CN112518561B - 光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置 - Google Patents

光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种光‑剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，配制光‑剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液；使工件夹具上的加工工件与光‑剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液相对运动产生剪切力，实现剪切增稠，工件夹具能根据抛光工件的尺寸大小选择抛光头；通过光束发射装置上不同的光源点亮光带使光‑剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液不同程度的增稠保证抛光液黏度的稳定同时也能防止磨料功能团的自转保证更高的材料去除率，实现光‑剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光。以及提供一种光‑剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光装置。本发明利用光诱导增稠效应联合非牛顿流体剪切增稠效应，具有抛光载体环保、高抛光面形适应性、高效抛光的优点。

Description

光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置
技术领域
本发明属于超精密加工技术领域，具体是涉及一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置。
背景技术
超精密加工技术在现代科学技术的重要组成部分，在众多领域中广泛应用。例如半导体、光学元件及功能性陶瓷等硬脆难加工材料和塑性金属元件等材料的加工方面；各种复杂曲面的高精度、低损伤、美观等方面。利用超精密加工技术，可以获得低表面粗糙度、低/无表面损伤或亚表面损伤的工件表面。
抛光是超精密加工的一种，是指能够使得工件在机械、化学或电化学的作用下，降低工件表面粗糙度，提高工件表面光洁度的超精密加工工艺。剪切增稠抛光是近年来提出的新型抛光工艺，剪切增稠抛光是利用具有剪切增稠效应的非牛顿流体作为基液，其中加入磨料颗粒制成抛光液，因剪切作用形成剪切增稠柔性磨具，在速度与载荷的作用下，实现工件表面进行材料去除的抛光工艺。剪切增稠抛光下的工件具有更小的表面粗糙度，造成的表面损伤或亚表面损伤小，具有来源广泛，低成本等特点。
光感物质含有光致变色分子能接受光信号，使光感物质中的光敏反离子异变，导致光感物质的结构或状态改变。
已授权中国发明专利(ZL201210192915.8)，专利名称：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，主要是利用抛光液与工件接触部分受剪切而增稠，接触区域的抛光液的粘度增大，增强了对磨粒或微粉的把持力，抛光液中具有抛光作用的磨粒或微粉对工件产生微切削作用或化学机械作用实现工件表面材料的去除，从而实现对工件表面的抛光。上述专利未运用光诱导增稠效应，光诱导增稠将有利于抛光液黏度和抛光稳定性的控制。
已授权中国发明专利(ZL201810188063.2)，专利名称：一种基于光流变材料的抛光方法与装置。该专利将光流变抛光体装入载物盘的环形槽内并由纱网限定；通过光控装置调节照射到光流变抛光体上的光的波长，进而调节光流变抛光体的刚度，实现对复杂型面的程控抛光。上述专利提供了一种基于光流变材料的抛光方法。由于剪切增稠下的工件具有更小的表面粗糙度和更好地工件面形适应性，对表面损伤或亚表面损伤小，将有利于提高抛光精度。该ZL201810188063.2专利主要通过光流变抛光体来进行抛光，未利用非牛顿幂律流体的剪切增稠效应，工件面形适应性、表面精度有望进一步提升；该专利未考虑流变特性控制方向，其抛光体中运用的光敏基团存在稀化流变，未考虑抛光体的直接增稠流变特性，抛光效果有待提升，所用的光敏基团不具备环保性质加工后难处理不符合当下的安全绿色环保加工；该专利未考虑光的波长对抛光体的穿透能力，对抛光体内部刚度无法保障；该专利所述的光控装置发射出的光并没有直接有效地作用于抛光工作区域，对抛光工作区光照能量衰减，造成所述光流变抛光体在抛光工作区刚度无法保证，同时也浪费大量能量(不节能)；所述刚度检测装置位于抛光工作区外，无法实时检测抛光工作区的抛光体刚度，从而难以保证准确控制抛光体上的光波。
已授权中国实用新型专利(ZL201410436897.2)，专利名称：非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工装置。电源通电后，在阳极工件与阴极抛光工具间产生电化学反应，工件表面的金属被电解溶解，随之工件表面会形成一层妨碍电化学反应的氧化膜。工件表面凸起处的氧化膜首先被磨掉，暴露出新鲜金属，电化学反应得以在凸起处继续进行。而凹陷处的氧化膜未被去除，化学反应受到阻碍，该处金属得到了保护。同时由于电流的尖峰效应，凸起处电场强度大，对金属的腐蚀能力也强，加上剪切增稠作用下磨粒对工件表面凸起处的去除作用更强，这几方面的共同作用影响，使得工件表面凸起处迅速被去除，表面粗糙度也迅速减小。该专利在实现工件材料的确定性抛光和高面形精度方面有一定局限性，限制了可加工材料(具有导电性能)的范围，电解液属于非环保物质，对环境影响大、环保处理成本高。我们所申请的新专利将采用光-剪切诱导增稠的光流变抛光在保证面形适应的同时可以实现材料去除的稳定性；所用的光敏物质也属于绿色环保物质，抛光后易处理对环境无污染。
