微织构固结磨料抛光轮无水抛光熔融石英光学元件技术研究

抛光是精密光学元件制造的最后一道冷加工工序,当前采用的游离磨料抛光技术蕴含的不可控因素较多,且会在元件表面产生水合层并存在磨料浪费等问题。为了实现可控绿色抛光并确保光学元件达到所需的表面质量要求,固结磨料无水抛光技术以其独特的优势开始得到推广。然而,固结磨料抛光轮在加工时磨损剧烈,耐用性和散热性有所欠缺。因此,在抛光轮上构建螺旋形微织构图案,以压力、转速比、微织构纹理的曲率和条数作为影响因素设计了正交试验,得到了最佳抛光工艺参数。实验表明,与无织构普通抛光轮相比,螺旋形微织构抛光轮能够显著提高砂轮磨损性能,并且在加工过程中能够保证熔融石英元件材料去除率和表面粗糙度收敛。

集群磁流变平面抛光加工技术

基于磁流变效应和集群原理提出集群磁流变效应平面抛光技术,对磁极排布方式、端面形状及其尺寸的磁场特性进行静磁场有限元分析优化,结果表明,选取圆柱平底磁极进行同向规律排布时容易形成由多个独立'微磨头'组成的柔性抛光膜,能实现加工表面与'微磨头'的实际接触面积最大化。通过设置'微磨头'尺寸及数量与工件的接触状态,对K9玻璃、单晶硅和单晶6H-SiC三种硬脆材料基片加工出弧形抛光带,试验验证集群磁流变效应抛光膜的集群特性。对加工表面与抛光盘表面之间的间隙、加工时间、磁感应强度和转速等集群磁流变平面抛光工艺参数进行试验优化,并采取优化工艺对三种硬脆材料进行30 min抛光,K9玻璃表面粗糙度从Ra0.34μm下降到Ra1.4 nm,单晶硅从Ra57.2 nm下降到Ra4 nm,单晶SiC从Ra72.89 nm下降到Ra1.92 nm,均能获得纳米级粗糙度表面。

游离和固结金刚石磨料抛光手机面板玻璃的试验研究

选取不同粒径的金刚石微粉,采用游离磨料和固结磨料两种抛光方法加工手机面板玻璃,比较其材料去除率和抛光后工件表面粗糙度。结果表明:在相同的抛光工艺参数下,磨粒粒径在游离磨料抛光中对材料去除率和抛光后表面质量作用显著,而在固结磨料抛光中作用不显著;采用金刚石固结磨料抛光垫抛光能获得表面粗糙度约为Ra1.5 nm的良好表面质量,并在抛光过程中较好地实现了自修整功能。

抛光液酸碱性对固结磨料抛光硫化锌晶体的影响

硫化锌晶体是一种重要的红外光学材料,在红外成像、导弹制导、红外对抗等红外技术领域应用广泛。抛光液能够与工件及抛光垫发生化学反应从而影响工件表面质量和材料去除率。实验采用乙二胺、氢氧化钠、柠檬酸、盐酸分别配制不同的酸碱性抛光液,研究抛光液酸碱性对固结磨料抛光硫化锌晶体材料去除率、表面形貌和表面粗糙度的影响。实验结果表明:酸性抛光液抛光的材料去除率高于碱性抛光液;柠檬酸抛光液可同时获得优表面质量和高加工效率,抛光后的晶体表面粗糙度Sa值为4.22 nm,材料去除率为437 nm/min。

平面磁力研磨轨迹的研究与分析

利用自行设计的试验装置,改善了磁力刷的研磨轨迹。结果表明:改善磁力刷研磨轨迹后,不仅可以减小表面粗糙度值、提高平面精度,还改善了研磨截面微观形状均匀性。另外,可通过采取理论分析的方法对研磨效果进行预测。

