CN111238461B - 一种谐振子及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种谐振子及其制备方法。谐振子的制备方法包括如下步骤：掏棒、一次退火、内表面成型、外表面成型、二次退火、酸刻蚀以及清洗。本发明采用一次装卡成型技术，有效保证谐振子内外表面的径向圆度、同轴度达到亚微米级精度；该方法还具有成品率高、一致性好等优点；制备的谐振子具有应力小、无亚表面损伤、机械品质因数高的特点。

Description

一种谐振子及其制备方法
技术领域
本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种谐振子及其制备方法。
背景技术
固态波陀螺是一种基于哥氏效应，测量运动体旋转角度或角速度的传感器，具有测量精度高、功耗小、寿命长等优点，在深空探测、航空航天、航海等领域有着重要应用价值。谐振子是固态波陀螺的核心动态部件，具有轴对称壳体结构，其加工精度和性能直接影响陀螺的测量精度和稳定性。
现有技术中，对于谐振子的制备方法主要包括以下几种：
(1)CN201410200696通过设计凸模，将内表面已成型的半球谐振子固定在凸模上，采用旋转超声磨削方式对半球谐振子外表面进行加工。该方法仅涉及谐振子外表面成型方法，未涉及谐振子内表面成型方法，且谐振子的同轴度易受模具加工精度和装配精度的影响。
(2)CN201610042776公开了一种周期化微壳体谐振结构及其制备方法，该周期化微壳体谐振结构包括一端开口、另一端封闭的半球状壳体，半球状壳体垂直于中心轴线的截面为环状截面，环状截面的内径呈周期性连续变化，且自半球状壳体的开口端至封闭端环状截面的内径递减。制备方法包括以下步骤：将一石英片置于一成型空腔之上，对石英片进行加热，同时对成型空腔进行抽真空，将软化的石英片吸附至成型空腔的腔壁上，得到周期化微壳体谐振结构。该方法通过热压成型的方式实现，壳体内容易残留应力。
(3)CN201811069141公开了一种半球谐振子超精密球面加工装置及加工方法，通过设计专用机械机构和刀具对半球谐振子内外表面进行磨削。由于采用二次装卡方式，谐振子的同轴度易受装卡误差影响。
综上所述，目前谐振子制备技术普遍存在以下若干问题：1、采用二次装卡方式分别对谐振子内外表面进行加工，导致谐振子同轴度差；2、成型后的谐振子残留应力和亚表面损伤，制约其机械品质因数的提升。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种谐振子的制备方法，具有成品率高、一致性好等优点，制备的谐振子可以达到亚微米级圆度和同轴度，具有应力小、无亚表面损伤，机械品质因数高的特点。
本发明还提出一种谐振子。
根据本发明第一方面实施例的谐振子的制备方法，包括如下步骤：
S01、掏棒：使用掏棒机对石英玻璃掏棒，所述掏棒机的钻头为金属烧结金刚石或电镀金刚石圆筒的钻头，所述石英玻璃的直径大于所需制备的谐振子的最大直径；
S02、一次退火：将所述石英玻璃放进真空退火炉进行退火处理；
S03、内表面成型：依次使用金属烧结或电镀金刚石的磨头对所述谐振子的内表面进行粗磨、细磨和精磨，再使用聚氨酯或羊毛毡的抛光头对所述谐振子的内表面进行抛光；
S04、外表面成型：依次使用金属烧结或电镀金刚石的磨头对所述谐振子的外表面进行粗磨、细磨和精磨，再使用聚氨酯或羊毛毡的抛光头对所述谐振子的外表面进行抛光；
S05、二次退火：将成型的所述谐振子放进所述真空退火炉进行退火处理；
S06、酸刻蚀：将二次退火后的所述谐振子浸没于刻蚀液中刻蚀；
S07、清洗：使用去离子水对所述谐振子进行清洗。
根据本发明实施例的谐振子的制备方法，通过使用掏棒机对石英玻璃进行掏棒，能够省去滚圆工序，节省石英玻璃的使用量；通过一次退火和二次退火的两次退火工艺，能够可以去除谐振子加工过程中产生的机械应力；在内表面成型和外表面成型的过程中，是一次装卡完成，因而可以保证谐振子具有极高的径向圆度和同轴度；通过酸刻蚀能够去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹，提高谐振子的机械品质因数。
根据本发明的一个实施例，所述真空退火炉内设置有水平放置平台，所述石英玻璃以及所述谐振子竖直置于所述水平放置平台上；待所述真空退火炉内的真空度小于0.2帕时，开始一次退火或二次退火。