已公开中国发明专利(ZL201910246394.1)，专利名称：主动控制剪切作用与温度诱导梯度增稠抛光方法，使用温度传感器，监测抛光液的温度T℃，启动变温棒，每隔一段时间梯度调整抛光液温度、结合主动剪切速率控制，即每隔一段时间抛光液粘度增大，造成抛光液梯度增稠，实现温度诱导梯度增稠抛光。该专利没有利用光诱导增稠效应。
已公开中国发明专利(ZL201910897900.3)，专利名称：一种磁场可控的缓释磁性物质稠化液流抛光垫及抛光方法。一种磁场可控的缓释磁性物质稠化液流抛光垫，抛光垫为多层叠加的多孔式耐磨抛光垫，抛光垫中预留孔隙，其内部嵌有磨料胶囊，胶囊内含有磁性磨料、增稠相和酸碱剂。以及提供一种应用磁场可控的缓释磁性物质稠化液流抛光垫的抛光方法，外加磁场后，抛光垫内的磨料胶囊受到磁场作用，其中的磁性磨料冲击胶囊外壳，磁场强度足够时胶囊被冲击碎裂，抛光物质沿孔隙释放出来，逐渐分散溶解在水溶液中，形成缓释磁性物质稠化液流抛光液；磁场撤消后，磨料胶囊停止释放抛光物质，抛光液浓度不再变化。该专利未采用具有光诱导增稠效应的抛光液。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法及装置，针对现有技术存在的一些问题，本发明的方法运用了抛光液光诱导增稠效应和非牛顿幂律流体的剪切增稠效应更好的适应工件表面获得更高表面质量的同时能保证抛光液黏度稳定以及精准适合该零件加工也能防止磨料功能团的自转保证更高的材料去除率；同时采用更适合本发明抛光的绿色光感物质在达到本发明的要求同时不对环境造成污染；另外本发明将黏度检测装置置于工件夹具上能实时检测抛光工作区域的抛光液黏度然后通过传感器传到工件夹具内的光束发射装置，开启光束发射装置发射出相应光照通过灯带对抛光工作区域进行光照在保证抛光液黏度稳定的同时也达到了节能的目的，工件夹具能根据抛光工件的尺寸大小选择抛光头。即实现了抛光过程抛光液黏度稳定可控、适用加工材料与面形范围广、抛光过程稳定、抛光效率高的光-剪切诱导增稠的光流变抛光方法及装置；并发明了一种新型光-剪切联合增稠效应的光流变抛光液。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，所述抛光方法包括如下步骤：
(1)利用工件夹具将工件固定在实施设备的抛光工作盘上，抛光工作盘安装在主轴上；
(2)配制一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液，所述抛光液中含有光感物质，所述光感物质含有光致变色分子能接受光信号使光感物质中的光敏反离子异变从而使光感物质的结构改变实现增稠且这个过程可逆，并且根据不同的光能实现不同程度的增稠效果；
所述抛光液成份包括以下质量百分比的组分：抛光磨粒或微粉8wt％～14wt％、光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液16wt％～30wt％、光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质10wt％～26wt％、添加剂42wt％～55wt％；先将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液充分混合，随后，将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液的混合物加入光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质，并搅拌均匀，再将添加剂混入，制成光-剪切联合诱导增稠的光流变抛光液；
(3)开启光束发射装置，将配制的抛光液添加到光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液的循环系统，位于工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置能实时检测抛光液黏度，当检测到抛光工作区域抛光液黏度不稳定时通过工件夹具中的传感器使光束发射装置开启，发射装置中发射出不同类型的光源点亮光带能实现不同程度的抛光液黏度调节，持续的光照可以保持抛光液的黏度稳定。所述光束发射装置位于工件夹具内，能直接对抛光工作区域进行光照增稠，使得抛光过程中抛光工作区域黏度更精准适合工件的抛光同时减少了能耗达到节能目的将更有效地实现工件材料稳定均匀、高效去除，保障面形精度的绿色超精密高效抛光；
(4)开启驱动装置，使得抛光液经循环系统供给至抛光工作盘表面，工件夹具上的工件与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液相对运动。工件与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液接触区域产生剪切力，抛光液中光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠粒子受剪切力聚集包裹磨粒并相对于工件接触表面运动，产生材料去除。所运用的剪切增稠能更好的自适应工件表面避免了根据抛光工件的工艺参数确定初始抛光液黏度造成的误差影响工件表面质量，工件具有更小的表面粗糙度和更好地工件面形适应性，对表面损伤或亚表面损伤小，将有利于提高抛光精度。
进一步，所述光诱导增稠是在非牛顿幂律流体抛光液中加入含有光敏反离子的光感物质，所述含有光敏反离子的光感物质为偶氮苯－4－苯甲酸、反式邻甲氧基肉桂酸、酸剂－环糊精的混合物或十二烷基二甲基溴化铵；所用光感物质具有直接增稠流变特性，能实现增稠流变的同时并不会影响剪切增稠过程并且所用光感物质安全且无污染抛光过后易处理。
再进一步，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液是非牛顿幂律流体，其中光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液采用的是聚乙二醇、部分天然高聚物(植物液)或PMMA/丙三醇系列具有剪切增稠的聚合物，所运用的聚合物绿色环保且不会对加入的光感物质产生影响，更适合光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液。
