[發明專利]一種分級結構化復合彈性研拋盤

無效

• 申請號: 201210042639.7
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102658528A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 金明生;計時鳴;張利;文東輝;敖海平
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24D7/14
• 分類號: B24D7/14;B24D3/20;B24D7/10
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本發明涉及一種分級結構化復合彈性研拋盤，集研磨與拋光功能于一體，尤其涉及一種應用于光學元件、非晶薄膜襯底等的研磨與拋光，能有效改善冷卻液(或拋光液)的流動性，加強磨粒的參與率和切削效果，提高工件加工效率與質量的研拋盤。

背景技術

光學元件、非晶薄膜襯底等工件加工完成后要求表面低損傷、平坦性好、無明顯劃痕。工件在前期加工過程中，傳統的車削、銑削在工件表面留下刀痕，難以獲得超光滑表面，因此常用研磨盤和拋光盤對工件表面進行研磨與拋光，以期獲得高質量、低殘余應力的表面。

采用傳統研磨盤和拋光盤對光學元件和非晶薄膜襯底等進行精密加工有以下不足：(1)硬質研磨盤和拋光盤隨不同加工工藝需求更換頻繁，影響加工效率，且排放冷卻液(或拋光液)和磨屑(磨損或脫落的磨粒及去除的工件材料)的效果較差；(2)由于材料去除特性的不一致，導致研磨盤和拋光盤不同區域的磨粒磨損不一致，出現局部凹坑等情況，影響工件表面的平面度，同時也降低了研磨盤和拋光盤的使用壽命；(3)缺少研磨和拋光工序之間的銜接，實踐證明僅在拋光工序上下功夫遠達不到理想目標，因為拋光質量的好壞直接與研磨工序的質量有關；(4)游離磨料拋光需大量循環利用拋光液，相比固著磨料拋光方式，磨料的使用量大，磨屑的處理要求高，且污染量大。

發明內容

為了克服傳統光學元件、非晶薄膜襯底等表面加工方法在冷卻液(或拋光液)和磨屑排放能力，研磨和拋光效率，設備利用率和使用壽命，磨粒有效參與率及工件平坦化效果方面的不足和缺陷，本發明提出一種磨屑排放量小、研磨和拋光效率，設備利用率和使用壽命，磨粒有效參與率及工件平坦化效果方面均表現良好的分級結構化復合彈性研拋盤。

本發明的技術方案：一種分級結構化復合彈性研拋盤，其特征包含磨料層、粘結層和基體層，所述磨料層通過粘結層粘結于基體層表面，所述基體層與驅動裝置相連。

進一步，所述磨料層由高硬度的金剛石或氧化鋁等磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化“印刷”和光固化處理，粘結于不同基體層表面。

進一步，所述磨料層運用分級理念，設置有研磨外圈和拋光內圈，所述研磨外圈沿研拋盤直徑方向由外向內分為粗磨圈、細磨圈和精磨圈。所述粗磨圈、細磨圈、精磨圈及拋光內圈中所包含的磨粒粒度、磨料配比有所不同。粗磨圈選用高質量濃度的磨料配比，本發明采用50％～75％的質量濃度；細磨圈和精磨圈選用細粒度磨粒和中質量濃度配比，本發明采用50％～40％和40％～30％的質量濃度；拋光內圈選用微細粒度和低質量濃度配比，本發明采用25％左右的質量濃度。

進一步，所述研拋盤設置結構化表面，所述結構化表面由不同組發散狀、圓環狀等不同幾何結構的流道組成。

進一步，所述粘結層由不同種類的高聚物粘結劑構成。

進一步，所述基體層由包括橡膠在內的不同復合材料制成。

本發明的技術構思為：根據基體層的尺寸將高硬度的磨料與高聚物膠黏劑、光引發劑等充分攪拌混合，通過結構化“印刷”和光固化處理，粘結于不同的基體層表面形成磨料層。用磨料固結于復合彈性層(復合材料彈性粘結層和基體層)上的研拋盤進行加工，相比游離磨料加工，磨粒有更好的切削狀態和參與率，確保了高效率和高質量加工。相比磨料固結硬質研拋方式，彈性粘結層和基體層保證了磨粒在微觀上具有良好的彈性支撐條件和力學行為約束狀態，確保了工件表面一定的切削力度和磨粒有效參與率，使切削痕跡無序、精細，不易于產生明顯劃痕，且工件表面損傷低。研拋盤采用高分子吸水聚合物制備，冷卻液(或拋光液)能使其產生溶脹現象，粘結磨粒的粘結劑逐漸軟化并在磨料層和工件表面的摩擦力作用下將鈍化的磨料層去除，形成新的磨料層，實現研拋盤的自修整功能。研拋盤分研磨外圈和拋光內圈，研磨外圈沿直徑方向由外向內分為粗磨圈、細磨圈和精磨圈，分別采用不同的復合彈性材料和不同的磨料配比與粒度粘結成型。加工時，工件沿研拋盤直徑方向由外向依次進行粗磨、細磨、精磨和拋光，有效利用了研拋盤研磨外圈的高線速度來進行研磨，并利用拋光內圈空間進行最后光整加工，這樣將研磨和拋光工序集成于一體，提升了從研磨到拋光的銜接性，增加了研磨盤的空間利用率，提高了加工效率并有效節約資源。研拋盤通過結構化“印刷”形成結構化表面，加工過程中的冷卻液(或拋光液)和磨屑能及時通過表面流道進行排放，減少磨屑對工件表面的損傷，增加了工件表面與冷卻液(或拋光液)的接觸，提高了工件表面加工效率與加工質量。