專利名稱：一種化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置及其拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置及其進行金剛石膜拋光的方法。
背景技術(shù)：
金剛石及金剛石膜是具有良好的機械性能和化學(xué)性能的一種優(yōu)秀的工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料，在諸多領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。但是天然金剛石在自然界中存儲量極少，所以人工合成CVD金剛石膜具有很大的應(yīng)用前景。但是在CVD金剛石膜的沉積過程中會因為晶體沿著某些晶面的擇優(yōu)生長，導(dǎo)致厚度不均、顆粒大小不等、表面粗糙度過大(一般在幾微米到幾十微米)等問題。而且金剛石膜的硬度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，厚度較薄，在平整加工(拋光)中金剛石膜極易發(fā)生破裂，因此金剛石膜的拋光問題已成為擴大金剛石膜應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前存在很多對金剛石膜進行拋光的方法，但是由于拋光所達(dá)到的粗糙度和平整度，以及成本等因素使得各方法都不盡理想。本發(fā)明專利提出了一種化學(xué)機械拋光裝置及拋光方法，可以實現(xiàn)在較低溫度下對金剛石膜進行化學(xué)機械法拋光，拋光所達(dá)到的粗糙度和平整度能達(dá)到較高的水平，拋光效率也相對之前的化學(xué)機械法拋光有很大提高。而且本裝置結(jié)構(gòu)簡單，拋光成本低，占地空間小?？梢詾閽伖馍倭拷饎偸ぬ峁嶒炑芯浚步o大規(guī)模金剛石膜的拋光和平整化提供可能性和可行性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個結(jié)構(gòu)簡單新穎，占地空間小，操作簡單方便，對環(huán)境條件要求不高的可以對金剛石膜進行化學(xué)機械拋光的裝置及其進行金剛石膜拋光的方法，它可以精密拋光金剛石膜，最后獲得低的粗糙度和極高的表面平整度。
本發(fā)明的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，包括電機2、傳動組件1、相互配合并可以連接傳動的套筒套軸組件8以及它們之間的可以進行壓縮的彈簧9、金剛石膜裝夾組件14、拋光底盤6、絕緣隔熱材料7、溫控器10、溫度熱電偶13、繼電器12、加熱器件5及可升降工作臺15；上述電機2及其傳動組件1與套筒套軸組件8的上端相連接，金剛石膜裝夾組件14與套筒套軸組件8的下端相連接，拋光底盤6與可升降工作臺15之間隔有絕緣隔熱材料7，拋光底盤6中還裝有加熱器件5，加熱器件5過導(dǎo)線16與溫控器10、繼電器12及溫度熱電偶13相連接。
上述套筒套軸組件8與金剛石膜裝夾器14之間由一個運動軸3連接。
上述拋光底盤6平面與金剛石膜研磨中心軸線方向垂直。
上述電機2使用無極變速電機。
上述拋光底盤6表面開有均勻微細(xì)溝槽。
上述拋光底盤6的旁邊有加熱用的孔。
上述拋光底盤6可以選用鑄鐵或者低碳鋼也可以采用Al2O3研磨盤。
上述拋光底盤6相對于金剛石膜裝夾器14的回轉(zhuǎn)軸線在水平方向上的運動軌跡應(yīng)和拋光底盤6在長度方向上的中線對應(yīng)。
本發(fā)明的拋光方法，包括如下步驟1)在拋光底盤6上添加適量氧化劑NaNO3、KNO3及LiNO3，將溫控器10上的加熱溫度設(shè)定，接通電源對拋光底盤6進行加熱，在拋光底盤上的氧化劑熔融成液態(tài)之后，啟動電機2；2)調(diào)整可升降工作臺15的高度，彈簧9被壓縮，金剛石膜4對拋光底盤6產(chǎn)生壓力；可升降工作臺15可以在水平方向上做直線運動，使得整個拋光底盤6能夠均勻地對金剛石膜4進行拋光；3)在加入氧化劑的同時可以加入適量CrO3、SiO2等添加劑以增加拋光金剛石膜的效率和質(zhì)量。
上述步驟1)中加熱溫度設(shè)定在150℃至500℃。
上述步驟1)中有兩種情況a)當(dāng)測溫電偶13測出的溫度高于之前設(shè)定的溫度時，溫控器10斷開繼電器12加熱停止；b)當(dāng)溫度低于之前設(shè)定的溫度時，溫控器10接通繼電器12開始對拋光底盤加熱。
上述步驟中2)中金剛石膜4上壓強為0.05～2MP。
本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單實用而且能夠?qū)瘜W(xué)機械拋光法的各種參數(shù)進行調(diào)節(jié)以滿足不同拋光情況的需要。


