目前常用的超光滑表面加工方法
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常用的平面加工方法
平面加工是机械加工中最基础的一种加工方法。
其目的是将工件表面加工成平整的平面或特定形状的平面,以满足工件的尺寸、形状和表面粗糙度的要求。
常用的平面加工方法有以下几种:
1. 铣削:铣削是最常用的平面加工方法之一。
通过铣削刀具在工件表面上来回移动,使工件表面逐渐被削平或加工成特定的形状。
2. 磨削:磨削是利用磨粒和磨削刀具对工件表面进行加工的方法,可以获得较高的表面精度和光洁度。
3. 切割:切割是通过切割刀具对工件表面进行加工的方法,常见的切割方式有剪切、切割、冲孔等。
4. 抛光:抛光是通过磨粒和磨削刀具对工件表面进行切削,以获得高光洁度和表面质量的方法。
5. 喷砂:喷砂是利用高速喷射砂粒对工件表面进行加工的方法,可以获得一定的表面粗糙度和均匀的表面效果。
以上是常用的平面加工方法,不同的加工方法适用于不同的工件材料和加工要求。
在实际加工过程中,需要根据工件的特点和要求来选择合适的加工方法,并加以优化和改进,以提高加工效率和加工质量。
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蓝宝石晶片纳米级超光滑表面加工技术研究蓝宝石晶片具有广泛的应用领域,包括光电子、生物医学、光学和电子等。
而如何获得高质量的蓝宝石晶片是一个关键问题,其中,蓝宝石晶片的表面光滑度是一个重要的指标。
本文将介绍一种纳米级超光滑表面加工技术,以提高蓝宝石晶片的光学和电子性能。
首先,我们将讨论蓝宝石晶片表面加工的传统方法。
传统的表面加工方法包括机械抛光和化学机械抛光。
机械抛光是最常见的方法,但其加工过程存在一些问题,如无法满足高精度要求、易引入表面缺陷和不均匀性等。
化学机械抛光可以解决机械抛光的一些问题,但仍存在一些局限性,如难以控制表面质量和无法实现纳米级光滑度。
近年来,一些新颖的表面加工技术在蓝宝石晶片的制备中得到了广泛关注,其中之一是离子束光刻(IBT)技术。
该技术利用高能离子束轰击蓝宝石晶片表面,通过离子碰撞和表面扩散等效应,消除表面缺陷并改善表面质量。
根据实验结果,使用离子束光刻技术可以实现纳米级光滑度,但其加工速度相对较慢,且在一些应用中存在较高的成本。
另一种有前景的加工技术是激光磨削技术。
该技术利用高能激光束照射蓝宝石晶片表面,通过激光与晶片表面的相互作用,使晶片表面材料发生熔融和蒸发,从而达到去除表面缺陷和提高表面光滑度的目的。
激光磨削技术具有加工速度高、适用于各种材料和无需后续抛光等优点。
然而,由于激光磨削技术中的热应力会导致蓝宝石晶片的热损伤,因此该技术在蓝宝石晶片的加工中仍面临一些挑战。
为了克服传统加工方法和新技术的局限性,我们提出了一种纳米级超光滑表面加工技术,结合离子束光刻和激光磨削技术的优点。
该技术的基本步骤如下:首先,利用离子束光刻技术对蓝宝石晶片表面进行初步处理,消除表面缺陷并提高表面质量。
接下来,利用激光磨削技术对初步处理后的蓝宝石晶片进行进一步加工,达到纳米级超光滑表面的目的。
在加工过程中,需要控制激光功率、照射时间和扫描速度等参数,以实现最佳的加工效果。
实验结果表明,该纳米级超光滑表面加工技术可以显著提高蓝宝石晶片的表面质量。
增大光滑程度的例子
增大光滑程度可以通过各种方法来实现,这里给出一些例子:
1.在表面上涂抹光滑剂:可以使用各种光滑剂,如润滑脂、油、蜡等来增加表面的光滑程度。
2.对表面进行抛光:可以使用磨砂轮、抛光轮或其他工具进行抛光,从而增加表面的光滑程度。
3.在表面上涂抹膜层:可以使用膜层来覆盖表面,使其变得光滑。
4.对表面进行挤压或锻造:通过挤压或锻造可以使表面变得光滑。
5.使用 3D 打印技术制造光滑表面:使用 3D 打印技术可以制造出光滑的表面。
6.使用光致发光技术:可以使用光致发光技术来增加表面的光滑程度。
7.使用纳米技术:可以使用纳米技术来增加表面的光滑程度。
这些方法都可以帮助增加表面的光滑程度,但是要根据实际情况选择合适的方法。
硬脆材料的超光滑高平面度抛光工艺1 前言硬脆材料如白宝石单晶、微晶玻璃等以其优良特性得到广泛的应用。
微晶玻璃用于如天文望远镜、光学透镜、火箭和卫星的结构材料等,而且也可作标准米尺;白宝石以其良好的透光性和耐磨性等特点用于激光器的反射镜和窗口、异质外延生长的半导体材料或金属材料的基片等。
对硬脆材料进行超精密加工方法的研究,将进一步扩大其应用范围并提高其使用性能。
由于微晶玻璃中无数微小品粒的存在、白宝石硬度高,都认为很难得到超光滑高平面度的表面。
通常的光学抛光机都是动摆式的,即工件相对于磨盘既转动,又沿一定的弧线摆动:工件在抛光的同时也不断地修整抛光模。