根据本发明的一个实施例，所述一次退火以及所述二次退火均包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段；所述升温阶段，所述真空退火炉内的温度由室温升至900至1200摄氏度，升温速率为0.5至2摄氏度/分钟；所述恒温阶段，所述真空退火炉内的温度维持在900至1200摄氏度，所述恒温阶段持续时长3至10小时；所述降温阶段，所述真空退火炉内的温度由900至1200摄氏度降至室温，降温速率为0.2至1摄氏度/分钟。
根据本发明的一个实施例，在所述内表面成型以及所述外表面成型的步骤中，所述谐振子在同一设备上一次装卡；所述谐振子始终处于旋转状态，所述谐振子的转速为400至2000转/分钟，回转跳动精度小于1微米；所述磨头的转速为5000-60000转/分钟，所述抛光头转速为200-1000转/分钟，所述磨头和所述抛光头的进给速率为0.1至0.5毫米/分钟。
根据本发明的一个实施例，在所述内表面成型的步骤中，所述磨头和所述抛光头的直径为1-5毫米，所述磨头和所述抛光头的端面为平面或球面；在所述外表面成型的步骤中，所述磨头和所述抛光头的直径为5-100毫米，所述磨头和所述抛光头的端面为平面或球面。
根据本发明的一个实施例，在所述内表面成型以及所述外表面成型的步骤中，所述磨头对所述谐振子的表面磨削时，使用水基冷却液喷洒于磨削部位和所述磨头；所述抛光头对所述谐振子的表面抛光时，使用抛光液喷洒于抛光部位和所述抛光头。
根据本发明的一个实施例，在所述酸刻蚀步骤中，先使用去离子水将所述谐振子表面充分浸润，再将所述谐振子竖直放入所述刻蚀液中。
根据本发明的一个实施例，所述刻蚀液中包括氢氟酸和硫酸、氟化铵、醋酸中的一种或多种，所述刻蚀液的温度为30至50摄氏度，所述谐振子表面刻蚀去除厚度为1-10微米。
根据本发明的一个实施例，所述钻头的金刚石粒度为100-600目，所述钻头转速不小于1200转/分钟，进给速度不大于6毫米/分钟；在所述内表面成型以及所述外表面成型的步骤中，所述磨头的金刚石粒度分别为100-200目、200-500目、500-1000目。
根据本发明第二方面实施例的谐振子，谐振子通过如前所述的谐振子的制备方法制备，所述谐振子成以内部中心柱为中轴线的轴对称的壳体，所述壳体的形状为柱面、球面或自由曲面。
根据本发明实施例的谐振子，通过使用如前所述的谐振子的制备方法，能够保证消除谐振子的机械应力、保证谐振子具有极高的圆度和同轴度、能够去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹、保证谐振子具有较高的机械品质因数。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
根据本发明实施例的谐振子的制备方法，通过使用掏棒机对石英玻璃进行掏棒，能够省去滚圆工序，节省石英玻璃的使用量；通过一次退火和二次退火的两次退火工艺，能够可以去除谐振子加工过程中产生的机械应力；在内表面成型和外表面成型的过程中，是一次装卡完成，因而可以保证谐振子具有极高的径向圆度和同轴度；通过酸刻蚀和清洗能够去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹，提高谐振子的机械品质因数。
进一步地，根据本发明实施例的谐振子，通过使用如前所述的谐振子的制备方法，能够保证消除谐振子的机械应力、保证谐振子具有极高的径向圆度和同轴度、能够去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹、保证谐振子具有较高的机械品质因数。
除了上述所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步的说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。
图1是本发明实施例提供的谐振子的制备方法的示意性流程图；
图2本发明实施例提供的谐振子的制备方法对半球谐振子的内表面成型的示意性视图；
图3是本发明实施例提供的谐振子的制备方法对半球谐振子的外表面成型的示意性视图。
附图标记：
