专利名称：二维流体振动超光滑表面抛光设备及其抛光方法
技术领域：
本发明涉及超光滑表面抛光设备及其抛光方法，特别涉及二维流体振动超光滑表面抛光设备及其抛光方法。
背景技术：
目前的超光滑表面制备技术多为有磨料抛光，采用固体或粘弹性体作为抛光盘或磨料载体，由于磨料的细化程度有限，很难使抛光精度稳定地达到埃级以上，而且采用这些方法进行抛光时，为了提高加工精度，工件与抛光盘间往往并不直接接触，并且要求抛光盘具有很高的精度，因此提高了抛光过程的控制难度，使废品率和加工成本增高。本发明在抛光过程中可以分为两级抛光。在一级抛光时，抛光液中可适当地加入精细磨料和化学物质，以提高抛光效率，而在进行二级抛光时则采用纯流体作为抛光液，由流体分子的冲击和摩擦化学作用共同完成材料的去除，由于流体分子直径约为埃级，因此可使抛光精度达到埃级甚至原子级。
发明内容
本发明将提供一种超光滑表面抛光设备及其抛光方法，使抛光精度稳定地达到埃级甚至原子级，并将显著地降低加工成本。
本发明的二维流体振动超光滑表面抛光设备，由旋转驱动机构、角度调整机构、行星轮机构、超声波发生装置、水平方向振动发生器、抛光槽、工件装夹机构、抛光液循环装置构成；上述抛光槽在水平方向振动发生器作用下可以在水平方向上来回往复振动；上述抛光设备使用流体作为抛光工具，通过超声波发生装置使流体产生垂直方向的超声振动，与水平方向振动发生器所产生的水平振动构成二维流体振动。
所述的旋转驱动机构由电机、减速器和传动轴构成。
所述的角度调整机构由升降机构和支承板构成。
所述的行星轮机构由固定轮、行星轮和系杆构成。
所述的超声波发生装置由超声电源和浸入式超声波换能器构成。
本发明抛光设备的抛光方法是抛光过程分为两级抛光，在一级抛光时，抛光液中适当地加入精细磨料和化学物质；在进行二级抛光时则采用纯流体作为抛光液，由流体分子的冲击和摩擦化学作用共同完成材料的去除。
上述精细磨料是纳米金刚石粉、SiO2纳米粉、Al2O3纳米粉、TiO2纳米粉、SiC纳米粉、Si3O4纳米粉、氧化铁纳米粉。
上述精细磨料是金刚石粉和SiO2纳米粉、TiO2纳米粉和Al2O3纳米粉、TiO2纳米粉和SiC纳米粉、氧化铁纳米粉和Al2O3纳米粉的混合粉末。
上述化学物质是氢氧化物、络合物、表面活性剂、酸、碱。
上述纯流体是水、甘油、环乙烷、乙醇、四氯化碳、煤油、茴香甘油酯及水和乙醇、水和甘油、乙醇和茴香甘油酯、甘油和环乙烷的混合溶液。
本发明采用流体作为抛光工具，并附加二维高频振动以施加抛光作用力。由于流体分子直径约为埃级，因此可使抛光精度达到埃级甚至原子级。同时，由于流体没有固定的形状，因此能始终与工件保持完全的均匀接触，极大地降低了控制难度。二维高频振动能在抛光液内形成稳定的振场，使流体分子或磨料能以一定的速度冲击工件表面，提供抛光作用力。同时，这种振动也能降低工件表层原子的原子结合能，使材料更容易去除。另外高频振动也能对工件表面进行清洗，避免工件表面污染，并有助于一级抛光时磨料在抛光液内的均匀混合。在进行抛光时，工件平面与水平振动方向间形成一个小倾角(角度通过升降机构调整)，可以产生一定的动压，提高抛光效率。
本发明的有益效果是，可以低成本地实现平面的超光滑抛光。
图1为本发明装置的剖面图。
1、超声电源2、水平振动发生器3、密闭容器4、升降机构5、支承板6、电机7、减速器8、系杆9、传动轴10、行星轮11、固定轮12、抛光液循环装置13、基座14、工件15、滚子16、抛光液17、工件夹具18浸入式超声波换能器19、抛光槽具体实施方式
下面将结合实施方式及附图对本发明作进一步详细的描述。