但是,当抛光参数设定时,工件和抛光模的面形始终处于非收敛的变化中,即面形朝凹或凸的方向单调改变,不断检查面形,修改抛光参数,对操作员的技术水平要求很高。
我们使用中国航空精密机械研究所研制的超精密研磨机CJY—500进行实验。
其上下主轴均为液体静压主轴,还能够实现研磨盘的超精密车削,平面度小于lμm/φ500,用高精度的研磨盘来保证高精度的工件,勿需抛光中工件对其修整。
当工件与锡磨盘定偏心、同方向、同转速运动时工件表面的材料去除相同,而且工件各点在研磨盘周光滑高平面度的表面奠定了基础。
2 数学模型抛光实验装置如图1所示。
抛光是上盘(工件)、下盘(锡磨盘)相对运动的过程。
首先建立平面去除和运动轨迹的数学模型。
2.1 平面去除的数学模型影响研磨和抛光的因素很多,如压力、时间、速度、抛光波、温度等。
到目前为止,被人们普遍接受的表面材料去除的数学模型是Preston方程:dR/dt=kpv……(2—1)式中k:与被加工材料、工艺参数等有关的系数:p:表面上某一点在t瞬时与研具间的压力;v:该点在t瞬时与工具间的相对运动速度。
DR/dt:单位时间内材料去除量;为了预测研抛试验中材料去除量与运动形式的关系,对(2—1)做如下假设:(1)材料的去除量仅由工件与研具的相互作用引起。
天然石材常见的表面加工(Surface Finishing)方法抛光(Polished):表面非常的平滑,高度磨光,有镜面效果,有高光泽。
花岗岩、大理和石灰石通常是抛光处理,并且需要不同的维护以保持其光泽。
亚光(Honed):表面平滑,但是低度磨光,产生漫反射,无光泽,不产生镜面效果,无光污染。
粗磨(Rough-Rubbing):表面简单磨光,把毛板切割过程中形成的机切纹磨没即可,感觉是很粗糙的亚光加工。
机切(Machine-Cut):直接由圆盘锯砂锯或桥切机等设备切割成型,表面较粗糙,带有明显的机切纹路。
酸洗(Pickling):用强酸腐蚀石材表面,使其有小的腐蚀痕迹,外观比磨光面更为质朴。
大部分的石头都可以酸洗,但是最常见的是大理石和石灰石。
酸洗也是软化花岗岩光泽的一种方法。
荔枝(Bushhammered):表面粗糙,凹凸不平,是用凿子在表面上密密麻麻的凿出小洞,有一模仿水滴经年累月的滴在石头上的一种效果。
菠萝(Picked):表面比荔枝加工更加的凹凸不平,就像菠萝的表皮一般。
剁斧(Chiselled):也叫龙眼面,是用斧剁敲在石材表面上,形成非常密集的条状纹理,有些像龙眼表皮的效果。
火烧(Flamed):表面粗糙。
这种表面主要用于室内如地板或作商业大厦的饰面,劳动力成本较高。
高温加热之后快速冷却就形成了火烧面。
火烧面一般是花岗岩。
开裂(Nature Split):俗称自然面,其表面粗糙,不过不像火烧那样粗糙。
这种表面处理通常是用手工切割或在矿山錾以露出石头自然的开裂面。
翻滚(tumbled):表面光滑或稍微粗糙,边角光滑且呈破碎状。
有几种方法可以达到翻滚效果。
20毫米的砖可以在机器里翻滚,3厘米砖也可以翻滚处理,然后分裂成两块砖。
大理石和石灰石是翻滚处理的首选材料。
刷洗(Brushed):表面古旧。
处理过程是刷洗石头表面,模仿石头自然的磨损效果。
水冲(Water-jet):用高压水直接冲击石材表面,剥离质地较软的成分,形成独特的毛面装饰效果。
一、超光滑表面加工技术 现代科学技术的不断发展对超光滑表面的需求越来越多。
所谓的超光滑表面通常是指表面粗糙度小于10Å(rms)的表面,与之相应的加工技术就称为超光滑表面加工技术。
目前是,超光滑表面的应用主要集中在两个方面:一是一强激光、短波等为代表的工程光学领域。
二是以磁记录头、大规模集成电路基板等器件为主的电子工业领域。
近年来,超光滑表面加工已成为加工领域争先发展的热点。
1.1超光滑表面加工概述 超光滑表面加工技术从某中意义上讲是一种“超级”抛光技术。
抛光是超光滑表面加工的关键环节。
传统的抛光机理认为抛光是磨料对工件的机械磨削、工件表面的热流动、抛光液的化学作用共同作用的结果。
然而,对于超光滑表面加工这一理论就不完全实用了。
现今,超光滑表面加工技术种类很多,很难用同一中理论来加以解释。
然而,从已有技术的材料去除方式来看可大致有以下特点:(1)以机械磨削去除为注的超光滑表面加工技术。
(2)采用化学方法进行表面去除,实现无破坏层超光滑表面加工。
(3)以物理“碰撞”方法将工件以原子量级去除,实现超光滑表面加工。
2.2几种超光滑表面加工技术的介绍1、浴法抛光 浴法抛光(bowel-feed polishing)是已有超光滑表面加工技术中所需设备较为简单的一种。
它的特点是:抛光过程中液槽使抛光盘和工件浸没于抛光液中,抛光液的深度以静止时淹没工件10~15mm为宜;另有搅拌器,它能是抛光液处于悬浮状态。
浴法抛光加工超光滑表面可分为两个阶段:(1)获取较高面形。
这一过程类似与传统抛光的面形修改。
怎样制造出光滑的玻璃表面?
