專利名稱：一種金剛石膜高速精密拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于超硬材料拋光技術(shù)，特別涉及一種金剛石膜高速精密拋光裝裝置。
背景技術(shù)：
金剛石膜是由化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積的純金剛石多晶膜，不僅具有高的硬度和耐磨性，而且具有優(yōu)良的電絕緣性、導(dǎo)熱性、透光性和聲學(xué)特性，被視為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的新材料，在高新技術(shù)領(lǐng)域和國防尖端技術(shù)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。由于金剛石膜是多晶膜，氣相沉積的金剛石膜表面粗糙、均勻性差，所以在工業(yè)應(yīng)用時(shí)必須要經(jīng)過研磨拋光加工，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，不僅要求金剛石膜具有極小的表面粗糙度，而且要求具有高的平面度。由于金剛石膜硬度極高，傳統(tǒng)的機(jī)械研磨拋光方法效率極低，而且很難達(dá)到技術(shù)要求。目前在金剛石膜拋光加工中還存在著很多問題和不足，例如激光束掃描拋光和稀土金屬刻蝕拋光效率較高，但拋光表面質(zhì)量較低；離子束刻蝕加工表面質(zhì)量較高，但是加工效率低、成本高，難以加工面積較大的金剛石膜；熱鐵板拋光雖然技術(shù)具有拋光表面質(zhì)量好(Ra可達(dá)0.0055μm)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是熱鐵板拋光技術(shù)是采用大功率電阻絲加熱拋光盤到800～900℃，由于拋光盤溫度高熱變形大，因此很難保證金剛石膜加工的平面度，而且耗電量大，加工成本高。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有金剛石膜表面拋光時(shí)，存在拋光盤加熱溫度高、上下表面間溫度梯度大、拋光盤翹曲變形大、拋光質(zhì)量差等技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、拋光質(zhì)量好、拋光效率高、生產(chǎn)成本低的金剛石膜高速低溫加熱精密拋光裝置。
本實(shí)用新型的拋光原理是拋光盤以高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在拋光盤底面對拋光盤進(jìn)行低溫加熱，由拋光盤與金剛石膜的高速相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨擦熱和對拋光盤底面低溫加熱相結(jié)合的方法，使金剛石膜拋光表面溫度迅速達(dá)到熱擴(kuò)散溫度，利用金剛石膜表面凸點(diǎn)碳原子在高溫下向鐵、鎳等金屬擴(kuò)散的原理，對金剛石膜表面進(jìn)行拋光。
本實(shí)用新型包括床身、拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置、金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置、真空拋光室外罩和加熱器，真空拋光室外罩上設(shè)置有真空接頭和冷卻管，活性氣體進(jìn)氣管和連接支架設(shè)置在真空拋光室外罩的上面，連接支架上設(shè)置有加熱絲，拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在真空拋光室外罩內(nèi)，并都分別固定在床身上，所述拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置包括拋光盤、法蘭盤、支承體、拋光主軸、固定盤、調(diào)速電機(jī)，拋光盤設(shè)置在拋光主軸上，拋光主軸通過軸承設(shè)置在支承體內(nèi)，支承體通過法蘭盤和固定盤固定在支座內(nèi)，法蘭盤和固定盤分別通過螺釘固定在支座上，上支架設(shè)置在支座上，支座通過螺釘固定在床身上，調(diào)速電機(jī)固定在固定盤上，并通過傳動(dòng)鍵與拋光主軸連接；加熱器設(shè)置在上支架與拋光盤之間，金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在真空拋光室外罩上面；所述金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置包括拋光頭、拋光頭軸、彈簧、驅(qū)動(dòng)軸和電機(jī)，拋光頭固定在拋光頭軸上，拋光頭軸通過套設(shè)置在驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)，并通過調(diào)整螺釘固定，拋光頭軸的上端設(shè)置有彈簧，驅(qū)動(dòng)軸通過軸承設(shè)置在支承套內(nèi)，支承套通過上下端蓋固定在真空拋光室外罩上，上下端蓋分別通過螺釘固定在真空拋光室外罩的上下端面上，電機(jī)固定在上端蓋上，并通過傳動(dòng)鍵與驅(qū)動(dòng)軸連接，所述加熱器通過螺釘固定在上支架上，所述加熱器為電磁加熱盤。
