專利名稱：金剛石膜高速精密拋光裝置及拋光方法
技術領域：
本發明屬于超硬材料拋光技術，特別涉及一種金剛石膜高速精密拋光裝裝置及拋光方法。
背景技術：
金剛石膜是由化學氣相沉積技術沉積的純金剛石多晶膜，不僅具有高的硬度和耐磨性，而且具有優良的電絕緣性、導熱性、透光性和聲學特性，被視為21世紀最有發展前途的新材料，在高新技術領域和國防尖端技術領域都有廣泛的應用。由于金剛石膜是多晶膜，氣相沉積的金剛石膜表面粗糙、均勻性差，所以在工業應用時必須要經過研磨拋光加工，特別是在高新技術領域應用時，不僅要求金剛石膜具有極小的表面粗糙度，而且要求具有高的平面度。由于金剛石膜硬度極高，傳統的機械研磨拋光方法效率極低，而且很難達到技術要求。目前在金剛石膜拋光加工中還存在著很多問題和不足，例如激光束掃描拋光和稀土金屬刻蝕拋光效率較高，但拋光表面質量較低；離子束刻蝕加工表面質量較高，但是加工效率低、成本高，難以加工面積較大的金剛石膜；熱鐵板拋光雖然技術具有拋光表面質量好(Ra可達0.0055μm)、效率高等優點，但是熱鐵板拋光技術是采用大功率電阻絲加熱拋光盤到800～900℃，由于拋光盤溫度高熱變形大，因此很難保證金剛石膜加工的平面度，而且耗電量大，加工成本高。
發明內容
本發明的目的是針對現有金剛石膜表面拋光時，存在拋光盤加熱溫度高、上下表面間溫度梯度大、拋光盤翹曲變形大、拋光質量差等技術問題，提供一種結構簡單、拋光質量好、拋光效率高、生產成本低的金剛石膜高速低溫加熱精密拋光裝置及拋光方法。
本發明的拋光原理是拋光盤以高轉速轉動，同時在拋光盤底面對拋光盤進行低溫加熱，由拋光盤與金剛石膜的高速相對運動而產生的磨擦熱和對拋光盤底面低溫加熱相結合的方法，使金剛石膜拋光表面溫度迅速達到熱擴散溫度，利用金剛石膜表面凸點碳原子在高溫下向鐵、鎳等金屬擴散的原理，對金剛石膜表面進行拋光。這種拋光方法不僅拋光效率高，拋光表面粗糙度低，而且由于拋光過程中拋光盤整體溫度較低，熱變形較小，同時由于在拋光盤底面進行低溫加熱，拋光盤上下表面間的溫度梯度小，拋光盤翹曲變形極小，因此在拋光過程中拋光盤具有較高的平面度，從而保證金剛石膜表面的平面度要求。
本發明的拋光裝置包括床身、拋光盤驅動裝置、金剛石膜驅動裝置、真空拋光室外罩和加熱器，真空拋光室外罩上設置有真空接頭和冷卻管，活性氣體進氣管和連接支架設置在真空拋光室外罩的上面，連接支架上設置有加熱絲，拋光盤驅動裝置設置在真空拋光室外罩內，并都分別固定在床身上，所述拋光盤驅動裝置包括拋光盤、法蘭盤、支承體、拋光主軸、固定盤、調速電機，拋光盤設置在拋光主軸上，拋光主軸通過軸承設置在支承體內，支承體通過法蘭盤和固定盤固定在支座內，法蘭盤和固定盤分別通過螺釘固定在支座上，上支架設置在支座上，支座通過螺釘固定在床身上，調速電機固定在固定盤上，并通過傳動鍵與拋光主軸連接；加熱器設置在上支架與拋光盤之間，金剛石膜驅動裝置設置在真空拋光室外罩上面；所述金剛石膜驅動裝置包括拋光頭、拋光頭軸、彈簧、驅動軸和電機，拋光頭固定在拋光頭軸上，拋光頭軸通過套設置在驅動軸內，并通過調整螺釘固定，拋光頭軸的上端設置有彈簧，驅動軸通過軸承設置在支承套內，支承套通過上下端蓋固定在真空拋光室外罩上，上下端蓋分別通過螺釘固定在真空拋光室外罩的上下端面上，電機固定在上端蓋上，并通過傳動鍵與驅動軸連接，所述加熱器通過螺釘固定在上支架上，所述加熱器為電磁加熱盤。