在玻璃表面上保持光滑状态是很多工厂和玻璃制造商的要求,可以达
到表面防污抗腐蚀、耐热、耐老化、抗折强度高等等性能要求,那么
怎样才能做到这一点?本文将以下几种制造光滑玻璃表面的方式来整
理说明:
- 表面处理:通过表面处理的方法,可以采用绿色环保的化学反应来处
理表面结构,包括电泳、表面活性剂等,用这些技术来冲洗玻璃表面
的颗粒得到光滑的表面。
- 磨削:是一种常用的表面处理方法,一般会采用活性磨料进行表面磨削,以便将微小的间隙和缺陷填平,从而得到光滑的表面。
- 激光蜕皮:激光蜕皮可以改变表面流变性,使玻璃表面变得非常光滑,激光蜕皮过程中,采用激光技术去掉玻璃表面的一小层,只去掉最外
部的一层,而无需加大表面的压力。
- 减压雷射切割:这是一种快速、精确、温和的表面处理方式,可以将
玻璃表面切割成很小的颗粒,从而刻蚀出光滑的质感。
- 利用超声波:超声波波是另一种玻璃表面处理技术,利用超声波波可
以产生能够把玻璃表面上的粗糙物质磨掉的力量,从而使得玻璃表面
变得更光滑。
以上便是一些常用的制造光滑玻璃表面的方式,除此之外,还有一些表面光洁度的检测设备可以检测到以上几种方式的效果,这样就可以确保表面的完美光滑度。
因此,对于制造优良的玻璃表面,以上这些技术可以作为参考,以期获得完美的效果。
高精度角度光学元件超光滑表面的加工和检测技术分析摘要:本文简要概括高精度角度光学元件超光滑表面的基本特征,再介绍古典法、磁流变抛光技术、气囊抛光技术三种高精度角度光学元件超光滑表面加工技术,同时详细阐述激光辅助显微镜检测、白光干涉仪检测、原子力显微镜形貌检测三种高精度角度光学元件超光滑表面检测技术,为光学元件研究人员提供参考。
关键词:高精度角度;光学元件;超光滑表面;加工技术;检测技术引言:高精度角度光学元件在很多领域都需要使用,所以如何保持光学元件的表面光滑度成为主要问题。
随着时代的发展,光学元件超光滑表面的精度和角度要求越来越高,传统的光学元件加工和检测技术已经无法满足需求,因此无论是光学元件的加工技术还是检测技术都在不断优化和进步。
1高精度角度光学元件超光滑表面的基本特征高精度角度光学元件表面的散射特性和粗糙度低才符合超光滑表面的定义,其中光学元件的表面粗糙度在1纳米RA以下,而且面形精度较高、粗糙度较低的表面才能成为超光滑表面。
除此之外,高精度角度光学元件超光滑表面对其疵病和损伤程度还有要求,具体可以参考GB/T 1185-2006零件表面疵病标准。
光学元件的表面残余加工应力小,而且晶体表面无错位且结构完整,同样属于超光滑表面的特征。
2高精度角度光学元件超光滑表面的加工技术2.1古典法高精度角度光学元件超光滑表面加工技术中古典法是最具有代表性的一种,该加工技术属于手工抛光方法,其原理与机械、相对运动、化学和热表面流动均有关。
古典法光学元件超光滑表面加工技术利用抛光盘去除表面的微量材料,提高光学元件表面的光滑度,从而使其符合高精度角度光学元件超光滑表面的特征。
古典法光学元件超光滑表面加工技术使用的抛光盘材料为聚氨酯和柏油,当抛光盘在机械设备的带动之下进行旋转,只需要将光学元件放置在抛光盘上面保持左右摆动,即可让抛光盘相对光学元件做旋转,最后即可完成表面的抛光,从而提高光学元件表面的光滑度。
粗糙度加工方法粗糙度是指物体表面的粗糙程度或不光滑程度。
在制造和加工过程中,粗糙度是一个重要的参数,需要控制在一定的范围内,以满足特定的功能和需求。
下面我将介绍一些常见的粗糙度加工方法。
1. 铣削:铣削是一种常见的粗糙度加工方法,通过切削工具在工件上进行走刀运动,去除不需要的材料,从而形成所需的形状和尺寸。
铣削可以实现高效的精细加工,其粗糙度通常可以控制在比较小的范围内。
2. 研磨:研磨是一种常用的粗糙度加工方法,通过磨料与工件表面的相对运动,去除表面的不规则凸起,使得工件表面变得更加光滑。
研磨既可以手动进行,也可以借助机械设备实现。
不同的研磨工艺和磨料的选择可以实现不同的粗糙度要求。
3. 抛光:抛光是一种通过在工件表面施加力和磨料的相对运动来改善表面质量的加工方法。
抛光可以进一步降低工件表面的粗糙度,提高表面的光滑度和亮度。
抛光通常需要使用特殊的设备和磨料,针对不同的材料和粗糙度要求选择合适的抛光工艺。
4. 拉削:拉削是一种通过金属刀具和工件之间的相对运动来加工工件表面的方法。
通常情况下,拉削可以实现高精度、高效率的加工,具有较低的表面粗糙度。
5. 电火花加工:电火花加工是一种通过电脉冲放电来去除工件表面材料的加工方法。