本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、拋光質(zhì)量好、拋光效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，解決了熱鐵板拋光因加熱溫度高及溫度分布梯度過大而造成的拋光盤翹曲變形大，金剛石膜拋光平面度無法保證和成本高等問題。


圖1是本實(shí)用新型金剛石膜高精度拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1床身、2支座、3真空拋光室外罩、4上支架、5加熱器、6拋光盤、7真空接頭、8冷卻管、9支承套、10金剛石膜、11拋光頭、12拋光頭軸、13彈簧、14驅(qū)動(dòng)軸、15電機(jī)、16活性氣體進(jìn)氣管、17連接支架、18加熱絲、19法蘭盤、20支承體、21拋光主軸、22固定盤、23調(diào)速電機(jī)、24下端蓋、25上端蓋。
具體實(shí)施方式
如圖所示，結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方案和工作過程。
一種金剛石膜高速精密拋光裝置，包括床身1、拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置、金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置、真空拋光室外罩3和加熱器5，拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在真空拋光室外罩3內(nèi)，并通過螺栓都分別固定在床身1上。真空拋光室外罩3設(shè)置在床身1上，金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置通過螺栓固定在真空拋光室外罩3的上面，電磁加熱器5設(shè)置在拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置的上支架4上；拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置包括拋光盤6、法蘭盤19、支承體20、拋光主軸21、固定盤22、調(diào)速電機(jī)23，拋光盤6通過壓板用螺釘固定在拋光主軸21上，拋光主軸21通過軸承設(shè)置在支承體20內(nèi)，支承體20裝在支座2內(nèi)，并通過法蘭盤19和固定盤22固定，法蘭盤19和固定盤22通過螺釘分別固定在支座2的上下端面上，調(diào)速電機(jī)23固定在固定盤22上，通過傳動(dòng)鍵與拋光主軸21連接。金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置包括拋光頭11、拋光頭軸12、彈簧13、驅(qū)動(dòng)軸14和電機(jī)15，拋光頭11通過鍵固定在拋光頭軸12上，拋光頭軸12通過套裝在驅(qū)動(dòng)軸14內(nèi)，并由調(diào)節(jié)螺釘固定，拋光頭軸12與套之間用鍵連接，拋光頭軸12在套內(nèi)可以上下滑動(dòng)，通過調(diào)節(jié)螺釘可以調(diào)節(jié)拋光頭11與拋光盤6之間的距離。在拋光頭軸12上端的套內(nèi)裝有彈簧13，通過壓板用固定螺釘固定在拋光軸12上。通過改變彈簧力可以調(diào)整金剛石膜10與拋光盤6之間的壓力大小。驅(qū)動(dòng)軸14通過軸承設(shè)置在支承套9內(nèi)，支承套9通過上下端蓋25和24固定在真空拋光室外罩3的上面，上下端蓋25和24通過螺釘分別固定在真空拋光室外罩3的上下端面上。電機(jī)15通過螺釘固定在上端蓋25上，并通過傳動(dòng)鍵與驅(qū)動(dòng)軸14連接，其轉(zhuǎn)速為50～300r/min。真空拋光室外罩3上設(shè)置有真空接頭7和冷卻管8，活性氣體進(jìn)氣管16和連接支架17固定在真空拋光室外罩3的上面，在連接支架17上設(shè)置有加熱絲18。由于拋光盤高速旋轉(zhuǎn)，并且對其底面進(jìn)行低溫加熱，整體溫度低，上下表面間溫度梯度小，拋光盤翹曲變形極小，因此使金剛石膜拋光平面度高、質(zhì)量好。