不同磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响

为了提高微晶玻璃化学机械抛光(CMP)的材料去除速率(MRR),降低其表面粗糙度,利用自制的抛光液对微晶玻璃进行化学机械抛光,研究了4种含不同磨料(Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ce O2)的抛光液对微晶玻璃化学机械抛光MRR和表面粗糙度的影响.利用纳米粒度仪检测抛光液中磨料的粒径分布和Zeta电位,利用原子力显微镜观察微晶玻璃抛光前后的表面形貌.实验结果表明,在相同条件下,采用Ce O2作为磨料进行化学机械抛光时可以获得最好的表面质量,抛光后材料的表面粗糙度Ra=0.4 nm,MRR=100.4 nm/min.进一步研究了抛光液中不同质量分数的Ce O2磨料对微晶玻璃化学机械抛光的影响,结果表明,当抛光液中Ce O2质量分数为7%时,最高MRR达到185 nm/min,表面粗糙度Ra=1.9 nm;而当抛光液中Ce O2质量分数为5%时,MRR=100.4 nm/min,表面粗糙度最低Ra=0.4 nm.Ce O2磨料抛光后的微晶玻璃能获得较低表面粗糙度和较高MRR.

曲轴连杆颈砂带随动研抛机理及工艺研究

对球墨铸铁曲轴连杆颈砂带随动研抛机理及工艺进行了理论和试验研究,从改变加工参数的角度出发找到一种较为理想的研抛工艺。试验及研究结果表明:砂带的横向振动能够有效地降低轴颈的表面粗糙度;改变曲轴旋转方向能够延长砂带的使用寿命,提高材料去除率,从而提高轴颈表面的尺寸精度;曲轴转速和研抛压力是影响轴颈表面加工质量的决定性因素;采用特制的抛光块能够实现对轴颈过渡圆角处的抛光;影响砂带堵塞程度的最主要因素是磨削压力。

三相射流去毛刺工艺的试验研究

金属切削毛刺是影响精密零件棱边质量及使用性能的主要因素之一。三相射流去毛刺技术是一种柔性工艺方法。三相射流去毛刺的作用过程和机理非常复杂,不仅与射流及作用条件有关,而且与材料的性质及毛刺的形状密切相关。通过正交试验,分析了三相射流工作条件对材料去除量和冲蚀深度的影响,讨论了磨料粒度与加工表面粗糙度的关系。

弹性磨具磨抛SKD11钢磨损抑制与参数优化研究

SKD11钢是一种用于军工设备导弹架关键零件的特殊难加工材料,其服役表面需达到镜面级粗糙度,该材料淬火后高硬度特性使传统磨抛方式费时费力。为实现工件表面高效磨抛加工,采用弹性磨具进行曲面磨抛加工实验,建立弹性磨具曲面磨抛模型,研究加工参数对材料去除率和磨具磨损的影响规律,利用田口法和灰色关联分析实现材料去除率、磨耗比和表面粗糙度的多目标参数优化,并通过实验验证优化参数可靠性。结果表明:设定切深和磨具转速是材料去除率和磨具磨损的主要影响参数,在保证磨具寿命前提下设定切深应小于0.3 mm,磨具转速低于9 000 r/min;优化参数组合为粒度#320,磨具转速3 000 r/min,设定切深0.3 mm,进给速度2 mm/min,优化后工件平均表面粗糙度Ra降至0.056μm,材料去除率提高2.6倍,磨具磨损有所改善。

