基于可控織構(gòu)cvd金剛石膜的藍(lán)寶石球罩研磨工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研磨工具，尤其是一種藍(lán)寶石研磨工具，具體地雯是一種基于可控織構(gòu)CVD金剛石膜的藍(lán)寶石球罩研磨工具。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，藍(lán)寶石(a-alumina，Al2O3)具有優(yōu)良的光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電化學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性。用藍(lán)寶石材料制作的紅外光學(xué)窗口和整流罩在高馬赫數(shù)導(dǎo)彈整流罩、透明裝甲、潛艇窗口以及高功率強(qiáng)激光等軍用設(shè)備中具有十分重要的地位和作用。國內(nèi)外已經(jīng)將藍(lán)寶石作為新一代整流罩應(yīng)用到軍事設(shè)備中。
[0003]但是由于整流罩材料藍(lán)寶石本身是典型的難加工材料，其后期精加工的研磨、拋光費(fèi)用占整個藍(lán)寶石器件成本的80%。因此找到低成本高效率的藍(lán)寶石球罩的研磨加工方法及工具是非常必要的。目前藍(lán)寶石球罩采用的研磨、拋光加工方法多為機(jī)械研磨、拋光或者化學(xué)機(jī)械研磨、拋光，這些方法容易在器件的表面形成劃傷，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力等。較新的磁流變技術(shù)也可用于藍(lán)寶石球罩的研磨、拋光且加工效果較好。但是其加工成本較高且加工效率較低。
[0004]化學(xué)氣相沉積法(CVD)金剛石的力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)等各項性能已經(jīng)達(dá)到或接近天然金剛石的性能，在零件表面沉積一層CVD金剛石膜，可以大大提高零件的各項性能，增強(qiáng)零件的使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的藍(lán)寶石研磨工具易在藍(lán)寶石表面形成藍(lán)傷產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或加工效率低的問題，設(shè)計一種設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、加工效率高、損傷小的基于可控織構(gòu)CVD金剛石膜的藍(lán)寶石球罩研磨工具。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于可控織構(gòu)CVD金剛石膜的藍(lán)寶石球罩研磨工具，它包括球冠狀工具基體1，其特征在于在球冠狀工具基體I的表面連接有彈性支撐體3，彈性支撐體3的表面固定有鑲塊2，鑲塊2表面沉積有可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層。
[0007]鑲塊2基體上部沉積的金剛石膜為多晶金剛石膜，其厚度為5 μπι~2πιπι，金剛石晶粒是小于20 μ m微米晶金剛石，或納米晶金剛石。
[0008]所使用的鑲塊2的基體為經(jīng)過堿洗以及酸洗處理過的脫Co元素的硬質(zhì)合金YG6材料；基體形狀為塊狀或柱狀塊；鑲塊基體上表面加工成半徑為SR的球冠面，SR為藍(lán)寶石球罩的加工面球冠半徑，鑲塊基體高度h < 10mm。
[0009]彈性支撐體的厚度氏為(0.5-0.9)h0
[0010]彈性支撐體由80%硅膠，5%二甲基硅油，5%聚己內(nèi)酯二醇和10%改性丙烯酸酯膠粘劑混合而成。
[0011]球冠狀工具基體I上開有減重用的凹槽4，凹槽4的最大直徑Dc= (1/3?9/10)Dd2, Dd2為研磨工具基體最大外徑；槽寬2 mm彡L彡0.8 D d20
[0012]所述的凹槽4內(nèi)安裝測力應(yīng)變片7，以使在研磨過程中間接測量研磨力。
[0013]在完成工具的制作全部過程后，鑲塊之間空隙均勻，自動成為容肩空間及附加拋光液存留空間。