所述的方法结合了抛光液光诱导增稠效应和非牛顿幂律流体的剪切增稠效应，前者利用光照对抛光液中光敏反离子进行作用，改变光感物质的结构性质实现增稠且这个过程可逆保证了抛光液的黏度稳定使抛光过程稳定进行同时也能防止磨料功能团的自转保证更高的材料去除率；后者利用工件与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液接触区域相对运动产生的剪切力使抛光液受剪切力增稠，产生材料去除。
所述光束发射装置发射可见光或不可见光，通过可见光分光镜能得到不同频率的光即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫颜色的光，同时也能发射紫外光、红外光。所述光束发射装置能根据抛光要求发射一种或者多种光组合对光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液进行光照，能实现对光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液不同程度的增稠，持续光照能保持抛光液的黏度稳定。位于工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应光流变抛光液黏度检测装置能实时检测抛光液黏度，当检测到抛光工作区域抛光液黏度不稳定时通过工件夹具中的传感器使光束发射装置开启，光束发射装置能直接对抛光工作区域进行光照增稠，使得抛光过程中抛光工作区域黏度更精准适合工件的抛光的同时减少了能耗达到节能目的。
所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液中的光感物质在紫外光的作用下能迅速大幅度发生结构改变从而实现光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液增稠；光感物质在可见光范围即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫颜色的光作用下结构改变幅度会有所降低，光的频率越低结构改变程度越小；光感物质在红外光作用下能减小光敏物质结构改变；即光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液在紫外光照射下能实现大幅度增稠，在可见光的范围内实现小幅度更精准的黏度调节，在红外光作用下能减小黏度；持续的光照能保证抛光液黏度的稳定。
所述的紫外光波长范围在200nm～280nm；可见光波长范围在350nm～770nm；红外光波长范围在780nm～1000nm。所述的波长范围足以穿透抛光工作区域光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液厚度。
所述的抛光磨粒为金属氧化物、SiO2、金刚石、碳酸钙颗粒、聚苯乙烯颗粒中的一种或至少两种以上的混合物，所用的抛光磨粒不会对所用的剪切增稠基液和光感物质产生影响更好的适合于光-剪切联合诱导增稠的光流变抛光方法。
一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光装置，包括工件夹具、抛光工作盘、光束发射装置和光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统包括光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置、光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统启动装置、光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液净化装置和光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液补充装置，光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置通过传感器与光束发射装置连结，所述工件夹具能根据抛光工件的尺寸大小选择抛光头，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置位于工件夹具上，所述光束发射装置位于工件夹具内且其中有分光镜，所述光束发射装置能发射可见光、紫外光、红外光通过灯带照射抛光加工区域。
本发明的有益效果主要表现在：本发明采用具有光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液，抛光液与工件相对运动产生剪切力实现初步的剪切增稠，抛光过程中剪切速率会有较大波动造成抛光液黏度不稳定，当工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度监测装置检测到抛光工作区域的抛光液黏度不稳定通过传感器开启光束发射装置通过灯带对抛光加工区域的抛光液进行照射，抛光液中的光感物质含有光致变色分子能接受光信号使光感物质中的光敏反离子异变从而使光感物质的结构改变实现增稠且这个过程可逆，并且根据不同的光能实现不同程度的增稠效果同时也能防止磨料功能团的自转保证更高的材料去除率。保证了材料去除稳定性，可用于多种面形(非球曲面、异形面以及包含平面、柱面、球面等基础形面)、多种材料(光学玻璃、碳化硅、玻璃、光学晶体、钢材金属塑性材料，蓝宝石，各类，硬脆性材料等)的加工。
附图说明
图1为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光工作前微观示意图；
图2为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光剪切增稠效应微观示意图；
