一种陶瓷抛光装置及其抛光方法与流程

本发明涉及镜片加工领域，特别涉及一种陶瓷抛光装置及其抛光方法。

背景技术：

陶瓷作为一种优良的反射镜材料，已经逐渐被应用到红外光学系统中；而由于陶瓷本身的莫氏硬度比较大，这就决定了它的精细加工工序很繁琐，精度加工很困难，由于效率太低最终导致产能产量严重不足，不能大规模化量产。目前对陶瓷的加工一般采用莫氏硬度更大、速率更快的金刚石研磨液进行研磨来达到一定的厚度，最后用传统的cmp抛光液精抛到要求的表面状态。然而，目前的陶瓷抛光方法存在着材料去除率较低的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种陶瓷抛光装置，能够有效地提高陶瓷的去除率。

本发明还提出一种基于上述陶瓷抛光装置的陶瓷抛光方法。

根据本发明第一方面实施例的陶瓷抛光装置，包括：

抛光盆，用于盛装抛光溶液；

抛光模，用于放置待加工陶瓷，所述抛光模设置于所述抛光盆中；

搅拌棒，用于搅拌所述抛光盆中的所述抛光溶液；

转动轴，设置于所述抛光盆的底部，用于驱动所述抛光盆和所述抛光模转动而使得所述抛光模对待加工陶瓷进行抛光处理并且使得所述抛光溶液流动。

根据本发明实施例的陶瓷抛光装置，至少具有如下有益效果：结合抛光模的机械磨削以及抛光溶液的化学作用，提高了陶瓷材料的去除率；并且在抛光过程中，还可以利用搅拌棒对抛光溶液进行搅拌处理，使得混合磨料能够保持悬浮状态，从而更加有利于陶瓷的抛光处理。

根据本发明的一些实施例，所述搅拌棒设置于所述抛光盆中。

根据本发明的一些实施例，所述抛光模包括不锈钢基底和防腐蚀层，所述防腐蚀层包围于所述不锈钢基底的外部。

根据本发明的一些实施例，所述防腐蚀层由聚氨酯制成。

根据本发明的一些实施例，所述聚氨酯的表面设置有网格状凹槽。

根据本发明第二方面实施例的陶瓷抛光方法，基于本发明第一方面的陶瓷抛光装置，所述方法包括：

将待加工陶瓷放置于所述抛光模上；

在所述抛光盆中加入所述抛光溶液并且使得所述抛光溶液沉没待加工陶瓷；

利用所述转动轴带动所述抛光盆和所述抛光模转动，使得所述抛光模对待加工陶瓷进行抛光处理，并且使得所述抛光溶液流动；

利用所述搅拌棒搅拌所述抛光溶液。

根据本发明实施例的陶瓷抛光方法，至少具有如下有益效果：结合抛光模的机械磨削以及抛光溶液的化学作用，提高了陶瓷材料的去除率；并且在抛光过程中，还可以利用搅拌棒对抛光溶液进行搅拌处理，使得混合磨料能够保持悬浮状态，从而更加有利于陶瓷的抛光处理。

根据本发明的一些实施例，所述抛光溶液包括高纯水、三氧化二铝、碳酸钠、碳酸钙和悬浮剂。

根据本发明的一些实施例，所述抛光模包括不锈钢基底和防腐蚀层，所述防腐蚀层包围于所述不锈钢基底的外部。

根据本发明的一些实施例，所述防腐蚀层由聚氨酯制成。

根据本发明的一些实施例，所述聚氨酯的表面设置有网格状凹槽。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一实施例的一种陶瓷抛光装置的正视结构示意图；

