[發明專利]一種微溝槽射流拋光裝置及拋光方法

在審

• 申請號: 202011080103.5
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112077749A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 曹中臣;閆升親;李世鵬;姜向敏;張軍鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B24C1/08
• 分類號: B24C1/08;B24C9/00;B24C3/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明公開一種微溝槽射流拋光裝置及拋光方法，所述拋光裝置包括基座，供液系統，拋光噴嘴和工作臺，所述工作臺的上表面可拆卸安裝一工件固定組件，用于放置待加工的工件，所述工件固定組件對應設置在所述拋光噴嘴的下方；所述工件固定組件包括置物臺和固定元件，所述置物臺放置設置在所述工作臺的上表面，所述置物臺的上表面設置有垂直設置的第一凹槽和第二凹槽，其中所述第一凹槽的豎直深度大于所述第二凹槽；所述拋光噴嘴包括毫米級拋光噴嘴和微米級拋光噴嘴，所述固定元件包括蓋板和掩膜；當所述拋光噴嘴為微米級拋光噴嘴時，所述固定元件為蓋板；當所述拋光噴嘴為毫米級拋光噴嘴時，所述固定元件為掩膜。

技術領域

本發明屬于微結構加工領域，尤其涉及一種微溝槽射流拋光裝置及拋光方法。

背景技術

近年來，隨著科學技術的發展，產品逐漸向精密化、集成化和高性能化方向發展，具有微小溝槽結構特征的零部件在眾多領域得到了大量應用，包括光學、化學、生物醫學、微電子等。如光學玻璃微溝槽陣列具有降低光反射率、提高透射率和衍射效率以及控制光能普分布等功能；在細胞研究中，需要使用具有微溝槽的玻璃器件來模擬細胞的微環境，研究細胞的分化、生長以及遷移等行為；燃料電池的電極板、流體機器上的減摩降阻裝置、顯示器的光柵罩等器件的微溝槽結構在傳熱特性、流體動力學特性、機械特性、摩擦特性以及仿生特性等方面具有顯著的優勢。

目前，微結構表面制造的方法主要有化學刻蝕、離子束、壓印、激光加工和微機械加工等?；瘜W刻蝕常用于玻璃器件的加工，分為干法刻蝕和濕法刻蝕。濕法刻蝕采用氫氟酸溶液作為刻蝕劑對玻璃進行刻蝕，腐蝕速率難以控制且刻蝕表面質量較差。干法刻蝕采用CF4、CHF3、SF6等氟基氣體，輔助氣體如氬氣、氦氣等氣體，在等離子體下對玻璃進行刻蝕，設備造價高，刻蝕速率較慢。激光加工對能量密度要求高，能耗高，加工熱影響區大，容易產生碎裂、崩邊等問題。微機械加工常采用高耐磨、高鋒銳的金剛石刀具，微結構易生毛刺。上述這些方法加工微溝槽存在的主要問題是表面質量較差、設備復雜成本高昂而且加工效率低，限制了微溝槽結構的應用，因此需要一種合適的微溝槽拋光方法和裝置。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有微溝槽加工技術中的不足，采用射流拋光的方法，提高微溝槽表面質量。使用射流拋光技術對微溝槽進行拋光時，一般情況下射流束直徑需要小與溝槽寬度，否則會破壞工件其余表面，而噴嘴孔徑越小，加工難度越大，成本也越高；此外，加工時需要運動平臺的精準定位對刀，操作復雜，因此本發明也對這一方法進行了改進，將小孔徑拋光噴嘴和工件固定組件配合使用，提供一種造價低廉，技術要求水平低、加工效率高且無需精準的定位和對刀的微溝槽射流拋光裝置，可形成無裂紋表面從而提高微溝槽表面質量的技術。

為此，本發明提供了一種微溝槽射流拋光裝置，包括基座，供液系統，拋光噴嘴和工作臺，緊鄰所述基座的一側壁設置有所述供液系統，所述供液系統用于將含有磨料顆粒的拋光液輸送至所述拋光噴嘴從而沖擊待拋光的微溝槽；所述基座上固定安裝五軸運動平臺或機械臂，所述拋光噴嘴安裝在所述五軸運動平臺或機械臂的端部；所述工作臺放置在基座上表面。其中，所述工作臺的上表面可拆卸安裝一工件固定組件，用于放置待加工的工件，所述工件固定組件對應設置在所述拋光噴嘴的下方。

進一步的，所述工件固定組件包括置物臺和固定元件，所述置物臺固定設置在所述工作臺的上表面，所述置物臺的上表面設置有垂直設置的第一凹槽和第二凹槽，其中所述第一凹槽的豎直深度大于所述第二凹槽；所述第一凹槽用于將所述待加工工件嵌入其中，所述第二凹槽用于放置所述固定元件，所述固定元件用于在所述置物臺上固定所述工件，其上對應設置有孔用于與所述置物臺可拆卸連接。

進一步的，所述拋光噴嘴包括毫米級拋光噴嘴和微米級拋光噴嘴，所述微米級拋光噴嘴孔徑小于所述待拋光微溝槽寬度；所述毫米級拋光噴嘴孔徑大于所述待拋光微溝槽寬度。

進一步的，所述固定元件包括蓋板和掩膜；其中所述掩膜上有溝槽，所述掩膜的溝槽底部寬度與所述待拋光微溝槽寬度相同。