[發(fā)明專利]熔融石英無水環(huán)境固結(jié)磨粒拋光輪的制備方法及拋光方法

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• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108890547A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 楊煒;劉文俊;唐輝洋
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00;B24D7/18;C04B26/12;C04B40/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

熔融石英無水環(huán)境固結(jié)磨粒拋光輪的制備方法及拋光方法，涉及硬脆性材料加工。將磨料、添加劑和粘結(jié)劑混合，放入馬弗爐烘干，球磨，混合，將得到的粉末混合體，導入圓柱形模具中，施加7MPa的液壓力壓制成丸片狀，脫模，再放入馬弗爐燒制，即得熔融石英無水環(huán)境固結(jié)磨粒拋光輪。將拋光輪粘結(jié)在不銹鋼工具頭端面，安裝在數(shù)控機床上，采取光柵路徑對熔融石英進行整面加工。采用固結(jié)磨粒拋光輪，在無水環(huán)境下玻璃外層不斷與磨料實現(xiàn)化學反應；添加劑的主要作用是在加工過程中會破碎，破碎后產(chǎn)生容屑空間，同時破碎的添加劑的硬度比燒結(jié)后的粘結(jié)劑的硬度大，能刮落粘結(jié)劑，有利于磨料的進一步裸露。

技術領域

本發(fā)明涉及硬脆性材料加工，尤其是涉及無水環(huán)境下的熔融石英無水環(huán)境固結(jié)磨粒拋光輪的制備方法及拋光方法。

背景技術

熔融石英玻璃憑借其良好的物理和化學性能被廣泛應用于制造窗口和屏蔽片,且熔融石英玻璃(熔融石英)屬于難加工硬脆性材料，傳統(tǒng)上是利用磨削和拋光以實現(xiàn)高表面和亞表面質(zhì)量。磨削階段包括固結(jié)磨粒磨削和游離磨粒研磨，主要是為了降低面型精度誤差和粗糙度，但是無論是精磨或者粗磨(包括延性模型)不可避免會出現(xiàn)表面破碎、表面殘余應力、表面塑性流動和亞表面損傷等缺陷。為了去除磨削階段殘余的缺陷，一般采用拋光對玻璃進行進一步加工。傳統(tǒng)的拋光主要是利用比玻璃硬度低的稀土和金屬氧化物、混合去離子水和一定的化學添加物，利用機械化學去除機理進行材料去除，以獲得無損傷的玻璃表面。雖然游離磨粒拋光技術在光學玻璃加工中得到了廣泛的應用，但是它也存在一些顯著的缺點。首先，游離磨粒在拋光過程運動的隨機性，以及玻璃-磨粒-拋光墊在拋光溶液中復雜的物理和化學相互作用，難以建立一個準確材料去除模型，使其無法成為一項確定性的拋光技術(楊煒,郭隱彪,許喬,等.超精拋光中邊緣效應對材料去除量的影響[J].強激光與粒子束,2008(10):1653-1657.(Yang Wei,Guo Yinbiao,Xu Qiao,et al.Edgeeffects on material removal amount in ultra-precise polishing process.HighPower Laser and Particle Beams,2008(10):1653-1657)；其次，游離磨粒拋光會在玻璃表面產(chǎn)生幾nm到幾百nm的水合層，水合層的機械化學性質(zhì)和玻璃本體材料有著本質(zhì)的區(qū)別，從而降低了玻璃的光學性能(Li Y,Hou J,Xu Q,et al.The characteristics ofoptics polished with a polyurethane pad[J].Optics Express,2008,16(14):10285-10293)；再者，拋光溶液會造成環(huán)境污染，而且僅有少量的磨粒參與材料去除，從而造成了大量材料浪費。

國內(nèi)外學者開展了固結(jié)磨粒拋光技術研究，以期能在拋光階段確定性地控制材料去除，在能獲得高效去除率的同時還能避免磨料浪費，獲得高質(zhì)量的光學玻璃表面。國內(nèi)對于固結(jié)磨粒拋光技術研究不多(Tian Y B,Zhou L,Shimizu J,et al.Elimination ofsurface scratch/texture on the surface of single crystal Si substrate inchemo-mechanical grinding(CMG)process[J].Applied Surface Science,2009,255(7):4205-4211)，一個顯著的原因在于固結(jié)磨粒拋光的拋光輪配方和燒結(jié)工藝不成熟，美國、日本和烏克蘭都對這項技術進行了封鎖。因此研制新型的固結(jié)磨粒拋光輪也成為了研究固結(jié)磨粒拋光的關鍵。對比國外眾多學者開展的固結(jié)磨粒拋光技術，該發(fā)明能在無水環(huán)境下實現(xiàn)熔融石英的固結(jié)磨粒拋光，且體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢，表面面型精度和粗糙度收斂速度顯著提高，且拋光輪不破碎，磨損均勻。該項發(fā)明對于國內(nèi)熔融石英超精密加工領域具有很重要的推動意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為了解決游離磨粒拋光中存在的隨機性、磨料浪費以及產(chǎn)生水合層等問題，提供熔融石英無水環(huán)境固結(jié)磨粒拋光輪的制備方法。