专利名称：基于固结磨料抛光垫的软脆lbo晶体的加工方法
技术领域：
本发明涉及一种功能材料的加工方法，尤其是一种功能晶体材料LBO的抛光加工方法，具体地说是一种基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法。
背景技术：
三硼酸锂(LM3O5)(简称LBO晶体)是具有优良品质的功能晶体材料，广泛应用于全固态激光、电光、医学、微加工等研究和应用领域，而大尺寸LBO晶体在激光同位素分离的变频器、国家点火计划中激光受控聚合工程系统等领域具有广泛的应用前景。我国功能晶体及相关非线性光学晶体的生长居国际领先地位，而在晶体的抛光加工与国际上还有不小的差距，成为制约我国功能晶体产业发展的一个瓶颈。LBO晶体除了具有硬脆功能晶体容易出现的崩边、凹陷、断裂等缺陷，还可能有硬质颗粒的嵌入或吸附缺陷。而LBO晶体的应用要求单晶表面超光滑、无缺陷、无损伤。LBO晶体的加工质量和精度的优劣，直接影响到其器件的性能。当晶体表面有凹坑、微裂纹、塑性形变、晶格缺陷、颗粒嵌入或吸附等微小缺陷时，激光照射时会引起散射影响激光质量，或遗传给外延生长膜，导致薄膜的失效，成为器件的致命缺陷。目前LBO晶体的加工工艺复杂，加工成本高、加工效率低、加工后的表面质量也不好。固结磨料抛光最大特点是抛光液中没有游离磨粒，避免了硬质颗粒嵌入或吸附晶体表面，显著地提高了加工效率和表面质量。同时，具有抛光自停功能，提高所加工材料的表面清洁程度；由于磨料固结在抛光垫上，不会像游离磨料抛光那样严重浪费磨料，因而成本较低；同时，也大大减少抛光的后处理工作量与成本，减少抛光废液及后抛光过程中大量有害化学物品对环境的污染，是绿色加工技术。因此，固结磨料抛光受到了极大的关注。目前LBO晶体抛光主要采用游离磨料氧化铈和浙青盘抛光。游离磨料抛光软脆材料，颗粒容易划伤、嵌入或吸附在晶体表面形成加工缺陷，表面有凹坑、划痕、微裂纹、颗粒嵌入或吸附等损伤，加工后晶体表面质量总体不好；而加工主要依赖于手工抛光或传统单轴机抛光，抛光不确定因素多，游离磨料抛光垫磨损严重，需要定时修整，材料去除不均勻， 重复性差；抛光垫的修整依靠加工者多年的研究和丰富的经验，材料去除不均勻，加工效率低，重复性差。工艺复杂，每一工序对加工辅料及加工参数的要求不一样；复杂的工艺不断装卸工件易损伤工件表面，同时工艺和夹具的变换，均需要清洗，清洗困难；大量抛光液的使用，加工成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的游离磨料抛光软脆LBO晶体时因抛光液中含有硬质磨料，容易划伤、嵌入或吸附在晶体表面形成加工缺陷，表面有凹坑、划痕、微裂纹、颗粒嵌入或吸附等损伤，同时游离磨料抛光LBO晶体工艺复杂，大量使用抛光液，加工成本高(抛光液的成本占加工成本的70%);后清洗困难，抛光废液及清洗过程中大量有害化学物品污染环境等一系列问题，发明一种加工效率高，工艺简单，表面质量好；抛光液不含磨料，后清洗简化，加工成本低的基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法。
本发明的技术方案是
一种基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法，其特征是它包括以下步骤 首先，用粒度不大于14微米的金刚石固结磨料抛光垫对LBO晶体进行粗抛光加工，抛光加工过程中控制抛光压力为5(T600g/cm2，抛光机的转速控制在l(T200rpm，并控制抛光所用的抛光液的PH值在2飞之间，抛光液的温度介于2(T30°C，完成LBO晶体的粗抛光，粗抛光后LBO晶体的表面平面度应达到精度要求，其尺寸厚度基本达到精度要求；
其次，再用粒度不大于3微米的氧化铈固结磨料抛光垫对上述粗抛光所得的LBO晶体进行精抛光加工，精抛光加工过程中控制抛光压力在5(T600g/cm2之间，抛光转速控制在l(T200rpm之间，同时调节抛光所用的抛光液的PH值在2飞之间，控制抛光液的温度在 2(T30°C之间，直至表面粗糙度满足设定要求。所述的抛光液为去离子水。所述的抛光液的PH值调节剂为盐酸、过氧化氢、氨水、羟基胺、四甲基氢氧化铵、 乙二胺或三乙醇胺、柠檬酸、乙酸或乙酸钠、磷酸二氢钠或次氯酸钠中的一种或一种以上的组合。本发明的有益效果
