一种金刚石光催化高效抛磨方法及其装置

本发明涉及金刚石抛磨领域领域，特别涉及一种金刚石光催化高效抛磨方法及其装置。

背景技术：

1、表面抛光是产品制造过程中重要的步骤，在航空、航天、汽车、模具、医药器械、光学和半导体制造等领域都有广泛的应用需求。高质高效的抛光技术对于制造业而言具有至关重要的意义。金刚石因为优异的物理化学性质，被广泛的应用于如光学窗口、刀具及电子器件领域，随着应用范围的扩大，对其表面质量的要求越来越严格。现有的抛光技术如机械抛光对工人的技术水平要求高，工件质量的一致性和稳定性很难控制，化学/电化学抛光工序繁多，需要成分复杂的电解液，且存在污染环境的潜在风险。而光催化抛光是一种新兴的表面抛光技术，具有无污染、加工对象范围广、抛光质量稳定和易实现自动化等优点。其中水光催化通过光催化激发水分子，使水分子形成具有高速动能的粒子，这样的粒子可以作为材料切割媒介，可有效解决传统光催化器加工中容易产生的一些问题，如热损伤、污染、变形、碎屑沉积、氧化、微裂纹和锥度。

技术实现思路

1、本发明针对上述的问题，利用水光催化的原理，开发了一种金刚石光催化高效抛磨方法及其装置，通过选择合适的光催化剂和具有匹配吸收波长的面光源，当光催化高效抛光液在一定压力下被传送至腔体的时候，在光照下，其抛光液中光催化剂被激发，以一定的速度和形状被喷射至金刚石材料表面，金刚石表面材料在光催化高效抛光液强氧化作用及水射流的喷射冲击下被去除，实现高质量表面加工。和传统方法相比，该发明具有方法简单，装置易操作，加工效率高，加工对象范围广等优点。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种金刚石光催化高效抛磨装置，它包括腔体，所述的腔体内部为上粗下细的漏斗状，在底部设有喷嘴，在腔体的上部侧壁上连通有输液管，输液管上安装有压力表，所述腔体的顶部安装有光源，在腔体的正下方设有用于放置金刚石样品的载物台。

4、优选的，所述的腔体顶部设有循环冷却水接口。

5、优选的，所述的光源为面光源，面光源上安装有多个灯珠。

6、进一步的，所述的光源尺寸可变，直径尺寸范围为：50mm～150mm，照射高度5～10cm。

7、进一步的，所述的光源波长范围可调，波长可以但不限于：365nm、385nm、395nm、405nm。

8、优选的，所述输液管中输送溶液可以但不限于光催化高效抛光液。

9、进一步的，所述的光催化高效抛光液成分包括光催化剂、磨料、芬顿试剂、双氧水、分散剂、ph调节剂。

10、进一步的，所述光催化剂可以但不限于zro2、zno、cds、wo3、fe2o3、pbs、sno2、zns、srtio3、sio2中的一种或多种复合。

11、一种利用上述装置进行金刚石光催化高校抛磨的方法，按照抛光液配方配制光催化高效抛光液，选择合适的光源尺寸，光源灯珠的数量，光源波长，照射高度，将面光源安装至喷射腔体之上，并调整安装合适的喷嘴；打开光源循环冷却水，以一定的流量预循环10min，设置光催化高效抛光液输送压力，调整喷射角度，打开电源开关，光催化高效抛光液以一定的压力通过输液管传送至腔体，在面光源的照射下，光催化高效抛光液中的光催化剂被激发，被喷嘴以一定的喷出速度和形状送至金刚石表面，在持续喷射的冲击力下，实现金刚石表面材料的高效去除。

12、本发明的有效果在于：

13、(1)本发明将抛光液光催化过程与水射流结合起来，实现了光催化过程与水射流的同步发生，在抛光液氧化金刚石表面碳原子的同时去除金刚石表面材料，提高抛光效率，同时，方法简单、设备简单易操作。

14、(2)本发明设计的装置在使用过程中可以根据需求调整喷射角度，角度范围为0°～180°。

15、(3)过调节面光源直径或灯珠数量或照射高度，调节光催化光源的光功率大小，控制光催化抛光液中催化剂被激发的速率，进而控制抛光液对金刚石表面的氧化速度。

16、(4)通过调整压力表数值，控制水射流水压，进而控制作用在金刚石表面的冲击力。

17、(5)通过调整喷嘴形状改变抛光液喷射形状，调整抛光液与金刚石的接触面积，提高抛光效率。

技术特征：

1.一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：它包括腔体，所述的腔体内部为上粗下细的漏斗状，在底部设有喷嘴，在腔体的上部侧壁上连通有输液管，输液管上安装有压力表，所述腔体的顶部安装有光源，在腔体的正下方设有用于放置金刚石样品的载物台。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述的腔体顶部设有循环冷却水接口。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述的光源为面光源，面光源上安装有多个灯珠。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述的光源尺寸可变，直径尺寸范围为：50mm～150mm，照射高度5～10cm。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述的光源波长范围可调，波长可以但不限于：365nm、385nm、395nm、405nm。

6.根据权利要求1所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述输液管中输送溶液可以但不限于光催化高效抛光液。

7.根据权利要求6所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述的光催化高效抛光液成分包括光催化剂、磨料、芬顿试剂、双氧水、分散剂、ph调节剂。

8.根据权利要求7所述的一种金刚石光催化高效抛磨装置，其特征是：所述光催化剂可以但不限于zro2、zno、cds、wo3、fe2o3、pbs、sno2、zns、srtio3、sio2中的一种或多种复合。

9.一种利用权利要求1的装置进行金刚石光催化高校抛磨的方法，按照抛光液配方配制光催化高效抛光液，选择合适的光源尺寸，光源灯珠的数量，光源波长，照射高度，将面光源安装至喷射腔体之上，并调整安装合适的喷嘴；打开光源循环冷却水，以一定的流量预循环10min，设置光催化高效抛光液输送压力，调整喷射角度，打开电源开关，光催化高效抛光液以一定的压力通过输液管传送至腔体，在面光源的照射下，光催化高效抛光液中的光催化剂被激发，被喷嘴以一定的喷出速度和形状送至金刚石表面，在持续喷射的冲击力下，实现金刚石表面材料的高效去除。

技术总结
本发明公开一种金刚石光催化高效抛磨装置，它包括腔体，所述的腔体内部为上粗下细的漏斗状，在底部设有喷嘴，在腔体的上部侧壁上连通有输液管，输液管上安装有压力表，所述腔体的顶部安装有光源，在腔体的正下方设有用于放置金刚石样品的载物台。本发明将抛光液光催化过程与水射流结合起来，实现了光催化过程与水射流的同步发生，在抛光液氧化金刚石表面碳原子的同时去除金刚石表面材料，提高抛光效率，同时，方法简单、设备简单易操作。

技术研发人员：佘丁顺,王青青,岳文,王尉,康嘉杰,朱丽娜,孟德忠,付志强
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13