專利名稱：大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大氣壓下的等離子體加工裝置，具體涉及一種通過(guò)射頻電源進(jìn)行大面積等離子加工熔石英的裝置。
背景技術(shù)：
融石英是氧化硅的非晶態(tài)(玻璃態(tài))，是典型的玻璃，主要用于精密鑄造、玻璃陶瓷、耐火材料及電子電器等行業(yè)，熔石英材料因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、透紫外性好、均勻性好和耐輻射性好，被廣泛應(yīng)用于高能激光窗口、航空航天、微電子及其他光學(xué)領(lǐng)域。目前，由于熔石英的特性加之對(duì)精密元件的高要求，大面積加工效率較低。針對(duì)高精度熔石英表面的加工方法分為兩大類，研磨和拋光。研磨的加工效率較高，但是通常會(huì)帶來(lái)表面及亞表面變質(zhì)層損傷，表面質(zhì)量不理想；拋光雖然能得到較好的表面質(zhì)量，但對(duì)于大口徑的光學(xué)元件而、言，其加工周期長(zhǎng)、效率低。因此，對(duì)于表面要求較高的光學(xué)鏡片的加工，為提高加工效率，采用先研磨進(jìn)行大去除的面型加工、然后拋光進(jìn)行表面質(zhì)量修整的方法。隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，提出了真空下等離子體加工方法，但是由于真空下的等離子體加工技術(shù)需要較高的設(shè)備條件，成本高，因此大氣壓下等離子體加工得到人們的關(guān)注?；诖髿鈮合碌牡入x子體加工分為射流和接觸式加工，射流式即由陽(yáng)極和陰極中產(chǎn)生的等離子體噴射而出，作用于工件表面進(jìn)行加工，接觸式即工件直接置于陰極和陽(yáng)極之間進(jìn)行工件的表面加工。射流加工有利于進(jìn)表面質(zhì)量和面型的小范圍修整，但由于射流導(dǎo)致反應(yīng)離子的活性相對(duì)較低，因此去除率也較低；接觸式加工產(chǎn)生的等離子體直接作用于工件表面，維持等離子體中反應(yīng)原子的活性，提高去除率，但是對(duì)于控制面型及表面質(zhì)量的能力較弱。另外，目前對(duì)于大型光學(xué)鏡片的拋光普遍采用小口徑加工，對(duì)于大面積的光學(xué)零件加工加工周期長(zhǎng)，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有等離子體加工過(guò)程中的電極溫度高，加工時(shí)間短，導(dǎo)致反應(yīng)離子的活性相對(duì)較低，去除率低的問(wèn)題，提供一種大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置。本發(fā)明的大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置包括射頻電源、高電極、成型電極、上導(dǎo)流體、下導(dǎo)流體、地電極、導(dǎo)風(fēng)板、端部工件夾板、氣體混氣箱、氦氣氣瓶、四氟化碳?xì)馄俊⒀鯕馄?、氦氣流量?jì)、四氟化碳流量計(jì)、氧氣流量計(jì)、水泵、銷、兩個(gè)上箱蓋、兩個(gè)側(cè)板和兩個(gè)導(dǎo)氣管，地電極由上端板和底座板組成，上端板沿底座板的縱向中心線設(shè)置在底座板上，且上端板與底座板制成一體，底座板上端面且位于上端板的縱向兩側(cè)為側(cè)板安裝處，底座板上端面且位于上端板的出氣端一側(cè)為出氣道，底座板上端面且位于上端板的進(jìn)氣端一側(cè)為進(jìn)氣道，端部工件夾板設(shè)置在上端板上端面的出氣端一側(cè)，導(dǎo)風(fēng)板設(shè)置在上端板的進(jìn)氣端端面處，導(dǎo)風(fēng)板的上端面與端部工件夾板的上端面在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)風(fēng)板與端部工件夾板之間為工件槽，導(dǎo)風(fēng)板朝向進(jìn)氣道一側(cè)設(shè)有第一導(dǎo)氣斜面，第一導(dǎo)氣斜面由進(jìn)氣端至出氣端傾斜向上，下導(dǎo)流體設(shè)置在進(jìn)氣道處，每個(gè)側(cè)板安裝處設(shè)置一個(gè)側(cè)板，成型電極設(shè)置在工件槽的上方，成型電極的下端面與工