專利名稱：稀土金屬輔助作用下的金剛石膜超高速拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超硬材料拋光技術(shù)，特別涉及一種稀土金屬輔助作用下的金剛 石膜超高速拋光方法。
技術(shù)背景金剛石膜是由化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積的純金剛石多晶膜，具有高的硬度、耐磨性、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世紀最有發(fā) 展前途的新材料，在眾多高新技術(shù)領(lǐng)域和國防尖端技術(shù)領(lǐng)域展示了很好的應(yīng)用 前景，如高功率激光二極管陣列及高功率電子器件封裝用的高效熱沉、強激光 窗口、紅外熱成像裝置窗口、高功率微波窗口、 X射線窗口、及用于通訊系統(tǒng) 的金剛石膜聲表面波器件等。由于金剛石膜本身是多晶膜，晶粒粗大，表面粗 糙，而且由于沉積過程的不均勻性，金剛石膜表面凹凸不平。因此其工業(yè)應(yīng)用 必須經(jīng)過研磨拋光加工。由于金剛石膜硬度極高，傳統(tǒng)的機械研磨拋光方法效 率極低。目前國內(nèi)外開發(fā)研究了一些新的拋光方法，但都存在著許多問題和不 足。如激光束掃描拋光效率較高，但拋光表面質(zhì)量較低，表面易殘留石墨， 難以對大面積金剛石膜進行精密拋光，只能進行金剛石膜的粗加工；離子束刻 蝕拋光表面質(zhì)量較高，但由于受離子束和離子腔尺寸的限制，拋光金剛石膜的 尺寸不能太大，而且效率太低，成本太高，不適宜工業(yè)化生產(chǎn)；稀土金屬刻蝕 拋光利用活性稀土金屬(如La、 Ce等)在液態(tài)能夠大量溶解金剛石(碳)而 對金剛石膜進行拋光，效率較高，但拋光表面質(zhì)量較低，液態(tài)稀土金屬容易對 金剛石膜邊緣產(chǎn)生過蝕，因此該技術(shù)多用于金剛石膜的粗加工和金剛石膜的快 速減??；熱鐵板拋光方法拋光表面質(zhì)量好、效率較高，但是熱鐵板拋光采用大 功率電阻絲加熱拋光盤到800 900QC，拋光盤溫度高、熱變形大，而且設(shè)備運 行復(fù)雜，拋光成本高。我們在2007年獲得批準的發(fā)明專利"金剛石膜高速精密 拋光裝置及拋光方法"，提出拋光盤以3000 6000r/min的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時在 拋光盤底面用電磁加熱盤對拋光盤進行低溫加熱，由拋光盤與金剛石膜的高速相對運動而產(chǎn)生的摩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到熱擴散溫度，利用金剛石膜表面凸點碳原子在高溫下將 向鐵、鎳等金屬擴散的原理對金剛石膜表面進行拋光，解決了熱鐵板拋光技術(shù) 拋光盤溫度高、熱變形大的問題。但熱鐵板拋光技術(shù)和我們開發(fā)的"金剛石膜高 速精密拋光裝置及拋光方法"的共同問題是拋光必須在真空拋光反應(yīng)室進行； 為保證拋光速率，在真空拋光反應(yīng)室設(shè)置高溫?zé)峤z，拋光過程中需向真空拋光 反應(yīng)室通入氫氣，由高溫?zé)峤z活化氫氣形成原子態(tài)氫，以清除擴散到拋光盤表 面的碳。設(shè)備復(fù)雜，成本高，而且高溫?zé)峤z使運行可靠性下降，熱輻射使拋光 盤產(chǎn)生的熱變形不均勻。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對熱鐵板拋光技術(shù)和我們開發(fā)的"金剛石膜高速精密拋 光裝置及拋光方法"在對金剛石膜進行拋光時必須在真空拋光反應(yīng)室進行，拋光 盤需整體加熱或在拋光盤底面低溫加熱，特別是需設(shè)置高溫?zé)峤z活化氫氣形成 原子態(tài)氫，以清除擴散到拋光盤表面的碳，使拋光盤產(chǎn)生的熱變形較大且不均勻，設(shè)備復(fù)雜，運行可靠性下降等問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、拋光質(zhì)量好、牛: 產(chǎn)效率高、成本低的在稀土金屬輔助作用下的金剛石膜超高速拋光方法。