CN110666598B - 一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置，包括载物块、重物、抛光垫、抛光盘、第一软管、第二软管、等离子体发生装置以及微汽雾发生装置，所述抛光垫安装在所述抛光盘上表面，所述载物块设置在所述抛光盘上方，所述重物设置于所述载物块上，所述载物块和所述重物用于对可潮解晶体进行施压，所述抛光盘和所述抛光垫对应所述可潮解晶体的位置设有通孔，所述等离子体发生装置和所述微汽雾发生装置分别通过所述第一软管和所述第二软管与所述通孔连通。本发明还提供了一种等离子体改性液膜接触潮解抛光方法。本发明的有益效果如下：解决现有的潮解抛光方法中，存在的液滴驻留造成微凹坑、残留有机物难以清洗等问题。

Description

一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置及抛光方法

【技术领域】

本发明涉及可潮解晶体表面的超精密加工技术领域，尤其涉及一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置及抛光方法。

【背景技术】

在现阶段的微加工、医疗诊断、惯性约束核聚变等等实验中，一些易潮解的光学晶体起着重大作用，包括并不限于LBO晶体、CBO晶体、KDP晶体、CLBO晶体等。这些可潮解的晶体大多数是软脆晶体，并且对温度变化很敏感、易开裂、各向异性，难以实现晶体表面的超精密加工。目前可潮解晶体超精密加工存在以下问题：1)SPDT加工面小尺度波纹无法避免、表面微缺陷修复难度大和加工效率偏低；2)超精密磨削和传统抛光工艺还没有达到实际应用的程度，磨粒/铁粉等嵌入晶体表面会直接影响这些可潮解晶体的激光诱导损伤阈值等光学性能；3)真空环境中离子束抛光效率有待提高。潮解抛光可避免飞切在表面形成的小尺度波纹，无磨粒/铁粉嵌入工件表面，又具较高的抛光效率，所以成为了目前高质高效地实现纳米级乃至亚纳米级精度抛光可潮解晶体的最具潜力的工艺方法。

但是，传统的潮解抛光工艺都是将水与可潮解晶体的接触状态转变为离散微水滴与晶体表面的液滴驻留，通过控制水滴直径和水滴数量调控晶体潮解速率。可潮解晶体被水滴潮解时会在晶体表面形成微凹坑。因此，在可潮解晶体潮解抛光的平坦化过程中，水在工件表面形成非均匀点状接触的液滴驻留会导致新的微凹坑不断形成，材料的潮解速度偏快、潮解区域不可控，导致潮解抛光的可潮解晶体表面粗糙度停留在纳米级，无法提高到亚纳米级精度。

【发明内容】

本发明的目的是为了公开一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置及抛光方法，其可以解决传统可潮解晶体潮解抛光液滴驻留造成微凹坑以及残留有机物难以清洗等技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置，包括载物块、重物、抛光垫、抛光盘、第一软管、第二软管、等离子体发生装置以及微汽雾发生装置，所述抛光垫安装在所述抛光盘上表面，所述载物块设置在所述抛光盘上方，所述重物设置于所述载物块上，所述载物块和所述重物用于对放置在所述抛光垫上的可潮解晶体进行施压，所述抛光盘和所述抛光垫对应所述可潮解晶体的位置设有通孔，所述等离子体发生装置和所述微汽雾发生装置分别通过所述第一软管和所述第二软管与所述通孔连通，等离子体和微汽雾通过所述第一软管和所述第二软管传送并喷涂在所述可潮解晶体的表面上。

优选的，所述等离子体包括氮气等离子体、氧气等离子体、氩气等离子体以及氦气等离子体。

本发明还提供了一种根据所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，包括如下步骤：

步骤一、对可潮解晶体进行预处理；

步骤二、将经过预处理的所述可潮解晶体放置在所述抛光垫上，并通过载物块和重物进行施压；

步骤三、启动等离子体发生装置，根据对等离子体不同的亲水改性的要求调节放电参数、气体物质和气体流量；启动微汽雾发生装置，根据潮解抛光速率要求和表面质量的要求选择发生汽雾所用液体和出雾量；