件槽的上端面設(shè)有兩電極之間放電間距，高電極設(shè)置在成型電極的上端面上，且高電極與成型電極通過(guò)銷連接，高電極設(shè)置在兩個(gè)上箱蓋內(nèi)，兩個(gè)上箱蓋以銷的軸線對(duì)稱設(shè)置，且一個(gè)上箱蓋位于導(dǎo)風(fēng)板的上方，另一個(gè)上箱蓋位于出氣道的上方，導(dǎo)風(fēng)板上方的上箱蓋上以兩電極之間放電間距的水平中心線為基準(zhǔn)對(duì)稱設(shè)有第二導(dǎo)氣斜面，上導(dǎo)流體與下導(dǎo)流體扣合設(shè)置，上導(dǎo)流體與下導(dǎo)流體之間的腔體為導(dǎo)氣腔，上導(dǎo)流體的出氣端端面與上箱蓋連接，下導(dǎo)流體的出氣端端面與導(dǎo)風(fēng)板連接，上導(dǎo)流體和下導(dǎo)流體的進(jìn)氣端端面上均設(shè)有進(jìn)氣孔，兩個(gè)進(jìn)氣孔分別通過(guò)導(dǎo)氣管與氣體混氣箱連通，氦氣氣瓶、四氟化碳?xì)馄亢脱鯕馄糠謩e與其對(duì)應(yīng)的氦氣流量計(jì)、四氟化碳流量計(jì)和氧氣流量計(jì)連接，氦氣流量計(jì)、四氟化碳流量計(jì)和氧氣流量計(jì)均與氣體混氣箱連接，上端板內(nèi)設(shè)有下冷卻通道，高電極內(nèi)設(shè)有上冷卻通道，水泵分別通過(guò)導(dǎo)管與下冷卻通道和上冷卻通道連接，射頻電源通過(guò)導(dǎo)線與高電極和底座板連接。
本發(fā)明包含以下有益效果一、由于本發(fā)明在高電極和地電極的內(nèi)部均分別設(shè)有上冷卻通道和下冷卻通道，實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程中的電極冷卻，降低了加工過(guò)程中的電極溫度，從而可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的加工，使得反應(yīng)離子的活性相對(duì)較高，因此去除率得到提高。本發(fā)明中的成型電極可以隨時(shí)更換，通過(guò)調(diào)整加工工藝參數(shù)和電極形狀可以實(shí)現(xiàn)工件面型的加工和工件表面質(zhì)量的修整，兼顧兩者從而達(dá)到高效去除的效果。二、本發(fā)明通過(guò)水泵、高電極和地電極進(jìn)行加工時(shí)的水冷，冷卻部分對(duì)于工件加工過(guò)程的作用是降低了加工中的成型電極和工件溫度，防止溫度過(guò)高造成成型電極損害，從而延長(zhǎng)了等離子體放電加工的時(shí)間，達(dá)到更好的加工效果。三、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了大氣壓下大面積接觸式等離子體加工，比以往的小孔徑及射流加工方法具有較高的去除效率。


圖I是本發(fā)明的大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置的整體主剖視圖；圖2是圖I的A-A截面視圖；圖3是地電極7的結(jié)構(gòu)立體圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I 圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置包括射頻電源I、高電極3、成型電極4、上導(dǎo)流體5、下導(dǎo)流體6、地電極7、導(dǎo)風(fēng)板8、端部工件夾板9、氣體混氣箱10、氦氣氣瓶11、四氟化碳?xì)馄?2、氧氣瓶13、氦氣流量計(jì)14、四氟化碳流量計(jì)15、氧氣流量計(jì)16、水泵17、銷22、兩個(gè)上箱蓋2、兩個(gè)側(cè)板18和兩個(gè)導(dǎo)氣管25，地電極7由上端板7-1和底座板7-2組成，上端板7_1沿底座板7-2的縱向中心線設(shè)置在底座板7-2上，且上端板7-1與底座板7-2制成一體，底座板7-2上端面且位于上端板7-1的縱向兩側(cè)為側(cè)板安裝處7-3，底座板7-2上端面且位于上端板7-1的出氣端一側(cè)為出氣道7-4,底座板7-2上端面且位于上端板7-1的進(jìn)氣端一側(cè)為進(jìn)氣道7-5，端部工件夾板9設(shè)置在上端板7-1上端面的出氣端一側(cè)，導(dǎo)風(fēng)板8設(shè)置在上端板7-1的進(jìn)氣端端面處，導(dǎo)風(fēng)板8的上端面與端部工件夾板9的上端面在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)風(fēng)板8與端部工件夾板9之間為工件槽21，導(dǎo)風(fēng)板8朝向進(jìn)氣道7-5 —側(cè)設(shè)有第一導(dǎo)氣斜面8-1，第一導(dǎo)氣斜面8-1由進(jìn)氣端至出氣端傾斜向上，下導(dǎo)流體6設(shè)置在進(jìn)氣道7-5處，每個(gè)側(cè)板安裝處7-3設(shè)置一個(gè)側(cè)板18，成型電極4設(shè)置在工件槽21的上方，成型電極4可根據(jù)工件的形狀更換不同形狀的電極。成型電極4的下端面與工件槽21的上端面設(shè)有兩電極之間放電間距h，高電極3設(shè)置在成型電極4的上端面上，且高電極3與成型電極4通過(guò)銷22連接，高電極3設(shè)置在兩個(gè)上箱蓋2內(nèi)，兩個(gè)上箱蓋2以銷22的軸線對(duì)稱設(shè)置，且一個(gè)上箱蓋2位于導(dǎo)風(fēng)板8的上方，另一個(gè)上箱蓋2位于出氣道7-4的上方，導(dǎo)風(fēng)板8上方的上箱蓋2上以兩電極之間放電間距h的水平中心線為基準(zhǔn)對(duì)稱設(shè)有第二導(dǎo)氣斜面2-1，上導(dǎo)流體5與下導(dǎo)流體6扣合設(shè)置，上導(dǎo)流體5與下導(dǎo)流體6之間的腔體為導(dǎo)氣腔20，上導(dǎo)流體5的出氣端端面與上箱蓋2連接，下導(dǎo)流體6的出氣端端面與導(dǎo)風(fēng)板8連接，上導(dǎo)流體5和下導(dǎo)流體6的進(jìn)氣端端面上均設(shè)有進(jìn)氣孔24，兩個(gè)進(jìn)氣孔24分別通過(guò)導(dǎo)氣管25與氣體混氣箱10連通,氦氣氣瓶11、四氟化碳?xì)馄?2和氧氣瓶13分別與其對(duì)應(yīng)的氦氣流量計(jì)14、四氟化碳流量計(jì)15和氧氣流量計(jì)16連接，氦氣流量計(jì)14、四氟化碳流量計(jì)15和氧氣流量計(jì)16均與氣體混氣箱10連接，上端板7-1內(nèi)設(shè)有下冷卻通道7-1-1，高電極3內(nèi)設(shè)有上冷卻通道3-1，水泵17分別通過(guò)導(dǎo)管與下冷卻通道7-1-1和上冷卻通道3-1連接，射頻電源I通過(guò)導(dǎo)線與高電極3和底座板7-2連接。 射頻電源I、高電極3、成型電極4和地電極7構(gòu)成電路部分；高電極3、地電極7和水泵17構(gòu)成冷卻部分；上導(dǎo)流體5、下導(dǎo)流體6、導(dǎo)風(fēng)板8、氣體混氣箱10、氦氣氣瓶11、四氟化碳?xì)馄?2、氧氣瓶13、氦氣流量計(jì)14、四氟化碳流量計(jì)15、氧氣流量計(jì)16、兩個(gè)上箱蓋2和兩個(gè)導(dǎo)氣管25構(gòu)成氣流部分；氣體混氣箱10、氦氣氣瓶11、四氟化碳?xì)馄?2、氧氣瓶13、氦氣流量計(jì)14、四氟化碳流量計(jì)15和氧氣流量計(jì)16構(gòu)成反應(yīng)裝置。利用本實(shí)施方式對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)可實(shí)現(xiàn)兩種方法加工大去除率加工和修整加工。工件的大去除率加工通過(guò)氦氣流量計(jì)14小流量的控制氦氣流速，通過(guò)四氟化碳流量計(jì)15大流量的控制四氟化碳流速，氧氣流量計(jì)16的流量控制在氦氣流速與四氟化碳流速之間，經(jīng)氣體混氣箱10進(jìn)行充分均勻混合后為反應(yīng)氣體，其反應(yīng)方程式為4CF4+Si — 2C2F6+SiF4，反應(yīng)氣體經(jīng)導(dǎo)氣管25、進(jìn)氣孔24進(jìn)入導(dǎo)氣腔20中，通過(guò)第一導(dǎo)氣斜面8-1和第二導(dǎo)氣斜面2-1進(jìn)入兩電極之間放電間距h，實(shí)現(xiàn)工件加工時(shí)的大面積等離子接觸，以達(dá)到大去除率效果。