一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件

1.本发明属于超精密研磨加工领域，具体涉及一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件。


背景技术：

2.铌酸锂（linbo3,简称ln）属于典型的软脆材料，在表面滤波器、倍频器、激光器、微声器件、电光开关、红外探测器、光波导基片、激光调制器、光隔离器等领域有着普遍应用。也因为铌酸锂晶体材料有着特殊的铁电、压电、电光、非线性、光折变、热释电效应，所以在加工过程中，极容易产生磨粒嵌入，微裂纹、开裂等损伤，所以，有效的超精密加工方式获得高质量低损伤铌酸锂表面是在现代加工中的重要研究。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，铌酸锂弹性模量小，辅助件氧化铝弹性模量大，在加工过程中去除量不同，通过一定时间的研磨加工，辅助件和工件之间会产生高度差，工件与研磨盘的接触也从直接接触转变为半接触状态，有效减少了磨粒嵌入情况。
4.本发明的技术方案：一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，包括辅助件本体，所述辅助件本体的中心处设有用于设置铌酸锂晶体的工件贴片区域，所述辅助件本体的材料为高弹性模量氧化铝，所述设置于工件贴片区域内的铌酸锂晶体的高度与辅助件本体的高度相同。
5.进一步地，所述辅助件本体的中心处开设有圆形的工件贴片区域，所述辅助件本体的直径为10.16-15.24cm，厚度为1-10mm。
6.进一步地，所述圆形的工件贴片区域的直径为7.62-10.16cm，其深度为0.5mm。
7.进一步地，所述辅助件本体上均匀设有提高磨粒进入工件工作区域量的若干条流道，所述流道位于工件贴片区域的周边。
8.进一步地，所述流道为直线型流道、交叉型流道或漏斗型流道。
9.进一步地，所述直线型流道均匀分布，其深度为0.5mm，宽度为0.5-1mm，相邻直线型流道的间距为5mm。
10.进一步地，所述交叉型流道均匀分布，其横向深为0.5mm，宽度为0.5-1mm，相邻流道间距为5-10mm；其纵向深为0.5mm，宽度为0.5-1mm，流道与流道间距为5-10mm。
11.进一步地，所述漏斗型流道弧度为4
°‑
12
°
，间距为8
°
。
12.进一步地，所述辅助件本体设置于铌酸锂晶体研磨机中研磨盘和基盘之间。
13.本发明的有益效果：1）采用本发明的技术方案，在铌酸锂晶体研磨加工过程中，本发明中的辅助件，由氧化铝等高弹性模量材料加工成，在表面开有流道，实现铌酸锂材料无损伤加工的同时保证磨粒进入量，实现高效研磨；
2）本发明的辅助件具有结构简单、使用方便及极大提高研磨效率的特点。
附图说明
14.图1为本发明中无流道的辅助件；图2为本发明中直线型流道的辅助件；图3为本发明中交叉型流道的辅助件；图4为本发明中漏斗型流道的辅助件；图5为磨粒与工件的起始接触状态图；图6为磨粒与工件的半接触状态图；图7为实施例1中无辅助件的sem图；图8为实施例2中未开设流道辅助件的sem图；图9为本实施例中直线型流道辅助件的sem图。
15.图10为实施例1中无辅助件表面磨粒嵌入的sem三维图。
16.图11为实施例1中无辅助件加工表面嵌入磨粒尺寸测量图；(a)为三维图中嵌入磨粒对应位置；(b) 为二维图中嵌入磨粒对应位置；(c)嵌入磨粒具体尺寸。
17.图中：1-辅助件本体；2-工件贴片区域；3-直线型流道；4-交叉型流道；5-漏斗型流道。
具体实施方式
18.下面结合附图及实施例对本发明作进一步地说明，但本发明所保护的范围不限于所述范围。
19.如图1-6所示，一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，包括辅助件本体1，辅助件本体1由高弹性模量氧化铝材料加工而成，辅助件本体1设置于铌酸锂晶体研磨机中研磨盘和基盘之间。辅助件本体1的中心处开设有用于设置铌酸锂晶体的工件贴片区域2，使得置于工件贴片区域2内的铌酸锂晶体的高度与辅助件本体1的高度相同。本实施例中工件贴片区域2为圆形区域。辅助件本体1的直径为10.16-15.24cm，厚度为1-10mm，其中圆形的工件贴片区域2的直径为7.62-10.16cm，其深度为0.5mm。