100、石英玻璃；102、旋转工件轴；104、卡盘；106、磨头；108、喷管；110、冷却液。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
结合参见图1至图3，根据本发明第一方面实施例的谐振子的制备方法，包括如下步骤：
S01、掏棒：使用掏棒机对石英玻璃100掏棒，掏棒机的钻头为金属烧结金刚石或电镀金刚石圆筒的钻头，石英玻璃100的直径大于所需制备的谐振子的最大直径；
其中，掏棒较切方开料可以节省5％-8％的石英玻璃100原材料，省去滚圆工序，简化了工艺；
根据本发明的一个实施例，钻头的金刚石粒度为100-600目，钻头转速不小于1200转/分钟，进给速度不大于6毫米/分钟；这里对掏棒过程所用的钻头不做具体限定，优选#150铜烧结金刚石套筒钻头；
S02、一次退火：将石英玻璃100放进真空退火炉进行退火处理；
其中，一次退火工艺可以去除掏棒过程中石英玻璃100内部产生的机械应力；
根据本发明的一个实施例，真空退火炉内设置有水平放置平台，石英玻璃100以及谐振子竖直置于水平放置平台上；待真空退火炉内的真空度小于0.2帕时，开始一次退火。
此外，一次退火包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段；升温阶段，真空退火炉内的温度由室温升至900至1200摄氏度，升温速率为0.5至2摄氏度/分钟；恒温阶段，真空退火炉内的温度维持在900至1200摄氏度，恒温阶段持续时长3至10小时；降温阶段，真空退火炉内的温度由900至1200摄氏度降至室温，降温速率为0.2至1摄氏度/分钟。
优选地，真空退火炉内真空度达到0.1帕时开始一次退火；升温阶段温度从室温升至950摄氏度，升温速率为1摄氏度/分钟，恒温阶段温度为950摄氏度，恒温时长为5小时，降温阶段温度从950摄氏度降至室温，降温速率为0.3摄氏度/分钟。
S03、内表面成型：依次使用金属烧结或电镀金刚石的磨头106对谐振子的内表面进行粗磨、细磨和精磨，再使用聚氨酯或羊毛毡的抛光头对谐振子的内表面进行抛光；
在这一步骤中，通过卡盘104将谐振子置于旋转工件轴102上，再通过磨头106、抛光头分别对谐振子的内表面进行粗磨、细磨和精磨和抛光。
根据本发明的一个实施例，磨头106的金刚石粒度分别为100-200目、200-500目、500-1000目。
优选金刚石粒度为100目、300目、600目的金属烧结磨头106分别对谐振子内表面进行粗磨、细磨和精磨。
优选聚氨酯抛光头对谐振子内表面进行抛光。
此外，在内表面成型的步骤中，磨头106和抛光头的直径为1-5毫米，磨头106和抛光头的端面为平面或球面。
S04、外表面成型：依次使用金属烧结或电镀金刚石的磨头106对谐振子的外表面进行粗磨、细磨和精磨，再使用聚氨酯或羊毛毡的抛光头对谐振子的外表面进行抛光；
在这一步骤中，通过卡盘104将谐振子置于旋转工件轴102上，再通过磨头106、抛光头分别对谐振子的外表面进行粗磨、细磨和精磨和抛光。
根据本发明的一个实施例，磨头106的金刚石粒度分别为100-200目、200-500目、500-1000目。
优选金刚石粒度为100目、300目、600目的金属烧结磨头106分别对谐振子外表面进行粗磨、细磨和精磨。
优选聚氨酯抛光头对谐振子外表面进行抛光。
此外，内表面成型与外表面成型是通过一次装卡方式完成的，可以通过卡盘104将谐振子卡紧到旋转工件轴102上，能够有效保证谐振子的径向圆度和同轴度；谐振子始终处于旋转状态，谐振子的转速为400至2000转/分钟，回转跳动精度小于1微米；磨头106的转速为5000-60000转/分钟，抛光头转速为200-1000转/分钟，磨头106和抛光头的进给速率为0.1至0.5毫米/分钟。
优选地，转速为1000转/分钟，回转跳动精度为0.5微米，磨头106转速为7000转/分钟，抛光头转速为300转/分钟，磨头106和抛光头的进给速率为0.2毫米/分钟。
此外，在外表面成型的步骤中，磨头106和抛光头的直径为5-100毫米，磨头106和抛光头的端面为平面或球面。
进一步地，在上述内表面成型以及外表面成型的步骤中，磨头106对谐振子的表面磨削时，使用喷管108将水基冷却液110喷洒于磨削部位和磨头106；抛光头对谐振子的表面抛光时，使用抛光液喷洒于抛光部位和抛光头。
S05、二次退火：将成型的谐振子放进真空退火炉进行退火处理；
