[发明专利]一种基于剪切膨胀效应的化学增强高效超精密抛光方法

说明书

一种基于剪切膨胀效应的化学增强高效超精密抛光方法，结合剪切膨胀效应与化学效应协同作用的抛光新方法。抛光过程中，当法向加压时，受剪切力作用的磨具与工件接触区域会产生剪切膨胀效应，增大磨粒与工件的接触面积，从而提高工件表面的受力均匀性。利用具有抛光作用的磨粒与具有化学作用的化学粉末协同作用，实现工件材料的有效去除并达到抛光的效果。本发明适用加工材料范围广、加工效率高、加工表面质量好。

技术领域

本发明属于超精密抛光领域，具体是涉及一种剪切膨胀-化学增强的高效抛光方法，适用于难加工材料的高效超精密平面抛光。

背景技术

超精密加工技术是现代高科技产业和科学技术的发展基础，被广泛应用于航空、航天及微电子工业等领域，适用于蓝宝石、硬质合金、碳化硅、钨及高性能功能陶瓷元器件等难加工材料的加工。超精密加工技术可以获得表面光滑、精度高、损伤少的工件。

抛光属于超精密加工技术范畴，是指在机械、化学或电化学的作用下，降低被抛工件表面粗糙度，提高材料表面平整性和光亮度的终加工手段。目前，在难加工材料的常用抛光方法中主要有化学机械抛光、电解抛光、剪切增稠抛光、磁场辅助抛光、弹性发射加工、电泳抛光等。化学机械抛光是将磨粒的机械研磨作用与氧化剂的化学作用相结合的抛光技术，可达到良好平面性效果，但化学抛光液环保处理成本高。电解抛光是一种将金属在特定组分的溶液中进行特殊阳极处理的抛光工艺，具有效率高、操作简便等优点，但制约了加工材料的范围、抛光液会污染环境。剪切增稠抛光利用非牛顿流体抛光液中具有抛光作用的磨粒或微粉实现对工件表面材料的去除，加工后的材料变质层小且成本较低，但加工质量和加工效率有待提高。磁场辅助抛光通过控制磁场强弱使磁流体带动磨粒对工件表层材料进行去除，可获得高形状精度、高表面质量，但配制合适的磁流变液成本高，且抛光过程中的柔性化控制较难实现。弹性发射加工是一种利用微粒子冲击工件表面，以达到去除工件表面材料的非接触式加工方法，可获得无损伤的加工表面，但加工后的表面具有与化学腐蚀的表面等价的特性，且加工效率低。电泳抛光指一种利用磨粒存在的电泳现象进行抛光的加工工艺，但其存在加工材料范围小，加工区域小等缺点。除此之外，还有动压浮离抛光、应力盘抛光、离子束抛光、激光抛光、气囊抛光等抛光方法。

已公开中国发明专利(CN200710070433.4)，专利名称：一种改进的化学机械抛光方法，是一种在常规化学机械抛光方法的基础上，采用硬质抛光盘和添加聚合物粒子对工件进行抛光的方法。该方法能够避免工件周边发生塌边，有效减少磨损。但仍未解决传统化学机械抛光方法存在的环境污染、高成本以及较低效率的问题。

已公开中国发明专利(CN201410436510.3)，专利名称：基于非牛顿流体剪切增稠与电解复合效应的超精密加工方法，是一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的抛光方法与电解抛光方法的复合加工方法，该方法可有效解决电解抛光工件表面易存有斑点的问题，提高了加工效率。但该方法不能解决材料去除的确定性问题，难以实现工件材料的确定性抛光和高面形精度，要求被加工工件必须为可导电材料，制约了加工材料的范围。此外，电解抛光液成分复杂，配置过程操作复杂，存在安全问题，废弃后会污染环境，处理成本较高。

已公开中国发明专利(CN201810095554.2)，专利名称：一种高效超精密剪切增稠-化学协同抛光方法。该方法属于柔性加工方式，利用液流边界主动约束与抛光液流流动主动控制、剪切增稠与绿色化学作用协同进行抛光。相较于单一的剪切增稠抛光，该方法提高了加工效率和加工精度，对加工设备要求相对较低。但对难加工材料的加工质量和加工效率仍有待提高。

目前，国内还没有基于剪切膨胀抛光的相关专利。剪切膨胀抛光采用具有非牛顿流体特性的粘弹性材料制备柔性固着磨具。抛光过程中，当法向加压时，受剪切力作用的磨具与工件接触区域会产生剪切膨胀效应，呈现膨胀顶出现象，增强对磨粒的把持作用的同时提高了工件表面的受力均匀性，磨具中具有抛光作用的磨粒对工件表面产生微切削作用，实现工件表面材料去除并达到抛光的效果。

发明内容