[发明专利]基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工系统

说明书

本发明公开了一种基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工系统，包括磨粒流收集箱、电场发生器、高压静电发生器、脉动调控装置、配模吸附平台、控制系统、加工喷头、旋转驱动装置和磨粒流循环系统，工件固定在配模吸附平台上，加工喷头固定在脉动调控装置上，高压静电发生器固定在加工喷头上对经过的磨粒流施加静电，脉动调控装置调节加工喷头在水平和竖直方向上的位置以及驱动加工喷头以脉动方式进行转动；电场发生器为外接设备且电场发生器在工件表面产生均匀电场；本发明使以非电解质为载体的磨粒流经过高压静电场后磨粒带电，实现磨粒在流场中的分布可控，减小磨粒粒度不均及大粒径磨粒在加工中产生的负面影响。

技术领域

本发明涉及一种磨粒流加工领域，适用于光学元件、非晶薄膜衬底等工件表面研磨与抛光加工，更具体的说，尤其涉及一种基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工系统。

背景技术

纳米薄膜材料在国际上一直是科学研究的热门领域，因其具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，并体现出各种奇特的力、电、光、磁、热效应以及化学活性，从而在微电子、光学、能源等领域具有广泛的应用前景。衬底(如单晶硅、碳化硅等)是纳米薄膜制备过程中不可缺少的材料，具有支撑薄膜和改善薄膜特性的重要作用。衬底的表面粗糙度、位错形态和残余应力等指标都将影响纳米薄膜的厚度均匀性和表面缺陷等，决定其最终产品的性能。因此，制备少、无损伤，超光滑和高精度衬底是纳米薄膜研究领域迫切需要解决的难题之一。流体抛光是获取超光滑表面的重要手段之一，备受研究者关注。浮法抛光、浴法抛光、磁流体抛光、电流变液抛光、磁流变液抛光、流体振动抛光、超声波磁流变复合抛光、射流抛光、动压悬浮抛光、介电泳抛光、气液固三相磨粒流抛光等技术应运而生。已有研究表明：少、无损伤超光滑表面的形成取决于磨粒与工件表面的接触状态。流体抛光采用无工具或工具不直接作用的加工方式，很好地实现了磨粒与工件的软性接触，减少了工件层变质和亚表面损伤。目前的流体抛光技术，或多或少存在如下问题：磨粒与工件的切削作用较弱，可控性较差，且磨粒的有效加工参与率不够，导致加工效率较低；技术水平和操作环境要求较高，工件适应性不佳，影响加工效果的部分工艺参数控制难度较高等。因此，在保证衬底表面少、无损伤的前提下，实现较高效率的超光滑表面加工是目前急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有加工中加工效率、资源利用率低，加工质量不易于提高等缺点，提出了一种基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工系统，该系统具有高加工效率、资源循环利用率、自动化程度和加工质量特性的新型抛光方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于电荷尖端聚集效应的静电可控磨粒流加工系统，包括磨粒流收集箱、电场发生器、高压静电发生器、脉动调控装置、负压配模系统、控制系统、加工喷头、旋转驱动装置和磨粒流循环系统，负压配模系统设置在磨粒流收集箱内，工件通过负压配模系统的吸附作用固定在负压配模系统上，加工喷头设置在工件上方且加工喷头固定在脉动调控装置上，高压静电发生器固定在加工喷头上用于对经过加工喷头的磨粒流施加静电，脉动调控装置调节加工喷头和高压静电发生器在水平和竖直方向上的位置以及驱动加工喷头以脉动方式进行转动；磨粒流收集箱通过管道与磨粒流循环系统连接并性成磨粒循环，电场发生器为外接设备且电场发生器在工件表面产生均匀电场；旋转驱动装置通过穿过磨粒流收集箱的转动轴连接负压配模系统并带动负压配模系统的转动；

所述负压配模系统包括上端盖、下底座、负压发生器和气管，上端盖固定在下底座上方，上端盖和下底座之间形成密封的气腔，上端盖上设置有用于放置工件的凹槽，凹槽的底面均布多个与气腔相连通的吸附孔，下端盖上设置有出气口，负压发生器通过气管连接下底座上的出气口，负压发生器工作时通过气管将气腔内的空气抽走，进而将工件吸附在上端盖的凹槽上；

所述脉动调控装置包括脉动旋转装置、X轴直线模组和Z轴直线模组，X轴之间模组水平固定在磨粒流收集箱上端，Z轴直线模组安装在X轴直线模组的滑块上，脉动旋转装置安装在Z轴直线模组的滑块上；高压静电发生器安装在脉动旋转装置上；