CN104209879A

CN104209879A - 一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法

Info

Publication number: CN104209879A
Application number: CN201410461448.3A
Authority: CN
Inventors: 周兆忠; 冯凯萍; 邓乾发; 吕冰海; 袁巨龙
Original assignee: Quzhou University
Current assignee: Quzhou University
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: CN104209879B

Abstract

一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜，包括磨料层和衬底层，厚度为0.3～5mm。磨料层以一种可溶性高分子材料作为结合剂，一定比例的多层粒径软质微细磨料按一定规律分布涂覆于弹性的衬底基底上。小粒径磨粒即可直接参与抛光过程，又可以作为填充物质，起到支撑大颗粒的作用，降低了抛光薄膜中的树脂结合剂含量，从而有效避免了薄膜表面龟裂、崩开的问题。加工过程中采用特定的无毒无害的水性溶剂，溶解抛光薄膜表层的结合剂，降低结合剂对磨粒的把持力使其脱落，一方面可以去除表层钝化磨粒，使抛光薄膜拥有较为持久的抛光性能；另一方面，固着在抛光薄膜表面上的磨粒与脱落分散到抛光液中的磨粒对工件共同作用，可实现工件超光滑表面的高效抛光。

Description

一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法

技术领域

本发明涉及研磨/抛光领域，具体说是一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法。

背景技术

随着产品性能的不断提高，现代光电信息领域对材料的加工精度和表面质量要求愈来愈高。抛光技术一直都是超精密加工最主要的一种方法，是降低表面粗糙度、去除损伤层，获得光滑、无损伤表面的终加工手段。目前先进陶瓷加工领域所采用的传统游离磨料抛光存在加工效率低、磨粒浪费严重、抛光液处理成本高以及环境污染严重等问题，如何解决以上问题，实现先进陶瓷器件高质量、高效、绿色的抛光已经成为超精密加工领域的一项重要的课题。

固着磨料抛光技术是近年来发展的一种有望实现先进陶瓷器件高效、高质量加工的新方法。但一般的固着磨料抛光主要采用突起均布的平面抛光垫、固着磨粒突起间存在凹槽，很难用于小直径零件或非平面零件加工。现有的薄膜抛光磨具存在树脂结合剂易黏着于抛光表面等问题，无法满足先进陶瓷材料元器件的高质量批量生产的需要。因此，研发一种应用于先进陶瓷器件批量生产的高效、高质量、低成本、绿色的抛光薄膜制作方法尤为必要。

发明内容

为实现先进陶瓷器件高效、高质量、低成本、绿色抛光为目标，本发明提出了一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法。软质磨粒是指磨粒硬度低于加工件材料硬度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法，采用一种可溶性高分子材料作为软质微细磨料的结合剂，将多层粒径按一定比例分布的软质微细磨料涂覆于弹性的薄膜衬底上，形成抛光薄膜的软质磨料层，该软质磨料层包括以下组份，以下均按质量百分比计：结合剂10～30％，软质磨料50～60％，石腊乳剂1～5％，食盐3～10％，磨料改性分散剂1～5％，各组成质量百分比之和为100％；在制作抛光薄膜时，先将结合剂搅拌溶解于水中，制成胶状水溶液；再加入酸搅拌5～20分钟；接着加入软质微细磨料、石腊乳剂、食盐，搅拌5～30分钟；最后加入甲醛液，搅拌5～30分钟；要求搅拌后的浆料出微气孔泡沫，并保持一定的流动性；将搅拌好的浆料均匀平铺于薄膜衬底表面，置于恒温箱中，恒定温度50～80℃，保温时间0.5～3小时，干燥成型；

所述的作为结合剂的可溶性高分子材料为：聚乙稀醇、聚环氧乙烷、醇酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、甲阶段酚醛树脂、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的盐类，一种或几种组合；

所述的薄膜衬底材料为：聚脂纤维布、麻纤维布、无纺布、纸和布构成复合基体、碳纤维树脂材料、聚乙烯、聚丙烯、高级a-烯烃聚合物、古马隆－茚树脂、乙丙橡胶、丁烯橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、SBS热塑性弹性体、苯乙烯－丙烯腈共聚物、ABS树脂、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚醋酸乙烯脂、(甲基)丙烯酸脂类。