图3为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光光-剪切联合诱导增稠效应微观示意图；
图4为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光装置示意图。
其中，1为光-剪切联合诱导增稠效应的光感粒子，2为光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠粒子，3为磨粒，4为工件表面，5为相对速度方向，6为磨粒功能团的自转方向，7为剪切诱导增稠效应的磨粒功能团，8为剪切力方向，9为光照，10为光-剪切联合诱导增稠效应的磨粒功能团，11为抛光屑，12为主轴，13为抛光工作盘，14为工件夹具，15为传感器，16为分光镜，17为光束发射装置，18为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置，19为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液，20为光带，21为SiC半导体材料工件，22为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液净化装置，23为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液补充装置，24为光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统启动装置。
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4，一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光装置，所述装置包括工件夹具14、抛光工作盘13、光束发射装置17和光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统包括光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置18、光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统启动装置24、光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液净化装置22和光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液补充装置23，光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置18通过传感器15与光束发射装置17连结，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置18位于工件夹具14上，所述光束发射装置17位于工件夹具14内且其中有分光镜16，所述光束发射装置17能发射可见光、紫外光、红外光通过光带20对抛光工作区域进行光照。
实施例1
本发明用于硬脆性材料、光学材料等的平面、曲面、薄形零件、半导体材料加工示例，如用于加工尺寸为：长×宽×高20mm×20mm×5mm的SiC半导体材料工件时，其加工步骤如下：
(1)利用工件夹具14将SiC半导体材料工件21固定在实施设备的抛光工作盘13上，抛光工作盘13安装在主轴12上；
(2)配制一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19，新型抛光液中含有光感物质，所述光感物质含有光致变色分子能接受光信号使光感物质中的光敏反离子异变从而使光感物质的结构改变实现增稠且这个过程可逆，并且根据不同的光能实现不同程度的增稠效果；
(3)开启光束发射装置17，将配制的抛光液添加到光-剪切联合诱导增稠流变抛光液的循环系统，位于工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置18能实时检测抛光液黏度，当检测到抛光工作区域抛光液黏度不稳定时通过工件夹具中的传感器15使光束发射装置17开启，发射装置中发射出不同类型的光源能实现不同程度的抛光液黏度调节，持续的的光照可以保持抛光液的黏度稳定。所述光束发射装置17位于工件夹具14内，能直接对抛光工作区域进行光照增稠，使得抛光过程中抛光工作区域黏度更精准适合工件的抛光同时减少了能耗达到节能目的将更有效地实现工件材料稳定均匀、高效去除，保障面形精度的绿色超精密高效抛光；
(4)开启驱动装置，开启光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统启动装置24使得抛光液经循环系统供给至抛光工作盘13表面，工件夹具14上的SiC半导体材料工件21与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19相对运动。SiC半导体材料工件21与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19接触区域产生剪切力，抛光液中光-剪切诱导增稠的剪切增稠粒子受剪切力聚集包裹磨粒3并相对于工件接触表面运动，产生材料去除。所运用的剪切增稠能更好的自适应工件表面避免了根据抛光工件的工艺参数确定初始抛光液黏度造成的误差影响工件表面质量，工件具有更小的表面粗糙度和更好地工件面形适应性，对表面损伤或亚表面损伤小，将有利于提高抛光精度。
本实施例中，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19是如下质量百分比的组分：
抛光磨粒金刚石、Al2O3 8％、光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液30％、光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质20％、水及活性剂(添加剂)42％；
