CN111515874A - 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法 - Google Patents
一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111515874A CN111515874A CN202010169135.6A CN202010169135A CN111515874A CN 111515874 A CN111515874 A CN 111515874A CN 202010169135 A CN202010169135 A CN 202010169135A CN 111515874 A CN111515874 A CN 111515874A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grinding tool
- abrasive particles
- workpiece
- polishing
- effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000003190 viscoelastic substance Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- QNVRIHYSUZMSGM-UHFFFAOYSA-N hexan-2-ol Chemical compound CCCCC(C)O QNVRIHYSUZMSGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 229930182558 Sterol Natural products 0.000 claims description 3
- 229910000318 alkali metal phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003945 anionic surfactant Substances 0.000 claims description 3
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 claims description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 3
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 3
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001195 polyisoprene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 claims description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000003432 sterols Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000003702 sterols Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000003648 triterpenes Chemical class 0.000 claims description 3
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 125000005587 carbonate group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 102000018779 Replication Protein C Human genes 0.000 description 1
- 108010027647 Replication Protein C Proteins 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 235000019832 sodium triphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
- B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
- B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B29/00—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents
- B24B29/02—Machines or devices for polishing surfaces on work by means of tools made of soft or flexible material with or without the application of solid or liquid polishing agents designed for particular workpieces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
- B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
- C09G1/00—Polishing compositions
- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，在具有非牛顿流体特性的粘弹性材料中加入磨粒、分散剂和活性剂制备得到柔性固着磨具，粘弹性胶基占磨具质量分数的50％～85％，磨粒占磨具质量分数的10％～45％，磨粒的粒径范围为0.05～50μm，分散剂占磨具质量分数的1～5％，活性剂占磨具质量分数的1～5％；抛光过程中，磨具与工件接触区域受剪切力作用产生剪切膨胀效应，呈现出瞬间膨胀顶出现象和固化效果，磨具材料的粘度、硬度和内部阻力增大。本发明提高工件表面的受力均匀性，增大磨粒与工件的接触正压力，从而提高抛光过程中材料的去除率，减少局部应力集中对工件表面的损伤，达到高效高质量抛光的效果。
Description
技术领域