抛光过程中，工件安14装在工件夹具17上，工件夹具可以采用真空吸盘或者是机械装夹方式，电机6通过减速器7减速以后，通过带传动方式、齿轮传动方式、链传动方式或者是涡轮蜗杆传动方式带动传动轴9转动，传动轴通过系杆8带动行星轮10绕着固定轮11转动，行星轮10在公转的同时还有自转，在此行星轮机构可以采用齿轮啮合方式或者是摩擦轮啮合方式实现。工件14将随着行星轮一起旋转(既公转也自转)，以保证抛光的均匀性。通过升降机构4，可以调节支承板5与水平方向的夹角，从而可以改变工件与水平方向的夹角。升降机构可以采用螺旋升降、液压、气动方式。水平方向振动发生器2带动抛光槽19在水平方向作往复振动，振动发生器产生的振动可以由机械、气动或电磁振动方式产生，振动频率2-4000赫兹，振幅为几百微米到几毫米可调。浸入式超声波换能器18产生垂直方向的超声振动，振动频率为20000-1000000赫兹，振幅为几十纳米到十几微米可调。抛光液也可以通过抛光液循环装置12来进行抛光液的添加和更换。整个抛光过程在密闭容器3中完成，容器中施加一定压力(1-10个大气压可调)，该压力通过液体传递到工件表面，可增加液体对工件的摩擦作用。
权利要求
1.一种二维流体振动超光滑表面抛光设备，其特征是由旋转驱动机构、角度调整机构、行星轮机构、超声波发生装置、水平方向振动发生器、抛光槽、工件装夹机构、抛光液循环装置构成；上述抛光槽在水平方向振动发生器作用下可以在水平方向上来回往复振动；上述抛光设备使用流体作为抛光工具，通过超声波发生装置使流体产生垂直方向的超声振动，与水平方向振动发生器所产生的水平振动构成二维流体振动。
2.根据权利要求1所述的二维流体振动超光滑表面抛光设备，其特征是旋转驱动机构由电机、减速器和传动轴构成。
3.根据权利要求1所述的二维流体振动超光滑表面抛光设备，其特征是角度调整机构由升降机构和支承板构成。
4.根据权利要求1所述的二维流体振动超光滑表面抛光设备，其特征是行星轮机构由固定轮、行星轮和系杆构成。
5.根据权利要求1所述的二维流体振动超光滑表面抛光设备，其特征是超声波发生装置由超声电源和浸入式超声波换能器构成。
6.一种权利要求1所述抛光设备的抛光方法，其特征是抛光过程分为两级抛光，在一级抛光时，抛光液中适当地加入精细磨料和化学物质；在进行二级抛光时则采用纯流体作为抛光液，由流体分子的冲击和摩擦化学作用共同完成材料的去除。
7.根据权利要求6所述抛光设备的抛光方法，其特征是上述精细磨料是纳米金刚石粉、SiO2纳米粉、Al2O3纳米粉、TiO2纳米粉、SiC纳米粉、Si3O4纳米粉、氧化铁纳米粉。
8.根据权利要求6所述抛光设备的抛光方法，其特征是上述精细磨料是金刚石粉和SiO2纳米粉、TiO2纳米粉和Al2O3纳米粉、TiO2纳米粉和SiC纳米粉、氧化铁纳米粉和Al2O3纳米粉的混合粉末。
9.根据权利要求6所述抛光设备的抛光方法，其特征是上述化学物质是氢氧化物、络合物、表面活性剂、酸、碱。
10.根据权利要求6所述抛光设备的抛光方法，其特征是上述纯流体是水、甘油、环乙烷、乙醇、四氯化碳、煤油、茴香甘油酯及水和乙醇、水和甘油、乙醇和茴香甘油酯、甘油和环乙烷的混合溶液。
全文摘要
本发明公开二维流体振动超光滑表面抛光设备及其抛光方法，抛光设备由旋转驱动机构、角度调整机构、行星轮机构、超声波发生装置、水平方向振动发生器、抛光槽、工件装夹机构、抛光液循环装置构成；上述抛光槽在水平方向振动发生器作用下可以在水平方向上来回往复振动；上述抛光设备使用流体作为抛光工具，通过超声波发生装置使流体产生垂直方向的超声振动，与水平方向振动发生器所产生的水平振动构成二维流体振动；本发明可以低成本地实现平面的超光滑抛光。
文档编号B24B1/00GK1618568SQ200310112180
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月18日 优先权日2003年11月18日
发明者郭钟宁, 于兆勤, 何冰强, 杨忠高, 张永俊 申请人:广东工业大学