[发明专利]一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置及其加工方法，特别涉及对一种磨料半固着磁流变柔性微磨头实时在线修整的恒压式光学元件及半导体基片平面研磨抛光装置及方法。

背景技术

随着微电子、光电子、太阳能光伏技术的发展以及光学与电子学的不断融合，对硬脆材料构件、光电元件的加工精度要求越来越高，现代光学的透镜、反射镜、功能光电器件等光学表面不仅有面形精度要求还需要达到超光滑表面并且对次表面损伤也要严格控制。而随着信息产业与光电子产业的发展，要求元器件加工成本不断下降，光学元件直径越做越大（如微电子行业的单晶硅片加工，从目前主流的8英寸硅片逐渐向12英寸发展），其表面

的超光滑抛光成为超精密加工技术的一个新挑战。

在信息产业与光电子产业的发展引领下，为了解决光学表面高效精密研磨抛光加工问题，20世纪90年代初美国Rochester大学光学中心的众多合作者将电磁学、流体动力学、分析化学相结合提出了一种新型的光学元件加工方法-磁流变抛光技术（MRF）。该方法作为一种新型的光学表面加工方法，由于具有抛光效果好、不产生次表面损伤、适合复杂表面加工等传统抛光所不具备的优点，已发展成为一种革命性光学表面超精密加工方法。该项技术至今已有较大的发展，特别是将磁流变抛光与化学刻蚀等技术相结合，提高光学元件抗激光损伤阈值有着广泛的应用前景。目前采用磁流变抛光方法对平面工件进行加工时，主要以美国QED公司研制的各种型号磁流变机床，其原理是被加工工件位于抛光盘上方，被加工工件与抛光盘之间形成一个“凹形空隙”，抛光盘的下方布置一个磁极,在工件与抛光盘所形成的狭小空隙处形成一个梯度磁场。当磁流变液随抛光盘运动到工件与抛光盘形成的空隙附近时,梯度磁场使之凝聚、变硬,形成一缎带凸起,成为粘塑性的Bingham介质。这样具有较高粘度的Bingham介质通过狭小空隙时,对工件表面与之接触的区域产生一定的剪切力,从而使工件的表面材料被去除,达到微量去除的目的。

但是采用上述磁流变加工方法对工件进行加工时，由于各处加工间隙的不一样，梯度磁场也不一样，从而造成加工斑点各部分区域的材料去除率不一样，要解决大面积的平面时加工效率必然底下，同时电磁场发生装置的体积非常大，难以实现多磁极同时加工。

专利CN200610132495.9提到的采用永磁铁作为磁场发生装置，易可以进行磁流变抛光，并且很容易实现多点磁极的阵列提高加工效率。但是经过长期的实验验证，发现由于磁流变液固有的黏弹性，使得工件经过微磨头后会把微磨头压下而无法恢复，从而失去了对工件的压力和抛光效果，存在严重丢失抛光压力的问题，导致加工后的工件均匀性难以保证，加工原理及方法还需要质的突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置。本发明能对光学元件、半导体基片等硬脆材料在不更换加工装置和磁流变液的基础上进行高效率粗抛、半精抛、精抛，实现静磁动场的转换和动态磁场下微磨头的恢复，达到对工件的恒压力、均匀化、超光滑平面抛光。

本发明的另一目的是提供一种高效率，成本低，获得的工件表面质量好，而且无表面和亚表面损伤、均匀化的静磁动场磁流变抛光机理试验装置的加工方法。