基于磁控磨料定向的SiC固相芬顿反应研抛盘制备及性能研究

目的提出结合磁控磨料定向和固相芬顿反应的研抛方法,研制新型研抛盘,提高单晶Si C精密加工效率及表面质量。方法通过磁场控制磁性粒子形成的链串结构,促使磨料定向分布,制备研抛盘。利用研抛盘中的磁性粒子与过氧化氢发生的固相芬顿反应生成羟基自由基(·OH),进而氧化单晶Si C,在其表面生成结合力小、硬度低的Si O_(2)氧化层。通过定向分布的磨料运动,去除氧化层,实现高效率、高表面质量的研抛加工。同时,研究磁场强度、磨料定向、固相芬顿反应及其协同作用对单晶Si C研抛性能的影响。结果选用在磁场强度为100 mT条件下制备的研抛盘研抛60 min后,Si C C面的粗糙度Ra由100 nm降为1.19 nm,材料去除率达到33.71 nm/min。单纯磨料定向作用使单晶Si C C面和Si面的材料去除率分别提高了60.23%和111.19%,单纯固相芬顿反应作用则分别提高了78.5%和100.09%,两者的协同作用使材料去除率分别提高了100%和144.55%,表面粗糙度Ra分别下降了345.83%和118.78%。结论新型研抛盘综合运用了固相芬顿反应的化学作用和磨料定向的机械去除作用,能大幅度提高材料去除率,获得较好的研抛质量,有望在单晶Si C的精研和抛光阶段得到较好的应用。

磨粒尺寸和基体硬度对固结磨料抛光YAG晶体的影响

钇铝石榴石(YAG)是一种应用广泛的硬脆难加工材料,其抛光过程工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有平坦化能力优、对工件形貌选择性高、磨料利用率高等优点。试验采用固结磨料抛光YAG晶体,研究固结磨料垫的基体硬度和金刚石磨粒尺寸对YAG晶体的材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒尺寸3~5μm时,固结磨料抛光YAG晶体效果最优,其材料去除率为255 nm/min,表面粗糙度Sa值为1.79 nm。

磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光性能的影响

磨粒和抛光垫为化学机械抛光(CMP)提供了重要的机械磨削作用。为了探讨磨粒和抛光垫对铝合金化学机械抛光的磨削作用,研究了不同种类磨粒和抛光垫对材料去除率和表面形貌的影响。结果表明:在pH=12~13时,氧化铝抛光液去除率为910 nm/min,远大于二氧化硅与氧化铈抛光液,且获得较为理想的光滑表面。3种不同抛光垫抛光后的铝合金表面,阻尼布抛光垫表面将不会出现划痕与腐蚀点,表面粗糙度较低,为10.9 nm。随着氧化铝浓度的增大,材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)均增加。当氧化铝含量为4wt%时,抛光垫使用阻尼布抛光垫适宜铝合金化学机械抛光,在获得高去除率的同时铝合金表面精度高。

不同粒径金刚石固结磨料抛光硫化锌晶体研究

磨粒粒径是影响抛光最重要的参数之一,是决定加工效率和工件表面质量的关键要素。采用1~3μm、2~4μm、3~5μm 3种粒径的金刚石固结磨料抛光垫加工硫化锌晶体,分析磨粒粒径对工件表面质量和材料去除率的影响。实验结果表明,磨粒粒径对硫化锌晶体的固结磨料抛光影响显著,随着磨粒粒径的增大,固结磨料抛光硫化锌晶体的材料去除率增大,而表面质量变差。2~4μm金刚石固结磨料抛光垫加工硫化锌晶体可同时获得高材料去除率和优表面质量,材料去除率达到100 nm/min,表面粗糙度为4.37 nm。

振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体

为了改善氟化钙晶体加工后的表面质量、提高加工时的材料去除率,提出了振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的加工方法。利用振动与固结磨料抛光有效结合,采用正交实验研究加工工艺参数对材料去除率和表面质量的影响。结果表明:振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体的最优工艺参数为转速40 r/min,振动频率40 kHz,抛光液pH值9,转速比0.95;在最优参数下抛光氟化钙晶体的材料去除率为324 nm/min,表面粗糙度S_a值为1.92 nm;与无振动辅助的固结磨料抛光相比,材料去除率提高了57%,表面粗糙度降低了35%。研究表明:振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触,在固结磨料抛光中提高材料去除率及表面质量。

