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
技術領域：
本發明屬于超硬材料拋光技術，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。
技術背景金剛石膜是由化學氣相沉積技術沉積的純金剛石多晶膜，具有高的硬度、耐磨性、優良的電絕緣性、導熱性、透光性和聲學特性，被視為21世紀最有發 展前途的新材料，在眾多高新技術領域和國防尖端技術領域展示了很好的應用 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 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。因此其工業應用 必須經過研磨拋光加工。由于金剛石膜硬度極高，傳統的機械研磨拋光方法效 率極低。目前國內外開發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，不適宜工業化生產；稀土金屬刻蝕 拋光利用活性稀土金屬(如La、 Ce等)在液態能夠大量溶解金剛石(碳)而 對金剛石膜進行拋光，效率較高，但拋光表面質量較低，液態稀土金屬容易對 金剛石膜邊緣產生過蝕，因此該技術多用于金剛石膜的粗加工和金剛石膜的快 速減?。粺徼F板拋光方法拋光表面質量好、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，而且設備運 行復雜，拋光成本高。我們在2007年獲得批準的發明專利"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的高轉速轉動，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生的摩擦熱和對拋光盤底面低溫加熱相結合的方法，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 拋光盤溫度高、熱變形大的問題。但熱鐵板拋光技術和我們開發的"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室進行； 為保證拋光速率，在真空拋光反應室設置高溫熱絲，拋光過程中需向真空拋光 反應室通入氫氣，由高溫熱絲活化氫氣形成原子態氫，以清除擴散到拋光盤表 面的碳。設備復雜，成本高，而且高溫熱絲使運行可靠性下降，熱輻射使拋光 盤產生的熱變形不均勻。 發明內容本發明的目的是針對熱鐵板拋光技術和我們開發的"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，特別是需設置高溫熱絲活化氫氣形成 原子態氫，以清除擴散到拋光盤表面的碳，使拋光盤產生的熱變形較大且不均勻，設備復雜，運行可靠性下降等問題，提供一種結構簡單、拋光質量好、牛: 產效率高、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的超高轉速轉動，同時稀土金屬盤 和金剛石膜夾具轉動，金剛石膜夾具帶著金剛石膜一起轉動，稀土金屬盤和帶 著金剛石膜的金剛石膜夾具的轉速小于或等于拋光盤的轉速，且旋轉方向與拋 光盤相反。本發明的拋光原理是拋光盤以6000r/min—60000r/min的超高轉速轉動，金剛石膜以較低的轉速 反方向轉動，由拋光盤與金剛石膜的相對運動產生的摩擦熱，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，實現對金剛石膜的拋光目的。為提高拋光效率，設置固態稀土金屬盤與拋光盤接觸，固態稀土金屬盤也以較低的轉速反方向轉動，由拋光盤與固態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，固態稀土金屬對擴散到拋光盤表面的非金剛石碳 產生刻蝕作用，實現固態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，從而實現拋光過程的 持續高效進行。本發明具有拋光效率高，拋光質量好、成本低等優點，而且由于拋光過程 中擴散環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室進行，也不需設置高溫熱絲，設 備簡單，工作可靠。


圖1是本發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的驅動電機9的輸出軸固定連接。驅動電機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。驅動電機9直接驅動拋光盤1以超高轉速轉動。金剛石膜8由夾具7固定， 并由夾具7帶動轉動。驅動電機5通過介輪4帶動傳動齒輪3、 6驅動金剛石膜 夾具7和固態稀土金屬盤2以低轉速反方向轉動。拋光過程在一般大氣環境下 進行。拋光時，拋光盤1由驅動電機9直接驅動，以10000 r/min的超高轉速轉動。 驅動電機5通過齒輪傳動機構驅動金剛石膜8和固態稀土金屬盤2以40 r/min 的低轉速反方向轉動。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，固態稀土金屬對擴散到拋光盤表 面的非金剛石碳產生刻蝕作用，從而實現固態稀土金屬在線清除擴散到拋光盤 表面的碳原子的目的。該方法可實現金剛石膜拋光過程的持續高效進行。 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 超高轉速轉動，驅動電機5通過齒輪轉動機構驅動金剛石膜8和固態稀土金屬 盤2以60r/imin的低轉速反向轉動。
權利要求
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的超高轉速轉動，同時稀土金屬盤和金剛石膜夾具轉動，金剛石膜夾具帶著金剛石膜一起轉動，稀土金屬盤和帶著金剛石膜的金剛石膜夾具的轉速小于或等于拋光盤的轉速，且旋轉方向與拋光盤相反。
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的超高轉速轉動，同時稀土金屬盤和金剛石膜夾具帶著金剛石膜轉動，稀土金屬盤和帶著金剛石膜的金剛石膜夾具的轉速小于或等于拋光盤的轉速，且旋轉方向與拋光盤相反。本發明具有拋光效率高，拋光質量好、成本低等優點，而且由于拋光過程中擴散環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室進行，也不需設置高溫熱絲，設備簡單，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 優先權日2008年1月30日
發明者麗 周, 焦可如, 許立福, 黃樹濤 申請人:沈陽理工大學