[发明专利]基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能材料的加工方法，尤其是一种功能晶体材料LBO的抛光加工方法，具体地说是一种基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法。

背景技术

三硼酸锂(LiB₃O₅)（简称LBO晶体）是具有优良品质的功能晶体材料，广泛应用于全固态激光、电光、医学、微加工等研究和应用领域，而大尺寸LBO晶体在激光同位素分离的变频器、国家点火计划中激光受控聚合工程系统等领域具有广泛的应用前景。我国功能晶体及相关非线性光学晶体的生长居国际领先地位，而在晶体的抛光加工与国际上还有不小的差距，成为制约我国功能晶体产业发展的一个瓶颈。LBO晶体除了具有硬脆功能晶体容易出现的崩边、凹陷、断裂等缺陷，还可能有硬质颗粒的嵌入或吸附缺陷。而LBO晶体的应用要求单晶表面超光滑、无缺陷、无损伤。LBO晶体的加工质量和精度的优劣，直接影响到其器件的性能。当晶体表面有凹坑、微裂纹、塑性形变、晶格缺陷、颗粒嵌入或吸附等微小缺陷时，激光照射时会引起散射影响激光质量，或遗传给外延生长膜，导致薄膜的失效，成为器件的致命缺陷。目前LBO晶体的加工工艺复杂，加工成本高、加工效率低、加工后的表面质量也不好。固结磨料抛光最大特点是抛光液中没有游离磨粒，避免了硬质颗粒嵌入或吸附晶体表面，显著地提高了加工效率和表面质量。同时，具有抛光自停功能，提高所加工材料的表面清洁程度；由于磨料固结在抛光垫上，不会像游离磨料抛光那样严重浪费磨料，因而成本较低；同时，也大大减少抛光的后处理工作量与成本，减少抛光废液及后抛光过程中大量有害化学物品对环境的污染，是绿色加工技术。因此，固结磨料抛光受到了极大的关注。

目前LBO晶体抛光主要采用游离磨料氧化铈和沥青盘抛光。游离磨料抛光软脆材料，颗粒容易划伤、嵌入或吸附在晶体表面形成加工缺陷，表面有凹坑、划痕、微裂纹、颗粒嵌入或吸附等损伤，加工后晶体表面质量总体不好；而加工主要依赖于手工抛光或传统单轴机抛光，抛光不确定因素多，游离磨料抛光垫磨损严重，需要定时修整，材料去除不均匀，重复性差；抛光垫的修整依靠加工者多年的研究和丰富的经验，材料去除不均匀，加工效率低，重复性差。工艺复杂，每一工序对加工辅料及加工参数的要求不一样；复杂的工艺不断装卸工件易损伤工件表面，同时工艺和夹具的变换，均需要清洗，清洗困难；大量抛光液的使用，加工成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的游离磨料抛光软脆LBO晶体时因抛光液中含有硬质磨料，容易划伤、嵌入或吸附在晶体表面形成加工缺陷，表面有凹坑、划痕、微裂纹、颗粒嵌入或吸附等损伤，同时游离磨料抛光LBO晶体工艺复杂，大量使用抛光液，加工成本高（抛光液的成本占加工成本的70％）；后清洗困难，抛光废液及清洗过程中大量有害化学物品污染环境等一系列问题，发明一种加工效率高，工艺简单，表面质量好；抛光液不含磨料，后清洗简化，加工成本低的基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法。

本发明的技术方案是：

一种基于固结磨料抛光垫的软脆LBO晶体的加工方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，用粒度不大于14微米的金刚石固结磨料抛光垫对LBO晶体进行粗抛光加工，抛光加工过程中控制抛光压力为50~600g/cm²，抛光机的转速控制在10~200rpm，并控制抛光所用的抛光液的PH值在2~6之间，抛光液的温度介于20~30℃，完成LBO晶体的粗抛光，粗抛光后LBO晶体的表面平面度应达到精度要求，其尺寸厚度基本达到精度要求；

其次，再用粒度不大于3微米的氧化铈固结磨料抛光垫对上述粗抛光所得的LBO晶体进行精抛光加工，精抛光加工过程中控制抛光压力在50~600g/cm²之间，抛光转速控制在10~200rpm之间，同时调节抛光所用的抛光液的PH值在2~6之间，控制抛光液的温度在20~30℃之间，直至表面粗糙度满足设定要求。

所述的抛光液为去离子水。

所述的抛光液的PH值调节剂为盐酸、过氧化氢、氨水、羟基胺、四甲基氢氧化铵、乙二胺或三乙醇胺、柠檬酸、乙酸或乙酸钠、磷酸二氢钠或次氯酸钠中的一种或一种以上的组合。

本发明的有益效果：

本发明的固结磨料抛光技术可广泛应用于半导体、玻璃、光学晶体、陶瓷等硬脆材料的抛光加工，加工后的表面损伤小、表面质量高。