抛光垫及抛光液对固结磨料抛光氧化镓晶体的影响

氧化镓晶体具有高禁带宽度、耐高压、短吸收截止边等优点,是最具代表性的第四代半导体材料之一,具有广阔地应用前景。氧化镓晶体抛光过程易出现微裂纹、划痕等表面缺陷,难以实现高质量表面加工,无法满足相应器件的使用要求,且现有的氧化镓晶体抛光工艺复杂、效率低。固结磨料抛光技术具有磨粒分布及切深可控、磨粒利用率高等优点。采用固结磨料抛光氧化镓晶体,探究抛光垫基体硬度、磨料浓度和抛光液添加剂对被抛光材料去除率和表面质量的影响。结果表明:当抛光垫基体硬度适中为Ⅱ、金刚石磨粒浓度为100%、抛光液添加剂为草酸时,固结磨料抛光氧化镓晶体的材料去除率为68 nm/min,表面粗糙度Sa为3.17 nm。采用固结磨料抛光技术可以实现氧化镓晶体的高效高质量抛光。

固结磨料抛光LBO晶体非水基抛光液优化

三硼酸锂(LBO)晶体是优良的非线性光学晶体材料,抛光后晶体表面水份残留导致晶体潮解,影响器件的使用性能。采用非水基抛光液固结磨料抛光LBO晶体,降低水含量,研究非水基抛光液中去离子水、乳酸、双氧水等含量对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化得到高材料去除率和优表面质量的抛光液组分。研究表明,抛光液中去离子水浓度16%、乳酸22%、双氧水5%为最优抛光液组分,采用优化的抛光液固结磨料抛光LBO晶体的材料去除率达到392nm/min,表面粗糙度为0.62nm,实现了LBO晶体表面的高效高质量抛光,同时避免了抛光过程中水的大量使用。

自行车钢球行星抛光加工工艺

阐述了自行车钢球行星抛光的机理，介绍行星抛光设备，进行新旧抛光工艺的对比，指出了行星抛光加工工艺的发展方向．

A向蓝宝石晶片化学机械抛光研究

采用正交试验和单因素实验,研究了磨粒种类(包括SiO_(2)、Al_(2)O_(3)和CeO_(2))和抛光工艺参数(包括抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量)对A向蓝宝石(1120)化学机械抛光(CMP)效果的影响。通过超精密分析天平计算材料去除率,原子力显微镜观察抛光表面形貌。结果表明:在A向蓝宝石晶片CMP抛光过程中,胶体SiO_(2)磨粒比Al_(2)O_(3)和CeO_(2)磨粒的抛光效果好。抛光工艺参数对A向蓝宝石材料去除率的影响程度主次顺序为抛光压力、抛光盘转速和抛光液流量。当抛光压力为14.5 kPa,抛光盘转速为80 r/min,抛光液流量为90 mL/min时,A向蓝宝石晶片抛光效果最优,材料去除率达到2 366 nm/h,表面粗糙度(Ra)为0.80 nm左右。

固结磨料抛光LiB_3O_5晶体的抛光液优化

LiB3O5(LBO)非线性光学晶体软、脆的特点增加了超精密加工的难度。采用固结磨料抛光技术对LBO晶体(110)面进行抛光,研究酸性、中性和碱性抛光液pH值调节剂及pH值对晶体抛光材料去除率、表面形貌和表面粗糙度的影响。结果表明:酸性抛光液对LBO晶体表面的腐蚀作用太大,中性抛光液的腐蚀作用太小,不适合抛光LBO晶体;乙二胺配制pH值为11的无磨料碱性抛光液固结磨料抛光LBO晶体(110)面,获得高的晶体表面质量,表面粗糙度Sa为1.94nm,表面损伤小。

磨料水射流抛光45钢工艺参数优化

对磨料水射流抛光45钢进行了研究,分析了材料的去除机理,在已有材料去除模型基础上,设计了正交实验,对不同参数组合下磨料水射流加工45钢的表面粗糙度、材料去除率进行了MATLAB数据分析,同时从材料去除机理方面对磨料粒度、射流压力、横向进给速度、靶距、喷嘴冲蚀角度等加工参数对于抛光表面质量和材料去除率的影响程度和影响趋势进行了分析。最终结合加工面表面粗糙度和材料去除率,选出45钢抛光加工最优加工参数组合。