一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法与流程

本发明涉及硬脆材料化学机械抛光技术领域，具体涉及一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法。

背景技术：

传统的化学机械抛光利用抛光垫来传输和均匀分布抛光液，利用抛光液的成分和被抛光材料表面发生化学反应产生比较容易去除的物质，以及抛光颗粒和被抛光表面发生物理摩擦，达到抛光的目的，但由于抛光垫是平的，只能进行平面抛光，而且抛光垫的价格较高，增加抛光成本；另一方面，抛光过程也会造成抛光液的浪费，目前普遍采用氧化铈抛光液，氧化铈抛光液价格较高且有毒，对环境产生污染。中国专利201110231332.7公开了一种玻璃抛光盘及其制造方法，该抛光盘原料包括磨粒、填料、树脂、固化剂、促进剂组成，所述磨粒为氧化铝-氧化铈核壳复合磨粒，或氧化铝表面渗铈磨粒，所述填料包括导热填料、活性填料、造孔剂组成，树脂为不饱和聚酯树脂，但该抛光盘组分较多，制备过程复杂。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法，具体包括以下步骤：

(1)根据所要抛光的石英玻璃圆柱面的半径，确定所需要的凝胶基底的厚度，并确定承载凝胶基底的模具尺寸；

(2)制备凝胶样品：配制聚乙烯醇、海藻酸钠和二氧化硅的混合水溶液，将混合溶液倒入模具中，反复冷冻、解冻循环数次，形成凝胶，再将产生的凝胶置于氧化铈抛光液中浸泡，最后用蒸馏水清洗；

(3)将步骤(2)制得的凝胶铺在模具上，并用相应曲率的模具支撑，恒温干燥至恒重，即得到石英玻璃圆柱面抛光盘。

步骤(1)所述的模具为不锈钢模具，模具正面设有承载凝胶基底的圆弧形凹槽承载面，背面设有用于安装连接的螺栓孔。

步骤(1)所述的凝胶基底的厚度计算公式为：l＝(r1-r2)*4.5，其中，l为凝胶基底的厚度，r1为承载凝胶基底模具的半径，r2为所要抛光的石英玻璃圆柱面实物半径，凝胶干燥后厚度会缩小4-5倍，因此初步确定的凝胶基底的厚度为半径差的4-5倍，优选为4.5倍。

步骤(2)所述的聚乙烯醇、海藻酸钠和二氧化硅的重量份比例为：60-80：20-30：5-10。混合水溶液配置时，具体方法为：将聚乙烯醇颗粒置于蒸馏水中，水浴加热搅拌溶解，制备成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温备用，将海藻酸钠粉末溶于蒸馏水中，室温搅拌溶解，制成海藻酸钠水溶液，在聚乙烯醇水溶液和海藻酸钠水溶液水溶液中添加sio2，搅拌均匀，制备成混合溶液。

步骤(2)冷冻的温度为-10至-16℃，时间为20-24h，室温下解冻1-2h，冷冻、解冻循环次数为3-4次。

步骤(2)将凝胶置于含质量百分比为2％cacl2的氧化铈抛光液中浸泡，时间为20-28h。

步骤(3)在温度为37℃，湿度为10％的烘箱中恒温干燥，干燥时间为40-50h。

干燥后得到的圆柱面抛光盘安装于抛光机上用于石英玻璃的圆柱面抛光，抛光盘在室温湿度在8％-12％的环境中使用为宜，不使用的情况要将抛光盘放置在湿度10％的环境中保存。

与现有技术相比，本发明基于聚乙烯醇和海藻酸钠凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘，通过反复冷冻-解冻法和化学交联法的复合制备，提高抛光层的强度和弹性，使圆柱面抛光层在干燥后不致出现裂纹，包裹氧化铈抛光粉颗粒，满足高精度抛光的要求，通过微量添加sio2提高圆柱面抛光层的厚度。利用凝胶的空间网状结构包裹纳米级氧化铈颗粒，干燥后成圆柱面模，用来抛光石英玻璃圆柱面，满足抛光要求且达到节约抛光磨料，减少环境污染，降低成本的目的，具有成本优势和环保优势。

附图说明

图1为本发明承载凝胶基底的模具背面结构示意图；

图2为本发明承载凝胶基底的模具正面结构示意图；

图3为本发明恒温干燥凝胶支撑结构示意图；

图中：1螺栓孔，2承载面，3模具，4凝胶基底，5支撑架，6曲率模具，7升降台

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法，具体步骤为：

(1)确定承载凝胶基底的模具尺寸，根据公式l＝(r1-r2)*4.5计算，其中，l为凝胶基底的厚度，r1为承载凝胶基底模具的半径，r2为所要抛光的石英玻璃圆柱面实物半径，模具为不锈钢模具，如图1，模具3正面设有承载凝胶基底的圆弧形凹槽承载面2，背面设有用于安装连接的螺栓孔1。

