一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法
【專利摘要】一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜，包括磨料層和襯底層，厚度為0.3?5mm。磨料層以一種可溶性高分子材料作為結合劑，一定比例的多層粒徑軟質微細磨料按一定規(guī)律分布涂覆于彈性的襯底基底上。小粒徑磨粒即可直接參與拋光過程，又可以作為填充物質，起到支撐大顆粒的作用，降低了拋光薄膜中的樹脂結合劑含量，從而有效避免了薄膜表面龜裂、崩開的問題。加工過程中采用特定的無毒無害的水性溶劑，溶解拋光薄膜表層的結合劑，降低結合劑對磨粒的把持力使其脫落，一方面可以去除表層鈍化磨粒，使拋光薄膜擁有較為持久的拋光性能；另一方面，固著在拋光薄膜表面上的磨粒與脫落分散到拋光液中的磨粒對工件共同作用，可實現(xiàn)工件超光滑表面的高效拋光。
【專利說明】一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及研磨/拋光領域，具體說是一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法。

【背景技術】
[0002]隨著產品性能的不斷提高，現(xiàn)代光電信息領域對材料的加工精度和表面質量要求愈來愈高。拋光技術一直都是超精密加工最主要的一種方法，是降低表面粗糙度、去除損傷層，獲得光滑、無損傷表面的終加工手段。目前先進陶瓷加工領域所采用的傳統(tǒng)游離磨料拋光存在加工效率低、磨粒浪費嚴重、拋光液處理成本高以及環(huán)境污染嚴重等問題，如何解決以上問題，實現(xiàn)先進陶瓷器件高質量、高效、綠色的拋光已經成為超精密加工領域的一項重要的課題。
[0003]固著磨料拋光技術是近年來發(fā)展的一種有望實現(xiàn)先進陶瓷器件高效、高質量加工的新方法。但一般的固著磨料拋光主要采用突起均布的平面拋光墊、固著磨粒突起間存在凹槽，很難用于小直徑零件或非平面零件加工?，F(xiàn)有的薄膜拋光磨具存在樹脂結合劑易黏著于拋光表面等問題，無法滿足先進陶瓷材料元器件的高質量批量生產的需要。因此，研發(fā)一種應用于先進陶瓷器件批量生產的高效、高質量、低成本、綠色的拋光薄膜制作方法尤為必要。


【發(fā)明內容】

[0004]為實現(xiàn)先進陶瓷器件高效、高質量、低成本、綠色拋光為目標，本發(fā)明提出了一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法。軟質磨粒是指磨粒硬度低于加工件材料硬度。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法，采用一種可溶性高分子材料作為軟質微細磨料的結合劑，將多層粒徑按一定比例分布的軟質微細磨料涂覆于彈性的薄膜襯底上，形成拋光薄膜的軟質磨料層，該軟質磨料層包括以下組份，以下均按質量百分比計:結合劑10?30%，軟質磨料50?60%，石臘乳劑I?5%，食鹽3?10%，磨料改性分散劑I?5%，各組成質量百分比之和為100% ；在制作拋光薄膜時，先將結合劑攪拌溶解于水中，制成膠狀水溶液；再加入酸攪拌5?20分鐘；接著加入軟質微細磨料、石臘乳劑、食鹽，攪拌5?30分鐘；最后加入甲醛液，攪拌5?30分鐘；要求攪拌后的漿料出微氣孔泡沫，并保持一定的流動性；將攪拌好的漿料均勻平鋪于薄膜襯底表面，置于恒溫箱中，恒定溫度50?80°C，保溫時間0.5?3小時，干燥成型；
[0006]所述的作為結合劑的可溶性高分子材料為:聚乙稀醇、聚環(huán)氧乙烷、醇酸樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、甲階段酚醛樹脂、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的鹽類，一種或幾種組合；
[0007]所述的薄膜襯底材料為:聚脂纖維布、麻纖維布、無紡布、紙和布構成復合基體、碳纖維樹脂材料、聚乙烯、聚丙烯、高級a-烯烴聚合物、古馬隆一茚樹脂、乙丙橡膠、丁烯橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、SBS熱塑性彈性體、苯乙烯一丙烯腈共聚物、ABS樹脂、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚醋酸乙烯脂、(甲基)丙烯酸脂類。
