CN115741446A - 石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法。石英零件细小内孔剪切增稠抛光液为具有剪切增稠效应的非牛顿流体抛光液，该抛光液为含有直径在0.1‑3μm的氧化铝和/或氧化铈磨粒的剪切增稠抛光液。抛光装置包括抛光搅拌盘、抛光池、零件工作台和升降工作台。本发明剪切增稠抛光液具有绿色环保、无毒无害、成本低、容易制备的优点。

Description

石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法

技术领域

本发明涉及精密/超精密加工技术领域，具体而言，尤其涉及一种石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法。

背景技术

一直以来，科学技术都是推动世界经济增长的关键因素，近年来随着科学技术的不断创新提高，市场所面临的竞争也更加剧烈。尤其是产品设计研发的速度和产品的最终性能越来越受到社会的关注，更快的将产品完成设计研发并投入市场往往能够先一步占领先机。在航空航天、生物、天文、机械零部件等领域，越来越多的关键部件采用复杂曲面设计或者是多孔深内壁结构，以此来获得更好的性能并减少加工环节压缩制造时间，随之带来的就是复杂曲面的后处理问题，尤其是具有内孔结构的复杂曲面石英零部件，其抛光后处理环节一直是一个耗时且废品率极高的环节。传统的化学机械抛光多针对平面，将抛光垫粘于转盘上，将待抛光零件粘至抛光盘底部并在上方加压，实现化学机械抛光，这种抛光方式明显不适用于复杂曲面零件，尤其是具有一定孔结构的复杂曲面零件。而非牛顿流体抛光基于自身的剪切增稠的特性，在一定的工件相对位置时，能够不限制于待抛光零件的表面形状而贴合在零件表面实现抛光，成为了一种重要的复杂曲面零件化学机械抛光方法。

湖南大学的李敏等提出一种基于非牛顿幂律流体剪切增稠效应的新型抛光方法—剪切增稠抛光。抛光过程中，抛光液与零件形成相对运动，当抛光液与零件间的剪切应变率超过临界值时，加工区域抛光液黏度急剧上升，并形成贴合零件表面的“柔性固着磨具”。加工区域固相颗粒形成粒子簇，将磨粒包裹在其中，并对其施加作用力，使其对零件表面进行微切削。专利CN105033833公开了一种基于非牛顿流体剪切增稠机理的孔内壁抛光方法，包括抛光池、抛光液循环系统、抛光工具和零件夹具。零件的自转以及抛光工具匀速上下移动可以保证孔内壁抛光后具有良好的形状精度。抛光液循环系统的设置可以使工作中发热、增稠的拋光液尽快恢复常温流体状态，并通过泵的作用，使其重新输入到抛光池进行循环抛光使用，从而可以实现对零件孔内壁持续高效高质量抛光。然而，这些研究和方法仍具有体积大、环节多、设备强度要求高、外部动力源多等缺点。

针对传统的非牛顿流体抛光方法的不足之处，本发明在从结构上对非牛顿流体剪切增稠机理的孔内壁抛光装置进行进了一步的精简和创造，从方法上基于非牛顿流体的爬杆效应(Weissenberg效应)设计了“螺杆+待抛光零件”的抛光组合，实现抛光液由被动撞击抛光到主动吸取的覆盖被加工零件全身各个孔洞缝隙的抛光的转变，实现了新式非牛顿流体抛光液的“自吸”爬杆式化学机械抛光。

发明内容

根据上述提出的传统的非牛顿流体抛光方法具有体积大、环节多、设备强度要求高、外部动力源多等缺点的技术问题，而提供一种石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法。本发明含有氧化铝或氧化铈磨粒的剪切增稠抛光液具有绿色环保、无毒无害、成本低、容易制备的优点，抛光液基于非牛顿流体的剪切增稠原理，结合化学机械抛光液，利用非牛顿流体的剪切增稠特性取代原化学机械抛光中的机械压力作用，抛光过程中非牛顿流体抛光液会在石英零部件内孔道及表面形成一个贴合包裹曲面的柔性的抛光区，利用抛光液中所添加的氧化铝或氧化铈磨粒和非牛顿流体剪切增稠的作用力以及抛光液的化学作用对石英零部件的细小内孔进行抛光。