其中，二次退火工艺可以去除谐振子加工过程中产生的机械应力；
根据本发明的一个实施例，真空退火炉内设置有水平放置平台，石英玻璃100以及谐振子竖直置于水平放置平台上；待真空退火炉内的真空度小于0.2帕时，开始二次退火。
此外，二次退火包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段；升温阶段，真空退火炉内的温度由室温升至900至1200摄氏度，升温速率为0.5至2摄氏度/分钟；恒温阶段，真空退火炉内的温度维持在900至1200摄氏度，恒温阶段持续时长3至10小时；降温阶段，真空退火炉内的温度由900至1200摄氏度降至室温，降温速率为0.2至1摄氏度/分钟。
优选地，真空退火炉内真空度达到0.1帕时开始二次退火；升温阶段温度从室温升至950摄氏度，升温速率为1摄氏度/分钟，恒温阶段温度为950摄氏度，恒温时长为5小时，降温阶段温度从950摄氏度降至室温，降温速率为0.3摄氏度/分钟。
S06、酸刻蚀：将二次退火后的谐振子浸没于刻蚀液中刻蚀；
酸刻蚀可以去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹，提高谐振子的可靠性；
在酸刻蚀步骤中，先使用去离子水将谐振子表面充分浸润，再将谐振子竖直放入刻蚀液中。刻蚀液中包括氢氟酸和硫酸、氟化铵、醋酸中的一种或多种，刻蚀液的温度为30至50摄氏度，谐振子表面刻蚀去除厚度为1-10微米。
优选地，刻蚀液中包含氢氟酸、硫酸和醋酸，刻蚀液温度为30摄氏度，谐振子表面刻蚀去除厚度为5微米。
S07、清洗：使用去离子水对谐振子进行清洗。
根据本发明实施例的谐振子的制备方法，通过使用掏棒机对石英玻璃100进行掏棒，能够省去滚圆工序，节省石英玻璃100的使用量；通过一次退火和二次退火的两次退火工艺，可以去除石英玻璃100以及谐振子在加工过程中产生的机械应力；在内表面成型和外表面成型的过程中，是一次装卡完成，因而可以保证谐振子具有极高的径向圆度和同轴度；通过酸刻蚀和清洗能够去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹，提高谐振子的机械品质因数。
下面以两个具体实施例来说明本发明提供的谐振子的制备方法：
实施例一：
以制备外径为30毫米，内径为29毫米，中心柱直径为7毫米的球面谐振子为例进行说明，包括以下步骤：
S01、掏棒：使用掏棒机对石英玻璃100掏棒，所用钻头为金属烧结金刚石圆筒钻头，金刚石粒度为200目，钻头转速为1000转/分钟，进给速度为3毫米/分钟，石英玻璃100的直径为34毫米；
S02、一次退火：将石英玻璃100放进真空退火炉进行退火处理，真空退火炉内放置样件的水平放置平台需保持水平，将石英玻璃100竖直放置在水平放置平台上，待炉内真空度达到0.1帕时开始升温，升温阶段温度从室温升至980摄氏度，升温速率为0.6摄氏度/分钟，恒温阶段温度为980摄氏度，恒温时长为5小时，降温阶段温度从980摄氏度降至室温，降温速率为0.2摄氏度/分钟。
S03、内表面成型：球面谐振子处于旋转状态，转速为600转/分钟，回转跳动精度为0.6微米，依次使用金刚石粒度为100目、200目、500目，直径为4毫米的金属烧结球型金刚石磨头106对球面谐振子内表面进行粗磨、细磨和精磨，磨头106转速为30000转/分钟，进给速率为0.2毫米/分钟，同时使用喷管108将水基冷却液110喷至磨削处；磨削成型后，将水基冷却液110更换为抛光液，使用直径为4毫米聚氨酯球型抛光头对球面谐振子内表面进行抛光，抛光液喷至抛光处，抛光头转速为1000转/分钟，进给速率为0.1毫米/分钟。
S04、外表面成型：球面谐振子处于旋转状态，转速为600转/分钟，回转跳动精度为0.6微米，依次使用金刚石粒度为100目、200目、500目，直径为4毫米的金属烧结球型金刚石的磨头106对球面谐振子内表面进行粗磨、细磨和精磨，磨头106转速为30000转/分钟，进给速率为0.2毫米/分钟，同时使用喷管108将水基冷却液110喷至磨削处；磨削成型后，将水基冷却液110更换为抛光液，使用直径为4毫米的聚氨酯球型抛光头对球面谐振子内表面进行抛光，抛光液喷至抛光处，抛光头转速为1000转/分钟，进给速率为0.1毫米/分钟。