先将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠相基液在混料机中充分混合，随后，将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液的混合物加入光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质，并搅拌均匀，再将水和活性剂混入，制成光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液。本实施例采用的光源是紫外光。
实施例2
本发明用于硬脆性材料、光学材料等的平面、曲面、薄形零件、半导体材料加工示例，如用于加工尺寸为：本发明用于加工尺寸参数为直径20mm，焦距60mm的凸曲面光学玻璃时，其加工步骤如下：
(1)利用工件夹具14将凸曲面光学玻璃工件21固定在实施设备的抛光工作盘13上，抛光工作盘13安装在主轴12上；
(2)配制一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19，新型抛光液中含有光感物质，所述光感物质含有光致变色分子能接受光信号使光感物质中的光敏反离子异变从而使光感物质的结构改变实现增稠且这个过程可逆，并且根据不同的光能实现不同程度的增稠效果；
(3)开启光束发射装置17，将配制的抛光液添加到光-剪切联合诱导增稠流变抛光液的循环系统，位于工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置18能实时检测抛光液黏度，当检测到抛光工作区域抛光液黏度不稳定时通过工件夹具中的传感器15使光束发射装置17开启，发射装置中发射出不同类型的光源能实现不同程度的抛光液黏度调节，持续的的光照可以保持抛光液的黏度稳定。所述光束发射装置17位于工件夹具14内，能直接对抛光工作区域进行光照增稠，使得抛光过程中抛光工作区域黏度更精准适合工件的抛光同时减少了能耗达到节能目的将更有效地实现工件材料稳定均匀、高效去除，保障面形精度的绿色超精密高效抛光；
(4)开启驱动装置，开启光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统启动装置24使得抛光液经循环系统供给至抛光工作盘13表面，工件夹具14上的凸曲面光学玻璃工件21与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19相对运动。凸曲面光学玻璃工件21与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19接触区域产生剪切力，抛光液中光-剪切诱导增稠的剪切增稠粒子受剪切力聚集包裹磨粒3并相对于工件接触表面运动，产生材料去除。所运用的剪切增稠能更好的自适应工件表面避免了根据抛光工件的工艺参数确定初始抛光液黏度造成的误差影响工件表面质量，工件具有更小的表面粗糙度和更好地工件面形适应性，对表面损伤或亚表面损伤小，将有利于提高抛光精度。
本实施例中，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19是如下质量百分比的组分：
抛光磨粒金刚石、SiO2 14％、光-剪切联合诱导增稠的剪切增稠基液16％、光-剪切联合诱导增稠效应的光敏物质26％、水及活性剂(添加剂)44％。
先将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠相基液在混料机中充分混合，随后，将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液的混合物加入光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质，并搅拌均匀，再将水和活性剂混入，制成光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液。本实施例采用的光源是可见光和紫外光共同作用。
实施例3
本实施例中，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液19是如下质量百分比的组分：
抛光磨粒金刚石、SiO2 12％、光-剪切联合诱导增稠的剪切增稠基液23、光-剪切联合诱导增稠效应的光敏物质10％、水及活性剂(添加剂)55％。
其他方案与实施例2相同。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述抛光方法包括如下步骤：
(1)利用工件夹具将工件固定在实施设备的抛光工作盘上，抛光工作盘安装在主轴上；
(2)配制一种光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液，所述抛光液中含有光感物质，所述光感物质含有光致变色分子能接受光信号使光感物质中的光敏反离子异变从而使光感物质的结构改变实现增稠且这个过程可逆，并且根据不同的光能实现不同程度的增稠效果；
所述抛光液成份包括以下质量百分比的组分：抛光磨粒或微粉8wt％～14wt％、光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液16wt％～30wt％、光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质10wt％～26wt％、添加剂42wt％～55wt％；先将抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液充分混合，随后，在抛光磨粒或微粉与光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液的混合物中加入光-剪切联合诱导增稠效应的光感物质，并搅拌均匀，再将添加剂混入，制成光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液；
