专利名称：常压等离子体抛光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光装置。
背景技术：
现代短波光学、强光光学、电子学及薄膜科学的发展对表面的要求非常苛刻，其明显特性是表面粗糙度小于1nm Ra。这类表面用作光学元件时，为获得最高反射率，特别强调表面低散射特性或极低粗糙度值；用作功能元件时，因多为晶体材料，相对于表面粗糙度而言，更注重表面的晶格完整性。我们统称这两类表面为超光滑表面(ultra smooth surface)。超光滑表面微观起伏的均方根值为几个原子的尺寸，因此实现超光滑表面加工的关键在于实现表面材料原子量级的去除。超光滑表面加工的对象为晶体、玻璃和陶瓷等硬脆性材料，一般来说，大部分硬脆材料不能通过类似金属铸造或塑性加工的方法来加工，只有采用超精密加工方法，才可以得到较好的超光滑表面。超精密光学零件加工多采用金刚石超精密切削加工或各种传统的磨削、抛光加工。超精密金刚石切削本身可以达到极高的加工精度，但是不适合于加工碳化硅、光学玻璃等硬脆性材料，同时，金刚石超精密机床设计复杂，价格昂贵，对材料、测量、控制、环境等方面的要求都非常苛刻，这都限制了它的广泛使用。目前，光学零件加工中最常用的加工方法是在精密磨削的基础上进行传统的抛光加工，如浴法抛光、浮法抛光等。此类加工方法固然可以得到极高的表面粗糙度，但其材料去除率太低，即加工效率过低，如激光陀螺反射镜的表面粗糙度要求达到了2_Rq左右，其抛光工艺耗时一般在7天以上，而且，抛光加工不适合非球曲面零件的加工，很难对零件的表面形状误差进行修正。特别是当光学零件采用碳化硅等极难加工材料时，由于碳化硅材料的高硬度，在对其进行抛光时，抛光压力至少是抛光玻璃陶瓷时的4倍，这在加工非常薄的轻质反射镜镜片时，可能引起灾难性的后果。此外，不管是超精密金刚石切削还是各种磨削、抛光加工，都不可避免地存在传统机械接触式加工的所固有的缺陷。例如，接触式机械加工都不同程度地会造成材料的表面破坏，形成微裂纹或引起材料的晶格扰动，从而影响到反射镜的表面质量，降低其表面破坏阈值。有时，即使可以得到表面粗糙度满足要求的镜面，但是仍然无法避免在表层掩盖下的亚表面损伤。所有这些都会最终影响反射镜的光学性能。机械式的研抛工艺带来的另外一个问题是抛光后超光滑表面的清洗问题，表面存在的难以清洗的残留物将直接影响到后续的纳米级薄膜的成膜质量或微电子器件的线宽、集成度和可靠性。
因此，传统的机械加工手段在尖端超光滑表面加工中已经日益显出其局限性。在国防和尖端科学研究的众多领域，迫切需要开发一种不会造成表面损伤的、高效、无表面污染的超光滑表面加工方法。
非接触式加工方法为实现上述要求提供了潜在的理想解决方案。到目前为止，非接触式材料去除的尝试已经多有报道。其中，真空等离子体刻蚀技术在半导体工业中被广泛采用，它适用于加工包括半导体、金属和玻璃在内的多种材料。研究表明，这种加工方法的材料去除主要由活性离子与工件表面反应和离子溅射来实现的，因此，它又被称为RIE(反应离子刻蚀)。RIE可以实现超光滑表面的加工，但它的缺点包括①材料去除速率过低，不适合需要大量材料去除的反射镜形面误差修整；②RIE的精密光整加工必须在真空环境中进行，为机电系统的设计、维护和操作均提出了很高的要求；③离子溅射作用的存在破坏表面的晶格结构，甚至降低表面粗糙度。
作为RIE技术的改进，PACE(等离子体辅助抛光技术)也是一种非常成功的非接触式化学抛光方法。它通过RF等离子体使反应气体分解，产生活性激发态粒子，其与工件发生反应，从而实现材料的去除。此种加工方法可以实现很高的材料去除率(10μm/min)和极高的加工精度(≤λ/50)和表面粗糙度(≤0.5nm)。该方法的主要不足之处在于它要求被加工工件是导体或工件厚度不大于10mm。当工件为厚度大于10mm的绝缘体时，其加工效率将低到让该方法失去正常的使用价值。而且，PACE必须在真空环境中完成。
此外，离子束溅射或中性离子铣也是一种重要的非接触式加工技术。该技术通过离子与工件表面的分子或原子之间的溅射效应实现工件材料的去处。这并不是一种新技术，它主要用于石英玻璃的光学抛光。它的主要缺点是1、由于异种载能离子轰击，离子束溅射会破坏晶格的完整性，在亚表面产生缺陷；2、需要在真空装置中进行。
