[发明专利]熔融石英无水环境固结磨粒抛光轮的制备方法及抛光方法

说明书

熔融石英无水环境固结磨粒抛光轮的制备方法及抛光方法，涉及硬脆性材料加工。将磨料、添加剂和粘结剂混合，放入马弗炉烘干，球磨，混合，将得到的粉末混合体，导入圆柱形模具中，施加7MPa的液压力压制成丸片状，脱模，再放入马弗炉烧制，即得熔融石英无水环境固结磨粒抛光轮。将抛光轮粘结在不锈钢工具头端面，安装在数控机床上，采取光栅路径对熔融石英进行整面加工。采用固结磨粒抛光轮，在无水环境下玻璃外层不断与磨料实现化学反应；添加剂的主要作用是在加工过程中会破碎，破碎后产生容屑空间，同时破碎的添加剂的硬度比烧结后的粘结剂的硬度大，能刮落粘结剂，有利于磨料的进一步裸露。

技术领域

本发明涉及硬脆性材料加工，尤其是涉及无水环境下的熔融石英无水环境固结磨粒抛光轮的制备方法及抛光方法。

背景技术

熔融石英玻璃凭借其良好的物理和化学性能被广泛应用于制造窗口和屏蔽片,且熔融石英玻璃(熔融石英)属于难加工硬脆性材料，传统上是利用磨削和抛光以实现高表面和亚表面质量。磨削阶段包括固结磨粒磨削和游离磨粒研磨，主要是为了降低面型精度误差和粗糙度，但是无论是精磨或者粗磨(包括延性模型)不可避免会出现表面破碎、表面残余应力、表面塑性流动和亚表面损伤等缺陷。为了去除磨削阶段残余的缺陷，一般采用抛光对玻璃进行进一步加工。传统的抛光主要是利用比玻璃硬度低的稀土和金属氧化物、混合去离子水和一定的化学添加物，利用机械化学去除机理进行材料去除，以获得无损伤的玻璃表面。虽然游离磨粒抛光技术在光学玻璃加工中得到了广泛的应用，但是它也存在一些显著的缺点。首先，游离磨粒在抛光过程运动的随机性，以及玻璃-磨粒-抛光垫在抛光溶液中复杂的物理和化学相互作用，难以建立一个准确材料去除模型，使其无法成为一项确定性的抛光技术(杨炜,郭隐彪,许乔,等.超精抛光中边缘效应对材料去除量的影响[J].强激光与粒子束,2008(10):1653-1657.(Yang Wei,Guo Yinbiao,Xu Qiao,et al.Edgeeffects on material removal amount in ultra-precise polishing process.HighPower Laser and Particle Beams,2008(10):1653-1657)；其次，游离磨粒抛光会在玻璃表面产生几nm到几百nm的水合层，水合层的机械化学性质和玻璃本体材料有着本质的区别，从而降低了玻璃的光学性能(Li Y,Hou J,Xu Q,et al.The characteristics ofoptics polished with a polyurethane pad[J].Optics Express,2008,16(14):10285-10293)；再者，抛光溶液会造成环境污染，而且仅有少量的磨粒参与材料去除，从而造成了大量材料浪费。

国内外学者开展了固结磨粒抛光技术研究，以期能在抛光阶段确定性地控制材料去除，在能获得高效去除率的同时还能避免磨料浪费，获得高质量的光学玻璃表面。国内对于固结磨粒抛光技术研究不多(Tian Y B,Zhou L,Shimizu J,et al.Elimination ofsurface scratch/texture on the surface of single crystal Si substrate inchemo-mechanical grinding(CMG)process[J].Applied Surface Science,2009,255(7):4205-4211)，一个显著的原因在于固结磨粒抛光的抛光轮配方和烧结工艺不成熟，美国、日本和乌克兰都对这项技术进行了封锁。因此研制新型的固结磨粒抛光轮也成为了研究固结磨粒抛光的关键。对比国外众多学者开展的固结磨粒抛光技术，该发明能在无水环境下实现熔融石英的固结磨粒抛光，且体现了很大的优势，表面面型精度和粗糙度收敛速度显著提高，且抛光轮不破碎，磨损均匀。该项发明对于国内熔融石英超精密加工领域具有很重要的推动意义。

发明内容

本发明的目的在于为了解决游离磨粒抛光中存在的随机性、磨料浪费以及产生水合层等问题，提供熔融石英无水环境固结磨粒抛光轮的制备方法。