通过电极与工件之间的电脉冲放电,工件表面的材料可以被腐蚀和去除,从而改善表面的质量和粗糙度。
电火花加工可以实现较高的加工精度和表面质量。
除了上述介绍的几种常见的粗糙度加工方法,还有许多其他的方法,如喷砂、化学处理等。
这些加工方法根据具体的应用需求和工件的材料特性选择合适的方法,以实现所需的粗糙度要求。
需要注意的是,不同的加工方法和工艺参数对粗糙度的影响是不同的,需要根据具体情况进行调整和优化。
此外,在加工过程中,还需要严格控制设备、工具和刀具的质量,以保证加工的稳定性和一致性。
通过合理的加工方法和精细的工艺控制,可以实现满足不同应用需求的粗糙度要求。
浮法抛光超光滑表面加工技术浮法抛光技术首先出现于日本,是加工超光滑表面的先进技术之一。
本文介绍用浮法抛光加工超光滑表面的机械结构和加工过程,与传统的沥青抛光方法进行比较,分析材料去除机理。
最后简单介绍我国研究浮法抛光技术的进展。
一、浮法抛光技术的产生与现状光学零件的加工基本包括切割成型、研磨、抛光三道工序;最终的光学表面质量由抛光决定,因此抛光是最重要的工序。
通常高质量光滑表面的抛光是以沥青或纤维等弹性材料作磨盘,配以抛光液或研磨膏来达到技术要求。
近年来,光学及微电子学极大地推动了光学加工技术的发展。
大规模或超大规模集成电路对所用基片(通常为硅、锗等材料)的表面精度提出了很高的要求;短波段光学的发展尤其是强激光技术的出现,对光学元件表面粗糙度的要求极为苛刻。
表面粗糙度低于1nm rms的超光滑表面加工技术已成为光学及微电子学基础技术领域的重要课题。
靠传统的经验依赖性的光学加工方法是不能满足日益发展的光学、电子学要求的。
国内外已有许多科学家在探索加工高精度超光滑表面的各种技术。
一般原子直径小于0.3nm,而超光滑表面微观起伏的均方根值为几个原子的尺寸,因此实现超光滑表面加工的关键在于实现表面材料原子量级的去除。
1997年,日本大坂大学的难波义治教授发明了浮法抛光(Float Polishing)加工超光滑表面技术。
通过使用这项技术,可使刚玉单晶的平面面形达到λ/20,表面粗糙度低于1nm Rz。
1987年的研究报告表明,使用浮法技术进行多种材料的抛光实验,对φ180mm的工作,可以达到表面粗糙度优于o.2nm rms,平面度优于λ/20=0.03μm。
目前在日本,浮法抛光技术应用很广泛,尤其是用于录音机、录像机或计算机的磁头生产;每年有2500万个磁头就是采用这项技术制造的。
近年来,德国也在研究类似抛光技术。
德国Ulm大学的欧威(O. Weis)研究表明,对白宝石材料的φ7mm的工件进行抛光,30分钟后达到表面粗糙度小于0.05nm的结果。
浅谈超光滑表面加工技术超光滑表面加工技术属于超精密加工技术领域的前沿课题,是一个国家科学技术发展水平的重要标志,因此受到各国的重视。
文章阐述了现有超光滑表面加工的先概念,详细介绍了浮法抛光、等离子体辅助抛光、浴法抛光和流体抛光法等技术。
标签:抛光;超光滑表面;光学零件随着微电子学领域、光学领域及其相关技术的快速进展,越来越多的现代科学研究项目和民用商用装备仪器越来越多地需要具有高表面质量的光学元件[1],尤其是强激光技术、电子学以及薄膜技术的发展对光学元件表面粗糙度的要求更为苛刻,其明显特征是需要光学表面的表面粗糙度小于1nm[2-3]。
因此,超光滑表面加工技术已成为各国科学家研究的重点领域,高效、快速和稳定获得高质量表面越来越多受到重视。
1 超光滑表面概念所谓光学超光滑表面,一般是指其表面粗糙度均方根值(RMS)小于1 纳米的光学表面,并且对其表面损伤程度和物理结构等也有严格的要求,比如具有较高的表面面形精度和较低的表面疵病(surface defect)和亚表面损伤(SSD),表面残余应力极小、具有完整的晶格结构等[4]。
2 浮法抛光浮法抛光是以锡盘为抛光盘,采用浴式抛光方式的加工法。
它是一种非接触式抛光方法,机床主轴转动精度要求很高且转速很快,一般为60~200rpm,既可用软质磨料又可用硬质磨料,关键是磨料的粒度和均匀性。
为了增大工件与磨料的接触面积和碰撞概率,提高抛光效率,所用磨料粒度要小,最好为纳米量级,通常为20nm。
浮法抛光是一种去除量较小的抛光方法,工件需要用传统的抛光方法加工到一定的面性精度,一般为2~4个光圈。
它是目前所有超光滑表面加工技术中加工的工件表面粗糙度最小的方法[5-8]。
3 等离子体辅助抛光等离子体辅助抛光[5-8]的原理是利用被抛光工件表面的材料与等离子体发生化学反应达到光学零件抛光的目的。