本发明采用的技术手段如下：

一种石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，为具有剪切增稠效应的非牛顿流体抛光液，该抛光液为含有直径在0.1-3μm的氧化铝和/或氧化铈磨粒的剪切增稠抛光液。

进一步地，所述抛光液按质量分数100％计，包括组分和质量分数如下：

10-15wt％磨粒、1-2wt％表面活性剂、0.5-1.2wt％分散剂、1-3wt％六方氮化硼、18-25wt％多羟基聚合物、1-3wt％pH调节剂，其余为去离子水，调节抛光液pH值至9-11。

进一步地，所述磨粒为氧化铝或氧化铈磨粒中的一种或两种以上混合，粒径大小为3μm、1μm、300nm或100nm，用于在抛光过程中通过对零件接触表面进行微切削、滚压作用，实现表面材料的去除。

进一步地，所述表面活性剂为山梨醇、乙二胺四乙酸、十四烷酸中的一种或两种以上混合，单独使用或结合分散剂共同使用，用于改善抛光液的分散稳定性。

进一步地，所述分散剂为六偏磷酸钠，用于将阴离子吸附在粒子表面，粒子间带同电而相互排斥，从而使得抛光液整体分散，不易沉降。

进一步地，所述多羟基聚合物为玉米淀粉，采用玉米淀粉制成的非牛顿流体为剪切增稠型。

进一步地，所述pH调节剂为碳酸胍或偏硅酸钠中的一种，用于形成碱性抛光环境。

本发明还提供了一种使用上述石英零件细小内孔剪切增稠抛光液的抛光装置，包括：抛光搅拌盘、抛光池、零件工作台和升降工作台，所述抛光池内部具有容纳腔室，用于容纳配制的抛光液；抛光搅拌盘安装在抛光池的底部，由电机驱动旋转，用于搅拌抛光液；所述升降工作台包括工作台基座以及安装在工作台基座上的升降导轨；所述零件工作台包括零件支撑台、零件旋转电机和自吸螺杆，待加工零件通过夹具安装在自吸螺杆上，零件旋转电机安装在零件支撑台上，零件旋转电机的电机轴与自吸螺杆连接，用于驱动自吸螺杆带着待加工零件进行旋转，零件支撑台滑动连接在升降导轨上并在升降导轨上进行往复移动，实现待加工零件的移动；工作时，待加工零件浸没至抛光液中，待加工零件和抛光搅拌盘的旋转方向相反。

本发明还提供了一种应用上述抛光装置的抛光方法，用于实现石英零件较大直径简单流道内孔的抛光，包括如下步骤：

S1、在抛光池中配制上述抛光液；

S11、向抛光池中加入一定量的去离子水，添加18-25wt％的多羟基聚合物，并启动抛光池搅拌底座至低速模式开始搅拌，使得抛光池内的流体处于流动状态；

S12、将0.1-3μm、10-15wt％的磨粒、1-3wt％的六方氮化硼、1-2wt％的表面活性剂加入适量的去离子水中，置于超声水浴池中静置超声20-25min，使各成分充分混合分散；

S13、将步骤S12中的混合液体加入抛光池中，添加1-3wt％的pH调节剂，再添加适量去离子水至抛光池中，抛光液pH值调节为9-11；

S2、将非牛顿流体抛光液按规定配方配制好加入抛光池中，并持续开启位于抛光池底部的搅拌底座2-3min后，将抛光池搅拌底座速度调大，使得抛光池靠近外圈部分的流体具有一定的流动速度；

