[发明专利]一种集群磁流变超声波复合抛光加工装置及方法

说明书

本发明涉及一种集群磁流变超声波复合抛光加工方法及装置，装置包括集群磁流发生组件、用于夹持工件的超声波发生组件、用于夹持超声波发生组件的夹持装置和控制超声波发生组件的超声波控制装置。通过超声波与集群磁流变两种方式的结合，通过磁链窜夹持磨料与工件表面发生相对运动的方式实现对材料表面的高效抛光加工，通过超声波振动增加了磨粒轨迹的干涉程度，可以让有效的细微划擦分布更加均匀，保证了抛光加工的均匀性。整个加工的过程无需其他化学物品的参与，不会产生化学污染，减少对化学物的依赖。同时，在完成抛光加工后工件表面无其它化学污染物，保证工件材料稳定和便于清洗，提高整体加工效率。

技术领域

本发明涉及超精密加工的技术领域，更具体地，涉及一种集群磁流变超声波复合抛光加工装置及方法。

背景技术

如今社会各个领域对光滑和超光滑表面元器件的需求越来越大，硬脆材料由于其高强度、高硬度、高脆性以及耐腐蚀等材料特性具有巨大的应用潜力。然而，硬脆材料的表面质量已成为制约其应用的关键因素。硬脆材料由于塑性低、易脆断、微裂纹以及加工工艺不当等缺点，所以在抛光过程中容易产生表面和亚表面损伤，对材料表面结构造成损坏。因此，脆性材料的高效精密加工已成为必然要求。磁流变抛光技术具有抛光效果好、不产生亚表面损伤、适合复杂表面加工等传统抛光技术所不具备的优点，已成为一种革命性光学表面加工方法，特别适合轴对称非球面的超精密加工，广泛应用于大型光学元件、半导体晶片、LED基板、液晶显示板等的最后加工工序，但磁流变抛光技术的抛光效率低。

公开号为“CN110900322A”，公开日为2020年3月14日的中国专利申请文件公开了一种电芬顿集群磁流变复合研磨抛光装置及方法，其中抛光装置包括集群磁流发生组件和电芬顿组件，电芬顿反应生成物·OH与被加工工件反应生成氧化层，集群磁铁可以分开实现自转和公转，集群磁铁自转形成柔性抛光垫实现了对工件的加工，集群磁铁间歇公转可实现对柔性抛光垫的全面修整，可提高加工效率、提高加工均匀性，同时也可实现磁流变液的快速更新与磨料的快速自锐。

但在上述的技术方案中，使用电芬顿磁流变复合抛光磷化铟晶片时，通过抛光可以获得高质量表面，但是抛光过程中需要使用氧化剂、pH值调节剂等化学药品，产生的抛光废液会对环境造成污染；另外抛光过程通常会产生PH₃有毒气体，对加工环境及生产工人的身体健康造成影响。并且，由于化学作用的存在单晶磷化铟表面可能残留一定的化学污染和没有完全去除的氧化膜，这增加了抛光后晶片清洗的时间和成本。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中通过化学作用进行抛光造成的化学污染的问题，提供一种集群磁流变超声波复合抛光加工装置及方法，无需使用任何的化学物，实现对材料表面的抛光加工，并且保证加工高效和加工的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种集群磁流变超声波复合抛光加工装置，包括设置有抛光盘的集群磁流发生组件、用于夹持工件的超声波发生组件、用于夹持所述超声波发生组件的夹持装置和控制所述超声波发生组件的超声波控制装置，所述夹持装置用于控制所述超声波发生组件向所述集群磁流发生组件的方向运动；超声波发生组件位于集群磁流发生组件设置有抛光盘的一侧。即超声波发生组件位于集群磁流发生组件的顶端，位于集群磁流发生组件设置有抛光盘的一侧。

在上述的技术方案中，超声波发生组件夹持工件后，夹持装置带动超声波组件运动向集群磁流发生组件的方向运动，并令工件伸入抛光盘中，启动集群磁流发生组件。利用超声波发生组件的高频振动使抛光盘中的抛光磨粒与工件的接触状态由持续性接触改变为间歇性接触，平均摩擦系数大大降低以及热量的产生得到有效的减小；同时本发明利用超声振动运动会对工件产生超声振动软化作用的特点，振动场会使得工件表面与磨粒进行高速冲击，使得工件表面软化，使得工件的可加工性更好，在抛光硬脆材料时候，会大大增加其材料延性去除比例，从而改善材料表面质量。集群磁流发生组件与公开号为“CN110900322A”所公开的集群磁流发生组件的结构一致，此处不作详细描述。