[发明专利]一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法及装置

权利要求书

1.一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将所述研抛液均匀充满固定基板和碳化硅衬底之间；

S2、超声工具头接收给定的频率和振幅带动被约束在超声工具头前端的超硬陶瓷球体高速高频振动，激发磨粒将其发射出去冲击衬底材料，通过磨粒对衬底材料的机械冲击、剪切、抛磨、研抛液的空化现象去除材料，同时高速旋转的超硬陶瓷球体带动磨粒对衬底材料的多级研抛作用，去除材料，

S3、获得表面粗糙度S_a<20nm微半球凹模阵列。

2.如权利要求1所述的一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，所述超硬陶瓷球体尺寸小于固定基板通孔直径，能够将超硬陶瓷球体嵌入其中，固定基板和超硬陶瓷球体间充满粘结剂，超硬陶瓷球体被固定于超声工具头前端。

3.如权利要求1所述的一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，所述超硬陶瓷球体装配方式如下：将直径略小于固定基板通孔的超硬陶瓷球体放入固定基板，其间充满粘结剂，再将其固定于超声工具头前端，将超声工具头装上超声工具头支座后通过调整Z向工作平台向下进给，直到所有超硬陶瓷球体接触大理石水平工作台，等到粘结剂凝固后获得水平度完全高度一致的超声工具头组件。

4.如权利要求1所述的一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，采用工业摄像头监控捕捉超硬陶瓷球体位置，通过其位置来控制加工进程。

5.如权利要求1所述的一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，超声工具头为可拆卸式旋转超声工具头，通过旋转装置中的线圈绕组带动变幅杆在水平基面上高速转动，同时旋转装置通过轴向限位装置能够使得变幅杆在竖直方向上不产生除超声振动外的抖动，使得超声工具头在作超声振动的同时附加了旋转运动。

6.如权利要求1所述的一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，所述超硬陶瓷球体通过控制旋转速度和超声频率形成多域可控多级研磨，前一阶段为脆性破坏，后一阶段为脆性材料塑性加工。

7.如权利要求1所述的一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的方法，其特征在于，所述固定基板为铝合金基板，厚度为0.2mm-0.5mm。

8.一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的装置，其特征在于，包括超声研抛实验台，所述超声研抛实验台包括：Z向进给滑台、大理石机架和固定支座，大理石机架水平架设在固定支座上，Z向进给滑台通过螺栓刚性连接于大理石机架，Z向进给滑台上安装有Z向二级精密平台，Z向二级精密平台前侧装设有旋转超声工具头组。

9.如权利要求8一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的装置，其特征在于，所述旋转超声工具头组包括：超声工具头支座、换能器、超声工具头旋转装置、变幅杆、超声工具头，旋转超声工具头组通过超声工具头支座刚性连接于Z向二级精密平台上，换能器固定于超声工具头支座中央，接收来自超声发生装置的高频电脉冲，并通过多个变幅杆将高频电脉冲转换成机械振动，变幅杆通过螺纹与超声工具头刚性连接，超声工具头旋转装置在为变幅杆和换能器实现传导连接作用的同时能够带动超声工具头实现径向高速旋转。

10.如权利要求9一种旋转超声法加工微半球凹模阵列的装置，其特征在于，所述超声工具头包括可拆式超声工具头前端组件、超硬陶瓷球体、固定基板，固定基板通过螺纹与超声工具头前端连接，超硬陶瓷球体嵌入固定基板在球体和固定基板间充满粘结剂，将超硬陶瓷球体固定于超声工具头前端组件的前端。