S3、将零件支撑台上升到上限位，将待加工的石英零件装夹在待加工零件的位置上，并启动位于零件支撑台上的零件旋转电机，使得零件进行顺时针旋转；

S4、随后通过升降导轨调整零件支撑台至合适的位置，使得自吸螺杆完全插入搅拌充分的非牛顿流体抛光液中，使得零件浸没至抛光液中，随着抛光池搅拌底座和自吸螺杆的反向旋转，插入其中的自吸螺杆旋转时，含有非牛顿流体的抛光液没有因为惯性作用而甩向容器壁附近，反而因为受剪切作用产生的非牛顿效应而环绕在棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象，非牛顿流体抛光液携带包裹着六方氮化硼和氧化铝磨粒浸入任何流体可到达的地方而不被甩开，实现非牛顿流体抛光液的上升包裹，最终在零件表面形成一层带有磨粒和化学组分的非牛顿流体抛光液，实现抛光去除。

本发明还提供了一种应用上述抛光装置的抛光方法，用于实现石英零件细小直径复杂流道内孔的抛光，包括如下步骤：

S10、在抛光池中配制上述抛光液；

S10.1、向抛光池中加入一定量的去离子水，添加18-25wt％的多羟基聚合物，并启动抛光池搅拌底座至低速模式开始搅拌，使得抛光池内的流体处于流动状态；

S10.2、将0.1-3μm、10-15wt％的磨粒、1-3wt％的六方氮化硼、0.5-1.2wt％的分散剂、1-2wt％的表面活性剂加入适量的去离子水中，置于超声水浴池中静置超声20-25min，使各成分充分混合分散；

S10.3、将步骤S10.2中的混合液体加入抛光池中，添加1-3wt％的pH调节剂，再添加适量去离子水至抛光池中，抛光液pH值调节为9-11；

S20、将非牛顿流体抛光液按规定配方配制好加入抛光池中，并持续开启位于抛光池底部的搅拌底座2-3min后，将抛光池搅拌底座的速度调大，使得抛光池靠近外圈部分的流体具有足够的流动速度；

S30、将零件支撑台上升到上限位，将待加工的石英零件装夹在待加工零件的位置上，并启动位于零件支撑台上的零件旋转电机，使得零件进行顺时针旋转；

S40、随后通过升降导轨调整零件支撑台至合适的位置，使得自吸螺杆完全插入搅拌充分的非牛顿流体抛光液中，使得零件浸没至抛光液中，随着抛光池搅拌底座和自吸螺杆的反向旋转，含有非牛顿流体的抛光液以杆为中心并突起包裹整个零件；

S50、调整零件旋转电机的速度，使得液体充分到达各个结构处；

S60、之后对石英零件细小内孔复杂结构进行抛光去除。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法，抛光液基于非牛顿流体的剪切增稠原理，结合化学机械抛光液，利用非牛顿流体的剪切增稠特性取代原化学机械抛光中的机械压力作用，抛光过程中非牛顿流体抛光液会在石英零部件内孔道及表面形成一个贴合包裹曲面的柔性的抛光区，利用抛光液中所添加的氧化铝或氧化铈磨粒和非牛顿流体剪切增稠的作用力以及抛光液的化学作用对石英零部件的细小内孔进行抛光。

2、本发明提供的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法，含有氧化铝或氧化铈磨粒的剪切增稠抛光液具有绿色环保、无毒无害、成本低、容易制备的优点。

3、本发明提供的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法，利用所配制的抛光液的剪切增稠特性使得含有磨粒和化学成分的抛光液形成具有一定强度的“柔性抛光工具”对零件的细小内控和表面进行抛光。当处于旋转状态的杆插入牛顿流体中时，流体将会由于离心力的作用，形成一个以杆为中心凹形的液面，而对于本发明所述的非牛顿流体抛光液，流体会由于杆的旋转产生的剪切力激活其剪切增稠特性，受扰动流体区域形成朝向杆的压力，形成以杆为中心的凸形液面并沿杆向上爬直至形成一个完全包裹零件的“抛光膜”将零件的内外表面任何流体可以到达的地方包裹或填满。形成包裹零件的凸形“抛光膜”后，随着零件的继续旋转，非牛顿流体抛光液在剪切作用下包裹着硬质磨粒氧化铝或氧化铈对零件进行机械抛光，在此之前由于零件早已完全浸没处于抛光液中，因此石英零件处于化学作用和机械作用的耦合作用下，至此便实现了石英零件的化学机械抛光。