(3)将配制的抛光液添加到光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液的循环系统，开启抛光液循环系统启动装置，使得抛光液经循环系统供给至抛光工作盘表面，工件夹具上的工件与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液相对运动，工件与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液接触区域产生剪切力，抛光液中光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠粒子受剪切力聚集包裹磨粒并相对于工件接触表面运动，产生材料去除；所运用的剪切增稠能更好的自适应工件表面避免了根据抛光工件的工艺参数确定初始抛光液黏度造成的误差影响工件表面质量，工件具有更小的表面粗糙度和更好地工件面形适应性，对表面损伤或亚表面损伤小，将有利于提高抛光精度；位于工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置能实时检测抛光液黏度，当检测到抛光工作区域抛光液黏度不稳定时通过工件夹具中的传感器使光束发射装置开启，发射装置中发射出不同类型的光源点亮光带能实现不同程度的抛光液黏度调节，持续的光照可以保持抛光液的黏度稳定，所述光束发射装置位于工件夹具内，能直接对抛光工作区域进行光照增稠，使得抛光过程中抛光工作区域黏度更精准适合工件的抛光，同时减少了能耗达到节能目的，将更有效地实现工件材料稳定均匀、高效去除，保障面形精度的绿色超精密高效抛光。
2.如权利要求1所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述光-剪切联合诱导增稠是在非牛顿幂律流体抛光液中加入含有光敏反离子的光感物质，所述含有光敏反离子的光感物质为偶氮苯－4－苯甲酸、反式邻甲氧基肉桂酸、酸剂－环糊精的混合物或十二烷基二甲基溴化铵。
3.如权利要求1或2所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液是非牛顿幂律流体，其中光-剪切联合诱导增稠效应的剪切增稠基液采用的是聚乙二醇、天然高聚物或PMMA/丙三醇系列具有剪切增稠的聚合物。
4.如权利要求1或2所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述的方法结合了抛光液光诱导增稠效应和非牛顿幂律流体的剪切增稠效应，前者利用光照对抛光液中光敏反离子进行作用，改变光感物质的结构性质实现增稠且这个过程可逆保证了抛光液的黏度稳定使抛光过程稳定进行同时也能防止磨料功能团的自转保证更高的材料去除率；后者利用工件与光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液接触区域相对运动产生的剪切力使抛光液受剪切力增稠，产生材料去除。
5.如权利要求1或2所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述光束发射装置发射可见光或不可见光，通过可见光分光镜能得到不同频率的光即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫颜色的光，同时也能发射紫外光、红外光；所述光束发射装置能根据抛光要求发射一种或者多种光组合对光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液进行光照，能实现对光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液不同程度的增稠，持续光照能保持抛光液的黏度稳定；位于工件夹具上的光-剪切联合诱导增稠效应光流变抛光液黏度检测装置能实时检测抛光液黏度，当检测到抛光工作区域抛光液黏度不稳定时通过工件夹具中的传感器使光束发射装置开启，光束发射装置能直接对抛光工作区域进行光照增稠，使得抛光过程中抛光工作区域黏度更精准适合工件的抛光的同时减少了能耗达到节能目的。
6.如权利要求1或2所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液中的光感物质在紫外光的作用下能迅速大幅度发生结构改变从而实现光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液增稠；光感物质在可见光范围即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫颜色的光作用下结构改变幅度会有所降低，光的频率越低结构改变程度越小；光感物质在红外光作用下能减小光敏物质结构改变；即光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液在紫外光照射下能实现大幅度增稠，在可见光的范围内实现小幅度更精准的黏度调节，在红外光作用下能减小黏度；持续的光照能保证抛光液黏度的稳定。
7.如权利要求6所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述的紫外光波长范围在200nm～280nm；可见光波长范围在350nm～770nm；红外光波长范围在780nm～1000nm。
8.如权利要求1或2所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法，其特征在于，所述的抛光磨粒为金属氧化物、SiO2、金刚石、碳酸钙颗粒、聚苯乙烯颗粒中的一种或至少两种以上的混合物。