本发明属于超精密抛光领域，涉及一种基于非牛顿流体剪切膨胀效应的超精密抛光方法，适用于难加工硬脆材料的高效高质量超精密抛光方法。
背景技术
难加工硬脆材料包括难熔金属、硬质合金、陶瓷材料、蓝宝石、碳化硅、光学玻璃、晶体硅等，具有耐高温、硬度高、抗磨损、耐腐蚀等优点，被广泛应用于包括航空航天、汽车零部件、工程化应用、半导体、手机平板加工等诸多领域，是国防建设和经济发展中不可缺少的材料。然而，由于脆性大、塑韧性低等缺点，该类材料在机械加工过程中通常会面临加工效率低、加工成本高以及加工难度大等问题，加工表面易产生微裂纹、亚表面损伤层等缺陷，稍有不慎便会造成材料表面的磨损或破坏。
传统的固着磨具抛光通常是利用机械作用实现难加工硬脆材料的抛光。加工时，磨粒与工件的接触区域较小，容易产生局部应力集中造成表面损伤，且存在磨具磨损稳定性和自锐性差的缺点。随着科技的发展与进步，人们对硬脆材料的性能要求和消耗需求不断增大。对于材料的抛光，一方面要求能够得到高精度、损伤少的加工表面，另一方面又需要抛光工艺能够兼顾高效、低成本和环保。长期以来，超精密加工领域研究人员试图探索和开发一种能够兼顾表面精度、效率、成本、无污染的难加工硬脆材料抛光新方法，在丰富超精密加工理论体系的同时提升我国超精密加工技术在世界范围的竞争力。
目前国内外针对难加工硬脆材料的抛光方法很多，主要有化学机械抛光、电化学抛光、磁流变抛光等。化学机械抛光是将磨粒的机械研磨作用与氧化剂的化学作用相结合，从而达到高去除率和良好平面效果的抛光技术。但也存在诸多局限性，如抛光液腐蚀性强，容易改变材料表层材质；抛光液的环境污染问题；磨粒尺寸差异会影响加工精度等。电化学抛光不存在机械力的作用，在抛光过程中不会带入加工硬化层或残余应力，具有效率高、操作简便以及不受材料制约等优点。但该方法在加工过程中难以控制工件尺寸和几何形状的精确度，且同样存在电解液的环境污染和材料表层变质的问题。磁流变抛光是利用磁流变抛光液在磁场中流变性进行抛光的一种超精密加工技术，具有效率高、精度高、工件表面损伤小等特点。但该方法中所研制的磁流变液成本昂贵，且较难实现抛光过程的柔性化控制。
综上所述，现阶段针对难加工硬脆材料的抛光工艺主要存在效率低、成本高、操作复杂、化学液污染等问题，且诸多抛光工艺均会引入化学剂的作用以期提高加工效率、控制加工成本，这就势必会改变材料表面的材质，产生所谓的化学产物污染。这在某些对工件表面质量要求较高的应用领域是无法容忍的。以核聚变堆用钨为例，反应堆工况下工件材料的表面需要承受氢、氦、中子的辐照考验，如若在机械加工过程中材料的表面材质发生改变，其表面物理和化学性质如热导率、机械性能等势必会发生变化，严重时会缩短部件使用寿命，进而影响热核聚变堆的安全性和可靠性。因此，现阶段急需开发一种针对难加工硬脆材料的高效高质量超精密抛光新方法。
发明内容
为了克服目前超精密抛光中存在的效率、成本、精度以及环保等问题，本发明提出一种基于非牛顿流体剪切膨胀效应的高效高质量超精密抛光方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，以具有非牛顿流体特性的粘弹性材料作为胶状基体，加入磨粒、分散剂和活性剂后制备得到柔性固着磨具，其中，粘弹性胶基占磨具质量分数的50％～85％，磨粒占磨具质量分数的10％～45％，磨粒的粒径范围为0.05～50μm，分散剂占磨具质量分数的1～5％，活性剂占磨具质量分数的1～5％；
抛光过程中，磨具与工件接触区域受剪切力作用产生剪切膨胀效应，分子间结构发生改变并形成“粒子簇”，呈现膨胀顶出现象和类似“固体”的特性，磨具接触区域的粘度、硬度和内部阻力增大，增强对磨粒的把持作用的同时提高了工件表面的受力均匀性，磨具中具有抛光作用的磨粒对工件表面产生微切削作用实现工件材料去除并达到抛光的效果。
进一步，所述的具有非牛顿流体特性的粘弹性材料为以下之一：(1)聚异戊二烯、三萜和甾醇构成的粘弹性材料；(2)聚醋酸乙烯酯和醋酸乙烯酯构成的粘弹性材料；(3)硅胶、聚二甲基氧烷构成的粘弹性材料。
再进一步，所述磨粒为以下一种或多种的混合物：金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、二氧化硅、氧化铝或氧化铈。
所述分散剂为无机分散剂、有机分散剂或有机分散剂和无机分散剂的混合物。
所述无机分散剂为碳酸盐类和碱金属磷酸盐类。
所述有机分散剂为聚乙烯醇及其衍生物、甲基戊醇或聚丙烯酰胺。
所述活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或多种的混合物。
磨具与工件剪切相对运动时，磨具中“粒子簇”的形成是不稳定的，可随着剪切应力的减小重新分解直至消失；所述的剪切膨胀效应是可逆的；抛光过程中，可通过改变抛光压力和抛光线速度调整剪切膨胀效应的强弱，提高或降低磨具剪切区域材料的韧性和硬度，从而实现抛光工艺的多阶可控。
本发明中，所制备的磨具与工件接触区域受剪切力作用产生剪切膨胀现象，导致磨具接触区域的粘度、硬度和内部阻力增大，增强对磨粒的把持作用，使磨具很好地贴合工件表面，提高工件表面的受力均匀性，增大磨粒与工件的接触正压力，形成柔性固着磨具。所述的剪切膨胀抛光方法能够在提高材料去除率的同时减少局部应力集中所带来的表面损伤，从而实现高效高质量抛光。
本发明的有益效果主要表现在：
(1)采用粘弹性材料掺杂适量磨粒制成柔性固着磨具，避免抛光液携带磨粒条件下磨粒的流失；
(2)采用环境友好型磨具材料，成本较低，不存在抛光液污染的问题；
(3)属于柔性加工，接触面积大，材料变质层小，加工区域去除均匀性好；
(4)粘弹性材料中胶态粒子对磨粒具有很好的分散和托举作用，磨损脱落的磨粒也会重新陷入磨具基体中重新把持；
(5)属于机械加工，不会改变材料表层材质，避免化学产物污染，表面洁净度好。
附图说明
图1为本发明中利用具有非牛顿流体特性的粘弹性胶基剪切膨胀效应进行抛光的加工原理示意图。
图2为一种利用本发明对难加工硬脆材料进行抛光的具体实施示意图。
图3为传统固着磨具与本发明抛光方法所用柔性固着磨具的材料去除模型对比图：(a)传统固着磨具；(b)本发明抛光方法所用的柔性固着磨具。
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3，一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，采用具有非牛顿流体特性的粘弹性材料作为胶基，加入磨粒、分散剂和活化剂后制备得到柔性固着磨具；其中，粘弹性胶基占磨具质量分数的50％～85％，磨粒占磨具质量分数的10％～45％，磨粒的粒径范围为0.05～50μm，分散剂占磨具质量分数的1～5％，活性剂占磨具质量分数的1～5％；