图2为本发明一实施例的一种陶瓷抛光装置的俯视结构示意图；

图3为本发明一实施例的一种陶瓷抛光装置的抛光模的结构示意图；

图4为本发明另一实施例的一种陶瓷抛光方法的步骤流程图。

附图标记：

抛光盆100、抛光模200、网格状凹槽210、抛光溶液300、待加工陶瓷400、转动轴500、搅拌棒600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，所谓超光滑表面是指其表面粗糙度均方根值小于1nm的表面，并且具有较高的面形精度和较低的表面波纹度，无表面疵病和亚表面损伤，具有完整的晶格结构。机械学说、化学学说和流布学说等是光学零件的三种抛光机理，一般认为光学零件的抛光过程是三种机理共同作用下，与抛光头表面接触区域地光学玻璃表面的材料发生机械微切、分子流动和化学水解反应等实现光滑表面的抛光。

需要说明的是，陶瓷作为一种优良的反射镜材料，已逐渐应用于红外光学系统之中由于陶瓷本身的莫氏硬度比较大，在9.2-9.3之间，这就决定了它的精细加工工序很繁琐，精度加工很困难，由于效率太低最终导致产能产量严重不足，不能大规模化量产。目前对陶瓷的加工一般采用莫氏硬度更大、速率更快的金刚石研磨液进行研磨来达到一定的厚度，最后用传统的cmp抛光液精抛到要求的表面状态。然而，目前的陶瓷衬底加工工序单面加工时间冗长而且工序繁杂，导致效率低下，不能满足下游市场的需要。浴法抛光中抛光液浸没抛光盘和工件的接触面，抛光盘绕自身旋转的同时保持水平摆动，保证被抛光件上的每一点与抛光盘上每一点随机接触，以使工件材料被均匀去除。浴法抛光加工效率低，并且在加工过程中不断要保持抛光液的均匀性，对工艺过程要求十分严格。化学机械抛光(cmp)技术是目前半导体加工的重要手段，也是目前能将单晶硅表面加工到原子级光滑最有效的工艺方法，是能在加工过程中同时实现局部和全局平坦化的唯一实用技术。cmp的加工效率主要由工件表面的化学反应速率决定。通过研究工艺参数对sic材料抛光速率的影响，结果表明：旋转速率和抛光压力的影响较大；温度和抛光液ph值的影响不大。为提高材料的抛光速率应尽量提高转速，虽然增加抛光压力也可提高去除速率，但容易损坏抛光垫。目前的陶瓷抛光方法存在着材料去除率低、成本高的问题，且无磨粒研抛、催化辅助加工等加工方法。

参照图1、图2和图3，本发明第一方面实施例的陶瓷抛光装置，包括：抛光盆100，用于盛装抛光溶液300；抛光模200，用于放置待加工陶瓷400，抛光模200设置于抛光盆100中；搅拌棒600，用于搅拌抛光盆100中的抛光溶液300；转动轴500，设置于抛光盆100的底部，用于驱动抛光盆100和抛光模200转动而使得抛光模200对待加工陶瓷400进行抛光处理并且使得抛光溶液300流动。结合抛光模200的机械磨削以及抛光溶液300的化学作用，提高了陶瓷材料的去除率；并且在抛光过程中，还可以利用搅拌棒600对抛光溶液300进行搅拌处理，使得混合磨料能够保持悬浮状态，从而更加有利于陶瓷的抛光处理。本发明在cmp技术的基础上混合使用了浴法抛光方法，能够有效地提高了陶瓷材料的去除率，并能够降低零件的表面粗糙度，实现超光滑表面抛光处理。

需要说明的是，相对于单独使用cmp技术，待加工陶瓷400完全浸泡在抛光溶液300中，可以使得混合磨料的利用率大大提高；由于磨料的利用率提高，使材料的去除率提高，另外由于磨料中混合有碱性物质，在机械与化学的双重作用下，能更好的加速材料的去除率；因为液体本身具有柔软性，抛光溶液300对工件具有一定的浮力，从而使表面去除加工是柔性加工非刚性磨削，所以不会产生亚表层损伤，可以加工出很低粗糙度的工件。