光学零件利用等离子体辅助抛光技术实现光学抛光的主要两方面是:一是根据光学零件的材料选择合适的能与之发生化学反应的抛光材料;另一方面是抛光材料经过激光冲击形成等离子体。
一、可以用下列方法使金属表面光滑:电泳、微弧氧化、电镀、拉丝、喷砂、抛光。
(限于篇幅,仅从原理分析,不涉及具体工艺流程)二、金属表面处理的方法有:阳极氧化、电泳、微弧氧化、电镀、粉末喷涂、拉丝、喷砂、抛光、蚀刻。
三、原理解析1.阳极氧化:主要是铝的阳极氧化,是利用电化学原理,在铝和铝合金的表面生成一层Al2O3(氧化铝)膜。
这层氧化膜具有防护性、装饰性、绝缘性、耐磨性等特殊特性。
2.电泳:用于不锈钢、铝合金等,可使产品呈现各种颜色,并保持金属光泽,同时增强表面性能,具有较好的防腐性能。
3.微弧氧化:在电解质溶液中(一般是弱碱性溶液)施加高电压生成陶瓷化表面膜层的过程,该过程是物理放电与电化学氧化协同作用的结果。
特点:陶瓷质感,外观暗哑,没有高光产品,手感细腻,防指纹;基材广泛:Al, Ti, Zn, Zr, Mg, Nb, 及其合金等;前处理简单,产品耐腐蚀性、耐候性极佳,散热性能佳。
4.电镀:是利用电解作用使金属的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用的一种技术。
5.粉末喷涂:是用喷粉设备(静电喷塑机)把粉末涂料喷涂到工件的表面,在静电作用下,粉末会均匀的吸附于工件表面,形成粉状的涂层;粉状涂层经过高温烘烤流平固化,变成效果各异(粉末涂料的不同种类效果)的最终涂层。
6.拉丝:是通过研磨产品在工件表面形成线纹,起到装饰效果的一种表面处理手段。
拉丝处理可使金属表面获得非镜面般金属光泽,同时拉丝处理也可以消除金属表面细微的瑕疵。
7.喷砂:是采用压缩空气为动力,以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需处理工件表面,使工件表面的外表面的外表或形状发生变化,获得一定的清洁度和不同的粗糙度的一种工艺。
特点:能清理工件表面的微小毛刺,并使工件表面更加平整,消除了毛刺的危害,提高了工件的档次。
8.抛光:利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。
提高工件的尺寸精度或几何形状精度,得到光滑表面或镜面光泽,同时也可消除光泽。
常用的几种抛光方法抛光是一种常见的表面处理方法,可以使物体的表面更加光滑、亮丽,并去除一些表面的瑕疵。
在工业领域中,抛光被广泛应用于金属制品、塑料制品、陶瓷制品等。
下面是几种常用的抛光方法。
1.机械抛光法:机械抛光法通常使用抛光机或砂带机进行操作。
首先,使用砂纸、砂带等磨料对工件表面进行磨削,然后使用抛光垫或者抛光毡覆盖在研磨盘上,与工件相接触,通过旋转研磨盘,产生摩擦力,去除表面的瑕疵,使其变得光滑。
2.化学抛光法:化学抛光法是通过化学药品对工件表面进行处理,使其表面更加光滑。
这种方法通常适用于金属材料,通过在酸性、碱性溶液中将工件浸泡一段时间,溶液中的化学物质可以与工件表面的杂质进行反应,去除其表面缺陷。
3.电化学抛光法:电化学抛光法是利用电化学原理,在电解液的作用下,将金属离子从阴极释放出来,与阳极上的工件表面反应,通过电流和溶液中的化学物质的作用,使工件表面变得光滑。
这种方法可以应用于金属材料,如不锈钢、铜等。
4.纤维抛光法:纤维抛光法是一种利用聚合物纤维进行抛光的方法。
聚合物纤维具有较好的磨削和抛光性能,可以将杂质从工件表面去除,并使其表面变得光滑。
这种方法适用于塑料制品、木制品等材料的抛光。
5.磁研磨抛光法:磁研磨抛光法利用磁场的作用,在磁性研磨颗粒的作用下,对工件表面进行抛光。
通过调节磁场强度和研磨颗粒的大小,可以控制抛光的效果。
这种方法适用于金属材料,如铁、铝等。
6.激光抛光法:激光抛光法是一种将激光束直接照射到工件表面的方法。
激光束的高能量可以熔化或蒸发表面的材料,从而使表面变得光滑。
这种方法适用于金属材料、陶瓷材料等的抛光。
以上是几种常用的抛光方法,它们各有各的特点和适用范围。
在实际应用中,根据不同的材料和要求,可以选择合适的抛光方法来进行表面处理,以达到理想的抛光效果。
超光滑表面的加工、表征和功能1 引言随着精密、超精密以及纳米级加工技术、先进控制系统、激光测量技术、扫描探针显微镜等相关技术的快速发展,超精密加工表面的研究不断取得新的进展,其加工精度正逐步从亚微米级提高到纳米级,通过超精加工获得超光滑表面已成为可能。