步骤四、启动抛光盘的控制开关和载物块的控制开关，控制抛光盘和载物块的旋转，对经过预处理的可潮解晶体的表面进行潮解抛光，直至完成抛光。

优选的，在步骤四后，还包括：

步骤五、关闭所有装置，取出抛光完成后的可潮解晶体，用拭镜纸将取出的可潮解晶体(3)表面擦拭干净，并放置在无尘干燥的地方。

优选的，所述等离子体发生装置8在氮气流量3L/min、电压11kv、针电极放电所发生的氮气冷等离子体处理8s后，所述可潮解晶体3表面接触角为0。

优选的，所述微汽雾发生装置9中发生微汽雾所用液体可根据实际情况采用纯水或者酒精溶液液体，出雾量的调控范围为0至600ml/h。

优选的，在纯水发生微汽雾，出雾量为280ml/h，室温12.8℃时，KDP晶体的潮解速率为0.9um/min。

本发明的有益效果如下：将传统潮解抛光介质与可潮解晶体之间非均匀点状的液滴驻留方式改变为均匀面域的液膜接触方式，在保持潮解抛光效率高的同时，进一步提高表面质量，最终实现可潮解晶体的高质高效加工；利用等离子体中的亲水性羟基、亲水性含氧官能团及其他亲水基团等将可潮解晶体待加工表面改性为超亲水是液滴驻留转变为液膜接触的关键；微汽雾在超亲水的可潮解表面快速形成液膜对晶体进行潮解，然后在抛光头的剪切作用下将潮解层材料去除，实现对可潮解晶体的液膜接触潮解抛光加工；解决现有的潮解抛光方法中，存在的液滴驻留造成微凹坑、残留有机物难以清洗等问题。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的结构示意图；

图2为本发明抛光盘上开设通孔的第一结构示意图；

图3为本发明抛光盘上开设通孔的第二结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明提供一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置，包括载物块1、重物2、抛光垫4、抛光盘5、第一软管6、第二软管7、等离子体发生装置8以及微汽雾发生装置9。

所述抛光垫4安装在所述抛光盘5上表面。

所述载物块1设置在所述抛光盘5上方，所述重物2设置于所述载物块1上，所述抛光盘5和所述载物块1都随着安装在不同的抛光机上而呈现不同的运转情况。所述载物块1和所述重物2用于对放置在所述抛光垫4上的可潮解晶体3进行施压，所述重物2的质量根据所述可潮解晶体3的材料、待抛光面大小和表面质量要求而定，所述重物2可由气缸或者液压缸进行替代。

所述抛光盘5和所述抛光垫4对应所述可潮解晶体3的位置设有通孔51，所述等离子体发生装置8和所述微汽雾发生装置9分别通过所述第一软管6和所述第二软管7与所述通孔连通，等离子体和微汽雾通过所述第一软管6和所述第二软管7传送并喷涂在所述可潮解晶体3的表面上。

所述等离子体包括但不限于氮气等离子体、氧气等离子体、氩气等离子体以及氦气等离子体。

再结合图2所示，在所述抛光盘5的一具体实施例中，所述抛光盘5呈圆形，所述通孔51为多个，且呈圆弧形，并共圆心等间距设置。

再结合图3所示，在所述抛光盘5的另一具体实施例中，所述抛光盘5呈圆形，所述通孔51为多个，且呈长条形，多个所述通孔51的中轴线的延长线相交于所述抛光盘5的圆心。

当然的，本发明提供的所述抛光盘5上的通孔51的形状并不局限于上述两种，其它任何合理的布置和形状均可，但这均理应属于本发明的保护范围以内。

本发明还提供了一种根据所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，包括如下步骤：

步骤一、对可潮解晶体3进行预处理；

具体的，将待加工面尺寸为20×20mm²的可潮解晶体3的坯料用ZYP230抛光机对待抛光面进行预抛光10min，其中抛光盘转速调至60rpm，载物块转速调至最大值，载物块摆动频率调至最大，用去离子水作为抛光介质，20滴/min。

步骤二、将经过预处理的所述可潮解晶体3放置在所述抛光垫4上，并通过载物块1和重物2进行施压；

具体的，所述重物2的质量为1kg。

步骤三、启动等离子体发生装置8，根据对等离子体不同的亲水改性的要求调节放电参数、气体物质和气体流量；启动微汽雾发生装置9，根据潮解抛光速率要求和表面质量的要求选择发生汽雾所用液体和出雾量；

具体的，所述等离子体发生装置8在氮气流量3L/min、电压11kv，针电极放电所所发生的氮气冷等离子体处理8s后，所述可潮解晶体3表面接触角为0。所述微汽雾发生装置9中发生微汽雾所用液体可根据实际情况采用纯水或者酒精溶液液体，出雾量的调控范围为0至600ml/h，具体的，在纯水发生微汽雾，出雾量为280ml/h，室温12.8℃时，KDP晶体的潮解速率为0.9um/min。

需要进一步说明的是，利用含水的微汽雾对可潮解晶体3表面施加潮解作用，并且用具有亲水改性功能的等离子体将可潮解晶体表面进行处理，使微汽雾液滴在可潮解晶体3表面的液滴驻留变成液膜接触。最后通过抛光垫的机械作用去除可潮解晶体3表面的潮解层，从而实现可潮解晶体3的潮解抛光。

用具有亲水改性功能的等离子体将可潮解晶体表面进行亲水处理，具体的，通过改变发生等离子体的气体和放电参数，如：电压、电极形式等，可以调控等离子体的亲疏水改性能力。并且当采用涡流管或者其他冷却设备时，能将等离子体宏观温度降低。