(2)制备凝胶样品：聚乙烯醇颗粒置于蒸馏水中，在95℃的水浴中加热搅拌6h溶解，不断补充蒸发减少的水分，最终制备成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温备用，同时取海藻酸钠粉末溶于蒸馏水中，室温下搅拌6h溶解，取聚乙烯醇和海藻酸钠水溶液，并添加sio2和氧化铈溶液在室温下用搅拌器搅拌6h，制备成混合溶液，其中，聚乙烯醇、海藻酸钠、二氧化硅的重量份比例为：70：25：5。

将混合溶液倒入模具中，反复冷冻、解冻循环，形成凝胶，再将凝胶置于含2％cacl2的氧化铈抛光液中浸泡，时间为24h，最后用蒸馏水清洗，冷冻的温度为-16℃，时间为22h，室温下解冻2h，冷冻、解冻循环次数为4次。

(3)将步骤(2)制得的凝胶4铺在模具3上，并用相应曲率的模具6轻压支撑，如图3所示，将铺了凝胶4的模具3放置于升降台7上，曲率模具6放置于支撑架5上，通过调节升降台7的高度将凝胶4抵住，防止下滑，每隔半小时调整一次高度，并在温度为37℃，湿度为10％的烘箱中恒温干燥，干燥时间为48h，即得到石英玻璃圆柱面抛光盘，如图2所示，凝胶基底4凝固在模具3上，得到的圆柱面抛光盘安装于抛光机上用于石英玻璃的圆柱面抛光。

实施例2

一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法，具体步骤为：

(1)确定承载凝胶基底的模具尺寸，根据公式l＝(r1-r2)*4.5计算，其中，l为凝胶基底的厚度，r1为承载凝胶基底模具的半径，r2为所要抛光的石英玻璃圆柱面实物半径，模具为不锈钢模具，如图1，模具3正面设有承载凝胶基底的圆弧形凹槽承载面2，背面设有用于安装连接的螺栓孔1。

(2)制备凝胶样品：聚乙烯醇颗粒置于蒸馏水中，在95℃的水浴中加热搅拌6h溶解，不断补充蒸发减少的水分，最终制备成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温备用，同时取海藻酸钠粉末溶于蒸馏水中，室温下搅拌6h溶解，取聚乙烯醇和海藻酸钠水溶液，并添加sio2和氧化铈溶液在室温下用搅拌器搅拌6h，制备成混合溶液，其中，聚乙烯醇、海藻酸钠、二氧化硅的重量份比例为：60：20：5。

将混合溶液倒入模具中，反复冷冻、解冻循环，形成凝胶，再将凝胶置于含2％cacl2的氧化铈抛光液中浸泡，时间为20h，最后用蒸馏水清洗，冷冻的温度为-10℃，时间为24h，室温下解冻1h，冷冻、解冻循环次数为3次。

(3)将步骤(2)制得的凝胶4铺在模具3上，并用相应曲率的模具6轻压支撑，如图3所示，将铺了凝胶4的模具3放置于升降台7上，曲率模具6放置于支撑架5上，通过调节升降台7的高度将凝胶4抵住，防止下滑，每隔半小时调整一次高度，并在温度为37℃，湿度为10％的烘箱中恒温干燥，干燥时间为40h，即得到石英玻璃圆柱面抛光盘。

实施例3

一种基于凝胶基底的石英玻璃圆柱面抛光盘的制作方法，具体步骤为：

(1)确定承载凝胶基底的模具尺寸，根据公式l＝(r1-r2)*4.5计算，其中，l为凝胶基底的厚度，r1为承载凝胶基底模具的半径，r2为所要抛光的石英玻璃圆柱面实物半径，模具为不锈钢模具，如图1，模具3正面设有承载凝胶基底的圆弧形凹槽承载面2，背面设有用于安装连接的螺栓孔1。

(2)制备凝胶样品：聚乙烯醇颗粒置于蒸馏水中，在95℃的水浴中加热搅拌6h溶解，不断补充蒸发减少的水分，最终制备成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷却至室温备用，同时取海藻酸钠粉末溶于蒸馏水中，室温下搅拌6h溶解，取聚乙烯醇和海藻酸钠水溶液，并添加sio2和氧化铈溶液在室温下用搅拌器搅拌6h，制备成混合溶液，其中，聚乙烯醇、海藻酸钠、二氧化硅的重量份比例为：80：30：10。

将混合溶液倒入模具中，反复冷冻、解冻循环，形成凝胶，再将凝胶置于含2％cacl2的氧化铈抛光液中浸泡，时间为28h，最后用蒸馏水清洗，冷冻的温度为-16℃，时间为20h，室温下解冻2h，冷冻、解冻循环次数为4次。

(3)将步骤(2)制得的凝胶4铺在模具3上，并用相应曲率的模具6轻压支撑，如图3所示，将铺了凝胶4的模具3放置于升降台7上，曲率模具6放置于支撑架5上，通过调节升降台7的高度将凝胶4抵住，防止下滑，每隔半小时调整一次高度，并在温度为37℃，湿度为10％的烘箱中恒温干燥，干燥时间为50h，即得到石英玻璃圆柱面抛光盘。