本發明的金剛石膜高速精密拋光方法是金剛石膜裝卡在拋光頭上，拋光頭做逆時針方向旋轉，轉速為50～300r/min；拋光盤作順時針方向旋轉，轉速為3000～6000r/min；拋光盤底面加熱器的加熱溫度為80～150℃；拋光室抽真空，真空度為10-1Pa；并向真空拋光室外罩內通入活性氣體，電加熱絲分解活化后產生的活性原子與擴散到拋光盤上面的碳反應形成氣態物排除，保證擴散速率；在600～850℃時，金剛石膜表面凸點碳原子向拋光盤擴散與鐵、鎳等金屬發生熱化學反應產生擴散磨損，達到拋光的目的；在拋光過程中，由于采用拋光盤與金剛石膜的高速相對運動而產生的磨擦熱和拋光盤底面低溫加熱相結合的方法，使金剛石膜表面溫度迅速達到600～850℃的擴散溫度，金剛石膜表面的凸點碳原子向由鐵、鎳等金屬制成的拋光盤擴散磨損進行拋光；采用這種拋光方法，拋光盤整體溫度低，而且拋光盤上下表面的溫度平衡，所以拋光盤變形很小，保證金剛石膜表面的平面度質量，而且拋光效率高。
本發明具有結構簡單、拋光質量好、拋光效率高、生產成本低等優點，解決了熱鐵板拋光方法因拋光加熱溫度高及溫度分布梯度過大而造成的拋光盤翹曲變形大，金剛石膜拋光平面度無法保證和成本高等問題。
圖1是本發明金剛石膜高精度拋光裝置的結構示意圖；圖中1床身、2支座、3真空拋光室外罩、4上支架、5加熱器、6拋光盤、7真空接頭、8冷卻管、9支承套、10金剛石膜、11拋光頭、12拋光頭軸、13彈簧、14驅動軸、15電機、16活性氣體進氣管、17連接支架、18加熱絲、19法蘭盤、20支承體、21拋光主軸、22固定盤、23調速電機、24下端蓋、25上端蓋。
具體實施例方式
如圖所示，結合實例進一步說明本發明的結構方案和工作過程。
一種金剛石膜高速精密拋光裝置及拋光方法，該拋光裝置包括床身1、拋光盤驅動裝置、金剛石膜驅動裝置、真空拋光室外罩3和加熱器5，拋光盤驅動裝置設置在真空拋光室外罩3內，并通過螺栓都分別固定在床身1上。真空拋光室外罩3設置在床身1上，金剛石膜驅動裝置通過螺栓固定在真空拋光室外罩3的上面，電磁加熱器5設置在拋光盤驅動裝置的上支架4上；拋光盤驅動裝置包括拋光盤6、法蘭盤19、支承體20、拋光主軸21、固定盤22、調速電機23，拋光盤6通過壓板用螺釘固定在拋光主軸21上，拋光主軸21通過軸承設置在支承體20內，支承體20裝在支座2內，并通過法蘭盤19和固定盤22固定，法蘭盤19和固定盤22通過螺釘分別固定在支座2的上下端面上，調速電機23固定在固定盤22上，通過傳動鍵與拋光主軸21連接。金剛石膜驅動裝置包括拋光頭11、拋光頭軸12、彈簧13、驅動軸14和電機15，拋光頭11通過鍵固定在拋光頭軸12上，拋光頭軸12通過套裝在驅動軸14內，并由調節螺釘固定，拋光頭軸12與套之間用鍵連接，拋光頭軸12在套內可以上下滑動，通過調節螺釘可以調節拋光頭11與拋光盤6之間的距離。在拋光頭軸12上端的套內裝有彈簧13，通過壓板用固定螺釘固定在拋光軸12上。通過改變彈簧力可以調整金剛石膜10與拋光盤6之間的壓力大小。驅動軸14通過軸承設置在支承套9內，支承套9通過上下端蓋25和24固定在真空拋光室外罩3的上面，上下端蓋25和24通過螺釘分別固定在真空拋光室外罩3的上下端面上。電機15通過螺釘固定在上端蓋25上，并通過傳動鍵與驅動軸14連接，其轉速為50～300r/min。真空拋光室外罩3上設置有真空接頭7和冷卻管8，活性氣體進氣管16和連接支架17固定在真空拋光室外罩3的上面，在連接支架17上設置有加熱絲18。由于拋光盤高速旋轉，并且對其底面進行低溫加熱，整體溫度低，上下表面間溫度梯度小，拋光盤翹曲變形極小，因此使金剛石膜拋光平面度高、質量好。