[0014]所述的可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層采用CVD金剛石膜制備爐，在CH4-H2氣氛中采用熱絲HFCVD法制備，成核階段:碳源濃度1_2%，氣體壓力2.5-3.3kPa，襯底溫度780~820°C，沉積時間I小時；生長階段:碳源濃度1.5-3%，氣體壓力1-3.3kPa，襯底溫度800?820 cC ο
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制備方便，工作安全可靠，其在鑲塊表面生長金剛石膜，起研磨作用的金剛石晶粒在整個表面上分布均勻、致密，研磨效率高。通過控制制備參數(shù)可以達(dá)到織構(gòu)可控，且表面粗糙度較低，因此研磨加工的藍(lán)寶石球罩表面質(zhì)量較好，科學(xué)研究試驗范圍更加廣泛。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明圖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1的仰視圖。
[0018]圖3為成尖塔狀微米金剛石膜SEM圖。
[0019]圖4為柱狀微米金剛石膜SEM圖。
[0020]圖5為“菜花”狀納米金剛石膜SEM圖。
[0021]圖中，I為工具基體；2為可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層鑲塊；3為彈性支撐體；4為凹槽；5為圓柱柄；6為螺紋孔。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023]如圖1-2所示。
[0024]—種基于可控織構(gòu)CVD金剛石膜的藍(lán)寶石球罩研磨工具，這里未研磨前的藍(lán)寶石球罩是按照專利號201410096841.7設(shè)備加工的，球罩加工前的原料-藍(lán)寶石棒料直徑不超過三英寸。本發(fā)明的研磨工具包括球冠狀工具基體1，在球冠狀工具基體I的表面連接有彈性支撐體3，彈性支撐體3的表面固定有鑲塊2，鑲塊2表面沉積有可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層。在完成制作后，鑲塊之間空隙均勻，自動成為容肩空間及附加拋光液存留空間，如圖1所示。鑲塊2基體上部沉積的金剛石膜為多晶金剛石膜，其厚度為5 μ 金剛石顆粒尺寸可以是納米級別呈“菜花”狀陳列，也可以是微米級別晶粒大小尺寸范圍為1~20μπι，呈“尖塔”狀或呈“柱”狀均勻陳列，這樣就會按照要求達(dá)到不同表面粗糙度要求的研磨效果。所使用的鑲塊2的基體為經(jīng)過堿洗以及酸洗處理過的脫Co元素的硬質(zhì)合金YG6材料；基體形狀為的塊狀或柱狀塊；鑲塊基體上表面加工成半徑為SR的球冠面(SR ( 76.2mm)，SR為藍(lán)寶石球罩的加工面球冠半徑，鑲塊基體高度h ^ 10mm。彈性支撐體3的厚度氏為(0.5-0.9 )h。彈性支撐體3由80 %硅膠，5 % 二甲基硅油，5 %聚己內(nèi)酯二醇和10 %改性丙烯酸酯膠粘劑混合而成。此外，具體實施時還可在球冠狀工具基體I上開設(shè)減重用的凹槽4，凹槽4的最大直徑De=( 1/3?9/10 )Dd2，Dd2為研磨工具基體最大外徑；槽寬2 mm彡L彡0.8Dd2/2，Dd2為研磨工具基體的最大厚度。所述的凹槽4內(nèi)安裝測力應(yīng)變片7，以使在研磨過程中間接測量研磨力。如圖2所示。
[0025]在鑲塊2表面沉積金剛石膜涂層時，可將帶有鑲塊2及彈性體3連接的基體I放入到CVD金剛石膜制備爐中，在CH4-H2氣氛中采用熱絲HFCVD法制備金剛石膜，碳?xì)浔?、溫度、壓力、沉積時間均會對金剛石膜的質(zhì)量和表面形貌產(chǎn)生影響?？刂茖嶒瀰?shù)獲得三種表面形貌清晰易于分辨且呈一定普遍結(jié)構(gòu)形狀的表面形貌如圖3-5所示。如圖3所示，采用制備參數(shù)如下，成核階段:碳源濃度2%，氣體壓力3.3kPa，襯底溫度780~820°C，沉積時間I小時；生長階段:碳源濃度1.5%，氣體壓力3.3kPa，襯底溫度800~820°C。薄膜表面形貌整體呈棱錐狀，尖角面向外部視野，分布較為均勻，晶粒大小為4微米，為微米級金剛石薄膜。如圖4所示，采用制備參數(shù)如下，成核以及生長階段:碳源濃度1%，氣體壓力2.5kPa，襯底溫度795~805°C，沉積時間4小時。薄膜表面形貌整體呈棱柱狀，平面朝向外部視野，晶粒形狀明顯、晶界分明、晶粒大小約為3微米，同為微米級金剛石薄膜。如圖5所示，采用制備參數(shù)如下，成核階段:碳源濃度2%，氣體壓力3.3kPa，襯底溫度800~820°C，沉積時間I小時；生長階段:碳源濃度3%，氣體壓力lkPa，襯底溫度800~820°C，沉積時間4小時。SEM圖像顯示薄膜表面整體呈圓球狀，小尺寸的球狀顆粒尺寸與單個團(tuán)狀體尺寸相比之下小很多為納米級。也就是可以通過制備過程中的參數(shù)控制在鑲塊上沉積的金剛石膜晶粒的織構(gòu)，進(jìn)而調(diào)節(jié)研磨效果。