本实施例中，可以采用如下的配方：
粘弹性胶基50％、磨粒40％、分散剂5％和活化剂5％；
或者是：粘弹性胶基85％、磨粒13％、分散剂1％和活化剂1％；
再或者是：粘弹性胶基50％、磨粒45％、分散剂3％和活化剂2％；
又或者是：粘弹性胶基80％、磨粒10％、分散剂5％和活化剂5％。
抛光前，将工件3吸附在基盘1下方，放置在保持架6中，并加入法码2在基盘1上方以便控制抛光压力。磨粒7均匀分布于磨具5的粘弹性胶基中。抛光过程中，在抛光垫4的转动下，工件3与磨具5之间进行相对运动，当接触区域的剪切应力达到一定值时，磨具内的胶基分子间结构发生改变，产生的“粒子簇”会瞬时呈现出膨胀顶出和固化现象。磨具5中材料的粘度、硬度和内部阻力增大，增强了对磨粒7的把持力，增加了磨具5中磨粒7与工件3的接触数量，能够有效提高工件3表面的受力均匀性和抛光正压力，从而实现高效高质量抛光。本发明所述柔性固着磨具5能够很地贴合工件3表面，避免了由于局部接触应力过大对工件表面造成的损伤，提高了加工去除一致性。图3为传统固着磨具与本发明抛光方法所用柔性固着磨具的材料去除模型对比图，其中(a)代表传统固着磨具，(b)代表本发明抛光方法所用的柔性固着磨具。
所述的柔性固着磨具主要由具有非牛顿流体特性的粘弹性胶基以及具有抛光作用的磨粒等构成。
制备所述柔性固着磨具的粘弹性胶基具有非牛顿流体特性，该粘弹性胶基在受相对剪切作用力时，分子间结构发生改变，使所述的磨具呈现出瞬间膨胀顶出的现象和固化效果，且所述的剪切膨胀效应是可逆的，可随着剪切作用力的减小逐渐消失。所述的具有非牛顿流体特性的粘弹性胶基可以是聚异戊二烯、三萜和甾醇组成的粘弹性材料，聚醋酸乙烯酯和聚异丁烯组成的粘弹性材料亦或是硅胶、聚二甲基氧烷构成的粘弹性材料等其他材料。所述粘弹性胶基占磨具质量分数的50％～85％，具有非牛顿流体特性的粘弹性胶基的选取是制备所述柔性固着磨具的关键。
所制备的柔性固着磨具中添加了磨粒。在抛光过程，磨具中的磨粒与工件表面接触，产生微切削机械作用，从而去除工件表面材料。本发明中使用的磨粒可选用以下一种或多种的混合物：金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、二氧化硅、氧化铝、氧化铈。磨粒占磨具质量分数的10％～45％，磨粒的粒径范围为0.05～50μm。磨粒的硬度、粒径、表面形状以及其在磨具中的质量浓度等参数会影响磨粒的去除能力和抛光后工件的表面质量，应根据抛光条件合理进行选择。
可在所述柔性固着磨具中加入适量分散剂，提高柔性固着磨具的分散稳定性，减少磨具中磨粒的团聚现象，提高工件表面材料去除率。所用分散剂可以是以下一种或多种的混合物：碳酸盐类(如碳酸镁、碳酸钡)和碱金属磷酸盐类(如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠)等无机分散剂；聚乙烯醇及其衍生物、甲基戊醇、聚丙烯酰胺等有机分散剂。分散剂占柔性固着磨具质量分数的1～5％。不同种类、不同质量浓度的分散剂会对柔性固着磨具的分散稳定性产生不同的影响，应根据抛光条件合理进行选择。
可在所述柔性固着磨具中添加适量活性剂，使分散剂附着在磨粒表面，从而使磨粒间排斥作用增强，提高工件表面材料去除率。活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或多种的混合物。活性剂占柔性固着磨具质量的1～5％。添加不同种类、不同质量分数的活性剂会对工件产生不同程度的抛光效果，应根据抛光条件合理进行选择。
鉴于柔性固着磨具与工件剪切相对运动时，所述的剪切膨胀效应是可逆的。本发明所述的一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，可根据待抛光工件的材料特性、表面特征、抛光质量、抛光效率和抛光精度等要求进行剪切膨胀效应的多阶调整，实现难加工脆性材料的高效、高质量、低成本、环保型加工要求。
Claims (8)
1.一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于，以具有非牛顿流体特性的粘弹性材料作为胶状基体，加入磨粒、分散剂和活性剂后制备得到柔性固着磨具，其中，粘弹性胶基占磨具质量分数的50％～85％，磨粒占磨具质量分数的10％～45％，磨粒的粒径范围为0.05～50μm，分散剂占磨具质量分数的1～5％，活性剂占磨具质量分数的1～5％；
抛光过程中，磨具与工件接触区域受剪切力作用产生剪切膨胀效应，分子间结构发生改变并形成“粒子簇”，呈现膨胀顶出现象和类似“固体”的特性，磨具接触区域的粘度、硬度和内部阻力增大，增强对磨粒的把持作用的同时提高了工件表面的受力均匀性，磨具中具有抛光作用的磨粒对工件表面产生微切削作用实现工件材料去除并达到抛光的效果。
2.如权利要求1所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：所述的具有非牛顿流体特性的粘弹性材料为以下之一：(1)聚异戊二烯、三萜和甾醇构成的粘弹性材料；(2)聚醋酸乙烯酯和醋酸乙烯酯构成的粘弹性材料；(3)硅胶、聚二甲基氧烷构成的粘弹性材料。
3.如权利要求1或2所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：所述磨粒为以下一种或多种的混合物：金刚石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、二氧化硅、氧化铝或氧化铈。
4.如权利要求1或2所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：所述分散剂为无机分散剂、有机分散剂或有机分散剂和无机分散剂的混合物。
5.如权利要求4所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：所述无机分散剂为碳酸盐类和碱金属磷酸盐类。
6.如权利要求4所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：所述有机分散剂为聚乙烯醇及其衍生物、甲基戊醇或聚丙烯酰胺。
7.如权利要求1或2所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：所述活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或多种的混合物。