进一步的，软质磨料层所使用的软质磨料为：氧化铈、氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化铬、氧化铝、碳化硅的一种或几种，按一定比例配制的混合粒径磨料；所述的磨料硬度低于工件材料硬度；所述的磨料可与的工件材料发生固相反应，实现材料近无损伤高效去除。

进一步，所述的软质磨料层在加工过程中使用的抛光液为去离子水或纯水、乙醇溶剂按比例构成的。

本发明的技术构思为：以一种水溶性高分子材料，如聚乙稀醇、聚环氧乙烷、醇酸树脂等作为结合剂，多层粒径软质微细磨料，如氧化硅、氧化铈等，将按一定规律分布涂覆于弹性的衬底基底上。小粒径磨粒即可以直接参与抛光过程，又可以作为填充物质，起到支撑大颗粒的作用，降低了抛光薄膜中的树脂结合剂含量，从而有效避免了现有薄膜抛光磨具中由于树脂结合剂产生收缩等物性改变造成的薄膜表面龟裂、崩开的问题。加工过程中采用所述的抛光液溶解抛光薄膜表层的结合剂，降低结合剂对磨粒的把持力使其脱落，一方面可以去除表层钝化磨粒，露出新磨粒，实现抛光薄膜表面磨粒的自更新，使抛光薄膜拥有较为持久的抛光性能；另一方面，固着在抛光薄膜表面上的磨粒与脱落分散到抛光液中的磨粒对工件共同作用，可实现工件超光滑表面的高效抛光。同时，由于结合剂被溶解，减少了结合剂对抛光表面的污染。

同时，磨具中所使述的软质磨料在加工过程中会与陶瓷材料工件产生固相反应，实现工件材料高效去除。这是由于工件(陶瓷材料晶体)表面存在面缺陷，陶瓷材料晶体表面的原子结合能呈一定分布。因此，虽然磨料的硬度低于陶瓷材料从而使其理想晶体结合能小于陶瓷材料，但陶瓷材料表面仍有一部分原子的结合能低于磨料表面原子的结合能。当磨粒在陶瓷材料表面划过，因机械和热的作用，磨粒和陶瓷材料表面的原子相互扩散，有些磨料原子挤入陶瓷材料表层，更降低了陶瓷材料表面的结合能；当下一个磨粒划过陶瓷材料表面时，由于陶瓷材料表层原子结合能的降低，材料很容易被去除。因此，依靠软质磨料和陶瓷材料之间产生的化学机械作用实现材料的去除，其加工量级可达原子级，因而可获得极低的加工表面粗糙度。

具体实施方式

实施例1：

一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法，其结构如图1所示。软质磨料层1采用如下方法制作：以制作100克软质磨料层，称取磨料层成份质量，按质量百分比计如下：结合剂(聚乙稀醇)质量为10～25％、软质磨料为50～60％、糖醛质量为1～5％、石腊乳剂质量为1～5％、食盐质量为3～10％，磨料改性分散剂0.5～1％，各组成质量百分比之和为100％。软质磨料选用为氧化硅，粒径规格分别为300nm、100nm、40nm。质量比例为5：2：3。

制作流程：先将去离子水放入反应锅内，在搅拌下加入聚乙烯醇，加热恒温至85～95摄氏度，使聚乙烯醇全部溶解于水；加入浓度20～30％的盐酸10克，搅拌10～20分钟；再加入已配制好的磨料、糖醛，石腊乳剂、食盐，搅拌20～30分钟；再加入浓度为35～40％的甲醛液，搅拌20～30分钟。要求搅拌后的浆料出微气孔泡沫，并保持一定的流动性。

将搅拌好的浆料倒入模具中，模套内壁事先刷有一层肥皂水，底板上衬垫一块厚度为0.1～1mm的薄膜衬底2(如无纺布、聚乙烯等材料)。平铺浆料在薄膜衬底2表面，摊磨料层厚度为0.2～4mm。将摊料均匀的模具放入恒温烘箱内，恒定温度为50～80摄氏度，保温时间1～3小时。干燥，卸模。

