本發明涉及硬脆材料化學機械拋光技術領域，具體涉及一種基于凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤的制作方法。

背景技術：

傳統的化學機械拋光利用拋光墊來傳輸和均勻分布拋光液，利用拋光液的成分和被拋光材料表面發生化學反應產生比較容易去除的物質，以及拋光顆粒和被拋光表面發生物理摩擦，達到拋光的目的，但由于拋光墊是平的，只能進行平面拋光，而且拋光墊的價格較高，增加拋光成本；另一方面，拋光過程也會造成拋光液的浪費，目前普遍采用氧化鈰拋光液，氧化鈰拋光液價格較高且有毒，對環境產生污染。中國專利201110231332.7公開了一種玻璃拋光盤及其制造方法，該拋光盤原料包括磨粒、填料、樹脂、固化劑、促進劑組成，所述磨粒為氧化鋁-氧化鈰核殼復合磨粒，或氧化鋁表面滲鈰磨粒，所述填料包括導熱填料、活性填料、造孔劑組成，樹脂為不飽和聚酯樹脂，但該拋光盤組分較多，制備過程復雜。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種基于凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤的制作方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤的制作方法，具體包括以下步驟：

(1)根據所要拋光的石英玻璃圓柱面的半徑，確定所需要的凝膠基底的厚度，并確定承載凝膠基底的模具尺寸；

(2)制備凝膠樣品：配制聚乙烯醇、海藻酸鈉和二氧化硅的混合水溶液，將混合溶液倒入模具中，反復冷凍、解凍循環數次，形成凝膠，再將產生的凝膠置于氧化鈰拋光液中浸泡，最后用蒸餾水清洗；

(3)將步驟(2)制得的凝膠鋪在模具上，并用相應曲率的模具支撐，恒溫干燥至恒重，即得到石英玻璃圓柱面拋光盤。

步驟(1)所述的模具為不銹鋼模具，模具正面設有承載凝膠基底的圓弧形凹槽承載面，背面設有用于安裝連接的螺栓孔。

步驟(1)所述的凝膠基底的厚度計算公式為：l＝(r1-r2)*4.5，其中，l為凝膠基底的厚度，r1為承載凝膠基底模具的半徑，r2為所要拋光的石英玻璃圓柱面實物半徑，凝膠干燥后厚度會縮小4-5倍，因此初步確定的凝膠基底的厚度為半徑差的4-5倍，優選為4.5倍。

步驟(2)所述的聚乙烯醇、海藻酸鈉和二氧化硅的重量份比例為：60-80：20-30：5-10。混合水溶液配置時，具體方法為：將聚乙烯醇顆粒置于蒸餾水中，水浴加熱攪拌溶解，制備成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷卻至室溫備用，將海藻酸鈉粉末溶于蒸餾水中，室溫攪拌溶解，制成海藻酸鈉水溶液，在聚乙烯醇水溶液和海藻酸鈉水溶液水溶液中添加sio2，攪拌均勻，制備成混合溶液。

步驟(2)冷凍的溫度為-10至-16℃，時間為20-24h，室溫下解凍1-2h，冷凍、解凍循環次數為3-4次。

步驟(2)將凝膠置于含質量百分比為2％cacl2的氧化鈰拋光液中浸泡，時間為20-28h。

步驟(3)在溫度為37℃，濕度為10％的烘箱中恒溫干燥，干燥時間為40-50h。

干燥后得到的圓柱面拋光盤安裝于拋光機上用于石英玻璃的圓柱面拋光，拋光盤在室溫濕度在8％-12％的環境中使用為宜，不使用的情況要將拋光盤放置在濕度10％的環境中保存。

與現有技術相比，本發明基于聚乙烯醇和海藻酸鈉凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤，通過反復冷凍-解凍法和化學交聯法的復合制備，提高拋光層的強度和彈性，使圓柱面拋光層在干燥后不致出現裂紋，包裹氧化鈰拋光粉顆粒，滿足高精度拋光的要求，通過微量添加sio2提高圓柱面拋光層的厚度。利用凝膠的空間網狀結構包裹納米級氧化鈰顆粒，干燥后成圓柱面模，用來拋光石英玻璃圓柱面，滿足拋光要求且達到節約拋光磨料，減少環境污染，降低成本的目的，具有成本優勢和環保優勢。

附圖說明

圖1為本發明承載凝膠基底的模具背面結構示意圖；

圖2為本發明承載凝膠基底的模具正面結構示意圖；

圖3為本發明恒溫干燥凝膠支撐結構示意圖；

圖中：1螺栓孔，2承載面，3模具，4凝膠基底，5支撐架，6曲率模具，7升降臺

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

一種基于凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤的制作方法，具體步驟為：

(1)確定承載凝膠基底的模具尺寸，根據公式l＝(r1-r2)*4.5計算，其中，l為凝膠基底的厚度，r1為承載凝膠基底模具的半徑，r2為所要拋光的石英玻璃圓柱面實物半徑，模具為不銹鋼模具，如圖1，模具3正面設有承載凝膠基底的圓弧形凹槽承載面2，背面設有用于安裝連接的螺栓孔1。

