CN200981169Y

CN200981169Y - 取向加工平面磨床

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Publication number: CN200981169Y
Application number: CNU2006200426113U
Authority: CN
Inventors: 李汶军; 李根法
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2016-06-09

Abstract

本实用新型涉及一种取向加工平面磨床，该设备由平面磨床，安装在平面磨床上的X射线定向装置，方位可调的夹具和晶体固定架组成，其中由X射线管，单色器，计数器，刻度盘和基板组成的X射线测量装置安装在平面磨床立柱的拖板上，晶体固定架固定在方位调节夹具的支架上，方位调节夹具固定在平面磨床的工作台上。本技术具有晶体取向加工精度高，便于操作，工作效率高的优点，并可使操作误差降至最低。

Description

取向加工平面磨床

技术领域

本实用新型涉及晶体的任一晶面的精密取向加工，采用X射线定向仪通过方位调节夹具调整平面磨床的工作平台上被加工晶体的方位，然后在磨床上在位加工该晶面。采用此设备加工晶面消除了晶体定向和加工中的误差，适合于晶面的高精度取向加工。

背景技术

晶体是一类极其重要的固体材料，具有优异的电，光，热，力学特性。特别是近几年来，随着晶体在光电子，信息产业中应用的拓展，对晶片加工精度提出更高要求。晶体加工面的取向是衡量加工质量的重要指标之一。KDP晶体是高功率激光系统中使用最广泛的非线性晶体。采用大口径KDP晶体倍频是目前获得高亮度，短波长激光唯一行之有效的技术途径。通过KDP晶体倍频理论研究表明，KDP晶体的倍频效率与相位匹配角的精确度有很大关系。为了获得高的二次，三次谐波转换效率，要求相位匹配角误差Δθ＝0。此外，作为外延生长基板的晶体材料对晶面角度取向加工精度也有严格要求。如作为碳化硅晶体外延生长的碳化硅基板所要求晶面方向为[0001]向[1120]方向偏离8度，而被用作易质外延生长的基板，如氧化铝和碳酸钡晶体一般也有严格的晶面角度取向加工精度要求。因此确保晶体从毛坯加工成成品中晶面角度取向精度是生产高质量器件和基板的重要环节。现行晶面的角度测试一般采用X射线定向法和劳厄法。劳厄法的缺点是耗时长，精度底。从拍摄到的单晶劳厄照片中分析出晶体取向要经过格氏网和乌氏网测量，绘制极射赤平面投影图，密勒指数尝试等多个环节。通常完全确定一个样品的方位至少需要十个小时，给实验工作带来很大不便。定向法包括定向测角和角度手工矫正，即由X射线定向仪测量晶体几何表面与其内部晶面的夹角，并把测定角度值标在晶棒上，然后在磨床上手工研磨矫正，然后再测量晶面角度，再手工研磨矫正，直到研磨出符合角度精度要求的晶体几何面。晶面角度测试精度和手工矫正精度直接影响晶体几何面加工精度，尤其当晶体硬度很高时，很难通过上述步骤得到高精度晶体几何面。从以上分析可知，传统加工方法工作量大，而且晶棒加工精度低，直接影响产品的成品率和经济效益。因此研制出一台适合高精度加工晶体几何表面的定向和加工一体的设备对晶体研究和规模生产具有重要意义。

发明内容

为了改变目前晶体加工中晶面取向加工精度低的现状，本实用新型提供一种取向加工平面磨床。该取向加工平面磨床结合晶体研磨或切割加工机床和定向仪于一体，不仅能提高晶体的加工精度，而且能大大提高晶体的加工效率，该技术方案为取向加工平面磨床包括平面磨床，其特征是其结构还包括X射线定向装置、方位调节夹具(11)和晶体固定架(10)，其中X射线定向装置安装在平面磨床上，晶体固定架(10)安装在方位调节夹具(11)上，方位调节夹具(11)的底面锁定在平面磨床工作台(12)上。

上述技术方案中所述的晶面取向加工平面磨床，其特征是所述的平面磨床包括卧式和立式磨床，平面磨床的磨头采用卧式砂轮磨头或立式砂轮磨头或飞刀式磨头或切割刀片。

上述技术方案中所述的晶面取向加工平面磨床，其特征是所述的X射线定向装置包括由X射线管(8)、单色器(33)、计数器(4)、顶针(9)、刻度盘(6)和基板(7)组成的光路调节机构和由X射线管高压产生和计数器信号处理的电路机构，其中X射线管(8)、单色器(33)、计数器(4)、刻度盘(6)安装在基板(7)上，基板(7)锁定在磨床立柱(1)的拖板(3)上，拖板(3)与平面磨床的立柱(1)之间通过精密导轨(2)配合，安装在拖板(3)上的X射线定向装置，相对磨床的立柱(1)可作上下和左右移动。X射线定向装置中的角度刻度盘(6)固定在基板(7)上，X射线管(8)、顶针(9)和计数器(4)可绕刻度盘(6)的中心旋转，X射线光管(8)，单色器(33)和计数管(4)的相对角度通过刻度盘(6)调整，由X射线管(8)、单色器(33)和计数器(4)组成的X光衍射面(如图6)与平面磨床的工作台面(12)垂直或平行，如图1，2，3。