8.如权利要求1或2所述的基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法，其特征在于：磨具与工件剪切相对运动时，磨具中“粒子簇”的形成是不稳定的，可随着剪切应力的减小重新分解直至消失；所述的剪切膨胀效应是可逆的；抛光过程中，可通过改变抛光压力和抛光线速度调整剪切膨胀效应的强弱，提高或降低磨具剪切区域材料的韧性和硬度，从而实现抛光工艺的多阶可控。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010169135.6A CN111515874A (zh) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010169135.6A CN111515874A (zh) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111515874A true CN111515874A (zh) | 2020-08-11 |
Family
ID=71901507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010169135.6A Pending CN111515874A (zh) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111515874A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112008594A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-01 | 浙江工业大学 | 一种基于剪切膨胀效应的化学增强高效超精密抛光方法 |
| CN112518561A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-19 | 湖南科技大学 | 光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置 |
| CN112720248A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-30 | 浙江工业大学 | 一种具有剪切膨胀特性的高效抛光盘及其制备方法 |
| CN113400189A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-17 | 嘉兴星微纳米科技有限公司 | 研磨垫和研磨垫制备方法 |
| CN113861847A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-31 | 杭州智谷精工有限公司 | 高效超精密力流变抛光液 |
| CN114473719A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-13 | 南京理工大学 | 一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法 |
| CN116082962A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-05-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种假塑性流体抛光液及抛光方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120040590A1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-02-16 | Burge James H | Non-newtonian lap |
| CN102717325A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-10 | 浙江工业大学 | 一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面抛光方法 |
| CN106466802A (zh) * | 2015-08-18 | 2017-03-01 | 昆山纳诺新材料科技有限公司 | 基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法 |
| CN106584218A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-04-26 | 山东理工大学 | 一种微细结构化表面光整加工方法、介质及装置 |
-
2020
- 2020-03-12 CN CN202010169135.6A patent/CN111515874A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120040590A1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-02-16 | Burge James H | Non-newtonian lap |
| CN102717325A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-10 | 浙江工业大学 | 一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面抛光方法 |
| CN106466802A (zh) * | 2015-08-18 | 2017-03-01 | 昆山纳诺新材料科技有限公司 | 基于非牛顿流体的抛光系统及其抛光方法 |
| CN106584218A (zh) * | 2017-01-03 | 2017-04-26 | 山东理工大学 | 一种微细结构化表面光整加工方法、介质及装置 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112008594A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-01 | 浙江工业大学 | 一种基于剪切膨胀效应的化学增强高效超精密抛光方法 |
