半球形金刚石窗口磨抛装置及其磨抛方法

专利2025-12-24  9


本发明属于金刚石窗口材料制备领域,尤其涉及一种半球形金刚石窗口磨抛装置及其磨抛方法。


背景技术:

1、金刚石以其卓越的物理特性,再多个领域展现出巨大的潜力。这种材料不仅能硬度极高,而且还拥有低摩擦系数和高耐磨性,使其再接触性应用中表现出色。金刚石的化学稳定性和高导热性也为其再高温环境下提供了保障。此外,金刚石高电阻和优异的透射率,使得金刚石电子和光学应用中备受青睐。正因如此,金刚石被广泛认为是推动未来科技发展的关键材料之一。

2、金刚石窗口材料往往要求表面必须平坦光滑,具有极高的面型精度和极低的粗糙度,保证接触面积足够广从而提高导热效果。目前金刚石的加工方法主要有机械抛光、热化学抛光、激光抛光、离子束抛光和磁研磨抛光等。

3、国内外相关科研机构运用上述打磨方法,展开了平面金刚石的抛光研究。而对于球面金刚石的抛光研究相对较少,而对应半球形抛光及应力监测装置更罕见。cn200510102769公开了一种能实现金刚石曲面抛光的抛光机,然而,在对金刚石窗口材料表面应力抛光过程中的监测,并无相关装置的专利。因此,提出并开发一种用于半球形金刚石窗口材料表面的磨抛、应力及粗糙度监测装置意义重大。


技术实现思路

1、本发明提供了一种半球形金刚石窗口磨抛装置及其磨抛方法,可以打磨半球形金刚石,并提升半球形金刚石的打磨效果及成品率。

2、一方面,提供了一种半球形金刚石窗口磨抛装置,包括:

3、旋转夹持机构,用于固定并控制所述被打磨物体进行转动;

4、研磨颗粒输送机构,通过移动机构驱动,用于向被打磨物体的待打磨表面输送带电的研磨颗粒;

5、电场发生组件,至少包括一移动电极,通过移动机构在待打磨区域产生远离或者靠近被打磨物体的待打磨表面的电场,通过电场驱动研磨颗粒输送至被打磨物体的待打磨表面,在被打磨物体的旋转运动下实现研磨。

6、可选地,所述移动机构包括:

7、支撑架和第一移动件,所述支撑架上设置有移动轨道,所述第一移动件设置在所述支撑架上,所述第一移动件可沿所述移动轨道进行移动,所述移动电极设置在位于所述被打磨物体一侧的所述第一移动件上,所述被打磨物体的另一侧设置有随形电极,所述随形电极与所述移动电极的极性相反。

8、可选地,所述旋转夹持机构包括:

9、转动件,包括动力单元和第一传动齿轮,所述动力单元用于驱动第一传动齿轮进行转动;

10、固定件,包括第二传动齿轮和固定柱,所述固定柱一端与所述第二传动齿轮固定连接,所述固定柱的另一端与所述随形电极固定连接,所述随形电极上设置有吸附件,所述吸附件用于吸附被打磨物体,所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合。

11、可选地,所述研磨颗粒为铁颗粒、钴颗粒、镍颗粒中的一种或多种。

12、可选地,所述移动电极和所述随形电极之间的电压大小为12~48v。

13、可选地,所述研磨颗粒输送机构包括:

14、滴料器和容器瓶,所述滴料器固定在所述第一移动件上,所述滴料器具备可伸缩的喷嘴,所述滴料器用于将所述容器瓶中储存的研磨颗粒输送至所述待打磨表面。

15、可选地,该装置还包括:

16、监测组件,包括粗糙度检测单元和应力检测单元,所述粗糙度检测单元用于检测被打磨物体表面的粗糙度,所述应力检测单元用于检测被打磨物体表面的应力。

17、可选地,所述粗糙度检测单元包括白光干涉粗糙度测量仪和白光干涉粗糙度测量探头,所述应力检测单元包括拉曼光谱仪和拉曼光谱探头;

18、所述移动机构还包括第二移动件,所述第二移动件设置在所述支撑架上,且所述第二移动件可沿所述支撑架上的移动轨道进行移动;所述白光干涉粗糙度测量探头和所述拉曼光谱探头设置在第二移动件上,所述第二移动件可控制白光干涉粗糙度测量探头与所述被打磨物体之间的距离、所述拉曼光谱探头与所述被打磨物体之间的距离。

19、另一方面,提供了一种半球形金刚石窗口磨抛方法,该方法应用于如上所述的半球形金刚石磨抛装置,包括:

20、采用所述电场发生组件磨抛所述被打磨物体的待打磨表面;

21、获取被打磨物体表面的应力;

22、在所述应力不满足要求时,取下所述被打磨物体,对所述被打磨物体进行退火;

23、再次对所述被打磨物体进行抛光,在所述被打磨物体表面的粗糙度低于粗糙度阈值时,结束所述抛光。

24、可选地,对所述被打磨物体进行退火,包括:

25、在温度为800~1200℃的条件下,在退火炉中对所述被打磨物体进行退火,所述退火的时长为0.5~1.5h,所述退火炉内的氛围为真空氛围、氮气氛围或氩气氛围中的任意一种或多种的组合。

26、本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是:

27、在本公开实施例中,提供了一种半球形金刚石窗口磨抛装置,该装置包括旋转夹持机构、研磨颗粒输送机构和电场发生组件,旋转夹持机构用于控制被打磨物体(半球形金刚石)进行转动,研磨颗粒输送机构用于输送研磨颗粒,电场发生组件用于生成电场,并通过电场控制研磨颗粒研磨待打磨表面,从而实现抛光作用。通过电场控制研磨颗粒进行磨抛,磨抛过程中的磨抛效率和磨抛效果可通过调控电场强度来控制,可提升成品率。



技术特征:

1.一种半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,所述移动机构包括:

3.根据权利要求2所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,所述旋转夹持机构包括:

4.根据权利要求1所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,所述研磨颗粒为铁颗粒、钴颗粒、镍颗粒中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,所述移动电极和所述随形电极之间的电压大小为12~48v。

6.根据权利要求2所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,所述研磨颗粒输送机构包括:

7.根据权利要求2所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,该装置还包括:

8.根据权利要求7所述的半球形金刚石窗口磨抛装置,其特征在于,所述粗糙度检测单元包括白光干涉粗糙度测量仪和白光干涉粗糙度测量探头,所述应力检测单元包括拉曼光谱仪和拉曼光谱探头;

9.一种半球形金刚石窗口磨抛方法,其特征在于,该方法应用于如权利要求8所述的半球形金刚石磨抛装置,包括:

10.根据权利要求9所述的半球形金刚石窗口磨抛方法,其特征在于,对所述被打磨物体进行退火,包括:


技术总结
本发明提供了一种半球形金刚石窗口磨抛装置及其磨抛方法。该装置包括:旋转夹持机构,用于固定并控制所述被打磨物体进行转动;研磨颗粒输送机构,通过移动机构驱动,用于向被打磨物体的待打磨表面输送带电的研磨颗粒;电场发生组件,至少包括一移动电极,通过移动机构在待打磨区域产生远离或者靠近被打磨物体的待打磨表面的电场,通过电场驱动研磨颗粒输送至被打磨物体的待打磨表面,在被打磨物体的旋转运动下实现研磨。

技术研发人员:刘胜,汪启军,王志燊,李照东,郭宇铮,吴改,沈威,东芳,梁康
受保护的技术使用者:武汉大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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