CN1313244C

CN1313244C - 金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法

Info

Publication number: CN1313244C
Application number: CNB2004100503647A
Authority: CN
Inventors: 黄树涛
Original assignee: Shenyang Ligong University
Current assignee: Shenyang Ligong University
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: CN1586815A

Abstract

金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法，该装置包括床身、抛光盘驱动装置、金刚石膜驱动装置、真空抛光室外罩和加热器，抛光盘驱动装置设置在真空抛光室外罩内，并都固定在床身上，金刚石膜驱动装置固定在真空抛光室外罩的上面，加热器设置在上支架的上面，金刚石膜装卡在抛光头上，采用抛光盘与金刚石膜的高速相对运动产生摩擦热和抛光盘底面低温加热相结合的方法，使金刚石膜抛光表面温度迅速达到扩散温度，金刚石膜表面的凸点碳原子向由铁、镍等金属制成的抛光盘扩散磨损，从而达到抛光目的，本发明具有结构简单、抛光质量好、抛光效率高、生产成本低等优点，解决了热铁板抛光方法因抛光加热温度及温度分布梯度过大而造成的抛光盘翘曲变形大，抛光平面度差等问题。

Description

金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法

技术领域

本发明属于超硬材料抛光技术，特别涉及一种金刚石膜高速精密抛光装装置及抛光方法。

背景技术

金刚石膜是由化学气相沉积技术沉积的纯金刚石多晶膜，不仅具有高的硬度和耐磨性，而且具有优良的电绝缘性、导热性、透光性和声学特性，被视为21世纪最有发展前途的新材料，在高新技术领域和国防尖端技术领域都有广泛的应用。由于金刚石膜是多晶膜，气相沉积的金刚石膜表面粗糙、均匀性差，所以在工业应用时必须要经过研磨抛光加工，特别是在高新技术领域应用时，不仅要求金刚石膜具有极小的表面粗糙度，而且要求具有高的平面度。由于金刚石膜硬度极高，传统的机械研磨抛光方法效率极低，而且很难达到技术要求。目前在金刚石膜抛光加工中还存在着很多问题和不足，例如激光束扫描抛光和稀土金属刻蚀抛光效率较高，但抛光表面质量较低；离子束刻蚀加工表面质量较高，但是加工效率低、成本高，难以加工面积较大的金刚石膜；热铁板抛光虽然技术具有抛光表面质量好(Ra可达0.0055μm)、效率高等优点，但是热铁板抛光技术是采用大功率电阻丝加热抛光盘到800～900℃，由于抛光盘温度高热变形大，因此很难保证金刚石膜加工的平面度，而且耗电量大，加工成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有金刚石膜表面抛光时，存在抛光盘加热温度高、上下表面间温度梯度大、抛光盘翘曲变形大、抛光质量差等技术问题，提供一种结构简单、抛光质量好、抛光效率高、生产成本低的金刚石膜高速低温加热精密抛光装置及抛光方法。

本发明的抛光原理是：抛光盘以高转速转动，同时在抛光盘底面对抛光盘进行低温加热，由抛光盘与金刚石膜的高速相对运动而产生的磨擦热和对抛光盘底面低温加热相结合的方法，使金刚石膜抛光表面温度迅速达到热扩散温度，利用金刚石膜表面凸点碳原子在高温下向铁、镍等金属扩散的原理，对金刚石膜表面进行抛光。这种抛光方法不仅抛光效率高，抛光表面粗糙度低，而且由于抛光过程中抛光盘整体温度较低，热变形较小，同时由于在抛光盘底面进行低温加热，抛光盘上下表面间的温度梯度小，抛光盘翘曲变形极小，因此在抛光过程中抛光盘具有较高的平面度，从而保证金刚石膜表面的平面度要求。