但是,这些超光滑表面通常是在反复加工和试验的基础上获得的,如何稳定地、可重复地获得高质量表面,实现表面的设计功能,仍是超精密表面加工研究的一个难点。
目前,关于超精密加工表面的一个重要研究方向是研究表面的加工形成机理,并根据表面的不同用途及相应的功能要求,在加工前对表面进行设计和预测,从而达到稳定获得所需功能表面以满足实际应用需求的目的。
为此,必须对超精密元件表面的加工、表征及功能进行全面而深入的研究。
2 超精密加工表面及其特点加工表面的相关定义表面是一个物体分隔于其它物体或空间的周界面。
为便于研究分析,美国国家标准ASME B46.1-1995中给出了名义表面、实际表面和测量表面的定义,即:①名义表面:预期的表面分界面( 不包括任何表面粗糙度) ,其形状及范围通常在图示中显示并标注或者加以详细说明。
②实际表面:物体的实际边界面,它与名义表面的偏差来源于表面形成的加工过程。
③测量表面:基于测量仪获得的对实际表面的描述。
加工表面的特点超精密加工的实际表面与名义表面的差别在于它可显现出表面的特征、缺陷和形状误差。
其中,表面特征是控制工业产品表面质量的主要内容,它是实际表面上某些典型偏差的综合,主要包括粗糙度和波纹度。
粗糙度是指表面特征的精细不规则性,通常来源于加工过程所固有的作用或材料条件,这些都可能是加工过程留在表面上的特征标记。
波纹度是表面特征更为广泛的空间构成,产生于机床或工件的偏差或振动。
粗糙度可被认为是波动表面上的叠加。
作为物质实体,表面具有许多特征。
表面的几何形状即为其重要特征之一,它的自然状态是三维(3D)的,其特征细节被称为形貌。
在许多应用中,形貌代表着表面的主要外部特征。
天然石材常见的表面加工方法
1.研磨
表面平整,有细微光芒,可选择差别的光芒度。
表面非常平滑,不过多孔。
在人行非常多场所这种表面非常多见。
由于研磨的地板孔径大,应老是应用分泌密封剂。
研磨石材的色彩不如抛光表面鲜明。
2.抛光
表面有光芒,经由一段时间就会因行人太多和保养不当而失去光芒。
这种表面平滑而少孔。
抛光后晶体的反射发生绚丽色彩,显现出天然石材的矿物颗粒,光芒即是来自于石材晶体的天然反射。
在生产中应用抛光砖和抛光粉而形成抛光面,光芒不是涂料发生的。
3.火烧
表面粗糙,在高温下形成。
生产时对石材加热,晶体爆裂,因而表面粗糙。
表面多孔,务必用分泌密封剂。
浅谈光学零件的超光滑表面加工方法作者:王新海马瑾张永军来源:《山东工业技术》2018年第06期摘要:随着光学零件在前沿技术中的广泛应用,超光滑表面加工技术已经成为当前研究的热点。
文章阐述了超光滑表面的定义特点及机理,重点介绍目前国内常用的古典法抛光技术、磁流变抛光技术和气囊抛光技术等三种超光滑表面加工方法,并简要的说明了各种方法的优缺点。
关键词:抛光;超光滑表面;光学零件DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2018.06.025光学零件在强激光、空间光学和航空航天等诸多高技术领域的需求数量越来越多,光学零件的超光滑加工技术已成为当代科技前沿的关键技术之一[1]。
随着科技的发展,光学零件不仅要求极高的表面质量,而且还有较低的亚表层损伤和严格的波前误差等低缺陷要求[2]。
目前,光学抛光加工阶段是光学零件加工过程中最重要的环节之一,抛光技术的优劣直接影响着光学零件表面的最终加工质量,文章主要阐述了目前国内广泛应用的光学零件超光滑表面技术。
1 超光滑表面所谓超光滑表面是指其表面粗糙度均方根值小于1nm的表面,并且具有较高的面形精度和较低的表面波纹度,无表面疵病和亚表面损伤,具有完整的晶格结构[3]。
机械学说、化学学说和流布学说等是光学玻璃的三种抛光机理,一般认为光学零件的抛光过程是三种机理共同作用下,与抛光头表面接触区域地光学玻璃表面的材料发生机械微切、分子流动和化学水解反应等实现光滑表面的抛光。
2 超光滑表面加工方法2.1 古典法古典法加工超光滑表面是利用光学零件与抛光盘之间产生相对运动,在抛光液的机械、化学和热的表面流动作用下,实现光学零件表面材料的微量去除,从而得到高质量的光学零件表面。
抛光盘一般由聚氨酯、柏油等材料制作而成,在主轴的带动下可以绕自身作旋转运动;光学零件置于抛光盘的上面作左右摆动运动,并且在抛光盘的带动下绕自身作旋转运动。
古典法加工超光滑表面光学零件具有成本低和设备简单等优点,主要通过对抛光盘、抛光液、主轴转速和摆动速度等工艺因素的精细化研究来实现光学零件的超光滑表面加工。
打造光滑如丝的表面