金剛石膜高速精密拋光的工作過程是先把金剛石膜10裝卡在拋光頭11上，拋光頭11作逆時針方向旋轉，轉速為180r/min；拋光盤6作順時針方向旋轉，轉速為4500r/min；拋光盤底面加熱器的加熱溫度為95～105℃；通過真空接頭7對真空拋光室外罩3內抽真空，真空度為10-1Pa；通過活性氣體進氣管16向真空拋光室外罩3內通入活性氣體，由電加熱絲分解活化后產生的活性原子與擴散到拋光盤上面的碳反應形成氣態排除，保證擴散速率；在750～800℃時，金剛石膜表面凸點碳原子向拋光盤擴散與鐵、鎳等金屬發生熱化學反應產生擴散磨損，以達到拋光的技術要求。在拋光工作過程中通過冷卻管8冷卻。
權利要求
1.金剛石膜高速精密拋光方法，其特征是，首先將金剛石膜裝卡在拋光頭上，拋光頭做逆時針方向旋轉，轉速為50～300r/min；拋光盤作順時針方向旋轉，轉速為3000～6000r/min；拋光盤底面加熱器的加熱溫度為80～150℃；拋光室抽真空，真空度為10-1Pa；并向真空拋光室外罩內通入活性氣體；在拋光過程中，由于采用拋光盤與金剛石膜的高速相對運動而產生的摩擦熱和拋光盤底面低溫加熱相結合的方法，使金剛石膜表面溫度迅速達到600～850℃的擴散溫度，金剛石膜表面的凸點碳原子向由鐵、鎳等金屬制成的拋光盤擴散磨損。
2.金剛石膜高速精密拋光裝置，包括床身、拋光盤驅動裝置、金剛石膜驅動裝置、真空拋光室外罩和加熱器，真空拋光室外罩上設置有真空接頭和冷卻管，還有活性氣體進氣管和帶有加熱絲連接支架，拋光盤驅動裝置設置在真空拋光室外罩內，并都分別固定在床身上，拋光盤固定在拋光主軸上，拋光主軸通過軸承設置在支承體內，支承體通過法蘭盤和固定盤固定在支座內，調速電機裝在固定盤上，并與拋光主軸連接；其特征是，加熱器設置在上支架與拋光盤之間，金剛石膜驅動裝置設置在真空拋光室外罩上面，所述金剛石膜驅動裝置包括拋光頭、拋光頭軸、驅動軸和電機，拋光頭固定在拋光頭軸上，拋光頭軸通過套設置在驅動軸內，并通過調整螺釘固定，拋光頭軸的上端設置有彈簧，驅動軸通過軸承設置在支承套內，支承套通過上下端蓋固定在真空拋光室外罩上，上下端蓋分別通過螺釘固定在真空拋光室外罩的上下端面上，電機固定在上端蓋上，并通過傳動鍵與驅動軸連接。
3.如權利要求2所述的金剛石膜高速精密拋光裝置，其特征是，所述加熱器通過螺釘固定在上支架上。
4.如權利要求2所述的金剛石膜高速精密拋光裝置，其特征是所述加熱器為電磁加熱盤。
全文摘要
金剛石膜高速精密拋光裝置及拋光方法，該裝置包括床身、拋光盤驅動裝置、金剛石膜驅動裝置、真空拋光室外罩和加熱器，拋光盤驅動裝置設置在真空拋光室外罩內，并都固定在床身上，金剛石膜驅動裝置固定在真空拋光室外罩的上面，加熱器設置在上支架的上面，金剛石膜裝卡在拋光頭上，采用拋光盤與金剛石膜的高速相對運動產生摩擦熱和拋光盤底面低溫加熱相結合的方法，使金剛石膜拋光表面溫度迅速達到擴散溫度，金剛石膜表面的凸點碳原子向由鐵、鎳等金屬制成的拋光盤擴散磨損，從而達到拋光目的，本發明具有結構簡單、拋光質量好、拋光效率高、生產成本低等優點，解決了熱鐵板拋光方法因拋光加熱溫度及溫度分布梯度過大而造成的拋光盤翹曲變形大，拋光平面度差等問題。
文檔編號B24B39/06GK1586815SQ20041005036
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月3日 優先權日2004年9月3日
發明者黃樹濤 申請人:沈陽理工大學