需要说明的是，本实施例中的陶瓷可以为碳化硅，碳化硅作为一种优良的反射镜材料，已逐渐应用于红外光学系统中。

可以理解的是，转动轴500可以与抛光盆100是一体成型的，或者转动轴500是可拆卸安装的方式设置在抛光盆100的底部；而转动轴500可以只与抛光盆100连接，只带动抛光盆100转动，而由于抛光模200是固定在抛光盆100中，因此也转动的抛光盆100也可以带动抛光模200进行转动；或者转动轴500不仅与抛光盆100连接，还与抛光模200连接，从而转动轴500可以分别带动抛光盆100和抛光模200进行转动。

参照图1和图2，在本发明的一些具体实施例中，搅拌棒600设置于抛光盆100中。搅拌棒600还可以设置在抛光盆100中，使得操作人员能够快速地利用搅拌棒600对抛光溶液300进行搅拌处理，使得抛光溶液300中的混合磨料能够保持悬浮的状态。

在本发明的一些具体实施例中，抛光模200包括不锈钢基底和防腐蚀层，防腐蚀层包围于不锈钢基底的外部。由于抛光液呈碱性，因此需要选用抗腐蚀，耐酸碱性的不锈钢材料作为基底制作抛光模200，能够有效地保持抛光液的持续性、有效性和稳定性。并且在不锈钢基底的外部包围防腐蚀层，进一步包围不锈钢基底，使得抛光溶液300能够保持有效性和稳定性。

在本发明的一些具体实施例中，防腐蚀层由聚氨酯制成。聚氨酯的化学性能稳定，具有较强的抗腐蚀特性，耐酸碱性也较强，从而能够很好地保护其内部的不锈钢基底。

需要说明的是，不锈钢基底与聚氨酯模之间使用粘合剂进行粘合并使用标准平面模经重压固定1小时后，然后再放置4小时，待粘合剂完全固化后，才能使用。

参照图3，在本发明的一些具体实施例中，聚氨酯的表面设置有网格状凹槽210。网格状凹槽210能够有效地改善加工过程中的压强分布和液体的流动性。

需要说明的是，聚氨酯的表面设置有网格状凹槽210是由刀具雕刻加工出来的。

参照图4，本发明第二方面实施例提供了一种陶瓷抛光方法，基于本发明上述实施例的陶瓷抛光装置，陶瓷抛光方法包括但不限于以下步骤：

步骤s100，将待加工陶瓷放置于抛光模上；

步骤s200，在抛光盆中加入抛光溶液并且使得抛光溶液沉没待加工陶瓷；

步骤s300，利用转动轴带动抛光盆和抛光模转动，使得抛光模对待加工陶瓷进行抛光处理，并且使得抛光溶液流动；

步骤s400，利用搅拌棒搅拌抛光溶液。

在一实施例中，本发明实施例的陶瓷抛光方法结合抛光模的机械磨削以及抛光溶液的化学作用，提高了陶瓷材料的去除率；并且在抛光过程中，还可以利用搅拌棒对抛光溶液进行搅拌处理，使得混合磨料能够保持悬浮状态，从而更加有利于陶瓷的抛光处理。

在本发明的一些具体实施例中，抛光溶液包括高纯水、三氧化二铝、碳酸钠、碳酸钙和悬浮剂。抛光溶液包括了高纯水、三氧化二铝、碳酸钠、碳酸钙和悬浮剂，使得抛光溶液保持碱性，能够更好地与陶瓷发生化学反应，实现化学抛光处理。

在本发明的一些具体实施例中，抛光模包括不锈钢基底和防腐蚀层，防腐蚀层包围于不锈钢基底的外部。

在本发明的一些具体实施例中，防腐蚀层由聚氨酯制成。

在本发明的一些具体实施例中，聚氨酯的表面设置有网格状凹槽。

需要说明的是，由于本实施例中的陶瓷抛光方法与上述实施例中的陶瓷抛光装置基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本系统实施例，此处不再详述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。