采用的技術(shù)方案是稀土金屬輔助作用下的金剛石膜超高速拋光方法，采用的拋光設(shè)備為金剛 石膜拋光機，金剛石膜拋光機包括拋光盤，稀土金屬盤和金剛石膜夾具，稀土 金屬盤與拋光盤接觸，金剛石膜由金剛石夾具夾固，并與拋光盤接觸。金剛石膜拋光時，拋光盤以6000r/min—60000r/min的超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時稀土金屬盤 和金剛石膜夾具轉(zhuǎn)動，金剛石膜夾具帶著金剛石膜一起轉(zhuǎn)動，稀土金屬盤和帶 著金剛石膜的金剛石膜夾具的轉(zhuǎn)速小于或等于拋光盤的轉(zhuǎn)速，且旋轉(zhuǎn)方向與拋 光盤相反。本發(fā)明的拋光原理是拋光盤以6000r/min—60000r/min的超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，金剛石膜以較低的轉(zhuǎn)速 反方向轉(zhuǎn)動，由拋光盤與金剛石膜的相對運動產(chǎn)生的摩擦熱，使金剛石膜拋光 表面溫度迅速達到熱擴散溫度，在金剛石膜和拋光盤接觸表面形成擴散環(huán)境， 利用金剛石膜拋光表面凸點碳原子在高溫下將向鐵、鎳、高速鋼等拋光盤表面 擴散的原理，實現(xiàn)對金剛石膜的拋光目的。為提高拋光效率，設(shè)置固態(tài)稀土金屬盤與拋光盤接觸，固態(tài)稀土金屬盤也以較低的轉(zhuǎn)速反方向轉(zhuǎn)動，由拋光盤與固態(tài)稀土金屬盤的高速相對運動，在稀土金屬盤與拋光盤接觸表面達到750'C左 右的較高溫度，在該溫度下，固態(tài)稀土金屬對擴散到拋光盤表面的非金剛石碳 產(chǎn)生刻蝕作用，實現(xiàn)固態(tài)稀土金屬在線清除擴散到拋光盤表面的碳原子的目的， 使拋光過程中拋光盤表面碳的濃度始終處于較低的狀態(tài)，從而實現(xiàn)拋光過程的 持續(xù)高效進行。本發(fā)明具有拋光效率高，拋光質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點，而且由于拋光過程 中擴散環(huán)境僅在金剛石膜和拋光盤接觸表面間形成，拋光盤整體溫度低，熱變 形小，而且拋光過程不需要在真空拋光反應(yīng)室進行，也不需設(shè)置高溫?zé)峤z，設(shè) 備簡單，工作可靠。


圖1是本發(fā)明的一種實施例的工作過程示意圖。圖2是圖1的A—A視圖。
具體實施方式
實施例一稀土金屬輔助作用下的金剛石膜超高速拋光方法，采用的金剛石膜拋光機， 包括拋光盤1、稀土金屬盤2、稀土金屬盤2的軸10上端固定有傳動齒輪3，金 剛石膜夾具7的軸11上端固定有傳動齒輪6。介輪4分別與傳動齒輪3和傳動 齒輪6嚙合，介輪4的軸12與驅(qū)動電機5的輸出軸固定連接，拋光盤1的軸13 與拋光盤1的驅(qū)動電機9的輸出軸固定連接。驅(qū)動電機9安裝在拋光機的床身 上。稀土金屬盤2的下端面與拋光盤1的上端面接觸，金剛石膜8由夾具7固 定后、金剛石膜8的下端面與拋光盤1的上端面接觸。驅(qū)動電機9直接驅(qū)動拋光盤1以超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。金剛石膜8由夾具7固定， 并由夾具7帶動轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機5通過介輪4帶動傳動齒輪3、 6驅(qū)動金剛石膜 夾具7和固態(tài)稀土金屬盤2以低轉(zhuǎn)速反方向轉(zhuǎn)動。