[0008]進一步的，軟質磨料層所使用的軟質磨料為:氧化鈰、氧化硅、氧化鐵、氧化鎂、氧化鉻、氧化鋁、碳化硅的一種或幾種，按一定比例配制的混合粒徑磨料；所述的磨料硬度低于工件材料硬度；所述的磨料可與的工件材料發(fā)生固相反應，實現(xiàn)材料近無損傷高效去除。
[0009]進一步，所述的軟質磨料層在加工過程中使用的拋光液為去離子水或純水、乙醇溶劑按比例構成的。
[0010]本發(fā)明的技術構思為:以一種水溶性高分子材料，如聚乙稀醇、聚環(huán)氧乙烷、醇酸樹脂等作為結合劑，多層粒徑軟質微細磨料，如氧化硅、氧化鈰等，將按一定規(guī)律分布涂覆于彈性的襯底基底上。小粒徑磨粒即可以直接參與拋光過程，又可以作為填充物質，起到支撐大顆粒的作用，降低了拋光薄膜中的樹脂結合劑含量，從而有效避免了現(xiàn)有薄膜拋光磨具中由于樹脂結合劑產生收縮等物性改變造成的薄膜表面龜裂、崩開的問題。加工過程中采用所述的拋光液溶解拋光薄膜表層的結合劑，降低結合劑對磨粒的把持力使其脫落，一方面可以去除表層鈍化磨粒，露出新磨粒，實現(xiàn)拋光薄膜表面磨粒的自更新，使拋光薄膜擁有較為持久的拋光性能；另一方面，固著在拋光薄膜表面上的磨粒與脫落分散到拋光液中的磨粒對工件共同作用，可實現(xiàn)工件超光滑表面的高效拋光。同時，由于結合劑被溶解，減少了結合劑對拋光表面的污染。
[0011]同時，磨具中所使述的軟質磨料在加工過程中會與陶瓷材料工件產生固相反應，實現(xiàn)工件材料高效去除。這是由于工件(陶瓷材料晶體)表面存在面缺陷，陶瓷材料晶體表面的原子結合能呈一定分布。因此，雖然磨料的硬度低于陶瓷材料從而使其理想晶體結合能小于陶瓷材料，但陶瓷材料表面仍有一部分原子的結合能低于磨料表面原子的結合能。當磨粒在陶瓷材料表面劃過，因機械和熱的作用，磨粒和陶瓷材料表面的原子相互擴散，有些磨料原子擠入陶瓷材料表層，更降低了陶瓷材料表面的結合能；當下一個磨粒劃過陶瓷材料表面時，由于陶瓷材料表層原子結合能的降低，材料很容易被去除。因此，依靠軟質磨料和陶瓷材料之間產生的化學機械作用實現(xiàn)材料的去除，其加工量級可達原子級，因而可獲得極低的加工表面粗糙度。

【具體實施方式】
[0012]實施例1:
[0013]一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法，其結構如圖1所示。軟質磨料層I采用如下方法制作:以制作100克軟質磨料層，稱取磨料層成份質量，按質量百分比計如下:結合劑(聚乙稀醇)質量為10?25%、軟質磨料為50?60%、糖醛質量為I?5%、石臘乳劑質量為I?5 %、食鹽質量為3?10 %，磨料改性分散劑0.5?I %，各組成質量百分比之和為100%。軟質磨料選用為氧化硅，粒徑規(guī)格分別為300nm、100nm、40nm。質量比例為5:2:3ο
[0014]制作流程:先將去離子水放入反應鍋內，在攪拌下加入聚乙烯醇，加熱恒溫至85?95攝氏度，使聚乙烯醇全部溶解于水；加入濃度20?30%的鹽酸10克，攪拌10?20分鐘；再加入已配制好的磨料、糖醛，石臘乳劑、食鹽，攪拌20?30分鐘；再加入濃度為35?40%的甲醛液，攪拌20?30分鐘。要求攪拌后的漿料出微氣孔泡沫，并保持一定的流動性。
[0015]將攪拌好的漿料倒入模具中，模套內壁事先刷有一層肥皂水，底板上襯墊一塊厚度為0.1?Imm的薄膜襯底2 (如無紡布、聚乙烯等材料)。平鋪漿料在薄膜襯底2表面，攤磨料層厚度為0.2?4mm。將攤料均勻的模具放入恒溫烘箱內，恒定溫度為50?80攝氏度，保溫時間I?3小時。干燥，卸模。
[0016]采用上述方法制備的拋光薄膜，拋光單晶硅片，載荷為0.3MPa，磨具轉速10r/Min，拋光液采用去離子水。拋光后硅片表面粗糙度最終達到1nm以下，單位時間工件材料去除率達到11微米。
[0017]實施例2:
