[发明专利]含聚离子液/纳米磨料复合粒子的电流变抛光液及制备方法

说明书

本发明提供了一种含聚离子液/纳米磨料复合粒子的电流变抛光液及制备方法，复合粒子由表面和内部镶嵌有纳米磨料的聚离子液颗粒构成，磨料粒子受电流变粒子束缚，这样在单个复合粒子上同时兼容电流变和抛光性能，即在电场作用下具有强电流变效应的聚离子液诱导电流变效应，而具有高抛光性能的磨料与工件均匀接触实现抛光。本发明与现有简单混合法制备的电流变抛光液相比，由于将磨料镶嵌在电流变颗粒表面和内部，形成复合粒子，可解决现有的电流变抛光液易出现磨料粒子与电流变粒子相分离而导致的磨料分布不均和抛光效率低下问题。

技术领域

本发明涉及抛光液领域，具体涉及一种电流变抛光液及制备方法，该抛光液由聚离子液/纳米磨料复合粒子分散在绝缘油中得到。

背景技术

超精密抛光的核心技术主要包括两方面，一是抛光设备，其中磨盘是关键点；二是材料，即抛光液。目前关于磨盘和抛光液的研究已较成熟，但基于普通的旋转抛光方法仍难以获得均匀的抛光效果，这主要是由于工件与抛光工具之间的相对速度、压力差以及抛光液中磨料的分布不均匀所致。电场辅助的超精密抛光被认为是解决磨料分布不均匀问题的一种有效方法，其原理是通过外加电场控制磨料粒子的受力和运动来克服工件旋转产生的离心力和离心运动，使磨料能很好的分布在工件待磨区。电流变抛光的原理是将磨料粒子加入到电流变液中作为抛光媒介，在工具和工件间施加外电场后，电流变粒子发生电极化后在工具和工件间形成粒子链，磨料粒子夹杂或吸附在电流变粒子链上，在工具电极带动下，磨料粒子随链与工件表面发生碰撞实现抛光。然而，电流变抛光技术的实际应用仍然滞后，这主要是现有电流变抛光液的性能不足所致。目前电流变抛光液材料主要是通过将磨料粒子与电流变液简单混合制备，但由于磨料粒子与电流变粒子在电导率、极化速率和电流变效应上存在巨大差异，当受到电场和抛光诱导的剪切场同时作用时，磨料粒子与电流变粒子极易发生相分离，导致磨料粒子在抛光微区分布不均，极大影响抛光效率和效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种含聚离子液/纳米磨料复合粒子的电流变抛光液及制备方法。为了克服现有通过简单分散法制备的电流变抛光液易在电场下发生相分离的缺陷，本发明提出了一种含有聚离子液/纳米磨料复合粒子的电流变抛光液及制备方法，复合粒子由表面和内部镶嵌有纳米磨料的聚离子液颗粒构成，磨料粒子受电流变粒子束缚，这样在单个复合粒子上同时兼容电流变和抛光性能，即在电场作用下具有强电流变效应的聚离子液诱导电流变效应，而具有高抛光性能的磨料与工件均匀接触实现抛光，可有效解决现有简单混合法得到的电流变抛光液易出现磨料粒子与电流变粒子相分离而导致的磨料分布不均和抛光效率低下问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种含有聚离子液/纳米磨料复合粒子的电流变抛光液，分散相为表面和内部镶嵌有纳米磨料的聚离子液/纳米磨料复合粒子，连续相为绝缘油，将聚离子液/纳米磨料复合粒子分散到绝缘油中得到抛光液。

本发明还提供一种含有聚离子液/纳米磨料复合粒子的电流变抛光液的制备方法，详细步骤如下：

(1)纳米磨料改性；

将纳米磨料颗粒加入到乙醇/水混合溶剂中，超声分散后，在搅拌条件下，将硅烷偶联剂与纳米磨料向磨料分散液中滴入硅烷偶联剂，分散液在55℃反应时间24小时；反应后，在去离子水和乙醇中反复离心和超声分散洗涤掉过量的硅烷偶联剂，在40℃下真空干燥得到改性纳米磨料；

(2)复合粒子制备；

将引发剂溶解在离子液单体中形成溶液，同时在冰水浴下将改性纳米磨料按照改性纳米磨料与离子液单体的质量比为9％～36％分散于去离子水中形成分散液，其中改性纳米磨料质量与去离子水的体积比例为0.9％克/毫升～3.6％克/毫升；将溶液和分散液混合在一起，在冰水浴中用细胞破碎仪超声搅拌15分钟～30分钟得到乳状液；将乳状液在氮气和回流状态下升温到60℃聚合24小时生成固体颗粒，而后用去离子水离心洗涤固体颗粒，并在40℃～60℃下真空干燥72小时～120小时得到聚离子液/纳米磨料复合粒子；