金剛石膜高速精密拋光的工作過程是先把金剛石膜10裝卡在拋光頭11上，拋光頭11作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為180r/min；拋光盤6作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為4500r/min；拋光盤底面加熱器的加熱溫度為95～105℃；通過真空接頭7對真空拋光室外罩3內(nèi)抽真空，真空度為10-1Pa；通過活性氣體進(jìn)氣管16向真空拋光室外罩3內(nèi)通入活性氣體，由電加熱絲分解活化后產(chǎn)生的活性原子與擴(kuò)散到拋光盤上面的碳反應(yīng)形成氣態(tài)排除，保證擴(kuò)散速率；在750～800℃時(shí)，金剛石膜表面凸點(diǎn)碳原子向拋光盤擴(kuò)散與鐵、鎳等金屬發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生擴(kuò)散磨損，以達(dá)到拋光的技術(shù)要求。在拋光工作過程中通過冷卻管8冷卻。
權(quán)利要求1.一種金剛石膜高速精密拋光裝置，包括床身、拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置、金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置、真空拋光室外罩和加熱器，真空拋光室外罩上設(shè)置有真空接頭和冷卻管，還有活性氣體進(jìn)氣管和帶有加熱絲連接支架，拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在真空拋光室外罩內(nèi)，并都分別固定在床身上，拋光盤固定在拋光主軸上，拋光主軸通過軸承設(shè)置在支承體內(nèi)，支承體通過法蘭盤和固定盤固定在支座內(nèi)，調(diào)速電機(jī)裝在固定盤上，并與拋光主軸連接；其特征是，加熱器設(shè)置在上支架與拋光盤之間，金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在真空拋光室外罩上面，所述金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置包括拋光頭、拋光頭軸、驅(qū)動(dòng)軸和電機(jī)，拋光頭固定在拋光頭軸上，拋光頭軸通過套設(shè)置在驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)，并通過調(diào)整螺釘固定，拋光頭軸的上端設(shè)置有彈簧，驅(qū)動(dòng)軸通過軸承設(shè)置在支承套內(nèi)，支承套通過上下端蓋固定在真空拋光室外罩上，上下端蓋分別通過螺釘固定在真空拋光室外罩的上下端面上，電機(jī)固定在上端蓋上，并通過傳動(dòng)鍵與驅(qū)動(dòng)軸連接。
2.如權(quán)利要求1所述的金剛石膜高速精密拋光裝置，其特征是，所述加熱器通過螺釘固定在上支架上。
3.如權(quán)利要求1所述的金剛石膜高速精密拋光裝置，其特征是所述加熱器為電磁加熱盤。
專利摘要一種金剛石膜高速精密拋光裝置，包括床身、拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置、金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置、真空拋光室外罩和加熱器，拋光盤驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在真空拋光室外罩內(nèi)，并都固定在床身上，金剛石膜驅(qū)動(dòng)裝置固定在真空拋光室外罩的上面，加熱器設(shè)置在上支架的上面，金剛石膜裝卡在拋光頭上，采用拋光盤與金剛石膜的高速相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦熱和拋光盤底面低溫加熱，使金剛石膜拋光表面溫度迅速達(dá)到擴(kuò)散溫度，金剛石膜表面的凸點(diǎn)碳原子向由鐵、鎳等金屬制成的拋光盤擴(kuò)散磨損，從而達(dá)到拋光目的，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、拋光質(zhì)量好、拋光效率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，解決了熱鐵板拋光因加熱溫度及溫度分布梯度過大而造成的拋光盤翹曲變形大，拋光平面度差等問題。
文檔編號B24B39/06GK2719494SQ20042007051
公開日2005年8月24日 申請日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月3日
發(fā)明者黃樹濤 申請人:沈陽理工大學(xué)