针对当前的非接触式加工存在的不足，国际上提出了常压等离体抛光加工方法。该方法通过射频放电产生非热平衡常压等离子体(Non-thermalatmospheric pressure plasma)，其工作气体主要包括He和少量的反应气体，如SF6等。在等离子体的作用下，这些反应气体形成大量高活性的激发态粒子。在抛光过程中，活性粒子将被光学零件表面原子所吸附并与之反应，反应产物随不断流动的常压等离子体排走，从而实现原子级的材料去除。从原理上说，这是一种化学加工方法，不会在工件表面产生破坏层。
与真空气体放电相比，常压等离子体技术主要有以下主要优势1、能够在一个大气压下产生大面积均匀的低温等离子体，不需要真空室，可大大降低设备成本并扩大其使用范围；2、常压等离子体具有很高的等离子体密度，其电子密度最高能够达到1×1014-1×1015cm-3之间，比真空等离子体要高4-6个数量级。常规条件下，等离子体中活性粒子密度比等离子体密度高1到2个数量级，因此采用常压等离子体可以保证很高的化学反应速度，从而实现光学零件高效加工。
目前，世界上只有日本大阪大学和美国Lawrence Livermore国家实验室在从事常压等离子体抛光技术的研究。大阪大学是最早从事这方面研究的单位，他们开发了一种叫做化学蒸发加工(CVM)的方法，该方法采用旋转平行电极来产生等离子体。据报道，大阪大学已经可以在加工半导体用硅片时实现1.4nm的表面粗糙度，材料去除速率最高可达数百微米每分钟，与常规的研磨效率相当，而其表面缺陷密度仅为常规机械抛光和氩离子溅射加工方法的1/100。另据报道，采用此种技术加工90mm直径的光学反射镜，面型精度达到了3nm(PV)，约相当于20个原子的高度。但是，他们采用的加工方法存在不足，由于等离子体是在旋转电极和工件之间产生，它会受很多因素，如RF功率、气体流速等的影响，很难实现等离子体区的建模和控制，从而使得加工痕迹的可重复性控制和预测变得非常困难，很难保证加工精度。美国Lawrence Livermore实验室近年来对常压等离子体抛光技术也表现出了极大的兴趣，他们开发了叫做反应原子等离子体抛光(RAP)的方法，采用商品化的电感耦合等离子体炬来产生稳定的等离子体，很好地解决了大阪大学遇到的加工重复性问题，使活性原子常压等离子体抛光精度的预测成为可能。但是，该等离子体炬存在着内炬管易腐蚀的问题，系统的维护性不好。
本发明专利主要针对一种基于射频电容耦合等离子体炬的常压等离子体抛光装置，该装置的核心部件完全不同于现有的基于等离子体化学反应原理的抛光装置，兼具了CVM和RAP技术的优势，利用该装置可实现高效、无表面损伤、无表面污染的超光滑表面加工。
发明内容
本发明的目的是为解决常规的机械式研抛方法在大型轻质反射镜加工中存在的不足之处，以及在碳化硅等硬脆性难加工材料的超光滑表面加工中存在的效率低、容易产生表层及亚表层损伤、表面清洗困难等问题，提供一种常压等离子体抛光装置。本发明利用常压等离子体中的高密度高能活性粒子与材料表面的原子发生物理、化学作用，实现高效的、原子级的材料去除，同时又不会在工件表面产生表层或亚表层损伤，可有效克服超光滑表面加工过程中存在的问题，具有机械加工手段所无法比拟的优势。而且，采用常压条件下的等离子体发生技术，避免了通常的等离子体工艺装置都要求的复杂的真空系统，实现了更低成本的大气压下均匀放电，可以大大减少工业界在真空设备上的投资。本发明由密闭工作舱51、第一联动系统52、等离子体炬53、工作台56、第二联动系统57、射频电源58、射频匹配器59、第一流量控制器60、反应气体瓶61、等离子体气体瓶62、气体回收处理装置63、负压泵64、第二流量控制器65、进水管68和出水管69组成，第一联动系统52与第二联动系统57一起固定在位于密闭工作舱51底部内壁上的共同的基座54上，等离子体炬53安装在第一联动系统52上，并可以在第一联动系统52上实现直线运动和回转运动，第一联动系统52主要作用为调整等离子体炬53与工件55间的距离，并保证等离子体炬53的轴线方向与工件55被加工表面的法线方向重合，工作台56安装在第二联动系统57上并可在第二联动