4、本发明提供的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光装置和抛光方法，在非牛顿流体抛光液对石英零件加工的过程中，由于抛光液的流动性，氧化铝或氧化铈磨粒和六方氮化硼在抛光液带动下对零件表面进行微切削和受非牛顿流体剪切增稠作用下滚压零件，实现零件表面的去除，因此在零件表面及细小内孔结构处形成“带有氧化铝或氧化铈磨粒的柔性抛光头”实现对石英零部件的抛光。

综上，应用本发明的技术方案能够解决传统的非牛顿流体抛光方法具有体积大、环节多、设备强度要求高、外部动力源多等缺点的问题。

基于上述理由本发明可在精细抛光等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光方法的装置示意图。

图2为本发明某种细小内孔复杂结构石英零件的抛光装置示意图。

图3为本发明抛光方法的抛光过程示意图。

图中：1、工作台基座；2、升降导轨；3、零件旋转电机；4、零件支撑台；5、抛光池；6、搅拌底座；7、自吸螺杆；8、待抛光零件Ⅰ；9、待抛光零件Ⅱ；10、磨粒；11、抛光液。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种石英零件细小内孔剪切增稠抛光液及抛光方法，属于精细抛光领域。

本发明提出的含有氧化铝或氧化铈磨粒的剪切增稠抛光液具有绿色环保、无毒无害、成本低、容易制备的优点，抛光液基于非牛顿流体的剪切增稠原理，结合化学机械抛光液，利用非牛顿流体的剪切增稠特性取代原化学机械抛光中的机械压力作用，抛光过程中非牛顿流体抛光液会在石英零部件内孔道及表面形成一个贴合包裹曲面的柔性的抛光区，利用抛光液中所添加的氧化铝或氧化铈磨粒和非牛顿流体剪切增稠的作用力以及抛光液的化学作用对石英零部件的细小内孔进行抛光。

抛光液所具有的剪切增稠特性是本发明抛光方法的原理基础，抛光液中硬质磨粒的种类尺寸大小和浓度大小，以及非牛顿相的浓度大小是影响抛光后零件表面效果和去除率的决定性因素，表面活性剂、缓蚀剂等对抛光结果也有着重要的影响。因此，抛光液的组分及相应比例是本发明的核心内容之一，对抛光效果有着先决作用，下面介绍本发明的抛光液组分及比重。

本发明所配抛光液以抛光液整体质量分数100％计，所含组分及比重如下：10-15wt％磨粒、1-2wt％表面活性剂、0.5-1.2wt％分散剂、1-3wt％六方氮化硼、18-25wt％多羟基聚合物、1-3wt％pH调节剂，其余为去离子水，调节抛光液pH值至9-11。具体细节如下：

所述磨粒为粒径大小分别为3μm、1μm、300nm、100nm的氧化铝或氧化铈磨粒中一种或两种以上混合，其作用为在抛光过程中通过对零件接触表面进行微切削、滚压作用，实现表面材料的去除。