工件的修整加工(即表面修復(fù)的小去除)通過(guò)氦氣流量計(jì)14大流量的控制氦氣流速，通過(guò)四氟化碳流量計(jì)15小流量的控制四氟化碳流速，氧氣流量計(jì)16的流量控制在氦氣流速與四氟化碳流速之間，經(jīng)氣體混氣箱10進(jìn)行充分均勻混合后為反應(yīng)氣體，其反應(yīng)方程式為4CF4+Si — 2C2F6+SiF4，反應(yīng)氣體經(jīng)導(dǎo)氣管25、進(jìn)氣孔24進(jìn)入導(dǎo)氣腔20中，通過(guò)第一導(dǎo)氣斜面8-1和第二導(dǎo)氣斜面2-1進(jìn)入兩電極之間放電間距h，實(shí)現(xiàn)工件修整加工時(shí)的大面積等離子接觸，以達(dá)到表面修復(fù)的小去除率效果。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的兩電極之間放電間距h為2mm 5mm。在此范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)等離子體穩(wěn)定放電。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三、結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是它還增加有兩個(gè)側(cè)工件夾板19，兩個(gè)側(cè)工件夾板19以上端板7-1的縱向中心線對(duì)稱設(shè)置在上端板7-1上端面的兩側(cè)，兩個(gè)側(cè)工件夾板19的上端面與端部工件夾板9的上端面在同一水平面內(nèi)。如此設(shè)置，可以防止工件在工件槽21中橫向移動(dòng)。更加穩(wěn)固的定的位置其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或二相同。本發(fā)明的工作過(guò)程將成型電極4根據(jù)工件面型的需要換成所需要的面型，設(shè)備安裝調(diào)整保持密封性后，檢查線路連接，無(wú)誤后打開(kāi)射頻電源I和流量計(jì)電源開(kāi)關(guān)進(jìn)行預(yù)熱。待預(yù)熱后打開(kāi)冷卻泵17，打開(kāi)氦氣氣瓶11、四氟化碳?xì)馄?2及氧氣瓶13的開(kāi)關(guān)，同時(shí)調(diào)整氦氣流量計(jì)14、四氟化碳流量計(jì)15及氧氣流量計(jì)16的流量至所需流量，待三種氣體在氣體混氣箱10中反應(yīng)后，進(jìn)行系統(tǒng)通電，在保證反應(yīng)氣體流速穩(wěn)定后，經(jīng)導(dǎo)氣管25、進(jìn)氣孔24進(jìn)入導(dǎo)氣腔20中，通過(guò)第一導(dǎo)氣斜面8-1和第二導(dǎo)氣斜面2-1進(jìn)入兩電極之間放電間距h處，此時(shí)反應(yīng)進(jìn)行；待加工結(jié)束后，降低射頻電源功率，關(guān)閉射頻電源1，關(guān)閉氦氣氣瓶11、四氟化碳?xì)馄?2及氧氣瓶13的開(kāi)關(guān)，取出工件。權(quán)利要求
1.ー種大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置，其特征在于所述裝置包括射頻電源(I)、高電極(3)、成型電極(4)、上導(dǎo)流體(5)、下導(dǎo)流體(6)、地電極(7)、導(dǎo)風(fēng)板(8)、端部エ件夾板(9)、氣體混氣箱(10)、氦氣氣瓶(11)、四氟化碳?xì)馄?12)、氧氣瓶(13)、氦氣流量計(jì)(14)、四氟化碳流量計(jì)(15)、氧氣流量計(jì)(16)、水泵(17)、銷(22)、兩個(gè)上箱蓋(2)、兩個(gè)側(cè)板(18)和兩個(gè)導(dǎo)氣管(25)，地電極(7)由上端板(7-1)和底座板(7-2)組成，上端板(7-1)沿底座板(7-2)的縱向中心線設(shè)置在底座板(7-2)上，且上端板(7-1)與底座板(7-2)制成一體，底座板(7-2)端面且位于上端板(7-1)的縱向兩側(cè)為側(cè)板安裝處(7-3)，底座板(7-2)端面且位于上端板(7-1)的出氣端ー側(cè)為出氣道(7-4)，底座板(7_2)端面且位于上端板(7-1)的進(jìn)氣端ー側(cè)為進(jìn)氣道(7-5)，端部エ件夾板(9)設(shè)置在上端板(7-1)上端面的出氣端ー側(cè)，導(dǎo)風(fēng)板(8)設(shè)置在上端板(7-1)的進(jìn)氣端端面處，導(dǎo)風(fēng)板(8)的上端面與端部エ件夾板(9)的上端面在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)風(fēng)板(8)與端部エ件夾板(9)之間為エ件槽(21)，導(dǎo)風(fēng)板(8)朝向進(jìn)氣道(7-5) —側(cè)設(shè)有第一導(dǎo)氣斜面(8-1)，第一導(dǎo)氣 