系统57上实现直线运动和回转运动，第二联动系统57主要作用为通过直线运动和回转运动实现工件55的定位，第一联动系统52和第二联动系统57配合实现等离子体炬53与工件55间的特定的相对运动轨迹，完成对平面、球面、非球面以及更复杂曲面的抛光加工，射频电源58与射频匹配器59电连接，反应气体瓶61由管线与第二流量控制器65的入口相连通，第二流量控制器65的出口通过管线经由密闭工作舱51上的管线接口66与等离子体炬53相连接，等离子体气体瓶62由管线与第一流量控制器60的入口相连通，第一流量控制器60的出口通过管线经由密闭工作舱51上的管线接口66与等离子体炬53相连接，进水管68和出水管69分别经由密闭工作舱51上的管线接口66与等离子体炬53相连接，气体回收处理装置63的入口与负压泵64的出口相连接，负压泵64的入口通过管线与密闭工作舱51的出气口67相连接。本发明的有益效果在于可在常压条件下实现超光滑表面的高效、高精度的抛光加工，同时避免了常规的机械式研抛方法中存在的表层或亚表层损伤等问题；同时，能够在一个大气压下产生大面积均匀的低温等离子体，不需要真空室，可大大降低设备成本并扩大其使用范围；常压等离子体具有很高的等离子体密度，其电子密度最高能够达到1×1014-1×1015cm-3之间，比真空等离子体要高4-6个数量级。常规条件下，等离子体中活性粒子密度比等离子体密度高1到2个数量级，因此采用常压等离子体可以保证很高的化学反应速度，加工效率是传统抛光方法的10倍。
图1是发明的整体结构示意图，图2是等离子体炬53的整体结构示意图，图3是图2中出口7处的放大图，图4是具体实施方式
三的结构示意图，图5是具体实施方式
四的结构示意图，图6是第二种等离子体炬53的结构示意图，图7是具体实施方式
七的结构示意图，图8是具体实施方式
八的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一(参见图1、图2)本实施方式由密闭工作舱51、第一联动系统52、等离子体炬53、工作台56、第二联动系统57、射频电源58、射频匹配器59、第一流量控制器60、反应气体瓶61、等离子体气体瓶62、气体回收处理装置63、负压泵64、第二流量控制器65、进水管68和出水管69组成，第一联动系统52与第二联动系统57一起固定在位于密闭工作舱51底部内壁上的共同的基座54上，等离子体炬53安装在第一联动系统52上并可在第一联动系统52上实现直线运动和回转运动，第一联动系统52主要作用为调整等离子体炬53与工件55间的距离，保证等离子体炬53的轴线方向与工件55被加工表面的法线方向重合，工作台56设置在第二联动系统57上并可在第二联动系统57上实现直线运动和回转运动，第二联动系统57主要作用为通过直线运动和回转运动实现工件55的定位，第一联动系统52和第二联动系统57配合实现等离子体炬53与工件55间的特定的相对运动轨迹，完成对平面、球面、非球面和更复杂曲面的抛光加工，射频电源58与射频匹配器59电连接，反应气体瓶61由管线与第二流量控制器65的入口相连通，第二流量控制器65的出口通过管线经由密闭工作舱51上的管线接口66与等离子体炬53相连接，等离子体气体瓶62由管线与第一流量控制器60的入口相连通，第一流量控制器60的出口通过管线经由密闭工作舱51上的管线接口66与等离子体炬53相连接，进水管68和出水管69分别经由密闭工作舱51上的管线接口66与等离子体炬53相连接，气体回收处理装置63的入口与负压泵64的出口相连接，负压泵64的入口通过管线与密闭工作舱5 1的出气口67相连接。本实施方式适用于超光滑表面的等离子体抛光加工，主要部件包括一、用于置放等离子体炬53(电容耦合式常压射频等离子体源)和工件55的密闭工作舱51；二、等离子体发生系统，包括等离子体炬53，射频电源58和射频匹配器59。通过操作等离子体炬53完成对工件表面的超精密等离子体抛光加工；三、多轴联动超精密工作台体及其运动控制系统，它可实现一个或多个自由度的回转运动以及一个或多个自由度的直线运动，该工作台56工作于密闭工作舱中。工作台56实现一个或多个自由度的直线往复运动及一个或多个自由度的旋转运动，等离子体炬53实现一个或多个自由度的直线往复运动以及一个或多个自由度的旋转运动。