通过调控发生微汽雾所用的液体、温度和微汽雾发生装置的出雾量，可以调控液膜接触面积和厚度，实现潮解区域和潮解速率的精确控制。

步骤四、启动抛光盘5的控制开关和载物块1的控制开关，控制抛光盘5和载物块1的旋转，对经过预处理的可潮解晶体3的表面进行潮解抛光，直至完成抛光。

需要进一步说明的是，在抛光过程中对可潮解晶体3抛光表面用白光干涉仪或者原子力显微镜进行检测，当白光干涉仪或者原子力显微镜检测得到的可潮解晶体3抛光表面的粗糙度值达到目标或者不再变小时，即完成对可潮解晶体3的抛光。

优选的，在步骤四后，还包括：

步骤五、关闭所有装置，取出抛光完成后的可潮解晶体3，用拭镜纸将取出的可潮解晶体3表面擦拭干净，并放置在无尘干燥的地方。

本发明还提供的等离子体改性液膜接触潮解抛光方法，利用等离子体实时亲水改性可潮解晶体的表面，借助微汽雾在改性表面形成均匀面域液膜接触潮解，克服传统潮解抛光非均匀点状液滴驻留的不足。通过控制可潮解晶体的亲水性、微汽雾的组成成分以及含水量调控液膜接触面积和厚度，进而实现潮解区域和潮解速率的控制、提升可潮解晶体在潮解抛光后表面质量。

本发明的有益效果如下：将传统潮解抛光介质与可潮解晶体之间非均匀点状的液滴驻留方式改变为均匀面域的液膜接触方式，在保持潮解抛光效率高的同时，进一步提高表面质量，最终实现可潮解晶体的高质高效加工；利用等离子体中的亲水性羟基、亲水性含氧官能团及其他亲水基团等将可潮解晶体待加工表面改性为超亲水是液滴驻留转变为液膜接触的关键；微汽雾在超亲水的可潮解表面快速形成液膜对晶体进行潮解，然后在抛光头的剪切作用下将潮解层材料去除，实现对可潮解晶体的液膜接触潮解抛光加工；本方法简单、效率高、成本低、无小尺度波纹，没有磨粒嵌入，并且具有环境友好型，表面粗糙度精度高，解决现有的潮解抛光方法中，存在的液滴驻留造成微凹坑、残留有机物难以清洗等问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置，其特征在于，包括载物块（1）、重物（2）、抛光垫（4）、抛光盘（5）、第一软管（6）、第二软管（7）、等离子体发生装置（8）以及微汽雾发生装置（9），所述抛光垫（4）安装在所述抛光盘（5）上表面，所述载物块（1）设置在所述抛光盘（5）上方，所述重物（2）设置于所述载物块（1）上，所述载物块（1）和所述重物（2）用于对放置在所述抛光垫（4）上的可潮解晶体（3）进行施压，所述抛光盘（5）和所述抛光垫（4）对应所述可潮解晶体（3）的位置设有通孔，所述等离子体发生装置（8）和所述微汽雾发生装置（9）分别通过所述第一软管（6）和所述第二软管（7）与所述通孔连通，等离子体和微汽雾通过所述第一软管（6）和所述第二软管（7）传送并喷涂在所述可潮解晶体（3）的表面上。

2.如权利要求1所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置，其特征在于，所述等离子体包括氮气等离子体、氧气等离子体、氩气等离子体以及氦气等离子体。

3.一种根据权利要求1所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、对可潮解晶体（3）进行预处理；

步骤二、将经过预处理的所述可潮解晶体（3）放置在所述抛光垫（4）上，并通过载物块（1）和重物（2）进行施压；

步骤三、启动等离子体发生装置(8)，根据对等离子体不同的亲水改性的要求调节放电参数、气体物质和气体流量；启动微汽雾发生装置（9），根据潮解抛光速率要求和表面质量的要求选择发生汽雾所用液体和出雾量；

步骤四、启动抛光盘（5）的控制开关和载物块（1）的控制开关，控制抛光盘（5）和载物块（1）的旋转，对经过预处理的可潮解晶体（3）的表面进行潮解抛光，直至完成抛光。

4.如权利要求3所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，其特征在于，在步骤四后，还包括：

步骤五、关闭所有装置，取出抛光完成后的可潮解晶体（3），用拭镜纸将取出的可潮解晶体（3）表面擦拭干净，并放置在无尘干燥的地方。

5.如权利要求3所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，其特征在于，所述等离子体发生装置（8）在氮气流量3L/min、电压11kv、针电极放电所发生的氮气冷等离子体处理8s后，所述可潮解晶体（3）表面接触角为0。

6.如权利要求3或5所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，其特征在于，所述微汽雾发生装置（9）中发生微汽雾所用液体根据实际情况采用纯水或者酒精溶液液体，出雾量的调控范围为0至600ml/h。

7.如权利要求6所述的一种等离子体改性液膜接触潮解抛光装置的抛光方法，其特征在于，在纯水发生微汽雾，出雾量为280ml/h，室温12.8℃时，KDP晶体的潮解速率为0.9um/min。

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