圖1為本發(fā)明的金剛石膜拋光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-傳動組件 2-電機 3-運動軸 4-金剛石膜 5-加熱器件6-拋光底盤 7-絕緣隔熱材料 8-套筒套軸組件 9-彈簧 10-溫控器11-繼電器控制線 12-繼電器 13-溫度熱電偶 14-金剛石膜裝夾組件15-可升降工作臺 16-導(dǎo)線
具體實施例方式本發(fā)明的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，包括電機2、傳動組件1、相互配合并可以連接傳動的套筒套軸組件8以及它們之間的可以進行壓縮的彈簧9、金剛石膜裝夾組件14、拋光底盤6、絕緣隔熱材料7、溫控器10、溫度熱電偶13、繼電器12、加熱器件5、可升降工作臺15；上述電機2及其傳動組件1與套筒套軸組件8的上端相連接，金剛石膜裝夾組件14與套筒套軸組件8的下端相連接，拋光底盤6與可升降工作臺15之間隔有絕緣隔熱材料7，拋光底盤6中還裝有加熱器件5，加熱器件5通過導(dǎo)線16與溫控器10、繼電器12及溫度熱電偶13相連接。套筒套軸組件8與金剛石膜裝夾器14之間由一個運動軸3連接。拋光底盤6平面與金剛石膜研磨中心軸線方向垂直。電機2使用無極變速電機。上述金剛石膜裝夾器14回轉(zhuǎn)軸線和拋光底盤6的中線對應(yīng)。拋光底盤6表面均勻開有微細(xì)溝槽。拋光底盤6的旁邊有加熱用的孔。拋光底盤6可以選用鑄鐵或者低碳鋼也可以采用Al2O3研磨盤。
拋光時的主運動由電機帶動套筒套軸旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，可以通過調(diào)節(jié)其輸入電流工作頻率進而調(diào)整其速度可實現(xiàn)0-10m/min的速度調(diào)節(jié)，拋光線速度一般不超過10m/min。將拋光所用氧化劑添加在拋光底盤中，也可以適當(dāng)加入一些微細(xì)磨料或者釋氧材料增加拋光效率。和金剛石膜直接接觸的拋光底盤可以是平整面，也可以在其上開一些微細(xì)溝槽以加大金剛石膜接觸氧化劑的機會。拋光底盤可以選用鑄鐵或者低碳鋼也可以采用Al2O3研磨盤，除了化學(xué)和機械作用外金剛石中的碳原子同時也向鑄鐵或低碳鋼擴散達(dá)到拋光效果。
1.溫度的調(diào)節(jié)通過一個熱電偶對拋光底盤進行測量，在利用一個溫控器來控制繼電器的斷開與接通。進而可以控制加熱器件的通電與否而對拋光底盤的溫度進行調(diào)節(jié)。
2.壓力的調(diào)節(jié)壓力的大小由套筒套軸之間的彈簧進行調(diào)節(jié)。升高或者降低可升降工作臺來調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量(在金剛石和拋光底盤接觸之后)就可以增大或者縮小拋光底盤對金剛石膜的正壓力。壓力大小可以在0.05-2MPa之間進行調(diào)節(jié)。
3.旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)采用無級調(diào)速電機，通過控制頻率控制電機轉(zhuǎn)速從而達(dá)到控制金剛石膜的拋光轉(zhuǎn)速。或者采用一般電機外接一個通用變頻器組合也可以達(dá)到同樣的效果。
下面將描述本發(fā)明拋光方法的幾個實施例，但本發(fā)明的內(nèi)容完全不局限于此。
實例一在拋光底盤上添加適量的氧化劑NaNO3、KNO3、LiNO3，以及適量的SiO2。將溫控器上的加熱溫度設(shè)定在150℃，接通電源對拋光底盤進行加熱，在拋光底盤上的氧化劑熔融成液態(tài)之后，啟動無級調(diào)速電機，將其轉(zhuǎn)速設(shè)定在15r/min，此時調(diào)整可升降工作臺提升其高度，通過對彈簧壓縮量的調(diào)節(jié)，調(diào)整金剛石膜對拋光底盤的壓力為0.6MPa。
實例二在拋光底盤上添加適量氧化劑KNO3和LiNO3，將溫控器上的加熱溫度設(shè)定在250℃，接通電源對拋光底盤進行加熱，在拋光底盤上的氧化劑熔融成液態(tài)之后，啟動無級調(diào)速電機，將其轉(zhuǎn)速設(shè)定在50r/min，此時調(diào)整可升降工作臺提升其高度，調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量使金剛石膜對拋光底盤的壓強為0.8Mpa，在拋光過程中加入適量的CrO3。