9.一种如权利要求1所述的光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光方法实现的装置，其特征在于，所述装置包括工件夹具、抛光工作盘、光束发射装置和光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统包括光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置、光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液循环系统启动装置、光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液净化装置和光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液补充装置，光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置通过传感器与光束发射装置连结，所述工件夹具能根据抛光工件的尺寸大小选择抛光头，所述光-剪切联合诱导增稠效应的光流变抛光液黏度检测装置位于工件夹具上，所述光束发射装置位于工件夹具内且其中有分光镜，所述光束发射装置能发射可见光、紫外光、红外光通过灯带照射抛光加工区域。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114406890B (zh) * 2021-12-20 2023-04-07 浙江工业大学 一种紫外光响应自组装协同介电泳抛光方法和装置
CN114393503B (zh) * 2021-12-20 2023-05-02 浙江工业大学 一种基于紫外光响应自组装系统的射流抛光装置和方法
CN115256062B (zh) * 2022-08-29 2024-10-15 中国计量大学 一种光流变-光化学-空化协同作用的抛光系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4974368A (en) * 1987-03-19 1990-12-04 Canon Kabushiki Kaisha Polishing apparatus
US5931725A (en) * 1996-07-30 1999-08-03 Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Wafer polishing machine
CN1867428A (zh) * 2003-10-10 2006-11-22 圣戈本磨料股份有限公司 由自规避磨粒阵列制造的磨具
CN102355983A (zh) * 2009-01-30 2012-02-15 Pcw控股有限责任公司 用于修复塑料罩和透镜的组合物和方法
CN104308670A (zh) * 2014-08-29 2015-01-28 浙江工业大学 基于非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工方法
CN108907906A (zh) * 2018-08-08 2018-11-30 西安工业大学 一种非牛顿幂律流体作为抛光介质的液浮抛光方法
CN111515874A (zh) * 2020-03-12 2020-08-11 浙江工业大学 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法
CN111716159A (zh) * 2020-06-03 2020-09-29 大连理工大学 一种自由曲面的抛光方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106716604A (zh) * 2014-10-09 2017-05-24 应用材料公司 具有内部通道的化学机械研磨垫

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4974368A (en) * 1987-03-19 1990-12-04 Canon Kabushiki Kaisha Polishing apparatus
US5931725A (en) * 1996-07-30 1999-08-03 Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Wafer polishing machine
CN1867428A (zh) * 2003-10-10 2006-11-22 圣戈本磨料股份有限公司 由自规避磨粒阵列制造的磨具
CN102355983A (zh) * 2009-01-30 2012-02-15 Pcw控股有限责任公司 用于修复塑料罩和透镜的组合物和方法
CN104308670A (zh) * 2014-08-29 2015-01-28 浙江工业大学 基于非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工方法
CN108907906A (zh) * 2018-08-08 2018-11-30 西安工业大学 一种非牛顿幂律流体作为抛光介质的液浮抛光方法
CN111515874A (zh) * 2020-03-12 2020-08-11 浙江工业大学 一种基于剪切膨胀效应的高效超精密抛光方法
CN111716159A (zh) * 2020-06-03 2020-09-29 大连理工大学 一种自由曲面的抛光方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Shear-thickening polishing method;Min Li;《InternationalJournalofMachineTools&Manufacture》;20150428;第99卷;第88-99页 *

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