所述表面活性剂为山梨醇、乙二胺四乙酸或十四烷酸中的一种或两种以上混合，其作用为单独使用或结合分散剂共同使用，改善抛光液的分散稳定性。

所述分散剂为六偏磷酸钠，采用六偏磷酸钠作分散剂，将阴离子吸附在粒子表面，粒子间带同电而相互排斥，从而使得抛光液整体分散，不易沉降。

所述六方氮化硼的作用为实现液体超滑，提高抛光表面质量，同时也与氧化铝一起发挥磨粒作用，为本发明特定成分。

所述多羟基聚合物为玉米淀粉，采用玉米淀粉制成的非牛顿流体为剪切增稠型，为本发明的特定类型。

所述pH调节剂为碳酸胍或偏硅酸钠中的一种，采用碱性抛光环境有利于化学作用的进行且腐蚀性弱，不易对石英零件表面形成腐蚀坑。

本发明提出的基于非牛顿流体剪切增稠效应针对石英零件微小内孔的抛光方法。主要是利用所配制的抛光液的剪切增稠特性使得含有磨粒和化学成分的抛光液形成具有一定强度的“柔性抛光工具”对零件的细小内控和表面进行抛光。当处于旋转状态的杆插入牛顿流体中时，流体将会由于离心力的作用，形成一个以杆为中心凹形的液面，而对于类似本发明所述的非牛顿流体抛光液，流体会由于杆的旋转产生的剪切力激活其剪切增稠特性，受扰动流体区域形成朝向杆的压力，形成以杆为中心的凸形液面并沿杆向上爬直至形成一个完全包裹零件的“抛光膜”将零件的内外表面任何流体可以到达的地方包裹或填满。形成包裹零件的凸形“抛光膜”后，随着零件的继续旋转，非牛顿流体抛光液在剪切作用下包裹着硬质磨粒氧化铝或氧化铈对零件进行机械抛光，在此之前由于零件早已完全浸没处于抛光液中，因此石英零件处于化学作用和机械作用的耦合作用下，至此便实现了石英零件的化学机械抛光。

本发明抛光装置主要包括：抛光搅拌盘(搅拌底座6)、圆形抛光池5、自吸螺杆7、零件工作台、升降工作台。抛光池内部具有容纳腔室，用于容纳配制的抛光液11；抛光搅拌盘安装在抛光池的底部，由电机驱动旋转，用于搅拌抛光液；所述升降工作台包括工作台基座1以及安装在工作台基座上的升降导轨2；所述零件工作台包括零件支撑台4、零件旋转电机3和自吸螺杆，待加工零件通过夹具安装在自吸螺杆上，零件旋转电机安装在零件支撑台上，零件旋转电机的电机轴与自吸螺杆连接，用于驱动自吸螺杆带着待加工零件进行旋转，零件支撑台滑动连接在升降导轨上并在升降导轨上进行往复移动，实现待加工零件的移动；工作时，移动待加工零件浸没至抛光液中，待加工零件和抛光搅拌盘的旋转方向相反。

所述抛光池为圆形抛光池，抛光液位于圆形抛光池中，为具有剪切增稠效应的非牛顿流体抛光液，并添加了直径在0.1-3μm的氧化铝或氧化铈磨粒。

本发明方法的技术方案为：将待加工的石英零件安装在零件夹具上，零件夹具位于抛光池上方，由电机驱动做匀速旋转，由于非牛顿流体的性能受浓度影响特别大，非牛顿相的浓度是影响零件抛光效果的关键因素，因此零件由夹具夹持需要下伸到较深的部位，即距离底部2-8mm处。电机驱动零件旋转，零件穿过或装夹合适的连接工具连接在自吸螺杆上，由于旋转作用产生剪切力使得非牛顿流体抛光液产生向上的运动趋势，并随着零件的不断旋转逐渐沿着零件的内外表面将零件包裹，使零件完全浸没于非牛顿流体的抛光液中，此时在零件的表面形成一层完全贴合的具有一定延时效应的抛光膜。零件匀速旋转，非牛顿流体抛光液受剪切作用向上运动并包裹在零件表面，被带动旋转，由于二者的接触，抛光液速度始终稍慢于处于主动旋转状态的零件的速度，同时非牛顿流体抛光液受剪切作用不断挤入石英零件的内孔复杂流道并挤出，二者之间实现速度差，抛光效果由此产生。抛光液经流石英零件表面和内孔后受重力作用又回归抛光池中，在抛光池底部的抛光池旋转底座的带动下，继续混合搅拌形成具有一定非牛顿性的抛光液，再又重新被压入杆中心区域进行循环，抛光流程由此运行。

