抛光的空心微球；
S2、抛光瓶（2）固定安装于转动筒（1）内，并且使转动筒（1）的旋转轴线与水平面的夹角为5°～10°，瓶身（2-1）位于高度相对较低的一端，瓶盖（2-2）位于高度相对较大的一端；
S3、通过驱动部件使转动筒（1）旋转，转动筒（1）带动抛光瓶（2）旋转，对待抛光的空心微球进行抛光；
S4、完成抛光后，取出空心微球，用水溶液冲洗后晾干；
其中，空心微球表面抛光装置包括驱动部件、转动筒（1）和抛光瓶（2），驱动部件与转动筒（1）传动配合并可驱动转动筒（1）旋转，转动筒（1）呈一端或两端开口的圆管状，转动筒（1）的外侧设置从动齿轮（3），驱动部件包括主动齿轮（4），主动齿轮（4）和从动齿轮（3）啮合，转动筒（1）内放置至少一个抛光瓶（2），转动筒（1）内侧和抛光瓶（2）外侧之间还设置柔性支撑结构，柔性支撑结构为垫圈（5），每个抛光瓶（2）通过至少两个垫圈（5）固定于转动筒（1）内部；
抛光瓶（2）的外形呈圆柱状，抛光瓶（2）的材质为透明有机玻璃，抛光瓶（2）包括瓶身（2-1）和瓶盖（2-2），瓶身（2-1）和瓶盖（2-2）之间螺纹连接，瓶身（2-1）和瓶盖（2-2）之间密封配合，瓶身（2-1）和瓶盖（2-2）在抛光瓶（2）内壁的连接缝位于抛光瓶（2）长度的四分之一的位置，瓶身（2-1）和瓶盖（2-2）外侧还分别设置相互平行的两个平面，抛光瓶（2）内壁的表面粗糙度不超过10nm，抛光瓶（2）内部为瓶腔，瓶腔的中部呈圆柱状、两端呈半球状，并且圆柱的半径和半球的半径相等，两个半球的圆心的连线与转动筒（1）的旋转轴线重合。
2.如权利要求1所述的空心微球表面抛光方法，其特征在于：转动筒（1）的材质为透明有机玻璃。
3.如权利要求1所述的空心微球表面抛光方法，其特征在于：步骤S1中，抛光介质溶液浸过标准球，且抛光介质溶液的液面比标准球形成的平面高r～2r，其中r为待抛光的空心微球的半径。
4.如权利要求3所述的空心微球表面抛光方法，其特征在于：步骤S1中，抛光介质溶液为含有SiO2小颗粒和Micro-90洗液的水溶液，其中SiO2小颗粒的尺寸为50±10nm，Micro-90洗液浓度为0.1%～1.0%wt；
标准球为K9玻璃，圆度优于2μm，表面粗糙度优于10nm，标准球的直径为待抛光空心微球的直径的0.8～1.2倍，并且标准球的数量与待抛光空心微球的数量的比值在50～200之间。
5.如权利要求1所述的空心微球表面抛光方法，其特征在于：步骤S3中，转动筒（1）和抛光瓶（2）沿顺时针方向或者逆时针方向旋转，转速为10转/分钟～200转/分钟，旋转时间为24h～144h。
6.如权利要求1～5任一项所述的空心微球表面抛光方法，其特征在于：步骤S4中，剩余的抛光介质溶液和标准球返回S1步骤重复使用。
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