(2)制備凝膠樣品：聚乙烯醇顆粒置于蒸餾水中，在95℃的水浴中加熱攪拌6h溶解，不斷補充蒸發減少的水分，最終制備成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷卻至室溫備用，同時取海藻酸鈉粉末溶于蒸餾水中，室溫下攪拌6h溶解，取聚乙烯醇和海藻酸鈉水溶液，并添加sio2和氧化鈰溶液在室溫下用攪拌器攪拌6h，制備成混合溶液，其中，聚乙烯醇、海藻酸鈉、二氧化硅的重量份比例為：70：25：5。

將混合溶液倒入模具中，反復冷凍、解凍循環，形成凝膠，再將凝膠置于含2％cacl2的氧化鈰拋光液中浸泡，時間為24h，最后用蒸餾水清洗，冷凍的溫度為-16℃，時間為22h，室溫下解凍2h，冷凍、解凍循環次數為4次。

(3)將步驟(2)制得的凝膠4鋪在模具3上，并用相應曲率的模具6輕壓支撐，如圖3所示，將鋪了凝膠4的模具3放置于升降臺7上，曲率模具6放置于支撐架5上，通過調節升降臺7的高度將凝膠4抵住，防止下滑，每隔半小時調整一次高度，并在溫度為37℃，濕度為10％的烘箱中恒溫干燥，干燥時間為48h，即得到石英玻璃圓柱面拋光盤，如圖2所示，凝膠基底4凝固在模具3上，得到的圓柱面拋光盤安裝于拋光機上用于石英玻璃的圓柱面拋光。

實施例2

一種基于凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤的制作方法，具體步驟為：

(1)確定承載凝膠基底的模具尺寸，根據公式l＝(r1-r2)*4.5計算，其中，l為凝膠基底的厚度，r1為承載凝膠基底模具的半徑，r2為所要拋光的石英玻璃圓柱面實物半徑，模具為不銹鋼模具，如圖1，模具3正面設有承載凝膠基底的圓弧形凹槽承載面2，背面設有用于安裝連接的螺栓孔1。

(2)制備凝膠樣品：聚乙烯醇顆粒置于蒸餾水中，在95℃的水浴中加熱攪拌6h溶解，不斷補充蒸發減少的水分，最終制備成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷卻至室溫備用，同時取海藻酸鈉粉末溶于蒸餾水中，室溫下攪拌6h溶解，取聚乙烯醇和海藻酸鈉水溶液，并添加sio2和氧化鈰溶液在室溫下用攪拌器攪拌6h，制備成混合溶液，其中，聚乙烯醇、海藻酸鈉、二氧化硅的重量份比例為：60：20：5。

將混合溶液倒入模具中，反復冷凍、解凍循環，形成凝膠，再將凝膠置于含2％cacl2的氧化鈰拋光液中浸泡，時間為20h，最后用蒸餾水清洗，冷凍的溫度為-10℃，時間為24h，室溫下解凍1h，冷凍、解凍循環次數為3次。

(3)將步驟(2)制得的凝膠4鋪在模具3上，并用相應曲率的模具6輕壓支撐，如圖3所示，將鋪了凝膠4的模具3放置于升降臺7上，曲率模具6放置于支撐架5上，通過調節升降臺7的高度將凝膠4抵住，防止下滑，每隔半小時調整一次高度，并在溫度為37℃，濕度為10％的烘箱中恒溫干燥，干燥時間為40h，即得到石英玻璃圓柱面拋光盤。

實施例3

一種基于凝膠基底的石英玻璃圓柱面拋光盤的制作方法，具體步驟為：

(1)確定承載凝膠基底的模具尺寸，根據公式l＝(r1-r2)*4.5計算，其中，l為凝膠基底的厚度，r1為承載凝膠基底模具的半徑，r2為所要拋光的石英玻璃圓柱面實物半徑，模具為不銹鋼模具，如圖1，模具3正面設有承載凝膠基底的圓弧形凹槽承載面2，背面設有用于安裝連接的螺栓孔1。

(2)制備凝膠樣品：聚乙烯醇顆粒置于蒸餾水中，在95℃的水浴中加熱攪拌6h溶解，不斷補充蒸發減少的水分，最終制備成澄清的聚乙烯醇水溶液，冷卻至室溫備用，同時取海藻酸鈉粉末溶于蒸餾水中，室溫下攪拌6h溶解，取聚乙烯醇和海藻酸鈉水溶液，并添加sio2和氧化鈰溶液在室溫下用攪拌器攪拌6h，制備成混合溶液，其中，聚乙烯醇、海藻酸鈉、二氧化硅的重量份比例為：80：30：10。

將混合溶液倒入模具中，反復冷凍、解凍循環，形成凝膠，再將凝膠置于含2％cacl2的氧化鈰拋光液中浸泡，時間為28h，最后用蒸餾水清洗，冷凍的溫度為-16℃，時間為20h，室溫下解凍2h，冷凍、解凍循環次數為4次。

(3)將步驟(2)制得的凝膠4鋪在模具3上，并用相應曲率的模具6輕壓支撐，如圖3所示，將鋪了凝膠4的模具3放置于升降臺7上，曲率模具6放置于支撐架5上，通過調節升降臺7的高度將凝膠4抵住，防止下滑，每隔半小時調整一次高度，并在溫度為37℃，濕度為10％的烘箱中恒溫干燥，干燥時間為50h，即得到石英玻璃圓柱面拋光盤。