巩义市泰和水处理材料有限公司
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金刚砂磨料浮动抛光工艺

  • 金刚砂浮功抛光工艺是一种平面度极高,没有端面塌边和变形缺陷的超精密精整加工方法,主要用于磁带录像机磁头喉口等的最终抛光加工。如图8-57所示,使用高平面度平面和带有同心圆或螺旋沟槽的锡抛光器、高回转精度的抛光装置,将抛光液盖住整个工具表面,使工具及工件高速回转,在两者之间抛光液呈动压流体状态并形成一层液膜,从而使工件不接触抛光器而在浮起状态下进行抛光。
  • 金刚砂磨料浮动抛光原理
    超精密浮动金刚砂抛光原理如图8-58所示。由图8-58(a)可看出,实际结晶在表面上有很多晶格缺陷,从材料上去除表面原子所需能量比破坏材料原子结合所需的能量小,尤其是凸出部分易受冲击而被去除;当两物质相互摩擦时,如图8-58(b)所示,两物质表面的结合能量分布出现重叠,强度高的物质表面原子被强度低的物质表面原子冲击而去除,实现用软质粒子来加工硬质材料,而且工件材料也不会因塑性变形产生位错;如图8-58(c)所示,工件最外层表面原子和研磨剂粒子最外层表面原子相互扩散,降低了工件最外层表面原子的结合能量,被以后的磨粒粒子冲击而去除。这种加工方法的加工效率随抛光粒子向工件表面的冲击频率、冲击速度、工件与抛光剂的表面原子结合能量分布和相互扩散的难易程度、不纯物质的原子侵入时工件最外层表面原子的结合能量的降低比例而异。例如,可用极软的石墨和溶于水的LiF来抛光很硬的蓝宝石。为了提高加工效率,可使用能起机械化学反应的软质物质作抛光剂。
    金刚砂浮动抛光工艺图
    用传统方法以硬质金刚砂磨粒来抛光软质材料工件,虽然加工效率高,但难以避免工件材料的变形和破坏。但若选取直径极小的硬质粒子冲击工件表面时,如果设定加工条件无工件变形,只进行去除最外层表面原子,也可使工件不产生位错。例如,可使用公称直径为0.007μm的SiO2超微粒子等。进行抛光软质Mn-Zn铁素体和LiNbO3等单晶工件而不产生位错和增殖,技术要点是使用超微粒子,避免大的金刚砂粒子混入。
  • 金刚砂浮动抛光速度的影响因素
    浮动抛光速度随下面诸因素而变化:工件形状、材料、晶面方位、抛光剂种类、粒径、浓度、加工液种类、氢离子浓度、黏度、化学药品种类、抛光压力、抛光器表面形状、直径、抛光器转速、工件转速、安装地点及抛光温度等。
  • 金刚砂浮动抛光形状精度
    为了减小贴附应力及热应力影响,在直径为100mm工件座垫上用布带(两面)贴附BK-7玻璃工件,在控制室温、抛光液温及静压油温条件下抛光1h。抛前加工面为光学金刚砂磨料研磨面,λ=0.63μm,内凹。浮动抛光后的工件经干涉系统Mark III测定,测定结果如图8-59(a)所示,Zapp的P-V平面度为0.029λ=λ/34=0.018μm,Phase的P-V平面度为0.049λ=λ/20=0.03μm,rms平面度均为0.006λ=λ/167=0.0038μm。图8-59(b)所示为线胀系数极小的Zerodur试件平面度变化过程,最初P-V值为2.323λ=1.47μm的凹面,通过抛光去除凸部,最终用1-2h达到0.043λ=0.027μm平面度。

    图8-60所示为用不同质量分数的抛光液浮动抛光Mn-Zn铁素体单晶(用于磁带录像机磁头)端面塌边的测定结果,塌边半径小于0.01μm。
  • 金刚砂浮动抛光表面粗糙度和表面特性
    ①浮动抛光表面粗糙度 表面粗糙度对光的反射率、散射、吸收、激光照射光学元素的损伤和材料破坏强度均有影响。用尖端半径0.1μm、宽度2μm触针测量经浮动抛光的合成石英抛光面粗糙度Rz值在0.001μm以下。
    ②浮动抛光表面特性 晶体机能依赖于结晶构造,如果构造紊乱则机能低下。蓝宝石单晶(1012)表面在100kV加速电压下的反射电子衍射图像,表明用SiC和金刚砂磨粒研磨,工件表面失掉了结晶特性,浮动抛光面和化学研磨面均获得明显的菊池线,具有良好的结晶特性,腐蚀相只有内在的变形缩孔而加工不产生变形缩孔,说明单晶浮动抛光不产生塑性变形。
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