打造丝一般光滑的效果,对产品的表面质量要求极高,在没有抛光和再加工的情况下,hyper MILL 的精加工做到了极高的表面光滑度。
首先得说高精度表面加工的新功能-“平滑重叠”,它可以改善刀具路径区域之间的过渡。
在遇到陡峭与平坦面之间的过渡,在有残料区域,或是其他手动定义的区域,刀具路径通过优化,在相邻表面或刀具路径区域产生完美、不易察觉的过渡。
这一功能能够支持5 轴投影精加工,5 轴等高精加工和残料加工。
以残料加工举例:
关闭“平滑重叠”功能
打开“平滑重叠”功能
我们可以看到,打开“平滑重叠”功能后,刀具路径自动进行了优化。
其次,是“表面精度模式”选项。
在此模式下,刀具路径使用实际零件表面模型而非近似计算模型进行计算。
关闭“表面精度模式”选项
选择“表面精度模式”选项
相较于传统方法可在加工的表面上创造更高质量的表面光洁度,实现微米级别的公差并创造超光滑的表面。
目前常用的超光滑表面加工方法,是由传统的研磨抛光加工技术改进而来的,如浴法抛光、浮法抛光等,此类方法材料去除率低,也能够达到亚纳米量级的表面粗糙度,但很难避免机械接触式抛光对工件表面带来的亚表面损伤和加工变质层。
各种基于新原理的抛光方法逐渐被提出,如离子束抛光、等离子体辅助化学抛光、液体喷射抛光、磁流变抛光、化学机械抛光和弹性发射加工等。
其中日本大阪大学学者发明的弹性发射加工方法利用工件材料与磨料之间发生固相反应实现原子级材料去除,被认为是获得最高表面质量的加工方法,可以达到RMS 0.1nm 的表面粗糙度,但其加工效率很低,并且设备复杂,维护成本高。
纳米颗粒射流抛光是借鉴了弹性发射加工的去除原理的一种超光滑表面加工方法,结合数控技术可以实现光学零件纳米级粗糙度、无表面损伤的精确抛光,但仍然存在抛光效率不高的问题。
光学元件的加工一般都需要三大基本步骤:铣磨、精磨和抛光,其中铣磨和抛光是最主要的两道工序。
抛光的目的是在去除表面破坏层的同时精修面形。
现行的抛光理论认为抛光是三种作用的结果:磨料与工件之间的机械磨削、抛光液的化学作用和工件表面的热流动。
这些理论对于超光滑表面加工已经不完全适用,基于新原理的超光滑表面加工方法不断涌现。
液体喷射抛光技术:液体喷射抛光技术(Fluid Jet Polishing, FJP)是近几年提出的用于加工脆性材料光学元件的新方法。
液体喷射抛光技术系统如图1-4 a)所示,其思想源于磨料射流加工技术,高压泵加速混有磨料粒子的抛光液,利用磨料粒子对工件表面材料的冲击和剪切作用实现材料去除。
该方法通过控制液体喷射的压力、方向及驻留时间实现对工件面形的定量修正。
加工机床本体
纳米颗粒胶体液流动压空化射流抛光要实现对非球面的加工,因此,抛光的机床应具有X,Y,Z,A,C 五轴联动的功能。
在转台上安装喷射头部分,通过控制转台的沿Z 轴上下运动和沿A 轴的摆动实现喷射距离和喷射角的变化。
工件放置在十字回转工作台上,通过步进电机带动滚珠丝杠实现十字工作台在X、Y 方向的进给运动和抛光槽带动工件沿 C 轴的旋转运动。
机床的床身材料为低热膨胀系数和高尺寸稳定性的花岗岩。
总体结构为龙门式构架,抛光槽材料为不锈钢,具有足够的体积。
回流装置使用蠕动泵抽吸回流,
可以保证淹没深度不变,简单可靠。
液压循环控制回路
液压油循环装置部分采用柱塞泵驱动,为保证抛光液不被污染,用蠕动泵将抛光液输送到蓄能器的气囊中,蓄能器中有气囊,在气囊内是抛光液,其余部分为液压油,实现液压油与抛光液的隔离式压力传送。
循环控制回路分为两种工作状态来保证抛光液连续不断地对工件表面进行抛光。
(1) 蠕动泵从纳米颗粒胶体容器中将抛光液吸入到蓄能器 A 的封闭气囊内,柱塞泵通过压力油将压力传递给蓄能器 B 中的抛光液,抛光液从 B 的气囊中被挤出来,通过喷嘴喷射到工件表面进行抛光,通过蠕动泵将高于淹没液面的抛光液吸回到抛光液容器中。
(2) 当蓄能器A 中气囊充满抛光液时,通过电磁阀切换油路,使A 中抛光液被液压油挤压而喷射到工件表面处进行抛光,通过蠕动泵将抛光液输送到蓄能器B 中。
磨料水射流抛光机理
磨料水射流以一定角度冲击抛光工件时,磨料对工件的冲击力可分解为水平分力和垂直分力。
水平分力对工件上的凸峰产生削凸整平作用,垂直分力对工作表面产生挤压,使工件表面产生冷硬作用。
抛光初期,工件表面的凹谷处会滞留一部分磨料水射流混合液,形成一层薄膜。
露置在薄膜外的凸峰,会先受到磨料的冲击作用而被去除掉,使工作表面得到明显的平整。
通常表面粗糙度为微米级,这一过程通常被称为一级抛光(即粗抛光)。