S05、二次退火：将成型的球面谐振子放进真空退火炉进行退火处理，真空退火炉内放置样件的水平放置平台需保持水平，将球面谐振子竖直放置在水平放置平台上，待炉内真空度达到0.1帕时开始升温，升温阶段温度从室温升至950摄氏度，升温速率为0.5摄氏度/分钟，恒温阶段温度为950摄氏度，恒温时长为3小时，降温阶段温度从950摄氏度降至室温，降温速率为0.2摄氏度/分钟；
S06、酸刻蚀：先使用去离子水将退火后的球面谐振子表面充分浸润，再将球面谐振子竖直放入刻蚀液中，刻蚀液中包含氢氟酸、硫酸和醋酸，刻蚀液温度为50摄氏度，谐振子表面刻蚀去除厚度为3微米；
S07、清洗：使用去离子水对球面谐振子进行清洗。
实施例二：
以制备外径为30毫米，内径为29毫米，中心柱直径为7毫米的柱面谐振子为例进行说明，包括以下步骤：
S01、掏棒：使用掏棒机对石英玻璃100掏棒，所用钻头为电镀金刚石圆筒钻头，金刚石粒度为100目，钻头转速为1000转/分钟，进给速度为4毫米/分钟，石英玻璃100的直径为35毫米；
S02、一次退火：将石英玻璃100放进真空退火炉进行退火处理，真空退火炉内放置样件的水平放置平台需保持水平，将石英玻璃100竖直放置在水平放置平台上，待炉内真空度达到0.05帕时开始升温，升温阶段温度从室温升至1100摄氏度，升温速率为1摄氏度/分钟，恒温阶段温度为1100摄氏度，恒温时长为6小时，降温阶段温度从1100摄氏度降至室温，降温速率为0.5摄氏度/分钟。
S03、内表面成型：柱面谐振子处于旋转状态，转速为800转/分钟，回转跳动精度为0.6微米，依次使用金刚石粒度为200目、300目、600目，直径为6毫米的电镀金刚石柱型磨头106对柱面谐振子内表面进行粗磨、细磨和精磨，磨头106转速为40000转/分钟，进给速率为0.3毫米/分钟，同时使用喷管108将水基冷却液110喷至磨削处；磨削成型后，将水基冷却液110更换为抛光液，使用直径为6毫米聚氨酯柱型抛光头对柱面谐振子内表面进行抛光，抛光液喷至抛光处，抛光头转速为800转/分钟，进给速率为0.2毫米/分钟。
S04、外表面成型：柱面谐振子处于旋转状态，转速为800转/分钟，回转跳动精度为0.6微米，依次使用金刚石粒度为200目，300目，600目，直径为6毫米的电镀金刚石柱型的磨头106对谐振子外表面进行粗磨、细磨和精磨，磨头106转速为40000转/分钟，进给速率为0.3毫米/分钟，同时使用喷管108将水基冷却液110喷至磨削处；磨削成型后，将水基冷却液110更换为抛光液，使用直径为6毫米的聚氨酯柱型抛光头对柱面谐振子外表面进行抛光，抛光液喷至抛光处，抛光头转速为800转/分钟，进给速率为0.2毫米/分钟。
S05、二次退火：将成型的柱面谐振子放进真空退火炉进行退火处理，真空退火炉内放置样件的水平放置平台需保持水平，将柱面谐振子竖直放置在水平放置平台上，待炉内真空度达到0.1帕时开始升温，升温阶段温度从室温升至950摄氏度，升温速率为0.5摄氏度/分钟，恒温阶段温度为950摄氏度，恒温时长为3小时，降温阶段温度从950摄氏度降至室温，降温速率为0.2摄氏度/分钟；
S06、酸刻蚀：先使用去离子水将退火后的柱面谐振子表面充分浸润，再将柱面谐振子竖直放入刻蚀液中，刻蚀液中包含氢氟酸、硫酸和氟化铵，刻蚀液温度为40摄氏度，柱面谐振子表面刻蚀去除厚度为4微米；
S07、清洗：使用去离子水对柱面谐振子进行清洗。
根据本发明第二方面实施例的谐振子，谐振子通过如前所述的谐振子的制备方法制备，谐振子成以内部中心柱为中轴线的轴对称的壳体，壳体的形状为柱面、球面或自由曲面。
根据本发明实施例的谐振子，通过使用如前所述的谐振子的制备方法，能够保证消除谐振子的机械应力、保证谐振子具有极高的径向圆度和同轴度、能够去除谐振子表面及亚表面残留的微裂纹、保证谐振子具有较高的机械品质因数。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (7)

1.一种谐振子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、掏棒：使用掏棒机对石英玻璃掏棒，所述掏棒机的钻头为金属烧结金刚石或电镀金刚石圆筒的钻头，所述石英玻璃的直径大于所需制备的谐振子的最大直径；
S02、一次退火：将所述石英玻璃放进真空退火炉进行退火处理；