| CN112008594B (zh) * | 2020-08-31 | 2021-08-03 | 浙江工业大学 | 一种基于剪切膨胀效应的化学增强高效超精密抛光方法 |
| CN112518561A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-19 | 湖南科技大学 | 光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置 |
| CN112518561B (zh) * | 2020-10-23 | 2022-04-22 | 湖南科技大学 | 光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置 |
| CN112720248A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-30 | 浙江工业大学 | 一种具有剪切膨胀特性的高效抛光盘及其制备方法 |
| CN113400189A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-09-17 | 嘉兴星微纳米科技有限公司 | 研磨垫和研磨垫制备方法 |
| CN113861847A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-31 | 杭州智谷精工有限公司 | 高效超精密力流变抛光液 |
| CN114473719A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-13 | 南京理工大学 | 一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法 |
| CN114473719B (zh) * | 2022-02-21 | 2022-11-22 | 南京理工大学 | 一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法 |
| CN116082962A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-05-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种假塑性流体抛光液及抛光方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111515874A (zh) | 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法 | |
| Zhao et al. | Pore structure design and grinding performance of porous metal-bonded CBN abrasive wheels fabricated by vacuum sintering | |
| CN108239484B (zh) | 一种蓝宝石抛光用氧化铝抛光液及其制备方法 | |
| CN102717325B (zh) | 一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面抛光方法 | |
| CN100425405C (zh) | 冷冻纳米磨料抛光垫及其制备方法 | |
| CN104592898A (zh) | 高效蓝宝石研磨液及其制备方法 | |
| CN112008594B (zh) | 一种基于剪切膨胀效应的化学增强高效超精密抛光方法 | |
| CN110774118B (zh) | 一种大尺寸单晶金刚石的磨削方法 | |
| CN112123023A (zh) | 基于非牛顿流体剪切流变效应的阶进式磨-抛加工方法 | |
| Tian et al. | Experimental investigation on high-shear and low-pressure grinding process for Inconel718 superalloy | |
| CN111100599B (zh) | 一种具有高微破碎特性的超硬聚集体磨料及其制备方法 | |
| CN110890271A (zh) | 一种碳化硅晶片的加工方法 | |
| CN1562569A (zh) | 可在线电解的金属结合剂超硬磨料砂轮及其制备方法 | |
| CN104385116A (zh) | 一种SiC半导体材料的抛光方法 | |
| CN110981497A (zh) | 一种高导热高耐磨的氮化硅陶瓷及其制备方法和应用 | |
| Deng et al. | Preparation and processing properties of magnetically controlled abrasive solidification orientation—solid-phase Fenton reaction lapping-polishing plate for single-crystal 4H-SiC | |
| Xu et al. | Study on rheological properties and polishing performance of viscoelastic material for dilatancy pad | |
| Xiao et al. | On the grinding performance of metal-bonded aggregated cBN grinding wheels based on open-pore structures | |
| CN102516874A (zh) | 金刚石切削刀具超精密刃磨用抛光液及其制备方法 | |
| CN109590820B (zh) | 超硬激光晶体表面粗糙度的加工方法 | |
| CN101367194A (zh) | 硅片研磨速率控制方法 | |
| CN108098569B (zh) | 一种抛光蓝宝石晶片的内含钕化物软质磨料固着磨具及其制作方法 | |
| CN110699041B (zh) | 一种研磨用颗粒组合物 | |
| CN110698206B (zh) | 大尺寸氮化硅轴承球的烧结方法和大尺寸氮化硅轴承球的制备方法 | |
| CN113182938B (zh) | 金刚石复相材料表面的加工方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200811 |