[发明专利]采用磁性和非磁性纳米颗粒混合驱动的行星式抛光方法

说明书

本发明公开了一种采用磁性和非磁性纳米颗粒混合驱动的行星式抛光方法，在容器中加入液体溶剂、磁性纳米颗粒和非磁性纳米颗粒；采用机械搅拌器对混合溶液进行搅拌，让溶液整体流动；在容器施加一个旋转磁场，旋转磁场与机械搅拌器的搅拌桨成一定角度，搅拌桨带动两种纳米颗粒做旋转运动，同时磁性纳米颗粒还沿着磁场驱动力方向做类行星运动；把待抛光部件放入溶液中，随着液体流动，磁性和非磁性两种纳米颗粒沿不同方向碰撞待抛光部件表面，对带抛光部件表面起到磨削抛光的作用。本发明方法的实际抛光效率优于现有的纯粹磁力场磁流体抛光，同时均匀性优于现有的旋转研磨抛光。

技术领域

本发明属于材料精密加工技术领域，具体涉及一种工件或元件表面的抛光加工方法。

背景技术

目前部件或者零件加工表面处理，加工方式包括研磨和抛光，研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工。抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。两者的主要区别在于：抛光达到的表面光洁度要比研磨更高，并且可以采用化学或者电化学的方法，而研磨基本只采用机械的方法，所使用的磨料粒度要比抛光用的更粗，即粒度大。

超精密抛光工艺在现代制造业中非常重要，其应用的领域包括：集成电路制造、医疗器械、汽车配件、数码配件、精密模具、航空航天航海等需要精细加工的领域。超精密抛光技术在现代电子工业中所要完成的使命，不仅仅是平坦化不同的材料，而且要使得几十厘米见方的硅片通过完全平坦化，在其上形成上亿万晶体管的超大规模集成电路。

超精密研磨和抛光技术，一般特指选用粒径只有几纳米到几千纳米的研磨微粉作为研磨磨料，将其注入研具，用以去除微量的工件材料，以达到一定的几何精度(一般误差在0.1μm以下)及表面粗糙度(一般Ra≤0.1-0.001μm)的方法。此类抛光技术包含了磁流体抛光和磨粒流抛光以及加压研磨抛光。其中磁流体抛光技术(MagnetorheologicalFinishing,MRF)是利用磁流体抛光液在磁场中流动和流变进行抛光的超精密加工方法。其原理是将含有一定浓度的细微磨料的磁流体抛光液注入抛光区，同时在该抛光区域形成以可控的高梯度磁场。磁流变液主要由离散的微米级磁性颗粒、载液溶剂和表长面活性剂组成，具有磁特性、流变性和稳定性等特点。在无外加磁场时，磁性微粒无规则分布，磁流变液为可流动液体状态；而在外加磁场作用下，该区域产生磁流变效应，粘度在毫秒级时间内迅速增大，形成具有一定剪切屈服应力的粘塑性介质，磁性微粒呈链状分布，其流变特性急剧转变(毫秒级)，表现为类似固体的性质，通过其与被加工表面的快速相对运动来对工件表面进行抛光处理；撤除磁场后，又会立刻恢复原液体性质。磁流体抛光技术正是利用磁流体抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性“小磨头”与工件之间快速的相对运动，使工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。

磁流体抛光不受工件表面形状限制，对工件表面压力小，不会造成亚表面损伤，材料去除加工操作结果稳定和均匀，可控性高。总体具有抛光精度高，无刀具磨损、堵塞现象，去除率高且不引入亚表面损伤等优点，可实现近零亚表面损伤和纳米级精度抛光，通常可作为光学零件加工的最后一道工序，可以用于用于航空航天、医疗、电子集成电路等领域受使用环境的限制对管件内部的表面粗糙度要求很高的领域。作为一种核心技术，属于集成电路晶圆制造领域的关键技术之一，也就是说，无论是医疗器械，还是航空、航天、航海和集成电路等行业都离不开这种超精密抛光技术。

但是磁流体抛光技术是一种精密加工技术，存在去除效率低、去除均匀性低的问题。如何增强抛光效率和均匀性是一个需要改进的问题。现有技术中专利中CN201910409317.3和CN201010227892.0也对此进行了研究，但并没有彻底解决。