在此过程中,材料的去除量较大,需选用颗粒较大的磨料,其材料去除机理目前被认为与普通磨料水射流加工机理相似。
在磨料水射流抛光过程中,磨料去除工件表面材料的机制主要有两种,一种是塑性变形机制引起的,磨料对工件表面的冲击使材料向两侧隆起,这种过程并不会直接引起材料的切削过程,但在随后磨粒的作用下材料产生脱落而形成二次切屑。
同时,磨粒也对工件表面如刨削一样有切削过程,这个过程可直接去除材料,形成一次切屑。
另一种是利用混有磨料粒子的抛光液对工件的碰撞冲击、剪切刻划作用来去除材料。
粗抛光后,工件表面上只留下较小的凸峰,这时水平冲击分力减小了,垂直冲击分力增大,使得磨料对工作表面的挤压作用增强了,这一过程通常被称为二级抛光,即精抛光。
在这一过程中,材料去除量很小,需选用细颗粒磨料。
这一阶段材料的去除机理至今还处于研究阶段。
有学者认为,当材料去除尺度为纳米级别时,由于去除深度小于其临界切削深度,这时塑性流动便成为材料去除的主要方式,纳米尺度的磨料对工件的作用主要是挤压磨削作用。
工艺参数对抛光效果的影响
利用磨料水射流进行抛光加工时,加工质量受到诸多因素的影响,例如:射流压力,射流喷嘴直径,靶距,倾角,砂喷管的直径、形状和长度,作用时间,磨粒的流量、大小、形状和硬度以及被加工材料的性质等。
(1)喷射压力太大时,材料去除量较大,抛光效果不理想;喷射压力太小,材料难以去除,达不到抛光效果。
所以喷射压力应根据材料的性质和硬度来优化选取。
(2)磨料粒度对抛光效果影响较大,磨料粒度越小,抛光质量越好,但抛光效率亦越低。
(3)磨料硬度对抛光效果有明显影响。
在普通的磨料水射流加工中,通常认为磨料的硬度要比工件硬度高,才能对工件进行加工。
但在磨料水射流精抛光加工时,由于其不同的加工机理和对加工表面质量的高要求,磨料自身的变形量越大,即磨料硬度越小,抛光效果越好。
(4)加工时间对抛光效果影响不明显,对材料去除量影响较大,加工时间越长,材料去除越多。
(5)靶距对抛光效果的影响存在最优取值范围。
靶距选择过小,如选在射流的初始段内进
行抛光时,材料去除率高,但对工件的抛光作用较弱。
靶距选择过大,如选在射流的消散段内进行抛光加工时,材料基本没有去除,同样抛光效果不好。
通常认为抛光时,靶距的选择应使射流在基本段抛光工件。
(6)喷射倾角对于抛光效果具有最佳值关系。
在磨料水射流抛光工件时,随着喷射倾角的减小,抛光效果越来越好,当减小到一定值时,抛光表面质量达到最优,喷射倾角进一步减小时,表面质量变化不大,但材料去除量会随着喷射倾角的减小越来越小。
如果喷射倾角过小(如射流沿与工件表面平行的方向抛光工件),这时材料去除量过小或基本没有去除,抛光效果反而不理想。
(7)砂喷管的直径、形状和长度影响磨料在射流束中的分布情况。
抛光时,理想的磨料分布是磨料在射流束中均匀分布。
(8)在相同的抛光条件下,材料硬度越高,表面粗糙度越低,材料去除量越小。
4 目前磨料水射流抛光技术存在的主要问题。
理想的磨料水射流抛光加工结果是材料去除量小,表面质量高。
若想得到理想的抛光结果,需选用压力低、磨料尺寸小的磨料水射流,即微磨料水射流。
但目前微磨料水射流的理论还不成熟,有以下主要问题有待解决:
(1)微细磨料水射流的形成。
普通的磨料水射流形成是利用文杜里效应引射,使磨料进入水射流的,但Miller发现,当射流直径小于300μm时,这种使磨料进入水射流的方式已不能应用。
现在对于微磨料水射流混合机理的研究还少见报道。
(2)磨料团聚。
当磨料颗粒为纳米级时,磨料的表面能很大,在磨料水射流形成过程中,磨料颗粒有团聚趋势。
在磨料水射流精抛光加工时,需要用到纳米级的磨料,而对于磨料水射流中纳米级磨料的分散问题目前还没有解决。
(3)微细磨料加工时发生喷嘴堵塞。
由于微细磨料水射流喷嘴尺寸较小,在射流开关的过程中,极易堵塞。
有的学者利用阀控制磨料进入喷嘴的时间,但同时,阀的快速磨损破坏又成为一个新的问题。
(4)因为对磨料水射流抛光技术的研究刚处于起步阶段,从实验到理论都还没有形成成熟的抛光工艺、理论。
磨料水射流精抛光加工时,材料去除机理是微观去除机理,各种材料的微观去除机理至今还没有定论。
(5)磨料水射流抛光加工(尤其是精抛光加工时),选用的磨料尺寸很小,而喷嘴尺寸由于经济和技术的原因,很难做到很小。
这时,由于喷嘴尺寸与磨料尺寸比很大而引起的尺寸效应,其中的规律尚不清楚。
综上所述,可以看出对于磨料水射流抛光技术的研究还处于初级阶段,今后应从理论、实验两方面对磨料水射流抛光技术进行进一步深入研究。