所述抛光搅拌盘位于抛光池底部，其搅拌器叶片为中间高两侧低的设计，保证抛光液合理分布在外侧线速度高的地方，有利于零件抛光，搅拌抛光液保证其非牛顿流体的特性，抛光搅拌盘保持一定的速度匀速搅拌可以防止非牛顿相和磨粒的沉积影响抛光液性能变化，可以获得较好的一致性。抛光液在抛光池中旋转并被赋予能量，当零件进行旋转时，抛光液与零件之间发生相对运动，抛光液受到剪切相互作用，剪切力一旦形成，按照上述爬杆原理，在石英零件的表面和细小内孔处形成抛光作用区，随着抛光液池的不断搅拌和零件旋转，含磨粒的带式柔性抛光头不断对零件表面和内孔进行抛光去除。

抛光搅拌盘由电机驱动做逆时针旋转，零件夹具由电机驱动做顺时针旋转。

在非牛顿流体抛光液对石英零件加工的过程中，由于抛光液的流动性，氧化铝或氧化铈磨粒和六方氮化硼在抛光液带动下对零件表面进行微切削和受非牛顿流体剪切增稠作用下滚压零件，实现零件表面的去除，因此在零件表面及细小内孔结构处形成“带有氧化铝或氧化铈磨粒的柔性抛光头”实现对石英零部件的抛光。

实施例1

较大直径简单流道内孔(图1)：

1.向抛光池5中加入一定量的去离子水，添加25wt％的淀粉，并启动抛光池搅拌底座至低速模式开始搅拌，使得抛光池内的流体处于流动状态；

2.将10wt％、3μm的氧化铝磨粒、1wt％的六方氮化硼、1.5wt％的山梨醇加入适量的去离子水中，置于超声水浴池中静置超声20-25min，使其各个成分充分混合分散；

3.将步骤2中的混合液体加入抛光池5中，添加1.5wt％的碳酸胍，再添加适量去离子水至抛光池5中，抛光液pH值调节为10.5；

4.将非牛顿流体抛光液按规定配方配制好加入抛光池5中，并持续开启位于抛光池底部的搅拌底座6至2-3min后，将抛光池搅拌底座6速度稍调大，使得抛光池5靠近外圈部分的流体具有一定的流动速度；

5.将零件支撑台4上升到上限位，将待加工的石英零件装夹在待加工零件(待抛光零件Ⅰ8)的位置上，并启动位于零件支撑台4上的零件旋转电机3，使得零件进行顺时针旋转；

6.随后通过升降导轨2调整零件支撑台4至合适的位置，使得自吸螺杆7完全插入搅拌充分的非牛顿流体抛光液11中，使得待加工零件浸没至抛光液中，随着抛光池搅拌底座和自吸螺杆的反向旋转，插入其中的自吸螺杆旋转时，含有非牛顿流体的抛光液没有因为惯性作用而甩向容器壁附近，反而因为受剪切作用产生的非牛顿效应而环绕在棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象，非牛顿流体抛光液携带包裹着六方氮化硼和氧化铝磨粒10浸入任何流体可到达的地方而不被甩开，实现非牛顿流体抛光液的上升包裹(如图3所示)，最终在零件表面形成一层带有磨粒和化学组分的非牛顿流体抛光液，实现抛光去除。

实施例2

细小直径复杂流道内孔(图2)：

1.向抛光池5中加入一定量的去离子水，添加20wt％的淀粉，并启动抛光池搅拌底座至低速模式开始搅拌，使得抛光池内的流体处于流动状态；

2.将15wt％、300nm的氧化铈磨粒、1.2wt％的六方氮化硼、1wt％的六偏磷酸钠、1wt％山梨醇加入适量的去离子水中，置于超声水浴池中静置超声20-25min，使其各个成分充分混合分散，相对于实施例1，本实施例针对细小直径的复杂流道进行针对性配比，降低磨粒粒径大小，提高磨粒浓度，共同添加分散剂和表面活性剂，同时适当降低非牛顿相的浓度使得抛光液更容易进入和通过细小直径的复杂流道；