S03、内表面成型：依次使用金属烧结或电镀金刚石的磨头对所述谐振子的内表面进行粗磨、细磨和精磨，再使用聚氨酯或羊毛毡的抛光头对所述谐振子的内表面进行抛光；
S04、外表面成型：依次使用金属烧结或电镀金刚石的磨头对所述谐振子的外表面进行粗磨、细磨和精磨，再使用聚氨酯或羊毛毡的抛光头对所述谐振子的外表面进行抛光；
S05、二次退火：将成型的所述谐振子放进所述真空退火炉进行退火处理；
S06、酸刻蚀：将二次退火后的所述谐振子浸没于刻蚀液中刻蚀；
S07、清洗：使用去离子水对所述谐振子进行清洗；
其中，所述一次退火以及所述二次退火均包括升温阶段、恒温阶段以及降温阶段；待所述真空退火炉内的真空度小于0.2帕时，开始一次退火或二次退火；
所述升温阶段，所述真空退火炉内的温度由室温升至900至1200摄氏度，升温速率为0.5至2摄氏度/分钟；
所述恒温阶段，所述真空退火炉内的温度维持在900至1200摄氏度，所述恒温阶段持续时长3至10小时；
所述降温阶段，所述真空退火炉内的温度由900至1200摄氏度降至室温，降温速率为0.2至1摄氏度/分钟；
在所述内表面成型以及所述外表面成型的步骤中，所述谐振子在同一设备上一次装卡；所述谐振子始终处于旋转状态，所述谐振子的转速为400至2000转/分钟，回转跳动精度小于1微米；所述磨头的转速为5000-60000转/分钟，所述抛光头转速为200-1000转/分钟，所述磨头和所述抛光头的进给速率为0.1至0.5毫米/分钟；所述磨头的金刚石粒度分别为100-200目、200-500目、500-1000目；
所述刻蚀液中包括氢氟酸和硫酸、氟化铵、醋酸中的一种或多种，所述刻蚀液的温度为30至50摄氏度，所述谐振子表面刻蚀去除厚度为1-10微米。
2.根据权利要求1所述的谐振子的制备方法，其特征在于，所述真空退火炉内设置有水平放置平台，所述石英玻璃以及所述谐振子竖直置于所述水平放置平台上。
3.根据权利要求1所述的谐振子的制备方法，其特征在于，在所述内表面成型的步骤中，所述磨头和所述抛光头的直径为1-5毫米，所述磨头和所述抛光头的端面为平面或球面；
在所述外表面成型的步骤中，所述磨头和所述抛光头的直径为5-100毫米，所述磨头和所述抛光头的端面为平面或球面。
4.根据权利要求1所述的谐振子的制备方法，其特征在于，在所述内表面成型以及所述外表面成型的步骤中，所述磨头对所述谐振子的表面磨削时，使用水基冷却液喷洒于磨削部位和所述磨头；所述抛光头对所述谐振子的表面抛光时，使用抛光液喷洒于抛光部位和所述抛光头。
5.根据权利要求1所述的谐振子的制备方法，其特征在于，在所述酸刻蚀步骤中，先使用去离子水将所述谐振子表面充分浸润，再将所述谐振子竖直放入所述刻蚀液中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的谐振子的制备方法，其特征在于，所述钻头的金刚石粒度为100-600目，所述钻头转速不小于1200转/分钟，进给速度不大于6毫米/分钟。
7.一种谐振子，其特征在于，谐振子通过如权利要求1至6中任一项所述的谐振子的制备方法制备，所述谐振子成以内部中心柱为中轴线的轴对称的壳体，所述壳体的形状为柱面、球面或自由曲面。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112461265B (zh) * 2020-11-20 2023-03-24 大连理工大学 一种石英半球谐振子纳米制造方法
CN112461263B (zh) * 2020-11-20 2023-03-24 大连理工大学 一种金刚石陀螺谐振子纳米制造方法
CN112461264B (zh) * 2020-11-20 2023-04-11 大连理工大学 一种石英半球谐振子纳米制造装备
CN113182258B (zh) * 2021-04-29 2022-12-02 中国电子科技集团公司第九研究所 一种铁氧体球形谐振子清洗方法
CN115507879B (zh) * 2022-10-28 2024-05-03 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） 一种半球谐振子的湿法刻蚀方法
CN117226440B (zh) * 2023-11-15 2024-02-02 四川图林科技有限责任公司 一种二件套半球谐振陀螺的谐振子构型及其加工方法
