２００７正第２８卷
１２月
硅气凝胶第４期
郑州大学学报（工学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｄｅｅ．２００７
Ｖ０１．２８ＮＯ．４
文章编号：１６７１—６８３３（２００７）０４—０１２６—０３
刘春红，李成贵，张庆荣，贾世奎
（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京１０００８３）
摘要：研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式，研究抛光液浓度、ＰＨ值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响，粗糙度的测量采用ＮＴｌｌ００干涉仪．实验结果表明：粗糙度受ＰＨ值影响比较大；试件在低浓度弱碱抛光液中，延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面，最终测得表面粗糙度为Ｒ。＝０．３７ｎｍ．
关键词：微晶玻璃；研磨抛光；粗糙度；工艺
中图分类号：ＴＱ１７１．６＋８４文献标识码：Ａ
０引言
微晶玻璃是２０世纪６０年代发展起来的新型光学材料，它又称为玻璃陶瓷．与普通玻璃的主要区别是具有结晶的结构，而与陶瓷的主要区别是，它的结晶结构要比陶瓷细得多．由于其特殊的制造工艺，最后制得的材料是非常均匀而致密的，整体在某一温度区域的膨胀系数达到或接近于零，故称这种玻璃是具有零膨胀系数的玻璃．它还有许多宝贵的特殊性能，如机械强度高、硬度及耐磨性高、重量轻、热稳定性好、介电常数高，在高频高温下介电损失系数小等．随着光学、光电子技术的发展，微晶玻璃己在很多领域得到了广泛的应用，如天文望远镜、激光陀螺系统中的反射镜基片等．由于微晶玻璃中无数微小晶粒的存在，大家都认为很难得到超光滑高质量的表面．笔者主要以微晶玻璃为研究对象，研究影响其超光滑表面粗糙度各工艺参数之间的关系，为超精密加工提供依据‘１一引、
控制器设计
１实验部分
微晶玻璃超精密加工采用浸液式定偏心锡磨盘研磨抛光方式．笔者主要研究抛光液浓度、ｐＨ值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对超光滑表面粗糙度的影响．粗糙度月ｎ取３点的平均值‘３—４１．
图１为试件抛光前用ＮＴｌｌ００轮廓仪测得的表面形貌，粗糙度值Ｒａ＝１．０５８ｎｍ
图１抛光前试件表面形貌
Ｆｉｇ．１Ｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅ
ｂｅｆｏｒｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇ
１．１抛光液ｐＨ值对表面粗糙度的影响
经过选取不同的ｐＨ值，所得试件表面的粗糙度与ｐＨ值的关系曲线如图２所示．
由图２可以看出，粗糙度受ｐＨ值影响比较大，抛光液ｐＨ值在８～８．５范围内的情况下，粗糙度值较低，容易获得高质量的表面．钻井泥浆泵
抛光中，微晶玻璃表面较活泼的Ｌｉ：０、Ａ１：０，与抛光液中Ｈ：０的结合，电离出微量的ＯＨ
一，抛光中摩擦产生的局部高温，促进酸性溶液中Ｈ＋与ＯＨ一的结合，进而促进Ｌｉ：０、Ａ１：０，和Ｈ：０进一步结合，大量的Ｌｉ＋、Ａｌ“形成并进入溶液，所以酸性环境抛光腐蚀占主体，粗糙度受影响，碱性溶液抑制了ＯＨ一的电离，腐蚀很小，主要靠处于
收稿日期：２００６—０９—１２；修订日期：２００７—０９～２９
基金项目：北京市自然基金资助项目（３０５２０１２）
作者简介：刘春红（１９８２一），女，黑龙江鹤岗人，北京航空航天大学硕士研究生，主要从事超光滑表面完整性方面的
研究工作．
第４期刘春红等微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究１２７
工件与锡盘之间的胶体ＳｉＯ：对表面凸起部分的轻擦和凸起表面的塑性流动来改善．所以，碱性溶液能获得较好的表面．但是，ｐＨ值过大，抛光液中ＯＨ一增多，同样会增加工件表面的腐蚀，导致表面质量变差阻６｜．
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图２表面租糙度值与ＰＨ值的关系曲线
Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅ
ｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄＰＨｖａｌｕｅ
１．２抛光液浓度对表面粗糙度的影响
经选取不同的抛光液浓度，所得试件表面粗糙度与抛光液浓度的关系曲线如图３所示．
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图３表面粗糙度与抛光液浓度的关系曲线Ｆｉｇ．３Ｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓａｎｄ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｏｆｐｏｌｉｓｈｉｎｇｆｌｕｉｄ
由图３可以看出，抛光液浓度越高，粗糙度值就越大．这是因为抛光液浓度高，磨料粒子与微晶玻璃表面原子之间的扩散速度快．浓度高，工件表面材料被磨料粒子擦除的概率大，这无疑增加微晶玻璃表面材料的去除量．由理论分析知，工件表面各点相对锡磨盘运动轨迹长度有差异，当去除量增加时，工件表面各点材料去除差异增加，这自然就影响了表面粗糙度＂１．
１．３磨盘转速对表面粗糙度的影响
经选取不同的磨盘转速，所得的试件表面粗糙度与转速的关系如图４所示．