本联动系统的直线运动机构采用伺服电机直接拖动滚珠丝杠，并由滚珠丝杠的丝杠螺母副实现回转运动与直线运动的转换，并通过光栅尺实现位置反馈，从而构成全闭环直线运动控制系统。本联动系统的回转运动通过伺服电机拖动涡轮蜗杆副来实现，并通过光电码盘反馈角位移，从而实现全闭环角位置控制。四、反应气体供给装置，本装置负责为等离子体发生装置提供适当配方的反应气体。因此，能够精确地调整各种气体的比例，并能够保证反应气体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子体放电的重要前提。本部分主要包括气体钢瓶、减压阀、质量流量计。高压气体经减压阀减压后，通过质量流量计精确控制流入等离子体炬53的气体流量。五、气体回收处理装置63。根据常压、低温等离子体抛光的化学反应原理，加工产物中可能包含有毒化学气体，必须进行无害化处理。
其中，等离子体炬53为核心部件，详细结构参见图2、图3。本实施方式的等离子体炬53由阳极水冷导管1、进气接头3、阴极水冷接头一4、阳极5、阴极6、阴极水冷接头二8、外套9、陶瓷螺母10、连接体11、连接螺母12组成，阴极6与外套9固定连接，阴极6的外壁与外套9的内壁之间形成水冷环形空间13，阴极水冷接头一4固定在外套9一侧的外壁上并与水冷环形空间13相连通，阴极水冷接头二8固定在外套9另一侧的外壁上并与水冷环形空间13相连通，陶瓷螺母10的右端与阴极6的左端固定连接，连接体11的右端与陶瓷螺母10的左端固定连接，阳极5的左端通过螺纹及阳极5中间的台肩固定在连接体11和陶瓷螺母10内，阳极5的右端设置在阴极6内，阳极5的外壁与阴极6的内壁之间形成工作腔15，阴极6的右端设有出口7，进气接头3固定在陶瓷螺母10的外壁上并与陶瓷螺母10内的进气通道14相连通，陶瓷螺母10内的进气通道14与阳极5和阴极6之间的工作腔15相连通，阳极水冷导管1设置在阳极5的内腔16内，连接螺母12固定在阳极5的左端口内，阳极水冷导管1的左端固定在连接螺母12的中心处并与外部供水管相通，连接体11内设有冷却水通道2，冷却水通道2的里端与阳极5的内腔16相连通，冷却水通道2的外端与外界回水管相通。阴极6和阳极5的基体材料均为铝，在阳极5的外表面上氧化有一层Al2O3薄膜。
具体实施方式
二(参见图2、图3)本实施方式的等离子体炬53的阴极6的出口7为内口大外口小的圆锥台形17，阳极5的右端与阴极6的出口7的圆锥台形17相对应。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三(参见图4)本实施方式的等离子体炬53的阴极6的出口7为直口形18，阳极5的右端与阴极6的出口7的直口形18相对应。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四(参见图5)本实施方式的等离子体炬53的阴极6的出口7为外口大内口小的喇叭形19，阳极5的右端与阴极6的出口7的喇叭形19相对应。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五(参见图6)本实施方式的等离子体炬53由阳极水冷导管1、进气接头3、阴极水冷接头一4、阳极5、阴极6、阴极水冷接头二8、外套9、陶瓷螺母10、连接体11、连接螺母12和端盖20组成，阴极6与外套9固定连接，阴极6的外壁与外套9的内壁之间形成水冷环形空间13，阴极水冷接头一4固定在外套9一侧的外壁上并与水冷环形空间13相连通，阴极水冷接头二8固定在外套9另一侧的外壁上并与水冷环形空间13相连通，陶瓷螺母10的右端与阴极6的左端固定连接，连接体11的右端与陶瓷螺母10的左端固定连接，阳极5的左端通过螺纹及阳极5中间的台肩固定在连接体11和陶瓷螺母10内，阳极5的右端设置在阴极6内，阳极5的外壁与阴极6的内壁之间形成工作腔15，进气接头3固定在陶瓷螺母10的外壁上并与陶瓷螺母10内的进气通道14相连通，陶瓷螺母10内的进气通道14与阳极5和阴极6之间的工作腔15相连通，阳极水冷导管1设置在阳极5的内腔16内，连接螺母12固定在阳极5的左端口内，阳极水冷导管1的左端固定在连接螺母12的中心处并与外界进水管相通，连接体11内设有冷却水通道2，冷却水通道2的里端与阳极5的内腔16相连通，冷却水通道2的外端与外界回水管相通，端盖20与外套9的右端螺纹连接，端盖20的中部开有出口27。