CN117723037B (zh) * 2024-02-08 2024-04-19 四川图林科技有限责任公司 一种基于全角模式的半球谐振陀螺仪的制造方法及系统

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007017004A1 (de) * 2007-02-27 2008-08-28 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Optisches Bauteil aus synthetischem Quarzglas mit erhöhter Strahlenbeständigkeit, sowie Verfahren zur Herstellung des Bauteils
DE102007062979B4 (de) * 2007-12-21 2013-03-07 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Glasgegenstands in Form einer Gargeräte-Innenscheibe, Glasscheibenpaket und Haushalts-Gargerätetür
CN101403707B (zh) * 2008-11-18 2011-01-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 用分子着色剂检测玻璃微裂纹的方法
CN101661885B (zh) * 2009-09-28 2012-04-18 中国科学院微电子研究所 已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法
US8567247B2 (en) * 2009-10-12 2013-10-29 The Regents Of The University Of California Three-dimensional wafer-scale batch-micromachined sensor and method of fabrication for the same
US8631702B2 (en) * 2010-05-30 2014-01-21 Honeywell International Inc. Hemitoroidal resonator gyroscope
CN103137537B (zh) * 2011-11-28 2015-04-15 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种图形化全耗尽绝缘体上Si/CoSi2衬底材料及其制备方法
CN103084885A (zh) * 2013-01-31 2013-05-08 天津台荣精密机械工业有限公司 一种数控设备加工工装及其工作方法
DE102013101328B3 (de) * 2013-02-11 2014-02-13 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Rohling aus TiO2-SiO2-Glas für ein Spiegelsubstrat für den Einsatz in der EUV-Lithographie sowie Verfahren für dessen Herstellung
CN103390591B (zh) * 2013-07-22 2015-11-25 中国科学院半导体研究所 硅基高迁移率Ⅲ-V/Ge沟道的CMOS制备方法
DE102013110177A1 (de) * 2013-09-16 2015-03-19 Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung von Eisen-dotiertem Kieselglas
CN103663988B (zh) * 2013-10-25 2016-04-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 光纤预制棒表面处理的混酸及处理方法