上述技术方案中所述的晶面取向加工平面磨床，其特征是所述的方位调节夹具包括两个旋转轴(27)，(30)、基准支架(26)、中间支架(25)、活动支架(22)、两个调节螺钉(31)，(32)和两个锁定螺钉(23)，(28)、调节弹簧(24)，(29)和锁定螺钉(21)，其中中间支架(25)可绕旋转轴(30)旋转，活动支架(22)可绕旋转轴(27)旋转，晶体固定架(10)固定在方位调节夹具(11)的活动支架(22)上，调节螺钉(32)和锁定螺钉(28)与中间支架(25)螺纹配合，并分别顶在活动支架(22)上，调节螺钉(31)和锁定螺钉(23)与基准支架(26)螺纹配合，并分别顶在活动支架(22)上，被加工晶体通过晶体固定架(10)固定在方位调节夹具(11)的活动支架(22)上，如图4，5。

上述技术方案中所述的晶面取向加工平面磨床，其特征是所述的晶体固定架(10)可以采用真空吸盘固定方式或螺钉锁紧固定方式或胶体粘接固定方式固定晶体，晶体固定架(10)通过锁定螺钉(21)固定在方位调节夹具(11)上。晶体方位由调节螺钉31，32调节并由锁定螺钉23，28锁定，此方位调节夹具可以任意调节晶体固定架10与基准支架26底面的相对方位。

上述技术方案中所述的晶面取向加工平面磨床，其特征是所述的方位调节夹具可以采用磁性吸盘或真空吸盘或螺丝锁定方式锁定在磨床工作台(12)上。

采用上述技术方案，本实用新型具有的如下优点：

(1)采用晶面取向加工平面磨床可以大大提高晶体加工精度，与传统的手工加工工艺相比，此工艺消除了由于定向测角和手磨校正产生的人为误差，可使操作误差降至最低。如采用此工艺可使石英晶体的加工精度小于±3′。

(2)采用晶面取向加工平面磨床可以大大提高晶体的加工效率，适用于批量生产，与传统的加工工艺相比，这种工艺操作简单，并不需要定向测角、手磨校正、再测角、再手磨校正等反复加工工艺，适用于批量生产。

(3)采用晶面取向加工平面磨床可以直接通过机磨加工出基准面，不需要手工研磨。

附图说明

图1X射线晶面取向加工平面磨床结构图

图1.X射线晶面取向加工卧式切割磨床的结构图。该设备包括立柱(1)，拖板(3)，计数管(4)，固定板(5)，刻度盘(6)，基板(7)，射线管(8)，顶针(9)，晶体固定架(10)，方位调节夹具(11)，工作平台(12)，晶体(13)，床身(19)。

图2.X射线晶面取向加工卧式磨削磨床的结构图。该设备包括立柱(1)，导轨(2)，拖板(3)，计数管(4)，固定板(5)，刻度盘(6)，基板(7)，射线管(8)，顶针(9)，晶体固定架(10)，方位调节夹具(11)，工作平台(12)，晶体(13)，床身(19)。

图3.X射线晶面取向加工立式磨削磨床的结构图。该设备包括立柱(1)，导轨(2)，拖板(3)，计数管(4)，固定板(5)，刻度盘(6)，基板(7)，射线管(8)，顶针(9)，晶体固定架(10)，方位调节夹具(11)，工作平台(12)，晶体(13)，磨头(14)，主轴电动机(15)，气浮主轴(16)，刀盘(17)，刀座(18)，床身(19)，电机(20)。

图4.平板式方位调节夹具结构图。该夹具包括锁定螺钉(21)，活动支架(22)，固定螺钉1(23)，调节弹簧1(24)，中间支架(25)，基准支架(26)，旋转轴1(27)，固定螺钉2(28)，调节弹簧2(29)，旋转轴2(30)。调节螺钉1(31)，调节螺钉2(32)。

图5.圆柱式方位调节夹具结构图。该夹具包括锁定螺钉(21)，活动支架(22)，固定螺钉1(23)，调节弹簧1(24)，中间支架(25)，基准支架(26)，旋转轴1(27)，固定螺钉2(28)，调节弹簧2(29)，旋转轴2(30)。调节螺钉1(31)，调节螺钉2(32)。

图6.X射线光路图，由计数管(4)，射线管(8)，顶针(9)，晶体固定架(10)，方位调节夹具(11)，工作平台(12)，晶体(13)，单色器(33)，放大器(34)组成。

