[发明专利]应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用胶体射流抛光元件的方法。

背景技术

随着现代短波光学、强光光学、电子学及薄膜科学的发展，对元件提出超光滑表面的要求，要求表面粗糙度小于1nm Rms。具有较低的表面波纹度以及较高的面形精度；表面疵病与亚表面损伤尽可能减少，表面残余的加工应力极小；晶体表面具有完整的晶格结构，表面无晶格位错。

非球面器件(尤其是小曲率半径非球面和自由曲面器件)的超光滑表面加工技术是目前光学加工所面临的巨大难题。依靠传统的经验依赖性的光学加工方法已无法满足日益发展的光学、电子学对表面要求。各个国家都十分注重研究和开发新型精密研磨和抛光方法，进而出现了许多新的抛光加工方法，其中以机械去除为主的有计算机控制小工具抛光和应力抛光；以流体动力去除为主有磁流变抛光和水射流抛光；以物理碰撞和化学腐蚀去除为主的有离子束抛光和等离子体化学气化加工；以机械化学综合去除的有化学机械抛光和弹性发射加工。以上各方法中，以机械方式去除和以流体动力去除的抛光方法，在加工过程中会在元件表面引入晶格缺陷及残余应力，从而影响最终元件表面的粗糙度，达不到光滑表面的要求；离子束抛光和等离子体化学气化加工及弹性发射加工，虽可以达到原子级的超光滑表面，但其设备价格昂贵，抛光成本高；化学机械抛光主要应用于较大平面的平整，不适宜加工非球曲面及小区率自由曲面。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的抛光方法难以使元件表面达到超光滑表面的要求或能达到超光滑表面的要求但加工成本过高的问题，提供了一种应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法。

本发明应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法如下：在射流压力为0.1MPa～10MPa、喷射速度为10～200m/s的条件下将纳米胶体喷射于元件表面；其中所述的纳米胶体的动力粘度为0.001～0.02N·s/m²、pH值为8～12。

上述的纳米胶体按重量份数由0.5～15份的纳米颗粒、85～99份去离子水、0.1～0.2份pH值调节剂、0.2～1份分散剂和0.05-0.2份聚丙烯酸钠制成，其中所述的纳米颗粒的粒径为50nm以下；上述的纳米颗粒为无机纳米颗粒；上述的无机纳米颗粒为纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米氧化铈颗粒或纳米氧化铝颗粒；上述的pH值调节剂为AMP 95pH值调节剂或AMP 96pH值调节剂；上述的分散剂为聚羧酸钠盐型分散剂或聚丙烯酸盐型分散剂。

所述的纳米胶体的制备方法如下：按重量份数首先将85～99份的去离子水、0.1～0.2份的pH值调节剂、0.2～1份的分散剂和0.05～0.2份的聚丙烯酸钠混合制得pH值基液，然后以10～60转/分钟的搅拌速度将0.5～15份的纳米颗粒加入到pH值基液中制得混合液，再以120～300转/分钟的搅拌速度将混合液搅拌5～20分钟后在频率为10～40KHz的条件下将混合液超声波分散5～30分钟，即得纳米胶体。上述的纳米颗粒为无机纳米颗粒；上述的无机纳米颗粒为纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米氧化铈颗粒或纳米氧化铝颗粒；上述的pH值调节剂为AMP 95pH值调节剂或AMP 96pH值调节剂。

本发明方法适用于光学玻璃、微晶玻璃、半导体材料及单晶材料等硬脆材料的超精密、超光滑抛光，经过抛光后元件表面粗糙度小于1nm(Rms)，达到了超光滑表面的要求。本发明所用的纳米胶体配制方法简单，原材料容易获取，成本低，且可重复利用，抛光过程中对加工环境没有严苛要求，在大气环境中即可实现超光滑表面的抛光，且使用的装备结构简单，制造成本低。

附图说明

图1是具体实施方式一所用的纳米胶体射流抛光装置图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法如下：在射流压力为0.1MPa～10MPa、喷射速度为10～200m/s的条件下将纳米胶体喷射于元件表面；其中所述的纳米胶体的动力粘度为0.001～0.02N·s/m²、pH值为8～12。