本发明的固结磨料抛光技术可广泛应用于半导体、玻璃、光学晶体、陶瓷等硬脆材料的抛光加工，加工后的表面损伤小、表面质量高。本发明的固结磨料抛光，与传统的游离磨料抛光相比，磨料固结在抛光垫上，抛光液是没有游离磨粒的去离子水，最大限度避免了硬质颗粒嵌入或吸附在晶体表面，不易产生划痕、麻点等损伤，无亚表面损伤，表面质量高。而传统游离磨料抛光软脆LBO晶体，硬质颗粒容易划伤、嵌入或吸附在晶体表面形成加工缺陷，表面有凹坑、划痕、微裂纹、颗粒嵌入或吸附等损伤。本发明的磨料固结在抛光垫上，磨料利用率高；同时，也大大减少了后处理工作量与成本，减少了抛光废液及清洗过程中大量有害化学物品对环境的污染，是绿色加工技术。 而游离磨料抛光过程中，磨料利用率极，加工效率不高，磨料随机分布，分布密度不均，造成工件研磨切削量不均，工件面形难以控制；抛光废液及清洗过程中大量有害化学物品污染环境，后处理复杂与成本高。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的说明。一种基于固结麿料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法，它包括粗抛光加工和精抛光加工
粗抛光加工时，用粒度不大于14微米的金刚石固结磨料抛光垫对LBO晶体进行抛光加工，抛光加工过程中控制抛光压力为5(T600g/cm2，抛光机(可选用单面或双面抛光机)的转速控制在l(T200rpm，并控制抛光所用的抛光液的PH值在2飞之间，抛光液的温度介于 20^300C，完成LBO晶体的粗加工，粗抛光后LBO晶体的表面平面度应达到精度要求，其尺寸厚度基本达到精度要求；其中表面平面度要求低于λ/10 (λ为平面度检测用波长，一般取值为λ =632nm)，厚度精度士 0. 02mm。精抛光加工时可采用粒度不大于3微米的氧化铈固结磨料抛光垫对上述粗加工
4所得的LBO晶体进行精抛光加工，精抛光加工过程中控制抛光压力在5(T600g/cm2之间，抛光转速控制在l(T200rpm之间，同时调节抛光所用的抛光液的PH值在2飞之间，控制抛光液的温度在2(T30°C之间，直至表面粗糙度满足设定要求，即表面粗糙度应低于0. 5nm，表面平面度和厚度精度保持粗加工时的技术要求，即表面平面度要求低于λ/10 (λ为平面度检测用波长，一般取值为λ =632nm)，厚度精度士0. 02mm，，表面损伤小。抛光过程中使用的抛光液应为调节过PH值的去离子水，PH值调节剂可采用盐酸、 过氧化氢、氨水、羟基胺、四甲基氢氧化铵、乙二胺或三乙醇胺、柠檬酸、乙酸或乙酸钠、磷酸二氢钠或次氯酸钠中的一种或一种以上的组合。本发明的金刚石磨料抛光垫的组份及制备方法可采用申请人在先申请的申请号为2008100227414或200810M40960的方法和配方加以实现，氧化铈磨料抛光垫的配方可采用申请人在先申请的申请号为200710133580. 1的配方加以实现，其制备方法可参照申请人在先申请的相关固结磨料抛光垫的制备方法。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法，其特征是它包括以下步骤 首先，用粒度不大于14微米的金刚石固结磨料抛光垫对LBO晶体进行粗抛光加工，抛光加工过程中控制抛光压力为5(T600g/cm2，抛光机的转速控制在l(T200rpm，并控制抛光所用的抛光液的PH值在2飞之间，抛光液的温度介于2(T30°C，完成LBO晶体的粗抛光；其次，再用粒度不大于3微米的氧化铈固结磨料抛光垫对上述粗抛光所得的LBO晶体进行精抛光加工，精抛光加工过程中控制抛光压力在5(T600g/cm2之间，抛光转速控制在l(T200rpm之间，同时调节抛光所用的抛光液的PH值在2飞之间，控制抛光液的温度在 2(T30°C之间，直至表面粗糙度满足设定要求。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是所述的抛光液为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征是所述的抛光液的PH值调节剂为盐酸、过氧化氢、氨水、羟基胺、四甲基氢氧化铵、乙二胺或三乙醇胺、柠檬酸、乙酸或乙酸钠、 磷酸二氢钠或次氯酸钠中的一种或一种以上的组合。
全文摘要
一种基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法，其特征是它包括以下步骤首先，用粒度不大于14微米的金刚石固结磨料抛光垫对LBO晶体进行粗抛光加工，抛光加工过程中控制抛光压力为50~600g/cm2，抛光机的转速控制在10~200rpm，并控制抛光所用的抛光液的PH值在2~6之间，抛光液的温度介于20~30℃，完成LBO晶体的粗抛光；其次，再用粒度不大于3微米的氧化铈固结磨料抛光垫对上述粗加工所得的LBO晶体进行精抛光加工，精抛光加工过程中控制抛光压力在50~600g/cm2之间，抛光转速控制在10~200rpm之间，同时调节抛光所用的抛光液的pH值在2~6之间，控制抛光液的温度在20~30℃之间，直至表面质量满足设定要求。本发明加工效率高，成品合格率高，不会造成环境污染。
文档编号B24B1/00GK102172879SQ201110043009
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者孙玉利, 左敦稳, 张彦, 朱永伟, 李军, 李标, 高平 申请人:南京航空航天大学