阴极6和阳极5的基体材料均为铝，在阳极5的外表面上氧化形成一层Al2O3薄膜。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六(参见图6)本实施方式的等离子体炬53的端盖20的出口27为内口大外口小的圆锥台形21，阳极5的右端与端盖20的出口27的圆锥台形21相对应。其它组成和连接关系与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七(参见图7)本实施方式的等离子体炬53的端盖20的出口27为直口形22，阳极5的右端与端盖20的出口27的直口形22相对应。其它组成和连接关系与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八(参见图8)本实施方式的等离子体炬53的端盖20的出口27为外口大内口小的喇叭形23，阳极5的右端与端盖20的出口27的喇叭形23相对应。其它组成和连接关系与具体实施方式
五相同。
以上具体实施方式
五至具体实施方式
八与具体实施方式
一相比，其优点在于能够方便地更换阳极和端盖，利用气流流动带动等离子体运动，由出口27吹出，得到特定形状的等离子体焰。
工作原理在常压下，等离子体气体(如氦气、氩气等)在射频电场的作用下被电离，形成非热平衡等离子体，在等离子体的作用下，反应气体(如CF4、SF6等)被离解，形成大量高活性的激发态粒子。在抛光过程中，活性粒子将被光学零件表面原子所吸附并与之反应，从而实现原子级的材料去除，同时又不会在工件表面产生表层或亚表层损伤。以采用CF4作为反应气体，加工SiC为例，相关化学反应方程式如下
利用射频放电产生的常压等离子体中的高密度高活性激发态F*原子，与工件表面SiC原子层发生化学反应，达到原子级的材料去除，并生成容易回收的SiF4和CO2气体。特点(1)此电容耦合式射频常压等离子体炬适用于超光滑表面的等离子体抛光加工，采用了基于电容耦合原理的同轴电极炬体结构，内(阳极)外(阴极)电极均采用水冷，其中，内电极接射频电源，外电极接地。内外电极之间采用绝缘材料良好的隔离结构。这种结构的等离子体炬克服了CVM方法中的旋转电极等离子体源和RAP方法中的电感耦合玻璃管等离子体炬的缺点，等离子体形状易于控制，免维护。气体输入采用流量计精确控制，多路气体可以同时输入。(2)工作腔15为等离子体发生区域，出口为等离子体引出区域。通过优化等离子体炬的结构，可以得到稳定可控的等离子体外形。采用圆锥台形、直口形或喇叭形的出口形状，利用气流流动带动等离子体运动，由出口吹出，得到特定形状的等离子体焰。(3)阳极水冷导管1和冷却水通道2为阳极水冷系统的入口和出口，冷水从阳极水冷导管1进入阳极内部的空腔16，由冷却水通道2流出，带走热量。阴极水冷接头一4和阴极水冷接头二8为阴极水冷系统的入口和出口，冷水由其中一口流入阴极外的空腔13中，带走热量，由另外一口流出。电容耦合等离子体炬采用循环水冷结构，保证了在加工过程中常压等离子体的稳定性。以上水冷装置也可以采用油冷或气体冷却。(4)阴极阳极的基体材料均为铝，在其安装定位上，采用了可加工陶瓷制作的螺母，它不但绝缘性好，而且耐高压。同时，还通过微弧氧化的方法，在阳极5的外表面形成有一层Al2O3薄膜，有效地抑制了电极间的拉弧现象，极大地提高了等离子体炬的整体性能。(5)采用射频电源及配套的射频匹配器。此电容耦合式常压等离子体炬的结构决定了通过射频电源放电产生非热平衡常压等离子体，从而激发出高能活性粒子为最佳方案。通过射频电源放电产生非热平衡常压等离子体(Non-thermalatmospheric pressure plasma)。针对Si，SiC等材料的加工，反应气体根据化学反应热力学的原理选择。在保证化学反应可进行的同时，反应生成物应当易于排出，不会对加工表面造成新的污染。本例中，工作气体主要包括He和少量的反应气体，如CF4等。反应气体成份与比例，反应气体流速等参数对等离子体中活性粒子密度和能量均有较大影响，反应气体配比的微小变化都会对等离子体放电状态产生显著影响，甚至可能造成等离子体放电过程的终止，因此应精确控制。工作气体由进气接头3进入两电极间的腔体(工作腔15)。在工作状态下，通过流量控制器实现参与反应的各气体成分的精确控制。在等离子体的作用下，这些反应气体形成大量高活性的激发态粒子，并由出口吹向工件表面。在抛光过程中，活性粒子将被光学零件表面原子所吸附并与之反应，反应产物随不断流动的常压等离子体排走，从而实现原子级的材料去除。