[0026]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于可控織構(gòu)CVD金剛石膜的藍(lán)寶石球罩研磨工具，它包括球冠狀工具基體(I)，其特征在于在球冠狀工具基體(I)的表面連接有彈性支撐體(3 )，彈性支撐體(3 )的表面固定有鑲塊(2)，鑲塊(2)表面沉積有可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于鑲塊(2)基體上部沉積的金剛石膜為多晶金剛石膜，其厚度為5 μπι~2πιπι，金剛石晶粒是小于20 μ m微米晶金剛石，或納米晶金剛石。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于所使用的鑲塊(2)的基體為經(jīng)過堿洗以及酸洗處理過的脫Co元素的硬質(zhì)合金YG6材料；基體形狀為塊狀或柱狀塊；鑲塊基體上表面加工成半徑為SR的球冠面，SR為藍(lán)寶石球罩的加工面球冠半徑，鑲塊基體高度 h 10mnin4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于彈性支撐體的厚度H,為(0.5-0.9) h05.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于彈性支撐體由80%硅膠，5%二甲基硅油，5%聚己內(nèi)酯二醇和10%改性丙烯酸酯膠粘劑混合而成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于球冠狀工具基體(I)上開有減重用的凹槽(4)，凹槽(4)的最大直徑De= (1/3?9/10)Dd2，Dd2為研磨工具基體最大外徑；槽寬 2 mm < L < 0.8 Dd207.根據(jù)權(quán)利要求6所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于所述的凹槽(4)內(nèi)安裝測力應(yīng)變片(7)，以使在研磨過程中間接測量研磨力。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征在于在完成工具的制作全部過程后，鑲塊之間空隙均勻，自動成為容肩空間及附加拋光液存留空間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石球罩研磨工具，其特征是所述的可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層采用CVD金剛石膜制備爐，在CH4-H2氣氛中采用熱絲HFCVD法制備，成核階段:碳源濃度1-2%，氣體壓力2.5-3.3kPa，襯底溫度780~820°C，沉積時間I小時；生長階段:碳源濃度1.5-3%，氣體壓力1-3.3kPa，襯底溫度800~820°C。
【專利摘要】一種基于可控織構(gòu)CVD金剛石膜的小尺寸藍(lán)寶石球罩研磨工具。它主要由工具基體、可控織構(gòu)CVD金剛石膜涂層鑲塊、彈性支撐體組成，在鑲塊基體上沉積有CVD金剛石膜，起研磨作用的金剛石晶粒在鑲塊的整個表面上分布均勻、致密，研磨效率高。通過控制制備參數(shù)可以達(dá)到織構(gòu)可控，制備后鑲塊表面粗糙度較低，且在鑲塊與工具基體之間有彈性支撐體，在研磨過程中起到緩沖作用。本發(fā)明加工質(zhì)量高，無應(yīng)力和劃傷，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。
【IPC分類】B24B37/025, B24B37/11, C23C16/27
【公開號】CN105150090
【申請?zhí)枴緾N201510512339
【發(fā)明人】馮偉, 盧文壯, 李微微, 楊斌, 楊旭, 張吳暉, 孫玉利, 左敦穩(wěn)
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月19日