一种用于微纳加工的二维超声振动平台的制作方法

本发明涉及一种声振动平台。特别是涉及一种用于微纳加工的二维超声振动平台。

背景技术：

伴随着仪器设备的小型化，各种针对微纳尺寸的加工方法相继被研究出来，其中基于afm探针的直接刻划方法具有成本低、控制简单以及可以加工任意形状的图案的特点，是一种具有广泛应用前景的微纳加工技术。但是加工速度有限、加工质量不稳定、可加工材料有限等因素限制了该技术的推广与应用。为了解决以上问题，并针对各种不同的工况，多种多能量源辅助加工方式被研究出来，其中包括振动辅助微纳加工，通过对afm探针刻划系统加工振动辅助，可以有效提高对样品表面的加工速度、加工质量，并且对于超硬材料、黏弹性材料也有很好的加工效果。但是现有振动辅助平台受限于振动体刚度、激振形式等因素的影响，导致振动平台的振动频率有限、振幅不可精确控制，以及辅助振动不解耦的问题，导致振动辅助的效果有限，并且难以准确研究不同形式、不同参数的振动对微纳刻划系统加工性能的影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有超声振动振幅可控、振动解耦特性的用于微纳加工的二维超声振动平台。

本发明所采用的技术方案是：一种用于微纳加工的二维超声振动平台，包括矩形环状基体，所述矩形框基体中空部分的中心位置设置有运动平台，所述矩形框基体的四个边框的内侧边对应所述运动平台分别设置有一个压电陶瓷驱动器，每一个压电陶瓷驱动器与所述的运动平台之间都设置有一个由横观各向同性材料构成的解耦垫片，所述矩形框基体的四个边框上对应所述压电陶瓷驱动器分别设置有螺纹连接且贯穿所述边框的预紧螺栓，所述的预紧螺栓用于对运动平台、解耦垫片和压电陶瓷驱动器之间的接触连接进行调节性的预紧。

所述的横观各向同性材料是石墨或沉积岩。

位于同一直线上的两个压电陶瓷驱动器输入等量相反的正弦位移信号，控制运动平台在所述的直线上作一维正弦振动。

所述矩形框基体的四个端角上分别形成有一个通孔，用于通过固定螺栓(2)固定到其他平台上。

本发明的一种用于微纳加工的二维超声振动平台，整体机构采用对称式设计，使整个系统具有足够的刚度和稳定性；x/y方向上的超声振动分别由各自方向上的两个压电陶瓷共同控制，保证振动的精度和重复性；使用特殊材料对x/y方向的振动进行解耦，减小超声振动在非工作方向上的耦合误差，并保护压电陶瓷避免其受到剪力而发生破坏。

附图说明

图1是本发明一种用于微纳加工的二维超声振动平台的整体结构示意图；

图2是图1的局部剖视图。

图中，

1：矩形框基体2：固定螺栓

3：预紧螺栓4：压电陶瓷驱动器

5：解耦垫片6：运动平台

7：压电陶瓷驱动器8：压电陶瓷驱动器

9：压电陶瓷驱动器

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种用于微纳加工的二维超声振动平台做出详细说明。

如图1、图2所示，本发明的一种用于微纳加工的二维超声振动平台，包括矩形环状基体1，所述矩形框基体1的四个端角上分别形成有一个通孔，用于通过固定螺栓2固定到其他平台上。所述矩形框基体1中空部分的中心位置设置有运动平台6，所述矩形框基体1的四个边框的内侧边对应所述运动平台6分别设置有一个压电陶瓷驱动器4、7、8、9，每一个压电陶瓷驱动器4、7、8、9与所述的运动平台6之间都设置有一个由横观各向同性材料构成的解耦垫片5，所述的横观各向同性材料是石墨或沉积岩。所述矩形框基体1的四个边框上对应所述压电陶瓷驱动器4、7、8、9分别设置有螺纹连接且贯穿所述边框的预紧螺栓3，所述的预紧螺栓3用于对运动平台6、解耦垫片5和压电陶瓷驱动器4、7、8、9之间的接触连接进行调节性的预紧。

位于同一直线上的两个压电陶瓷驱动器4、8或两个压电陶瓷驱动器7、9输入等量相反的正弦位移信号，控制运动平台6在所述的直线上作一维正弦振动。

本发明的一种用于微纳加工的二维超声振动平台，具有高精度一维/二维超声振动辅助功能。在相互垂直的两个方向上的超声振动将会具有相互解耦的效果。4个压电陶瓷驱动器4、7、8、9为运动平台6提供正弦输入位移，其中x方向振动由两个压电陶瓷驱动器7、9控制，y方向振动由两个压电陶瓷驱动器4、8控制，位于相同方向上的两个压电陶瓷驱动器输入等量相反的正弦位移信号，控制平台在该方向上作一维正弦振动，两个方向上的振动相互配合(相位、振幅)，即使实现平台微纳加工所需的二维圆形/椭圆振动，并且由于横观各向同性材料(例如石墨、沉积岩等)的作用——层与层之间的滑动，在相互垂直的两个方向上的超声振动将会具有相互解耦的效果。

综上所述，本发明的一种用于微纳加工的二维超声振动平台，不仅能够实现高精度的一维/二维超声振动，并且在相互垂直的两个方向上的超声振动将会具有相互解耦的效果。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种用于微纳加工的二维超声振动平台，包括矩形环状基体，矩形框基体中空部分的中心位置设置有运动平台，矩形框基体的四个边框的内侧边对应运动平台分别设置有一个压电陶瓷驱动器，每一个压电陶瓷驱动器与运动平台之间都设置有一个由横观各向同性材料构成的解耦垫片，矩形框基体的四个边框上对应压电陶瓷驱动器分别设置有螺纹连接且贯穿边框的预紧螺栓，预紧螺栓用于对运动平台、解耦垫片和压电陶瓷驱动器之间的接触连接进行调节性的预紧。本发明整个系统具有足够的刚度和稳定性；X/Y方向上的超声振动分别由各自方向上的两个压电陶瓷共同控制，保证振动的精度和重复性；使用特殊材料对X/Y方向的振动进行解耦，减小超声振动在非工作方向上的耦合误差。

技术研发人员：卢康康;田延岭;王福军;周重凯;张大卫
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.01.31
技术公布日：2019.04.16