[發(fā)明專利]金剛石磨拋一體化的加工設(shè)備及其加工方法

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112676999A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸靜;溫海浪;羅求發(fā);李晨;艾騰峰
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號: B24B27/00
• 分類號: B24B27/00;B24B41/02;B24B41/06;B24B47/20
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 楊依展

本發(fā)明公開了金剛石磨拋一體化的加工設(shè)備及其加工方法，加工設(shè)備包括機架、基座裝置和磨拋裝置；該基座裝置包括能沿Y軸進(jìn)給的滑座和能繞Z軸轉(zhuǎn)接在滑座上的基座，該基座上裝設(shè)有能夾緊金剛石的夾具；該磨拋裝置包括沿Z軸布置的主軸，該主軸上套裝有內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪，該外圈拋光砂輪包圍內(nèi)圈磨削砂輪，通過主軸轉(zhuǎn)動帶動內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪一起轉(zhuǎn)動，能調(diào)節(jié)內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪沿Z軸上下位置關(guān)系；通過內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪的轉(zhuǎn)動、滑座的進(jìn)給及基座的轉(zhuǎn)動以磨拋夾具上的金剛石。它具有如下優(yōu)點：將金剛石磨削拋光整合到一道工序中加工，金剛石表面劃痕損傷少、表面質(zhì)量均勻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金剛石加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金剛石磨拋一體化的加工設(shè)備及其加工方法。

背景技術(shù)

金剛石材料是目前自然界中已知的最硬材料，屬于超硬材料范疇。因為其材料的超硬特性，致其表面加工難度高，效率低。

傳統(tǒng)的金剛石單晶表面加工方式使用高速金屬轉(zhuǎn)盤對金剛石拋光表面進(jìn)行硬接觸機械拋光。這種加工方式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鉆石首飾的晶體表面加工中，拋光效率高，但是存在有如下不足：其一，拋光后金剛石晶體的表面粗糙度依然只能達(dá)到100nm左右，不能滿足金剛石材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域的需求；其二，機械硬拋光過程中產(chǎn)生大量熱，導(dǎo)致金剛石晶體和金屬盤表面溫度過高，容易使得金剛石表面發(fā)生石墨化，研磨過程中生成的石墨和金剛石碎屑會大量進(jìn)入金屬轉(zhuǎn)盤中，容易使得金屬轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生明顯損傷，因此拋光盤更換頻率非常高，拋光效果重復(fù)性差，而且還大幅度提升了金剛石單晶表面加工的成本。

微波等離子體刻蝕和化學(xué)拋光是目前在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域常用的拋光方法。其中微波等離子體刻蝕技術(shù)需要專門的刻蝕設(shè)備，價格昂貴并且刻蝕完成后仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的表面處理才能形成無損的金剛石晶體表面。化學(xué)拋光使用拋光液中的化學(xué)成分與金剛石表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而降低表面粗糙度，但是化學(xué)拋光使金剛石表面平整度與平行度較差且容易產(chǎn)生腐蝕坑等缺陷。

目前金剛石的磨削和拋光工藝都為相互獨立的兩個體系，金剛石從毛坯到拋光完成，工序復(fù)雜，耗時較長，且磨削和拋光分兩次裝夾，使得加工工程中引入了定位誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了金剛石磨拋一體化的加工設(shè)備及其加工方法，其克服了背景技術(shù)中金剛石磨拋加工所存在的不足。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案之一是：金剛石磨拋一體化的加工設(shè)備，包括機架、基座裝置和磨拋裝置；該基座裝置包括能相對機架沿Y軸進(jìn)給的滑座和能繞Z軸轉(zhuǎn)接在滑座上的基座，該基座上裝設(shè)有能夾緊金剛石的夾具；該磨拋裝置包括沿Z軸布置的主軸，該主軸上套裝有內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪，該外圈拋光砂輪包圍內(nèi)圈磨削砂輪，通過主軸轉(zhuǎn)動帶動內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪一起轉(zhuǎn)動，能調(diào)節(jié)內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪沿Z軸上下位置關(guān)系；通過內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪的轉(zhuǎn)動、滑座的進(jìn)給及基座的轉(zhuǎn)動以磨拋夾具上的金剛石。

一實施例之中：該外圈拋光砂輪固裝在主軸上，該內(nèi)圈磨削砂輪能相對主軸沿Z軸上下滑動且內(nèi)圈磨削砂輪和主軸同步轉(zhuǎn)動連接，通過內(nèi)圈磨削砂輪上下滑動能調(diào)節(jié)內(nèi)圈磨削砂輪和外圈拋光砂輪上下位置關(guān)系。

一實施例之中：該內(nèi)圈磨削砂輪外徑小于外圈拋光砂輪內(nèi)徑。

一實施例之中：該內(nèi)圈磨削砂輪包括內(nèi)圈輪體及通過結(jié)合劑結(jié)合在內(nèi)圈輪體的硬質(zhì)磨料，該結(jié)合劑為陶瓷、金屬、樹脂或者橡膠中的至少一種，該硬質(zhì)磨料為金剛石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氧化鋁中的至少一種，該硬質(zhì)磨料的粒徑為0.5～60μm。

一實施例之中：該外圈拋光砂輪采用溶膠凝膠法制成，該外圈拋光砂輪具有硬質(zhì)磨料，該硬質(zhì)磨料為金剛石、立方氮化硼、碳化硼、碳化硅、氧化鋁中的至少一種，該硬質(zhì)磨料的粒徑為0.5～60μm。

一實施例之中：該基座上端面中心凹設(shè)有安裝槽，該安裝槽內(nèi)安裝有真空吸附盤，該夾具裝設(shè)在真空吸附盤，且通過真空吸附盤將夾具吸附在基座。