由图４中所示转速在４５～５５ｒ／ｍｉｎ范围内粗糙度值较低，太高不利于获得超光滑表面．转速高时，胶体ＳｉＯ，粒子动能增加，故与微晶玻璃表面原子之间碰撞、扩散成功的概率增加；而且磨料粒子在单位时间滑过工件表面的次数增加，表面活泼原子、化学反应物被擦除的速度增加，这些都增加微晶玻璃表面材料去除量，提高抛光效率，但由于表面各点去除差异随之增加，获得的表面粗糙
度精度低¨１．
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图４表面粗糙度与转速的关系
Ｆｉｇ．４Ｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
ａｎｄｒｏｔａｔｅｓｐｅｅｄ
１．４抛光时间对表面粗糙度的影响
经不同的抛光时间，所得试件表面粗糙度与时间的关系曲线如图５所示
ｇ
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图５表面租糙度与时间的关系曲线
Ｆｉｇ．５Ｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ
ａｎｄｐｏｌｉｓｈｉｎｇｔｉｍｅ
随着研磨时间延长，微晶玻璃表面粗糙度精度逐渐提高，抛光时间在４～４．５ｈ范围内，曲线趋于水平状态，说明抛光时间达到４ｈ以后，粗糙度值趋于稳定，如图５所示．随着时间延长，正是锡盘通过磨料对微晶玻璃表面修整的过程．工件与锡盘之间的抛光液层在压力作用下具有刚性，当其滑过微晶玻璃表面时，凸起部分首先被擦除．抛光初始，微晶玻璃与锡盘接触面积小，压强大，去除率高，由于化学作用形成的表层化合物被去除得快，新表层不断暴露；随着抛光的进行，两者
１２８
郑州大学学报（工学版）
２００７钜
之间接触面积增大，压力小，工件与锡盘之间的抛光液变少，擦划减少；随抛光液中微晶玻璃组成元素浓度的增加，扩散速度减慢，去除率降低∽。１…．若抛光时间太短，微晶玻璃表层材料的去除还没有完全改变其初始变质层，表面精度仍然低；随着时间延长，表面精度终将趋于某一稳定值，表面质量改善效果不明显．时间太长，锡盘本身的磨损、完美表面被腐蚀等将会影响抛光精度．
根据以上分析，选取最优实验方案后对试件进行加工，用ＮＴｌｌ００轮廓仪测得的表面形貌如图６
所示．最终获得微晶玻璃表面粗糙度为Ｒａ＝
０．３７ａｍ．
图６调整实验方案后测得的表面形貌
Ｆｉｇ．６
Ｓｕｒｆａｃｅｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅａｆｔｅｒ
ａｄｊｕｓｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ
２
结论
（１）粗糙度受ｐＨ值影响比较大．抛光液ｐＨ
值在８～８．５范围内的情况下，粗糙度值较低，容易获得高质量的表面，
（２）抛光液浓度越高，粗糙度值越大，不利于获得高质量的表面．
（３）转速在４５～５０ｒ／ｍｉｎ范围内，粗糙度值较低，转速太高不利于获得超光滑表面．
（４）随着抛光时间的延长，微晶玻璃表面粗糙度值逐渐降低，但时间太长影响抛光效率和抛光精度，所以，抛光时间选择在４～４．５ｈ范围内为宜．
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ｓｕｐｅｒ
ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅ
ｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｃｅｒａｍｉｃｇｌａｓｓ
ｗａｓ
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ｔｙｉｓ
ｓｅｃｕｒｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｈｏｉｃｅｏｆｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒ，ｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆＲａｉｓ０．３７ｒｉｍ．
萝卜红素Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｒａｍｉｃｇｌａｓｓ；ｌａｐｐｉｎｇａｎｄ
ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究
防护服生产线设备
作者：刘春红， 李成贵， 张庆荣， 贾世奎， LIU Chun-hong， LI Cheng-gui， ZHANG Qing-rong， JIA Shi-kui
作者单位：北京航空航天大学，仪器科学与光电工程学院，北京,100083
刊名：
视频浪涌保护器
郑州大学学报（工学版）
英文刊名：JOURNAL OF ZHENGZHOU UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENCE)
年，卷(期)：2007,28(4)
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引用本文格式：刘春红.李成贵.张庆荣.贾世奎.LIU Chun-hong.LI Cheng-gui.ZHANG Qing-rong.JIA Shi-kui微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究[期刊论文]-郑州大学学报（工学版） 2007(4)
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