具体实施方式

实施例1

碳化硅晶锭的(0001)面加工可采用卧式取向切割磨床(如图1)加工。其具体操作过程为根据晶面衍射角度2θ＝35.75°和标准片调整X测量光路相对切割面的位置。方位调节夹具(11)采用如图4结构。把晶体固定在晶体固定架(10)上，调节X射线测量装置相对工作平台(12)的位置使顶针(9)几乎与晶体固定架(10)上的晶体(13)接触。打开X射线阀门，调节方位调节夹具(11)中方向调节螺钉(32)使符合布拉格方程的衍射线，由计数器接收，通过数字/模拟表显示的衍射峰调整至最佳衍射状态，拧紧锁定螺钉(28)。松开方位调节夹具(11)与工作台(12)基准面的锁紧螺钉，调整夹具(11)的放置位置，并锁紧在工作平台(12)基准面上，调节方向调节夹具(11)中的另一对方向调节螺钉(31)使衍射峰也达到最佳衍射状态。然后在磨床中研磨出碳化硅晶锭的(0001)面。本技术具有晶棒加工精度高，便于操作，测量工作效率高的优点，并可使操作误差降至最低。在技术方案上避开了现有X射线定向仪均采用测角和手磨的操作形式。

实施例2

KDP晶体的各晶面加工可采用立式取向磨削磨床(如图3)加工。其具体操作过程为根据晶面衍射角度2θ和标准片调整X测量光路相对工作平台(12)的位置。方位调节夹具(11)采用如图5结构。锁紧工作平台上的方位调节夹具，采用真空吸盘把晶体吸在方位调节夹具(11)上的晶体固定架(10)上，调节X射线测量装置相对方位调节夹具(11)位置使顶针(9)几乎与方位调节夹具(11)上的晶体(13)接触。打开X射线阀门，调节方位调节夹具中方向调节螺钉(32)使符合布拉格方程的衍射线，由计数器接收，通过数字/模拟表显示的衍射峰调整至最佳衍射状态，拧紧锁定螺钉(28)。松开方位调节夹具(11)与工作台(12)基准面的锁紧螺钉，调整方位调节夹具(11)的放置位置，然后再锁紧在工作台(12)基准面上，调节方向调节夹具(11)中的另一对方向调节螺钉(31)使衍射峰也达到最佳衍射状态，拧紧另一对锁定螺钉(23)。然后在磨床中通过飞刀研磨可得到所要求的晶面。本技术具有晶棒定位精度高，便于操作，测量工作效率高的优点，并可使操作误差降至最低。在技术方案上避开了现有X射线定向仪均采用测角和手磨的操作形式。

Claims

1.一种取向加工平面磨床，其结构包括平面磨床，其特征是其结构还包括X射线定向装置、方位调节夹具(11)和晶体固定架(10)，其中X射线定向装置安装在平面磨床上，晶体固定架(10)安装在方位调节夹具(11)上，方位调节夹具(11)的底面锁定在平面磨床工作台(12)上。

2.根据权利要求1所述的取向加工平面磨床，其特征是所述的平面磨床包括卧式和立式磨床，平面磨床的磨头采用卧式砂轮磨头或立式砂轮磨头或飞刀式磨头或切割刀片。

3.根据权利要求1所述的取向加工平面磨床，其特征是所述的X射线定向装置包括由X射线管(8)、单色器(33)、计数器(4)、顶针(9)、刻度盘(6)和基板(7)组成的光路调节机构和由X射线管高压产生和计数器信号处理的电路机构，其中X射线管(8)、单色器(33)、计数器(4)、刻度盘(6)安装在基板(7)上，基板(7)锁定在磨床立柱(1)的拖板(3)上，X射线管(8)、顶针(9)和计数器(4)可绕刻度盘(6)的中心旋转，由X射线管、单色器和计数器组成的X光衍射面与平面磨床的工作台面(12)垂直或平行。

4.根据权利要求1所述的取向加工平面磨床，其特征是所述的方位调节夹具包括两个旋转轴(27)，(30)、基准支架(26)、中间支架(25)、活动支架(22)、两个调节螺钉(31)，(32)和两个锁定螺钉(23)，(28)、调节弹簧(24)，(29)和锁定螺钉(21)，其中中间支架(25)可绕旋转轴(30)旋转，活动支架(22)可绕旋转轴(27)旋转，晶体固定架(10)固定在方位调节夹具(11)的活动支架(22)上，调节螺钉(32)和锁定螺钉(28)与中间支架(25)螺纹配合，并分别顶在活动支架(22)上，调节螺钉(31)和锁定螺钉(23)与基准支架(26)螺纹配合，并分别顶在活动支架(22)上。

5.根据权利要求1所述的取向加工平面磨床，其特征是所述的晶体固定架(10)可以采用真空吸盘固定方式或螺钉锁紧固定方式或胶体粘接固定方式固定晶体，晶体固定架(10)通过锁定螺钉(21)固定在方位调节夹具(11)上。

6.根据权利要求1所述的取向加工平面磨床，其特征是所述的方位调节夹具可以采用磁性吸盘或真空吸盘或螺丝锁定方式锁定在磨床工作台(12)上。