3.将步骤2中的混合液体加入抛光池5中，添加1wt％的偏硅酸钠，再添加适量去离子水至抛光池5中的抛光液pH值为10；

4.将非牛顿流体抛光液按规定配方配制好加入抛光池5中，并持续开启位于抛光池底部的搅拌底座6至2-3min后，将抛光池搅拌底座6的速度稍调大，使得抛光池5靠近外圈部分的流体具有足够的流动速度；

5.将零件支撑台4上升到上限位，将待加工的石英零件装夹在待加工零件(待抛光零件Ⅱ9)的位置上，并启动位于零件支撑台4上的零件旋转电机3，使得零件进行顺时针旋转；

6.随后通过升降导轨2调整零件支撑台4至合适的位置，使得自吸螺杆7完全插入搅拌充分的非牛顿流体抛光液中，使得待加工零件浸没至抛光液中，随着抛光池搅拌底座和自吸螺杆的反向旋转，含有非牛顿流体的抛光液以杆为中心并突起包裹整个零件；

7.调整零件旋转电机的速度，相对于实施例1，本实施例由于针对细小直径复杂流道，需要适当提升零件旋转电机的速度，使得液体充分到达各个结构处。比较显著的特征是有非牛顿流体抛光液从零件孔道或零件和自吸螺杆的连接处稳定挤出。

8.随后同实施例1一样，实现对石英零件细小内孔复杂结构的抛光去除。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，为具有剪切增稠效应的非牛顿流体抛光液，该抛光液为含有直径在0.1-3μm的氧化铝和/或氧化铈磨粒的剪切增稠抛光液。

2.根据权利要求1所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，所述抛光液按质量分数100％计，包括组分和质量分数如下：

10-15wt％磨粒、1-2wt％表面活性剂、0.5-1.2wt％分散剂、1-3wt％六方氮化硼、18-25wt％多羟基聚合物、1-3wt％pH调节剂，其余为去离子水，调节抛光液pH值至9-11。

3.根据权利要求2所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，所述磨粒为氧化铝或氧化铈磨粒中的一种或两种以上混合，粒径大小为3μm、1μm、300nm或100nm，用于在抛光过程中通过对零件接触表面进行微切削、滚压作用，实现表面材料的去除。

4.根据权利要求2所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，所述表面活性剂为山梨醇、乙二胺四乙酸、十四烷酸中的一种或两种以上混合，单独使用或结合分散剂共同使用，用于改善抛光液的分散稳定性。

5.根据权利要求2所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠，用于将阴离子吸附在粒子表面，粒子间带同电而相互排斥，从而使得抛光液整体分散，不易沉降。

6.根据权利要求2所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，所述多羟基聚合物为玉米淀粉，采用玉米淀粉制成的非牛顿流体为剪切增稠型。

7.根据权利要求2所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液，其特征在于，所述pH调节剂为碳酸胍或偏硅酸钠中的一种，用于形成碱性抛光环境。

8.一种使用权利要求1-7任意一项权利要求所述的石英零件细小内孔剪切增稠抛光液的抛光装置，其特征在于，包括：抛光搅拌盘、抛光池、零件工作台和升降工作台，所述抛光池内部具有容纳腔室，用于容纳配制的抛光液；抛光搅拌盘安装在抛光池的底部，由电机驱动旋转，用于搅拌抛光液；所述升降工作台包括工作台基座以及安装在工作台基座上的升降导轨；所述零件工作台包括零件支撑台、零件旋转电机和自吸螺杆，待加工零件通过夹具安装在自吸螺杆上，零件旋转电机安装在零件支撑台上，零件旋转电机的电机轴与自吸螺杆连接，用于驱动自吸螺杆带着待加工零件进行旋转，零件支撑台滑动连接在升降导轨上并在升降导轨上进行往复移动，实现待加工零件的移动；工作时，待加工零件浸没至抛光液中，待加工零件和抛光搅拌盘的旋转方向相反。