采用上述方法制备的抛光薄膜，抛光单晶硅片，载荷为0.3MPa，磨具转速100r/Min，抛光液采用去离子水。抛光后硅片表面粗糙度最终达到10nm以下，单位时间工件材料去除率达到11微米。

实施例2：

一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法，其结构如图1所示。软质磨料层1采用如下方法：以制作100克软质磨料层，称取磨料层成份按质量百分比计如下：结合剂(醇酸树脂)质量12～20％、软质磨料质量为40～60％、糖醛质量为1～3％、石腊乳剂质量为1～5％、食盐质量为3～8％，磨料改性分散剂0.5～1％。磨料为氧化铈，粒径规格分别为50μm、15μm、5μm。质量比例为6：2：2。

制作流程：先将去离子水放入反应锅内，在搅拌下加入醇酸树脂，加热恒温至85～95摄氏度，使醇酸树脂全部溶解于水；加入浓度20～30％的盐酸10克，搅拌10～15分钟；再加入已配制好的磨料、糖醛，石腊乳剂、食盐，搅拌10～20分钟；再加入浓度为35～40％的甲醛液，搅拌15～20分钟。要求搅拌后的浆料出微气孔泡沫，并保持一定的流动性。

将搅拌好的浆料倒入模具中，模套内壁事先刷有一层肥皂水，底板上衬垫一块厚度为0.1～1mm的薄膜衬底2(如无纺布、聚乙烯等)。平铺浆料在薄膜衬底2表面，摊磨料层厚度为0.2～4mm。将摊料均匀的模具放入恒温烘箱内，恒定温度为50～80摄氏度，保温时间1～3小时。干燥，卸模。

采用上述方法制备的抛光薄膜，抛光光学玻璃，载荷为0.4MPa，磨具转速100r/Min，抛光液采用去离子水。抛光后光学镜片表面粗糙度最终达到10nm以下，工件材料去除率达到25微米/分钟。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法，其特征在于：采用一种可溶性高分子材料作为软质微细磨料的结合剂，将多层粒径按一定比例分布的软质微细磨料涂覆于弹性的薄膜衬底上，形成抛光薄膜的软质磨料层，该软质磨料层包括以下组份，以下均按质量百分比计：结合剂10～30％，软质磨料50～60％，石腊乳剂1～5％，食盐3～10％，磨料改性分散剂1～5％，各组成质量百分比之和为100％；在制作抛光薄膜时，先将结合剂搅拌溶解于水中，制成胶状水溶液；再加入酸搅拌5～20分钟；接着加入软质微细磨料、石腊乳剂、食盐，搅拌5～30分钟；最后加入甲醛液，搅拌5～30分钟；要求搅拌后的浆料出微气孔泡沫，并保持一定的流动性；将搅拌好的浆料均匀平铺于薄膜衬底表面，置于恒温箱中，恒定温度50～80℃，保温时间0.5～3小时，干燥成型；

所述作为结合剂的可溶性高分子材料为：聚乙稀醇、聚环氧乙烷、醇酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、甲阶段酚醛树脂、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸的盐类，一种或几种组合；

所述的薄膜衬底为：聚脂纤维布、麻纤维布、无纺布、纸和布构成复合基体、碳纤维树脂材料、聚乙烯、聚丙烯、高级a-烯烃聚合物、古马隆－茚树脂、乙丙橡胶、丁烯橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、SBS热塑性弹性体、苯乙烯－丙烯腈共聚物、ABS树脂、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚四氯乙烯、聚醋酸乙烯脂、(甲基)丙烯酸脂类。

2.根据权利要求1所述的一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法，其特征在于：所述软质磨料层所使用的软质磨料为：氧化铈、氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化铬、氧化铝、碳化硅的一种或几种，按一定比例配制的混合粒径磨料；所述的磨料硬度低于工件材料硬度；所述的磨料可与所述的工件材料发生固相反应，实现材料近无损伤高效去除。

3.根据权利要求1所述的一种可溶性固着软质磨料抛光薄膜制作方法，其特征在于：所述软质磨料层在加工过程中使用的抛光液为去离子水或纯水、乙醇溶剂按比例构成的。