本发明的抛光装置包括床身、抛光盘驱动装置、金刚石膜驱动装置、真空抛光室外罩和加热器，真空抛光室外罩上设置有真空接头和冷却管，活性气体进气管和连接支架设置在真空抛光室外罩的上面，连接支架上设置有加热丝，抛光盘驱动装置设置在真空抛光室外罩内，并都分别固定在床身上，所述抛光盘驱动装置包括抛光盘、法兰盘、支承体、抛光主轴、固定盘、调速电机，抛光盘设置在抛光主轴上，抛光主轴通过轴承设置在支承体内，支承体通过法兰盘和固定盘固定在支座内，法兰盘和固定盘分别通过螺钉固定在支座上，上支架设置在支座上，支座通过螺钉固定在床身上，调速电机固定在固定盘上，并通过传动键与抛光主轴连接；加热器设置在上支架与抛光盘之间，金刚石膜驱动装置设置在真空抛光室外罩上面；所述金刚石膜驱动装置包括抛光头、抛光头轴、弹簧、驱动轴和电机，抛光头固定在抛光头轴上，抛光头轴通过套设置在驱动轴内，并通过调整螺钉固定，抛光头轴的上端设置有弹簧，驱动轴通过轴承设置在支承套内，支承套通过上下端盖固定在真空抛光室外罩上，上下端盖分别通过螺钉固定在真空抛光室外罩的上下端面上，电机固定在上端盖上，并通过传动键与驱动轴连接，所述加热器通过螺钉固定在上支架上，所述加热器为电磁加热盘。

本发明的金刚石膜高速精密抛光方法是：金刚石膜装卡在抛光头上，抛光头做逆时针方向旋转，转速为50～300r/min；抛光盘作顺时针方向旋转，转速为3000～6000r/min；抛光盘底面加热器的加热温度为80～150℃；抛光室抽真空，真空度为10^-1Pa；并向真空抛光室外罩内通入活性气体，电加热丝分解活化后产生的活性原子与扩散到抛光盘上面的碳反应形成气态物排除，保证扩散速率；在600～850℃时，金刚石膜表面凸点碳原子向抛光盘扩散与铁、镍等金属发生热化学反应产生扩散磨损，达到抛光的目的；在抛光过程中，由于采用抛光盘与金刚石膜的高速相对运动而产生的磨擦热和抛光盘底面低温加热相结合的方法，使金刚石膜表面温度迅速达到600～850℃的扩散温度，金刚石膜表面的凸点碳原子向由铁、镍等金属制成的抛光盘扩散磨损进行抛光；采用这种抛光方法，抛光盘整体温度低，而且抛光盘上下表面的温度平衡，所以抛光盘变形很小，保证金刚石膜表面的平面度质量，而且抛光效率高。

本发明具有结构简单、抛光质量好、抛光效率高、生产成本低等优点，解决了热铁板抛光方法因抛光加热温度高及温度分布梯度过大而造成的抛光盘翘曲变形大，金刚石膜抛光平面度无法保证和成本高等问题。

附图说明

图1是本发明金刚石膜高精度抛光装置的结构示意图；

图中：1床身、2支座、3真空抛光室外罩、4上支架、5加热器、6抛光盘、7真空接头、8冷却管、9支承套、10金刚石膜、11抛光头、12抛光头轴、13弹簧、14驱动轴、15电机、16活性气体进气管、17连接支架、18加热丝、19法兰盘、20支承体、21抛光主轴、22固定盘、23调速电机、24下端盖、25上端盖。