拋光過程在一般大氣環(huán)境下 進行。拋光時，拋光盤1由驅(qū)動電機9直接驅(qū)動，以10000 r/min的超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。 驅(qū)動電機5通過齒輪傳動機構(gòu)驅(qū)動金剛石膜8和固態(tài)稀土金屬盤2以40 r/min 的低轉(zhuǎn)速反方向轉(zhuǎn)動。拋光盤由鐵、鎳、高速鋼等金屬制成。由拋光盤與金剛石膜的高速相對運動而產(chǎn)生的摩擦熱，使金剛石膜拋光表面溫度迅速達到熱擴 散溫度，在金剛石膜和拋光盤接觸表面形成擴散環(huán)境，利用金剛石膜表面凸點 碳原子在高溫下將向鐵、鎳、高速鋼等金屬擴散的原理對金剛石膜表面進行拋 光。拋光時，由于拋光盤與固態(tài)稀土金屬盤的高速相對運動，在稀土金屬盤與拋光盤接觸表面達到75(TC左右的較高的溫度，固態(tài)稀土金屬對擴散到拋光盤表 面的非金剛石碳產(chǎn)生刻蝕作用，從而實現(xiàn)固態(tài)稀土金屬在線清除擴散到拋光盤 表面的碳原子的目的。該方法可實現(xiàn)金剛石膜拋光過程的持續(xù)高效進行。 實施例二實施例二與實施例一的不同之處在于拋光時，拋光盤1以30000r/imin的 超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電機5通過齒輪轉(zhuǎn)動機構(gòu)驅(qū)動金剛石膜8和固態(tài)稀土金屬 盤2以60r/imin的低轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1、稀土金屬輔助作用下的金剛石膜超高速拋光方法，采用的拋光設(shè)備為金剛石膜拋光機，其特征在于金剛石膜拋光機包括拋光盤，稀土金屬盤和金剛石膜夾具，稀土金屬盤與拋光盤接觸，金剛石膜由金剛石夾具夾同，并與拋光盤接觸，金剛石膜拋光時，拋光盤以6000r/min-60000r/min的超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時稀土金屬盤和金剛石膜夾具轉(zhuǎn)動，金剛石膜夾具帶著金剛石膜一起轉(zhuǎn)動，稀土金屬盤和帶著金剛石膜的金剛石膜夾具的轉(zhuǎn)速小于或等于拋光盤的轉(zhuǎn)速，且旋轉(zhuǎn)方向與拋光盤相反。
全文摘要
稀土金屬輔助作用下的金剛石膜超高速拋光方法，采用的拋光設(shè)備為金剛石膜拋光機，其特征在于金剛石膜拋光機包括拋光盤，稀土金屬盤和金剛石膜夾具，衡土金屬盤與拋光盤接觸，金剛石膜由金剛石夾具夾固，并與拋光盤接觸，金剛石膜拋光時，拋光盤以6000r/min-60000r/min的超高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時稀土金屬盤和金剛石膜夾具帶著金剛石膜轉(zhuǎn)動，稀土金屬盤和帶著金剛石膜的金剛石膜夾具的轉(zhuǎn)速小于或等于拋光盤的轉(zhuǎn)速，且旋轉(zhuǎn)方向與拋光盤相反。本發(fā)明具有拋光效率高，拋光質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點，而且由于拋光過程中擴散環(huán)境僅在金剛石膜和拋光盤接觸表面間形成，拋光盤整體溫度低，熱變形小，而且拋光過程不需要在真空拋光反應(yīng)室進行，也不需設(shè)置高溫?zé)峤z，設(shè)備簡單，工作可靠。
文檔編號B24B9/16GK101224553SQ20081001028
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者麗 周, 焦可如, 許立福, 黃樹濤 申請人:沈陽理工大學(xué)