[发明专利]一种超声磁流变化学复合抛光装置及方法

权利要求书

1.一种超声磁流变化学复合抛光装置，包括：

机架；

杯型抛光盘，设置在机架上，用于盛放工作液和放置待加工的工件，所述杯型抛光盘能够相对所述机架在水平面内来回移动；

磁流变工具头，具有磁性，用于插入到所述工作液中并与工作液发生作用使工作液形成磁流变磨头；

超声振动机构，包括超声波发生器、与超声波发生器电连接的超声波换能器以及设置在超声波换能器的输出端上的超声波变幅杆，所述超声变幅杆上下布置，所述磁流变工具头设置在所述超声变幅杆的下端，所述超声变幅杆的上端与所述超声换能器的输出端连接，所述超声换能器可上下移动地设置在所述机架上。

2.根据权利要求1所述的一种超声磁流变化学复合抛光装置，其特征在于，所述杯型抛光盘通过所述XY滑台组件支撑在所述机架上，所述超声波换能器的上端设置在主轴系统上，所述主轴系统设置在所述Z轴滑台组件上，所述Z轴滑台组件的输出端能够上下移动。

3.根据权利要求1所述的一种超声磁流变化学复合抛光装置，其特征在于，所述抛光装置还包括冷却循环机构，用于对工作液进行冷却，所述冷却循环机构包括：

冷却槽，用于盛放所述工作液，并对其中的工作液进行冷却；

第一循环管，其一端所述杯型抛光盘的靠近底部的位置连通，另一端与所述冷却槽连通；

第二循环管，其一端所述冷却槽连通，另一端设置在喷嘴，所述喷嘴位于所述杯型抛光盘的正上方，通过所述喷嘴能够向所述杯型抛光盘喷洒工作液；

循环泵，设置在所述第二循环管上，用于将冷却槽中的工作液通过第二循环管从所述喷嘴喷出。

4.根据权利要求1所述的一种超声磁流变化学复合抛光装置，其特征在于，所述磁流变工具头内设置有多个磁铁，多个磁铁沿水平方向排成一排，且每个磁铁上下布置，相邻的磁铁的磁极呈相反布置，并且每个磁铁的端面磁场强度不小于2000Gs。

5.根据权利要求3所述的一种超声磁流变化学复合抛光装置，其特征在于，所述工作液的pH值在2～5之间，由基础载液、羰基铁粉、磨料颗粒、稳定剂、氧化剂、催化剂按一定比例混合配制。

6.一种超声磁流变化学复合抛光方法，采用权利要求5所述的一种超声磁流变化学复合抛光装置，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：配置工作液；

步骤二：将工件固定在杯型抛光盘内，控制所述Z轴滑台组件，调整磁流变工具头与单晶SiC基片的加工间隙；

步骤三：将工作液加入杯型抛光盘且浸没所述单晶SiC基片，所述工作液在杯型抛光盘中的量应当保证工作液能够淹没所述加工间隙，在加入工作液之后，磁流变工具头的端面磁场使工作液中的羰基铁粉形成链串结构，相邻的链串结构夹持磨料颗粒形成磁流变磨头；

步骤四：启动超声振动机构，设置超声振动频率与幅度，磁流变工具头发生超声振动，工作液发生超声芬顿反应，芬顿反应的公式如下：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH，

Fe³⁺+H₂O₂→Fe²⁺+·OOH+H⁺，

芬顿反应的生成物·OH与单晶SiC基片反应形成表面氧化层，公式如下：

SiC+4·OH+O₂→SiO₂+2H₂O+CO₂↑，

所述磁流变磨头在超声振动下与工件发生相对运动，去除所述表面氧化层；

步骤五：启动主轴系统和XY滑台组件，设置主轴系统的转速和XY滑台组件的偏摆幅度，使磁流变工具头在工件的上表面的整个范围内移动；

步骤六：抛光完成后，依次停止XY滑台组件、超声振动机构的振动、主轴系统，最后将磁流变工具头移出工作液，取出工件。

7.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，在步骤一中，采用去离子水作为基础载液，采用金刚石作为磨料颗粒、甘油作为稳定剂、过氧化氢溶液作为氧化剂。

8.根据权利要求6所述的抛光方法，其特征在于，在执行步骤四之前，还需要启动循环泵。