权利要求
1.一种常压等离子体抛光装置，它由密闭工作舱(51)、第一联动系统(52)、等离子体炬(53)、工作台(56)、第二联动系统(57)、射频电源(58)、射频匹配器(59)、第一流量控制器(60)、反应气体瓶(61)、等离子体气体瓶(62)、气体回收处理装置(63)、负压泵(64)、第二流量控制器(65)、进水管(68)和出水管(69)组成，其特征在于第一联动系统(52)与第二联动系统(57)一起固定在位于密闭工作舱(51)底部内壁上的共同的基座(54)上，等离子体炬(53)安装在第一联动系统(52)上并在第一联动系统(52)上实现直线运动和回转运动，工作台(56)设置在第二联动系统(57)上并在第二联动系统(57)上实现直线运动和回转运动，射频电源(58)与射频匹配器(59)电连接，反应气体瓶(61)由管线与第二流量控制器(65)的入口相连通，第二流量控制器(65)的出口通过管线经由密闭工作舱(51)上的管线接口(66)与等离子体炬(53)相连接，等离子体气体瓶(62)由管线与第一流量控制器(60)的入口相连通，第一流量控制器(60)的出口通过管线经由密闭工作舱(51)上的管线接口(66)与等离子体炬(53)相连接，进水管(68)和出水管(69)分别经由密闭工作舱(51)上的管线接口(66)与等离子体炬(53)相连接，气体回收处理装置(63)的入口与负压泵(64)的出口相连接，负压泵(64)的入口通过管线与密闭工作舱(51)的出气口(67)相连接。
2.根据权利要求1所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)由阳极水冷导管(1)、进气接头(3)、阴极水冷接头一(4)、阳极(5)、阴极(6)、阴极水冷接头二(8)、外套(9)、陶瓷螺母(10)、连接体(11)和连接螺母(12)组成，其特征在于阴极(6)与外套(9)固定连接，阴极(6)的外壁与外套(9)的内壁之间形成水冷环形空间(13)，阴极水冷接头一(4)固定在外套(9)一侧的外壁上并与水冷环形空间(13)相连通，阴极水冷接头二(8)固定在外套(9)另一侧的外壁上并与水冷环形空间(13)相连通，陶瓷螺母(10)的右端与阴极(6)的左端固定连接，连接体(11)的右端与陶瓷螺母(10)的左端固定连接，阳极(5)的左端通过螺纹及阳极(5)中间的台肩固定在连接体(11)和陶瓷螺母(10)内，阳极(5)的右端设置在阴极(6)内，阳极(5)的外壁与阴极(6)的内壁之间形成工作腔(15)，阴极(6)的右端设有出口(7)，进气接头(3)固定在陶瓷螺母(10)的外壁上并与陶瓷螺母(10)内的进气通道(14)相连通，陶瓷螺母(10)内的进气通道(14)与阳极(5)和阴极(6)之间的工作腔(15)相连通，阳极水冷导管(1)设置在阳极(5)的内腔(16)内，连接螺母(12)固定在阳极(5)的左端口内，阳极水冷导管(1)的左端固定在连接螺母(12)的中心处并与外界进水管相通，连接体(11)内设有冷却水通道(2)，冷却水通道(2)的里端与阳极(5)的内腔(16)相连通，冷却水通道(2)的外端与外界出水管相通。
3.根据权利要求2所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的阴极(6)的出口(7)为内口大外口小的圆锥台形(17)，阳极(5)的右端与阴极(6)的出口(7)的圆锥台形(17)相对应。
4.根据权利要求2所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的阴极(6)的出口(7)为直口形(18)，阳极(5)的右端与阴极(6)的出口(7)的直口形(18)相对应。