實例三在拋光底盤上添加適量氧化劑NaNO3，將溫控器上的加熱溫度設(shè)定在450℃，接通電源對拋光底盤進行加熱，在拋光底盤上的氧化劑熔融成液態(tài)之后，啟動無級調(diào)速電機，將其轉(zhuǎn)速設(shè)定在75r/min，此時調(diào)整可升降工作臺提升其高度，調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量使金剛石膜對拋光底盤的壓強為1.2MPa。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，其特征在于包括電機(2)、傳動組件(1)、相互配合并可以連接傳動的套筒套軸組件(8)以及它們之間的可以進行壓縮的彈簧(9)、金剛石膜裝夾組件(14)、拋光底盤(6)、絕緣隔熱材料(7)、溫控器(10)、溫度熱電偶(13)、繼電器(12)、加熱器件(5)及可升降工作臺(15)；上述電機(2)及其傳動組件(1)與套筒套軸組件(8)的上端相連接，金剛石膜裝夾組件(14)與套筒套軸組件(8)的下端相連接，拋光底盤(6)與可升降工作臺(15)之間隔有絕緣隔熱材料(7)，拋光底盤(6)中還裝有加熱器件(5)，加熱器件(5)通過導(dǎo)線(16)與溫控器(10)、繼電器(12)及溫度熱電偶(13)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，其特征在于上述套筒套軸組件(8)與金剛石膜裝夾器(14)之間由一個運動軸(3)連接；上述電機(2)使用無極變速電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，其特征在于上述拋光底盤(6)平面與金剛石膜研磨中心軸線方向垂直；上述拋光底盤(6)相對于金剛石膜裝夾器(14)的回轉(zhuǎn)軸線在水平方向上的運動軌跡應(yīng)和拋光底盤(6)在長度方向上的中線對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，其特征在于上述拋光底盤(6)表面均勻開有微細(xì)溝槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，其特征在于上述拋光底盤(6)的旁邊有加熱用的孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置，其特征在于上述拋光底盤(6)可以選用鑄鐵或者低碳鋼也可以采用Al2O3研磨盤。
7.一種權(quán)利要求1所述拋光裝置的拋光方法，其特征在于包括如下步驟1)在拋光底盤(6)上添加適量氧化劑NaNO3，KNO3及LiNO3，將溫控器(10)上的加熱溫度設(shè)定，接通電源對拋光底盤(6)進行加熱，在拋光底盤上的氧化劑熔融成液態(tài)之后，啟動電機(2)；2)調(diào)整可升降工作臺(15)的高度，彈簧(9)被壓縮，金剛石膜(4)對拋光底盤(6)產(chǎn)生壓力；可升降工作臺(15)可以在水平方向上做直線運動，使得整個拋光底盤(6)能夠均勻地對金剛石膜(4)進行拋光；3)在加入氧化劑的同時可以加入適量CrO3、SiO2等添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光方法，其特征在于步驟1)中加熱溫度設(shè)定在150℃至500℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光方法，其特征在于步驟1)中有兩種情況a)當(dāng)測溫電偶(13)測出的溫度高于之前設(shè)定的溫度時，溫控器(10)斷開繼電器(12)加熱停止；b)當(dāng)溫度低于之前設(shè)定的溫度時，溫控器(10)接通繼電器(12)開始對拋光底盤加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光方法，其特征在于步驟2)中金剛石膜(4)上壓強為0.05～2MP。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)機械法金剛石膜拋光裝置及其進行金剛石膜拋光的方法，該裝置包括電機(2)、傳動組件(1)、相互配合并可以連接傳動的套筒套軸組件(8)以及它們之間的可以進行壓縮的彈簧(9)、金剛石膜裝夾組件(14)、拋光底盤(6)、絕緣隔熱材料(7)、溫控器(10)、溫度熱電偶(13)、繼電器(12)、加熱器件(5)及可升降工作臺(15)；該發(fā)明可以對拋光的壓力，轉(zhuǎn)速，溫度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，在不同條件下對金剛石膜進行拋光，裝置可以實現(xiàn)金剛石膜的一次性精密拋光，最后的粗糙度和平整度都比較好，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，占地空間小，可以一次性進行精密級拋光，拋光精度高。
文檔編號B24B37/04GK1672875SQ20051003402
公開日2005年9月28日 申請日期2005年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日
發(fā)明者王成勇, 陳沖, 秦哲, 張鳳林 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)