超声作用下的硬脆材料研磨装置制造方法
【专利摘要】超声作用下的硬脆材料研磨装置，包括研磨盘和载物盘，载物盘位于研磨盘的上面，晶片设置在载物盘与研磨盘之间，载物盘与导轮电机、滑台及超声波发生器连接，超声波发生器产生的超声频振动作用于载物盘上，载物盘在导轮电机带动下相对于研磨盘旋转，同时在滑台带动下作往复运动。本实用新型在载物盘的上表面施加超声振动，在超声作用下，玻璃材料的塑性域到脆性域转化的临界条件发生了变化，从而改善了磨粒与待研磨晶片之间的力学状态，达到了改善研磨效果的目的。本实用新型提高了晶体的研磨效率和质量，结构简单，易于实现。
【专利说明】超声作用下的硬脆材料研磨装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于硬脆材料加工设备【技术领域】，涉及一种超声作用下的硬脆材料研
磨装置。
【背景技术】
[0002]随着空间应用技术的迅猛发展，对光学系统的反射镜的要求越来越高。考虑到空间光学系统对反射镜轻量化的要求，对反射镜材料提出了一系列要求:低密度、高弹性模量、低热膨胀系数、高热导率和无热应力等。传统材料已经不能满足这些要求。碳化硅(SiC)材料以其较高的弹性模量、适中的密度、较小的热膨胀系数、较高的热导率、耐热冲击性、高的比刚度和尺寸稳定性好等优点而成为具有良好应用前景的反射镜材料。但碳化硅由于高的硬度和脆性，加工相当困难，容易出现表面缺陷和裂纹。研磨是形成SiC单晶片成品的重要精整和光整加工方法，可以作为SiC单晶片超精密加工的最终工序来保证SiC单晶片的尺寸精度和表面质量。
[0003]现有的研磨技术最突出的缺点是加工效率低，如研磨50.8mm碳化硅单晶片，需要约4个小时，并且在磨削热的作用下容易产生较厚的变质层；同时研磨加工后的表面微小破碎严重影响晶片的使用性能。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种超声作用下的硬脆材料研磨装置，解决现有技术存在的加工效率低、表面变质层较厚和表面微小破碎的问题。
[0005]本实用新型的技术方案是，超声作用下的硬脆材料研磨装置，包括研磨盘和载物盘，载物盘位于研磨盘的上面，晶片设置在载物盘与研磨盘之间，载物盘与导轮电机、滑台及超声波发生器连接，超声波发生器产生的超声频振动作用于载物盘上，载物盘在导轮电机带动下相对于研磨盘旋转，同时在滑台带动下作往复运动。
[0006]超声波发生器通过导波杆与研磨盘接触。
[0007]载物盘外壁设有主动导轮和被动导轮，主动导轮和被动导轮设置在导轮支架上且通过导轮支架与滑台连接，载物盘通过主动导轮与导轮电机连接，主动导轮在导轮电机作用下带动载物盘旋转，载物盘带动被动导轮转动，主动导轮和被动导轮将载物盘夹住，带动载物盘随滑台移动。
[0008]滑台与支架电机连接。
[0009]支架电机与滑台之间设有齿轮和与其配合的齿条，支架电机与支架电机控制器连接。
[0010]研磨盘通过研磨盘驱动齿轮与研磨盘驱动电机连接，研磨盘驱动电机与研磨盘驱动电机控制器连接。
[0011]本实用新型具有如下有益效果:
[0012]1、本实用新型在载物盘的上表面施加超声振动，在超声作用下，玻璃材料的塑性域到脆性域转化的临界条件发生了变化，从而改善了磨粒与待研磨晶片之间的力学状态，达到了改善研磨效果的目的。
[0013]2、本实用新型不仅实现了晶片的超声复合加工，克服了现有技术存在的加工效率低、表面变质层较厚和表面微小破碎的问题，而且为实现硬脆材料超声辅助加工过程中的工艺参数如研磨盘压力等选择提供实验依据。
[0014]3、本实用新型提高了晶体的研磨效率和质量，结构简单，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型超声作用下的硬脆材料研磨装置结构示意图；
[0016]图2为本实用新型超声作用下的硬脆材料研磨装置局部结构示意图；
[0017]图3为本实用新型超声作用下的硬脆材料研磨装置的载物盘受力图。
[0018]图中:1支架电机，2齿轮，3齿条，4滑台，5导轮电机，6超声波发生器，7-1.主动导轮，7-2.被动导轮，8载物盘，9研磨盘，10.研磨盘驱动齿轮，11.研磨盘驱动电机。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
[0020]超声作用下的硬脆材料研磨装置，包括研磨盘9和载物盘8，载物盘8位于研磨盘9的上面，晶片设置在载物盘8与研磨盘9之间，载物盘8与导轮电机5、滑台4及超声波发生器6连接，超声波发生器6产生的超声频振动作用于载物盘8上，载物盘8在导轮电机5带动下相对于研磨盘9旋转，同时在滑台4带动下作往复运动。