斜面(8-1)由進(jìn)氣端至出氣端傾斜向上，下導(dǎo)流體(6)設(shè)置在進(jìn)氣道(7-5)處，每個(gè)側(cè)板安裝處(7-3)設(shè)置ー個(gè)側(cè)板(18)，成型電極(4)設(shè)置在エ件槽(21)的上方，成型電極(4)的下端面與エ件槽(21)的上端面設(shè)有兩電極之間放電間距(h)，高電極(3)設(shè)置在成型電極(4)的上端面上，且高電極(3)與成型電極(4)通過(guò)銷(22)連接，高電極(3)設(shè)置在兩個(gè)上箱蓋(2)內(nèi)，兩個(gè)上箱蓋(2)以銷(22)的軸線對(duì)稱設(shè)置，且ー個(gè)上箱蓋(2)位于導(dǎo)風(fēng)板(8)的上方，另ー個(gè)上箱蓋(2)位于出氣道(7-4)的上方，導(dǎo)風(fēng)板(8)上方的上箱蓋(2)上以兩電極之間放電間距(h)的水平中心線為基準(zhǔn)對(duì)稱設(shè)有第二導(dǎo)氣斜面(2-1)，上導(dǎo)流體(5)與下導(dǎo)流體(6)扣合設(shè)置，上導(dǎo)流體(5)與下導(dǎo)流體(6)之間的腔體為導(dǎo)氣腔(20)，上導(dǎo)流體(5)的出氣端端面與上箱蓋(2)連接，下導(dǎo)流體￠)的出氣端端面與導(dǎo)風(fēng)板(8)連接，上導(dǎo)流體(5)和下導(dǎo)流體(6)的進(jìn)氣端端面上均設(shè)有進(jìn)氣孔(24)，兩個(gè)進(jìn)氣孔(24)分別通過(guò)導(dǎo)氣管(25)與氣體混氣箱(10)連通，氦氣氣瓶(11)、四氟化碳?xì)馄?12)和氧氣瓶(13)分別與其對(duì)應(yīng)的氦氣流量計(jì)(14)、四氟化碳流量計(jì)(15)和氧氣流量計(jì)(16)連接，氦氣流量計(jì)(14)、四氟化碳流量計(jì)(15)和氧氣流量計(jì)(16)均與氣體混氣箱(10)連接，上端板(7-1)內(nèi)設(shè)有下冷卻通道(7-1-1)，高電極(3)內(nèi)設(shè)有上冷卻通道(3-1)，水泵(17)分別通過(guò)導(dǎo)管與下冷卻通道(7-1-1)和上冷卻通道(3-1)連接，射頻電源(I)通過(guò)導(dǎo)線與高電極(3)和底座板(7-2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置，其特征在于所述兩電極之間放電間距(h)為2mm 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置，其特征在于所述裝置還包括兩個(gè)側(cè)エ件夾板(19)，兩個(gè)側(cè)エ件夾板(19)以上端板(7-1)的縱向中心線對(duì)稱設(shè)置在上端板(7-1)上端面的兩側(cè)，兩個(gè)側(cè)エ件夾板(19)的上端面與端部エ件夾板(9)的上端面在同一水平面內(nèi)。
全文摘要
大面積接觸式等離子體放電加工熔石英加工裝置，它涉及一種等離子體加工裝置，以解決現(xiàn)有等離子體加工過(guò)程中的電極溫度高，加工時(shí)間短，導(dǎo)致反應(yīng)離子的活性相對(duì)較低，去除率低的問(wèn)題。導(dǎo)風(fēng)板的上端面與端部工件夾板的上端面在同一水平面內(nèi)，成型電極設(shè)置在工件槽的上方，成型電極的下端面與工件槽的上端面設(shè)有兩電極之間放電間距，上導(dǎo)流體與下導(dǎo)流體之間的腔體為導(dǎo)氣腔，上導(dǎo)流體和下導(dǎo)流體的進(jìn)氣端端面上均設(shè)有進(jìn)氣孔，兩個(gè)進(jìn)氣孔與氣體混氣箱連通，氦氣氣瓶、四氟化碳?xì)馄亢脱鯕馄糠謩e通過(guò)氦氣流量計(jì)、四氟化碳流量計(jì)和氧氣流量計(jì)與氣體混氣箱連接，水泵與下冷卻通道和上冷卻通道連接，射頻電源與高電極和底座板連接。本發(fā)明用于等離子體加工。
文檔編號(hào)C03B20/00GK102730945SQ20121024865
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者姚英學(xué), 李娜, 王波, 趙璽, 金會(huì)良 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)