[发明专利]陶瓷材质上芬顿辅助的旋转超声高效抛光法

说明书

本发明公开了陶瓷材质上芬顿辅助的旋转超声高效抛光法，通过在碳化硅材料上涂覆芬顿液，使得碳化硅在羟基自由基的作用下转化成更易去除的二氧化硅，再利用旋转超声工加工方法，高频振动的工具头冲击磨粒，通过高能磨粒对衬底材料的机械冲击、剪切、抛磨、锤击、加工液的空化现象和高速旋转的超硬陶瓷球体带动磨粒对衬底材料的多级研抛作用去除二氧化硅，暴露出底下的碳化硅，得到微半球凹模阵列本发明能够较快的在硬脆材质碳化硅工件上加工出优质几何性质的微半球凹模阵列。

技术领域

本发明涉及超精密加工领域，尤其涉及陶瓷材质上芬顿辅助的旋转超声高效抛光法。

背景技术

半球谐振陀螺(Hemispherical Resonator Gyro,简称HRG)是基于基于哥氏振动原理，具有惯导级性能的高精度新型固体振动陀螺，他通过上半球的径向振动驻波进动机理感应旋转角度。与一般陀螺仪相比具有结构简单、可靠性高、精度高、寿命长，能在恶劣工作环境中稳定工作，具有良好的抗冲击性能，即使断电，也能在掉电情况下稳定运行一段时间。在空间航空航天领域具有广阔应用前景。

目前，有能力批量制造高精度到质量的HRG的国家主要是美国、法国和俄罗斯，因为半球谐振陀螺的品质因数对振子的几何物理精度上具有很高要求，目前的HRG谐振子制造方法都是首先获得一个高回转精度和高表面质量的半球凹模，然后利用各种沉积方法在凹模表面沉积出一个半球空腔，再经过一系列工步，最终实现谐振子的装配。目前技术的难点在于获得高回转精度和高表面质量的半球凹模，国际上现有的在硬脆材料上加工半球凹模的传统加工方法主要有：微电火花加工，高能束加工，传统超声加工等。

微电火花加工通过两极间高强度火花放电的电蚀现象来蚀除材料的方法。高能束加工，利用产生的高温使非金属硬脆材料表面融化气化并伴随爆炸来达到去除材料的目的。传统的超声加工又称悬浮磨粒超声冲击加工，利用超声的高能冲击磨粒对材料进行机械去除。他们在加工半球凹模时都要致命的缺点，微电火花加工效率低，又难以获得较好的形状精度；激光加工还会使材料热应力集中，产生裂纹和热变形，影响加工形状精度和表面质量。在一般的传统超声加工中工具头磨损严重，加工效率低且加工硬脆材料时加工表面常会出现“崩豁”现象，严重影响加工表面质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有不足，提供陶瓷材质上芬顿辅助的旋转超声高效抛光法，利用芬顿效应和旋转超声法批量制备微半球凹模阵列。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

陶瓷材质上芬顿辅助的旋转超声高效抛光法，

S1、配置芬顿液将其和研磨液混合成研抛液，将研抛液均匀滴加在工件表面拟加工位置；

S2、超硬陶瓷球体被限制在铝合金导向基板上固定于旋转工具头前端，芬顿液将碳化硅工件氧化成二氧化硅，旋转超声工具头在纵向高频震动的同时在水平面上高速旋转，通过激发芬顿液中的磨粒，依靠磨粒对衬底材料的机械冲击、剪切、抛磨、加工液的空化现象去除材料；同时利用旋转运动保证形状精度。

S3、通过控制加工参数实现多级研磨。提高加工质量。

进一步的，通过芬顿液将碳化硅脆化。方便超声加工和提高加工质量。减少工具头磨损。

进一步的，预装超硬陶瓷球体，在导向基板和超硬陶瓷球体间添加粘结剂，再使用Z向进给使得超硬陶瓷球体向下运动进而获得同一水平面上的超硬陶瓷球体。减少不同工具头加工半球凹模的误差。

进一步的，在未加工碳化硅表面区域涂覆高聚合物薄膜。实现对未加工碳化硅表面区域的保护。

进一步的，所述多级研磨包括三级，第一级研磨为粗加工，控制超声频率为20kHz-50kHz，振幅为10μm-50μm，旋转速度为800r/min-1200r/min，高频高振幅振动的超硬陶瓷球体激发激发磨粒将大块材料去除，得到半球凹模；