[0018]一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法，其結構如圖1所示。軟質磨料層I采用如下方法:以制作100克軟質磨料層，稱取磨料層成份按質量百分比計如下:結合劑(醇酸樹脂)質量12?20%、軟質磨料質量為40?60%、糖醛質量為I?3%、石臘乳劑質量為I?5%、食鹽質量為3?8%，磨料改性分散劑0.5?I %。磨料為氧化鈰，粒徑規(guī)格分別為50 μ m、15 μ m、5 μ m。質量比例為6:2:2。
[0019]制作流程:先將去離子水放入反應鍋內，在攪拌下加入醇酸樹脂，加熱恒溫至85?95攝氏度，使醇酸樹脂全部溶解于水；加入濃度20?30%的鹽酸10克，攪拌10?15分鐘；再加入已配制好的磨料、糖醛，石臘乳劑、食鹽，攪拌10?20分鐘；再加入濃度為35?40%的甲醛液，攪拌15?20分鐘。要求攪拌后的漿料出微氣孔泡沫，并保持一定的流動性。
[0020]將攪拌好的漿料倒入模具中，模套內壁事先刷有一層肥皂水，底板上襯墊一塊厚度為0.1?Imm的薄膜襯底2 (如無紡布、聚乙烯等)。平鋪漿料在薄膜襯底2表面，攤磨料層厚度為0.2?4mm。將攤料均勻的模具放入恒溫烘箱內，恒定溫度為50?80攝氏度，保溫時間I?3小時。干燥，卸模。
[0021]采用上述方法制備的拋光薄膜，拋光光學玻璃，載荷為0.4MPa，磨具轉速10r/Min，拋光液采用去離子水。拋光后光學鏡片表面粗糙度最終達到1nm以下，工件材料去除率達到25微米/分鐘。
[0022]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也包括本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法，其特征在于:采用一種可溶性高分子材料作為軟質微細磨料的結合劑，將多層粒徑按一定比例分布的軟質微細磨料涂覆于彈性的薄膜襯底上，形成拋光薄膜的軟質磨料層，該軟質磨料層包括以下組份，以下均按質量百分比計:結合劑10?30%，軟質磨料50?60%，石臘乳劑I?5%，食鹽3?10%，磨料改性分散劑I?5 %，各組成質量百分比之和為100% ;在制作拋光薄膜時，先將結合劑攪拌溶解于水中，制成膠狀水溶液；再加入酸攪拌5?20分鐘；接著加入軟質微細磨料、石臘乳齊U、食鹽，攪拌5?30分鐘；最后加入甲醛液，攪拌5?30分鐘；要求攪拌后的漿料出微氣孔泡沫，并保持一定的流動性；將攪拌好的漿料均勻平鋪于薄膜襯底表面，置于恒溫箱中，恒定溫度50?80°C，保溫時間0.5?3小時，干燥成型； 所述作為結合劑的可溶性高分子材料為:聚乙稀醇、聚環(huán)氧乙烷、醇酸樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、甲階段酚醛樹脂、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的鹽類，一種或幾種組合； 所述的薄膜襯底為:聚脂纖維布、麻纖維布、無紡布、紙和布構成復合基體、碳纖維樹脂材料、聚乙烯、聚丙烯、高級a-烯烴聚合物、古馬隆一茚樹脂、乙丙橡膠、丁烯橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、SBS熱塑性彈性體、苯乙烯一丙烯腈共聚物、ABS樹脂、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚醋酸乙烯脂、(甲基)丙烯酸脂類。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法，其特征在于:所述軟質磨料層所使用的軟質磨料為:氧化鈰、氧化硅、氧化鐵、氧化鎂、氧化鉻、氧化鋁、碳化硅的一種或幾種，按一定比例配制的混合粒徑磨料；所述的磨料硬度低于工件材料硬度；所述的磨料可與所述的工件材料發(fā)生固相反應，實現(xiàn)材料近無損傷高效去除。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種可溶性固著軟質磨料拋光薄膜制作方法，其特征在于:所述軟質磨料層在加工過程中使用的拋光液為去離子水或純水、乙醇溶劑按比例構成的。
【文檔編號】B24D18/00GK104209879SQ201410461448
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權日:2014年9月11日
【發(fā)明者】周兆忠, 馮凱萍, 鄧乾發(fā), 呂冰海, 袁巨龍 申請人:衢州學院