[發明專利]陶瓷材質上芬頓輔助的旋轉超聲高效拋光法

有效

• 申請號: 201910462793.1
• 申請日: 2019-05-30
• 公開（公告）號: CN110355620B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 趙軍;黃金鋒;王睿;呂經國
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B1/04
• 分類號: B24B1/04;B24B41/04;B24B47/20;B24B57/02
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 吳輝輝

本發明公開了陶瓷材質上芬頓輔助的旋轉超聲高效拋光法，通過在碳化硅材料上涂覆芬頓液，使得碳化硅在羥基自由基的作用下轉化成更易去除的二氧化硅，再利用旋轉超聲工加工方法，高頻振動的工具頭沖擊磨粒，通過高能磨粒對襯底材料的機械沖擊、剪切、拋磨、錘擊、加工液的空化現象和高速旋轉的超硬陶瓷球體帶動磨粒對襯底材料的多級研拋作用去除二氧化硅，暴露出底下的碳化硅，得到微半球凹模陣列本發明能夠較快的在硬脆材質碳化硅工件上加工出優質幾何性質的微半球凹模陣列。

技術領域

本發明涉及超精密加工領域，尤其涉及陶瓷材質上芬頓輔助的旋轉超聲高效拋光法。

背景技術

半球諧振陀螺(Hemispherical Resonator Gyro,簡稱HRG)是基于基于哥氏振動原理，具有慣導級性能的高精度新型固體振動陀螺，他通過上半球的徑向振動駐波進動機理感應旋轉角度。與一般陀螺儀相比具有結構簡單、可靠性高、精度高、壽命長，能在惡劣工作環境中穩定工作，具有良好的抗沖擊性能，即使斷電，也能在掉電情況下穩定運行一段時間。在空間航空航天領域具有廣闊應用前景。

目前，有能力批量制造高精度到質量的HRG的國家主要是美國、法國和俄羅斯，因為半球諧振陀螺的品質因數對振子的幾何物理精度上具有很高要求，目前的HRG諧振子制造方法都是首先獲得一個高回轉精度和高表面質量的半球凹模，然后利用各種沉積方法在凹模表面沉積出一個半球空腔，再經過一系列工步，最終實現諧振子的裝配。目前技術的難點在于獲得高回轉精度和高表面質量的半球凹模，國際上現有的在硬脆材料上加工半球凹模的傳統加工方法主要有：微電火花加工，高能束加工，傳統超聲加工等。

微電火花加工通過兩極間高強度火花放電的電蝕現象來蝕除材料的方法。高能束加工，利用產生的高溫使非金屬硬脆材料表面融化氣化并伴隨爆炸來達到去除材料的目的。傳統的超聲加工又稱懸浮磨粒超聲沖擊加工，利用超聲的高能沖擊磨粒對材料進行機械去除。他們在加工半球凹模時都要致命的缺點，微電火花加工效率低，又難以獲得較好的形狀精度；激光加工還會使材料熱應力集中，產生裂紋和熱變形，影響加工形狀精度和表面質量。在一般的傳統超聲加工中工具頭磨損嚴重，加工效率低且加工硬脆材料時加工表面常會出現“崩豁”現象，嚴重影響加工表面質量。

發明內容

本發明的目的是針對現有不足，提供陶瓷材質上芬頓輔助的旋轉超聲高效拋光法，利用芬頓效應和旋轉超聲法批量制備微半球凹模陣列。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

陶瓷材質上芬頓輔助的旋轉超聲高效拋光法，

S1、配置芬頓液將其和研磨液混合成研拋液，將研拋液均勻滴加在工件表面擬加工位置；

S2、超硬陶瓷球體被限制在鋁合金導向基板上固定于旋轉工具頭前端，芬頓液將碳化硅工件氧化成二氧化硅，旋轉超聲工具頭在縱向高頻震動的同時在水平面上高速旋轉，通過激發芬頓液中的磨粒，依靠磨粒對襯底材料的機械沖擊、剪切、拋磨、加工液的空化現象去除材料；同時利用旋轉運動保證形狀精度。

S3、通過控制加工參數實現多級研磨。提高加工質量。

進一步的，通過芬頓液將碳化硅脆化。方便超聲加工和提高加工質量。減少工具頭磨損。

進一步的，預裝超硬陶瓷球體，在導向基板和超硬陶瓷球體間添加粘結劑，再使用Z向進給使得超硬陶瓷球體向下運動進而獲得同一水平面上的超硬陶瓷球體。減少不同工具頭加工半球凹模的誤差。

進一步的，在未加工碳化硅表面區域涂覆高聚合物薄膜。實現對未加工碳化硅表面區域的保護。

進一步的，所述多級研磨包括三級，第一級研磨為粗加工，控制超聲頻率為20kHz-50kHz，振幅為10μm-50μm，旋轉速度為800r/min-1200r/min，高頻高振幅振動的超硬陶瓷球體激發激發磨粒將大塊材料去除，得到半球凹模；