具体实施方式

如图所示，结合实例进一步说明本发明的结构方案和工作过程。

一种金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法，该抛光装置包括床身1、抛光盘驱动装置、金刚石膜驱动装置、真空抛光室外罩3和加热器5，抛光盘驱动装置设置在真空抛光室外罩3内，并通过螺栓都分别固定在床身1上。真空抛光室外罩3设置在床身1上，金刚石膜驱动装置通过螺栓固定在真空抛光室外罩3的上面，电磁加热器5设置在抛光盘驱动装置的上支架4上；抛光盘驱动装置包括抛光盘6、法兰盘19、支承体20、抛光主轴21、固定盘22、调速电机23，抛光盘6通过压板用螺钉固定在抛光主轴21上，抛光主轴21通过轴承设置在支承体20内，支承体20装在支座2内，并通过法兰盘19和固定盘22固定，法兰盘19和固定盘22通过螺钉分别固定在支座2的上下端面上，调速电机23固定在固定盘22上，通过传动键与抛光主轴21连接。金刚石膜驱动装置包括抛光头11、抛光头轴12、弹簧13、驱动轴14和电机15，抛光头11通过键固定在抛光头轴12上，抛光头轴12通过套装在驱动轴14内，并由调节螺钉固定，抛光头轴12与套之间用键连接，抛光头轴12在套内可以上下滑动，通过调节螺钉可以调节抛光头11与抛光盘6之间的距离。在抛光头轴12上端的套内装有弹簧13，通过压板用固定螺钉固定在抛光轴12上。通过改变弹簧力可以调整金刚石膜10与抛光盘6之间的压力大小。驱动轴14通过轴承设置在支承套9内，支承套9通过上下端盖25和24固定在真空抛光室外罩3的上面，上下端盖25和24通过螺钉分别固定在真空抛光室外罩3的上下端面上。电机15通过螺钉固定在上端盖25上，并通过传动键与驱动轴14连接，其转速为50～300r/min。真空抛光室外罩3上设置有真空接头7和冷却管8，活性气体进气管16和连接支架17固定在真空抛光室外罩3的上面，在连接支架17上设置有加热丝18。由于抛光盘高速旋转，并且对其底面进行低温加热，整体温度低，上下表面间温度梯度小，抛光盘翘曲变形极小，因此使金刚石膜抛光平面度高、质量好。

金刚石膜高速精密抛光的工作过程是：先把金刚石膜10装卡在抛光头11上，抛光头11作逆时针方向旋转，转速为180r/min；抛光盘6作顺时针方向旋转，转速为4500r/min；抛光盘底面加热器的加热温度为95～105℃；通过真空接头7对真空抛光室外罩3内抽真空，真空度为10^-1Pa；通过活性气体进气管16向真空抛光室外罩3内通入活性气体，由电加热丝分解活化后产生的活性原子与扩散到抛光盘上面的碳反应形成气态排除，保证扩散速率；在750～800℃时，金刚石膜表面凸点碳原子向抛光盘扩散与铁、镍等金属发生热化学反应产生扩散磨损，以达到抛光的技术要求。在抛光工作过程中通过冷却管8冷却。

Claims

1、金刚石膜高速精密抛光方法，其特征是，首先将金刚石膜装卡在抛光头上，抛光头做逆时针方向旋转，转速为50～300r/min；抛光盘作顺时针方向旋转，转速为3000～6000r/min；抛光盘底面加热器的加热温度为80～150℃；抛光室抽真空，真空度为10^-1Pa；并向真空抛光室外罩内通入活性气体；在抛光过程中，使金刚石膜表面温度迅速达到600～850℃的扩散温度，金刚石膜表面的凸点碳原子向由铁、镍等金属制成的抛光盘扩散磨损，从而达到抛光目的。

2、金刚石膜高速精密抛光装置，包括床身、抛光盘驱动装置、金刚石膜驱动装置、真空抛光室外罩和加热器，真空抛光室外罩上设置有真空接头和冷却管，还有活性气体进气管和带有加热丝连接支架，抛光盘驱动装置设置在真空抛光室外罩内，并都分别固定在床身上，抛光盘固定在抛光主轴上，抛光主轴通过轴承设置在支承体内，支承体通过法兰盘和固定盘固定在支座内，调速电机装在固定盘上，并与抛光主轴连接；其特征是，加热器设置在上支架与抛光盘之间，金刚石膜驱动装置设置在真空抛光室外罩上面，所述金刚石膜驱动装置包括抛光、抛光头轴、驱动轴和电机，抛光头固定在抛光头轴上，抛光头轴通过套设置在驱动轴内，并通过调整螺钉固定，抛光头轴的上端设置有弹簧，驱动轴通过轴承设置在支承套内，支承套通过上下端盖固定在真空抛光室外罩上，上下端盖分别通过螺钉固定在真空抛光室外罩的上下端面上，电机固定在上端盖上，并通过传动键与驱动轴连接。

3、如权利要求2所述的金刚石膜高速精密抛光装置，其特征是，所述加热器通过螺钉固定在上支架上。

4、如权利要求2所述的金刚石膜高速精密抛光装置，其特征是：所述加热器为电磁加热盘。