20.本发明的一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，辅助件本体1上均匀设有提高磨粒进入工件工作区域量的若干条流道，所述流道位于工件贴片区域2的周边，其中流道为直线型流道3、交叉型流道4或漏斗型流道5。
21.本发明的一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，直线型流道3均匀分布，其深度为0.5mm，宽度为0.5-1mm，相邻直线型流道3的间距为5mm。
22.本发明的一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，交叉型流道4均匀分布，其横向深为0.5mm，宽度为0.5-1mm，相邻流道间距为5-10mm；其纵向深为0.5mm，宽度为0.5-1mm，流道与流道间距为5-10mm。
23.本发明的一种铌酸锂晶体研磨加工过程中的辅助件，漏斗型流道5弧度为4
°‑
12
°
，间距为8
°
。
24.通过同时加工低弹性模量试样和高弹性模量辅助件，由于游离磨粒去除低弹性模量试样的速率较辅助件试样快，因此低弹性模量试样与辅助件的材料去除量不相同，随着加工时间的进行，不同弹性模量试样之间的细微厚度差值为δh，δh的存在将促使低弹性模量与游离磨粒之间的接触逐渐转变为准接触状态和非接触状态，改善了低弹性模量试样的塌边、表面粗糙度及表面损伤层。该方法可以有效解决高效研磨及低表面损伤的平面研磨加工难题。
25.实施例1使用单面研磨机，选择w7粒度（磨粒粒径7um-3.5um）氧化铝（al2o3）磨料配置20%浓度的研磨液，将铌酸锂晶片使用石蜡热熔粘贴于基盘下，冷却固定后放置于研磨盘上，研磨时间30min，研磨盘转速20r/min，滴液器滴研磨液的速度为50ml/min，施加载荷2kg，实验结束后先使用清水冲洗，再利用乙醇及纯水在超声波清洗机中分别洗样2min。同时机器研磨盘上有流道，工件去除碎屑和研磨液一同在流道中流出，以防影响后续加工效果。
26.实施例2使用单面研磨机，选择w7粒度（磨粒粒径7um-3.5um）氧化铝（al2o3）磨料配置20%浓度的研磨液，将图1无流道辅助件使用石蜡热熔粘贴于基盘下，铌酸锂晶体同样使用石蜡热熔贴于工件贴片区2，冷却固定后放置于研磨盘上，研磨时间30min，研磨盘转速20r/min，滴液器滴研磨液的速度为50ml/min，施加载荷2kg，实验结束后先使用清水冲洗，再利用乙醇及纯水在超声波清洗机中分别洗样2min。同时机器研磨盘上有流道，工件碎屑和研磨液一同在流道中流出，以防影响后续加工效果。
27.实施例3使用单面研磨机，选择w7粒度（磨粒粒径7um-3.5um）氧化铝（al2o3）磨料配置20%浓度的研磨液，将图2直线型流道辅助件使用石蜡热熔粘贴于基盘下，铌酸锂晶体同样使用石蜡热熔贴于工件贴片区2，冷却固定后放置于研磨盘上，研磨时间30min，研磨盘转速20r/min，滴液器滴研磨液的速度为50ml/min，施加载荷2kg，实验结束后先使用清水冲洗，再利用乙醇及纯水在超声波清洗机中分别洗样2min。同时机器研磨盘上有流道，工件碎屑和研磨液一同在流道中流出，以防影响后续加工效果。
28.试验结束后，通过基恩士超景深显微镜vhx-5000观测ln晶体表面，对比有无替代物晶体表面，由图6中明显看出有轻微划痕，针对无替代物表面白点进行三维观测，由图9可以看出表面疑似有磨粒嵌入，通过图10（a）可以得到磨粒高度为9.8μm左右，符合研磨磨粒粒径范围，确定为磨粒嵌入。由图7可以看出利用替代物进行研磨的整体损伤低，表面无明显划痕及磨粒残留，同时对该片进行多次不同位置观测，表面均良好。观测结果表明加入替代物的进行式研磨加工方式可以有效减少磨粒嵌入现象。并且在2kg临界载荷条件加工工件表面无明显划痕。
29.观察图7-8中可以看出表面发现均无明显损伤，说明在流道引入后并不会对工件损伤有影响，对比3个阶段材料去除量，如下表一，有流道辅助件加工30min后的铌酸锂相比无辅助件去除量仅减少0.0288g，相对无流道辅助件去除量提升0.0765g。有流道的研磨加工可以很好提升加工效率。
30.表一：三组试验的去除量辅助件形式铌酸锂试验前质量（g）铌酸锂试验后质量（g）去除量（g）
1无辅助件10.27349.67560.59782有辅助件10.24969.75710.49253有流道辅助件10.27219.70310.569