CN103885099B (zh) * 2014-02-13 2016-08-17 同济大学 一种基于多次迭代刻蚀的透射光学元件损伤阈值提升方法
CN103934732B (zh) * 2014-05-13 2016-03-30 航天科工哈尔滨风华有限公司 氧化铝陶瓷材料带轴薄壁凸球面结构的旋转超声磨削加工方法
US10393525B2 (en) * 2015-05-22 2019-08-27 Georgia Tech Research Corporation Micro-hemispherical resonators and methods of making the same
CN105021179A (zh) * 2015-08-14 2015-11-04 南京理工大学 基于硼硅酸盐玻璃退火成型的微型半球谐振陀螺及制造方法
JP2017075886A (ja) * 2015-10-16 2017-04-20 三菱電機株式会社 半球共振型ジャイロ用共振器および半球共振型ジャイロ
CN105481259B (zh) * 2015-12-08 2019-04-12 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 提升熔石英光学元件损伤阈值的后处理方法
CN105540530B (zh) * 2015-12-18 2017-03-15 东南大学 微玻璃半球谐振陀螺及其圆片级制备方法
CN107055457A (zh) * 2016-12-12 2017-08-18 北京自动化控制设备研究所 一种熔融石英微半球陀螺敏感结构
CN106738360B (zh) * 2017-01-19 2018-04-10 中国建筑材料科学研究总院 石英摆片基片及其制备方法
CN108695147A (zh) * 2017-04-08 2018-10-23 沈阳硅基科技有限公司 Soi键合硅片的制备方法
CN107721196A (zh) * 2017-09-30 2018-02-23 中国人民解放军国防科技大学 熔石英元件表面化学结构缺陷的去除方法
CN107572825A (zh) * 2017-10-09 2018-01-12 厦门龙威玻璃制品有限公司 一种微晶玻璃的制备方法
CN108383365B (zh) * 2018-04-11 2020-09-15 中国建筑材料科学研究总院有限公司 一种石英玻璃的退火方法
CN109082643B (zh) * 2018-09-04 2020-09-29 大连理工大学 一种砷、磷元素共掺制备n型多晶硅靶材的铸造工艺
CN109227740B (zh) * 2018-09-05 2020-01-24 大连理工大学 一种离子推进器碳栅组件制孔方法
CN109022898A (zh) * 2018-09-11 2018-12-18 安徽楚江科技新材料股份有限公司 一种汽车连接器锡黄铜带的生产工艺
CN109483394B (zh) * 2018-09-13 2023-12-12 西安航晨机电科技股份有限公司 半球谐振子超精密球面加工装置及加工方法
CN109483365B (zh) * 2018-12-04 2020-09-08 天津津航技术物理研究所 一种氟化钙材料阶梯回转非球面透镜加工方法
CN109879589A (zh) * 2019-04-12 2019-06-14 和县晶晶玻璃制品有限公司 一种提高玻璃力学性能的退火工艺
CN110253352B (zh) * 2019-07-17 2021-02-12 沈阳建筑大学 一种用于轴承内外圈夹紧磨削的一体化夹具
CN110531114B (zh) * 2019-07-26 2020-07-28 西安交通大学 一种纯轴向变形的mems三轴压阻式加速度计芯片及其制备方法
CN110534409B (zh) * 2019-08-02 2022-07-29 中国科学院微电子研究所 一种硅衬底上外延GaAs的方法及制得的半导体器件
CN110482871A (zh) * 2019-09-17 2019-11-22 Oppo广东移动通信有限公司 玻璃件及其制备方法、玻璃壳体组件和电子设备

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