5.根据权利要求2所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的阴极(6)的出口(7)为外口大内口小的喇叭形(19)，阳极(5)的右端与阴极(6)的出口(7)的喇叭形(19)相对应。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的阴极(6)和阳极(5)的基体材料均为铝，在阳极(5)的外表面上氧化形成一层Al2O3薄膜。
7.根据权利要求1所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)由阳极水冷导管(1)、进气接头(3)、阴极水冷接头一(4)、阳极(5)、阴极(6)、阴极水冷接头二(8)、外套(9)、陶瓷螺母(10)、连接体(11)、连接螺母(12)和端盖(20)组成，其特征在于阴极(6)与外套(9)固定连接，阴极(6)的外壁与外套(9)的内壁之间形成水冷环形空间(13)，阴极水冷接头一(4)固定在外套(9)一侧的外壁上并与水冷环形空间(13)相连通，阴极水冷接头二(8)固定在外套(9)另一侧的外壁上并与水冷环形空间(13)相连通，陶瓷螺母(10)的右端与阴极(6)的左端固定连接，连接体(11)的右端与陶瓷螺母(10)的左端固定连接，阳极(5)的左端通过螺纹及阳极(5)中间的台肩固定在连接体(11)和陶瓷螺母(10)内，阳极(5)的右端设置在阴极(6)内，阳极(5)的外壁与阴极(6)的内壁之间形成工作腔(15)，进气接头(3)固定在陶瓷螺母(10)的外壁上并与陶瓷螺母(10)内的进气通道(14)相连通，陶瓷螺母(10)内的进气通道(14)与阳极(5)和阴极(6)之间的工作腔(15)相连通，阳极水冷导管(1)设置在阳极(5)的内腔(16)内，连接螺母(12)固定在阳极(5)的左端口内，阳极水冷导管(1)的左端固定在连接螺母(12)的中心处并与外界进水管相通，连接体(11)内设有冷却水通道(2)，冷却水通道(2)的里端与阳极(5)的内腔(16)相连通，冷却水通道(2)的外端与外界出水管相通，端盖(20)与外套(9)的右端螺纹连接，端盖(20)的中部开有出口(27)。
8.根据权利要求7所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的端盖(20)的出口(27)为内口大外口小的圆锥台形(21)，阳极(5)的右端与端盖(20)的出口(7)的圆锥台形(21)相对应。
9.根据权利要求7所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的端盖(20)的出口(27)为直口形(22)，阳极(5)的右端与端盖(20)的出口(27)的直口形(22)相对应。
10.根据权利要求7所述的常压等离子体抛光装置，其特征在于等离子体炬(53)的端盖(20)的出口(27)为外口大内口小的喇叭形(23)，阳极(5)的右端与端盖(20)的出口(27)的喇叭形(23)相对应。
全文摘要
常压等离子体抛光装置，它涉及一种抛光装置。本发明的目的是为解决常规的机械式研抛方法存在的不足及在碳化硅等硬脆性难加工材料的超光滑表面加工中存在的效率低、易产生表层及亚表层损伤、表面清洗困难等问题。本发明的主要部件包括密封工作舱(51)、等离子体炬(53)、第一联动系统(52)、第二联动系统(57)、第一流量控制器(60)、第二流量控制器(65)、反应气体瓶(61)、等离子体气体瓶(62)、气体回收处理装置(63)，等离子体炬(53)安装在第一联动系统(52)上。本发明可在常压下通过等离子体化学反应实现超光滑表面加工，不需要真空室，可降低设备成本并扩大其使用范围。加工效率是传统抛光方法的十倍，并且无表面损伤、无亚表层损伤、无表面污染。
文档编号B24B1/00GK1876320SQ20061001029
公开日2006年12月13日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者王波, 张巨帆, 王浪平, 张龙江, 董申 申请人:哈尔滨工业大学