[0021]还包括主动导轮7-1和被动导轮7-2，载物盘8外壁与主动导轮7_1和被动导轮7-2接触，主动导轮7-1和被动导轮7-2设置在导轮支架上且通过导轮支架与滑台4连接，载物盘8通过主动导轮7-1与导轮电机连接，主动导轮7-1在导轮电机作用下带动载物盘8旋转，载物盘8带动被动导轮7-2转动，主动导轮7-1和被动导轮7-2将载物盘8夹住，带动载物盘8随滑台4往复移动。
[0022]滑台4与支架电机I连接。
[0023]支架电机I与滑台4之间设有齿轮2和与其配合的齿条3。
[0024]研磨盘8通过研磨盘驱动齿轮10与研磨盘驱动电机11连接。
[0025]支架电机I与支架电机控制器连接；研磨盘驱动电机11与研磨盘驱动电机控制器连接。
[0026]实施例，在研磨盘驱动电机控制器的作用下，研磨盘研磨盘驱动电机11带动齿轮减速装置10，控制研磨盘9的转动，待研磨晶片用粘结蜡粘结在的重力作用下接触载物盘8的下表面，载物盘的下表面与研磨盘9的上表面在载物盘8，研磨膏涂在研磨盘9的上表面；由超声波发生器6产生的超声频振动经超声波换能器、变幅杆的变换的放大，通过导波杆作用在载物盘8的上表面；当主动导轮7-1在导轮电机5的作用下产生旋转时，主动导轮7-1带动载物盘8反向旋转，载物盘8旋转时带动被动导轮7-2旋转，如图3所示。此时，载物盘8的受力如图3所示，主动导轮7-1和被动导轮7-2对载物盘8的力将载物盘8紧紧夹在中间。支架电机控制器带动支架电机I旋转，齿轮2带动齿条3使滑台4往复运动，这样，主动导轮7-1和被动导轮7-2便做往复运动，带动载物盘8进行往复运动，研磨形成晶片表面。
[0027]使用时，先将待研磨晶片用粘结蜡粘在载物盘8的下表面，将研磨膏涂于研磨盘9的上表面，将载物盘置于主动导轮7-1与被动导轮7-2之间，启动控制器，控制研磨盘驱动电机11做如图3所示的旋转运动，其中，η:7主动导轮7-1转动方向；η7’:被动导轮7_2转动方向；η8:载物盘8转动方向；η9:研磨盘9转动方向；f:主动导轮7_1对载物盘8的摩擦力方向:被动导轮7-2对载物盘8的摩擦力方向。支架控制器控制支架电机I旋转，滑台4在齿轮2和齿条3的带动下做往复运动，即带动载物盘8做往复运动；启动超声波发生器，在载物盘8的上表面施加波形为正弦曲线的超声振动，完成对晶片的研磨。超声振动的增加改善了磨粒与待研磨晶片之间的力学状态，达到提高研磨效率、改善研磨效果的目的。
[0028]本实用新型在研磨装置上增加超声波振动系统，超声波振动系统包括超声波发生器6、换能器、变幅杆和导波杆。研磨盘9中心速度为O,导波杆将产生的超声波直接施加于研磨盘9中心，在研磨盘9上表面产生超声振动，使得研磨液中的磨粒在原始运动的基础上增加超声振动，从而改善了磨粒与待研磨晶片之间的力学状态，减小研磨过程中微裂纹的扩展，提高单位时间磨粒与晶片的接触次数，达到了提高研磨效率、改善研磨效果的目的。
【权利要求】
1.超声作用下的硬脆材料研磨装置，其特征在于:包括研磨盘(9)和载物盘(8)，所述载物盘(8)位于研磨盘(9)的上面，晶片设置在载物盘(8)与研磨盘(9)之间，所述载物盘(8)与导轮电机(5)、滑台(4)及超声波发生器(6)连接，所述超声波发生器(6)产生的超声频振动作用于载物盘(8)上，所述载物盘(8)在导轮电机(5)带动下相对于研磨盘(9)旋转，同时在所述滑台(4)带动下作往复运动。
2.如权利要求1所述的超声作用下的硬脆材料研磨装置，其特征在于:所述超声波发生器(6 )通过导波杆与所述研磨盘(9 )接触。
3.如权利要求1或2所述的超声作用下的硬脆材料研磨装置，其特征在于:所述载物盘(8)外壁设有主动导轮(7-1)和被动导轮(7-2)，所述主动导轮(7-1)和被动导轮(7-2)设置在导轮支架上且通过导轮支架与所述滑台(4)连接，所述载物盘(8)通过主动导轮(7-1)与导轮电机(5)连接，所述主动导轮(7-1)在导轮电机(5)作用下带动载物盘(8)旋转，所述载物盘(8)带动被动导轮(7-2)转动，所述主动导轮(7-1)和被动导轮(7-2)将载物盘(8)夹住，带动载物盘(8 )随滑台(4 )移动。
4.如权利要求3所述的超声作用下的硬脆材料研磨装置，其特征在于:所述滑台(4)与支架电机(I)连接。
5.如权利要求4所述的超声作用下的硬脆材料研磨装置，其特征在于:所述支架电机(I)与滑台(4)之间设有齿轮(2)和与其配合的齿条(3)，所述支架电机(I)与支架电机控制器连接。
6.如权利要求5所述的超声作用下的硬脆材料研磨装置，其特征在于:所述研磨盘(9)通过研磨盘驱动齿轮(10)与研磨盘驱动电机(11)连接，所述研磨盘驱动电机(11)与研磨盘驱动电机控制器连接。
【文档编号】B24B37/10GK203380706SQ201320347103
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】李淑娟, 崔丹, 李言, 胡海明, 刘永, 赵智渊 申请人:西安理工大学