9.一种应用权利要求8所述的抛光装置的抛光方法，用于实现石英零件较大直径简单流道内孔的抛光，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在抛光池中配制权利要求1至7任一项所述的抛光液；

S11、向抛光池中加入一定量的去离子水，添加18-25wt％的多羟基聚合物，并启动抛光池搅拌底座至低速模式开始搅拌，使得抛光池内的流体处于流动状态；

S12、将0.1-3μm、10-15wt％的磨粒、1-3wt％的六方氮化硼、1-2wt％的表面活性剂加入适量的去离子水中，置于超声水浴池中静置超声20-25min，使各成分充分混合分散；

S13、将步骤S12中的混合液体加入抛光池中，添加1-3wt％的pH调节剂，再添加适量去离子水至抛光池中，抛光液pH值调节为9-11；

S2、将非牛顿流体抛光液按规定配方配制好加入抛光池中，并持续开启位于抛光池底部的搅拌底座2-3min后，将抛光池搅拌底座速度调大，使得抛光池靠近外圈部分的流体具有一定的流动速度；

S3、将零件支撑台上升到上限位，将待加工的石英零件装夹在待加工零件的位置上，并启动位于零件支撑台上的零件旋转电机，使得零件进行顺时针旋转；

S4、之后通过升降导轨调整零件支撑台至合适的位置，使得自吸螺杆完全插入搅拌充分的非牛顿流体抛光液中，使得零件浸没至抛光液中，随着抛光池搅拌底座和自吸螺杆的反向旋转，插入其中的自吸螺杆旋转时，含有非牛顿流体的抛光液没有因为惯性作用而甩向容器壁附近，反而因为受剪切作用产生的非牛顿效应而环绕在棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象，非牛顿流体抛光液携带包裹着六方氮化硼和氧化铝磨粒浸入任何流体可到达的地方而不被甩开，实现非牛顿流体抛光液的上升包裹，最终在零件表面形成一层带有磨粒和化学组分的非牛顿流体抛光液，实现抛光去除。

10.一种应用权利要求8所述的抛光装置的抛光方法，用于实现石英零件细小直径复杂流道内孔的抛光，其特征在于，包括如下步骤：

S10、在抛光池中配制权利要求1至7任一项所述的抛光液；

S10.1、向抛光池中加入一定量的去离子水，添加18-25wt％的多羟基聚合物，并启动抛光池搅拌底座至低速模式开始搅拌，使得抛光池内的流体处于流动状态；

S10.2、将0.1-3μm、10-15wt％的磨粒、1-3wt％的六方氮化硼、0.5-1.2wt％的分散剂、1-2wt％的表面活性剂加入适量的去离子水中，置于超声水浴池中静置超声20-25min，使各成分充分混合分散；

S10.3、将步骤S10.2中的混合液体加入抛光池中，添加1-3wt％的pH调节剂，再添加适量去离子水至抛光池中，抛光液pH值调节为9-11；

S20、将非牛顿流体抛光液按规定配方配制好加入抛光池中，并持续开启位于抛光池底部的搅拌底座2-3min后，将抛光池搅拌底座的速度调大，使得抛光池靠近外圈部分的流体具有足够的流动速度；

S30、将零件支撑台上升到上限位，将待加工的石英零件装夹在待加工零件的位置上，并启动位于零件支撑台上的零件旋转电机，使得零件进行顺时针旋转；

S40、之后通过升降导轨调整零件支撑台至合适的位置，使得自吸螺杆完全插入搅拌充分的非牛顿流体抛光液中，使得零件浸没至抛光液中，随着抛光池搅拌底座和自吸螺杆的反向旋转，含有非牛顿流体的抛光液以杆为中心并突起包裹整个零件；

S50、调整零件旋转电机的速度，使得液体充分到达各个结构处；

S60、之后对石英零件细小内孔复杂结构进行抛光去除。

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