專利名稱：離子源及使用所述離子源的模具拋光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種離子源以及使用所述離子源的模具拋光裝置。
背景技術：
用模具進行大規(guī)模生產(chǎn)具有成本低，加工精度高等優(yōu)點，因此模具在產(chǎn)業(yè)上應用廣泛。為獲得表面平滑、尺寸精度高的工件，要求模具具有光滑的表面，因此模具制造出一定形狀后需進行拋光。
由于具體的產(chǎn)品或部件具有各種復雜形狀或微結(jié)構(gòu)，相應的模具表面也具有對應的形狀及微結(jié)構(gòu)，對于這些復雜形狀或微結(jié)構(gòu)，無法進行機械拋光，可替代的拋光方法包括放電加工(Electrical Discharge Machining，EDM)。EDM法拋光具有較高的加工靈活度，可對復雜結(jié)構(gòu)進行拋光。
然而利用EDM法進行拋光所獲得的表面粗糙度仍然較高，其中心線平均表面粗糙度(Ra)大于1微米(μm)。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種離子源；及一種采用所述離子源，可獲得更平滑表面的模具拋光裝置。
一種離子源，其包括一腔體及設置在所述腔體中的一陰極燈絲、一陰極、一屏極、一加速極及一可調(diào)屏極，所述陰極靠近所述陰極燈絲設置，所述屏極、加速極及可調(diào)屏極依次遠離所述陰極設置，且其上的電位依次降低，所述可調(diào)屏極包括一通孔，所述通孔大小及形狀可調(diào)，從而可利用所述通孔調(diào)節(jié)射出的離子束截面大小及形狀。
一種模具拋光裝置，其包括一離子源，所述離子源用于發(fā)射進行拋光的離子束，所述離子源包括一腔體及設置在所述腔體中的一陰極燈絲、一陰極、一屏極、一加速極及一可調(diào)屏極，所述陰極靠近所述陰極燈絲設置，所述屏極、加速極及可調(diào)屏極依次遠離所述陰極設置，所述可調(diào)屏極包括一通孔，所述通孔大小及形狀可調(diào)，從而可利用所述通孔調(diào)節(jié)射出的離子束截面大小及形狀。
所述離子源中利用所述通孔可調(diào)節(jié)所述離子源射出的離子束截面形狀及大小。所述的模具拋光裝置利用所述離子源發(fā)射出的離子束進行拋光，可根據(jù)待拋光基底表面結(jié)構(gòu)改變離子束截面形狀及大小，可實現(xiàn)更加精細的拋光，最終可獲得中心線平均表面粗糙度處于0.2～1納米的平滑表面。

圖1是本實施例離子源結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2是本實施例使用的電漿橋式中和器示意圖。
圖3是本實施例的模具拋光裝置示意圖。
圖4是本實施例的模具拋光裝置示意圖。
圖5是采用上述實施例的模具拋光裝置進行拋光的方法流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例進行詳細說明。
參閱圖1，本實施例的模具拋光裝置100包括一離子源1，離子源1包括一腔體10及設置在腔體10中的陰極燈絲11、電磁線圈12、陰極13、陰極遮蔽14、屏極15、加速極16、可調(diào)屏極17及中和器18。
腔體10底部包括一氣體入口101，腔體10外殼的材質(zhì)可為石英。氣體入口101用于導入放電氣體，放電氣體可為惰性氣體，如氦氣、氖氣、氬氣或氪氣。
陰極燈絲11設置在所述電磁線圈12環(huán)形中心，其可為鎢絲或鉭絲，其中通以電流時可發(fā)射出電子111，電子111在電磁線圈12產(chǎn)生的磁場內(nèi)作螺旋式前進，與腔體10內(nèi)的氣體分子112碰撞后使氣體分子112電離，產(chǎn)生正離子113，正離子113亦會碰撞氣體分子112使其電離。陰極13為錐形，其包括一陰極通孔131，陰極13可靠近陰極燈絲12設置，本實施例中陰極13錐形底端扣在所述電磁線圈12上，其上施加有比陰極燈絲11低的電壓，從電磁線圈12內(nèi)電離出的正離子113及部分電子111均經(jīng)過陰極通孔131射出。
正離子113通過陰極通孔131后，會繼續(xù)電離氣體分子112，為防止陰極受正離子113的轟擊，陰極13上設有一陰極遮蔽14，陰極遮蔽14的材質(zhì)可為氧化鋁、氧化鎂或二氧化硅。
屏極15上施加有比陰極13上更低的電壓，因此正離子113均被屏極15吸引，當正離子113運動至屏極15處時，一部分碰撞到屏極15上，一部分動能較大且對準設在屏極15上的屏極通孔151的正離子向加速極16運動。加速極16的電壓比屏極15進一步降低，正離子113被進一步加速。加速極16上亦設有加速極通孔161，且加速極通孔161與屏極通孔151相對應，以便正離子113通過，若正離子113動能不足，即使通過屏極15，亦會被加速極16吸引，因此加速極16亦起到篩選作用，使發(fā)射出的離子束具有較高的速度，因此具有較強的拋光能力。
通過加速極16后，正離子113即向可調(diào)屏極17運動，可調(diào)屏極17上可施加較加速極16更低的電壓，以進一步加速正離子113。可調(diào)屏極17上包括一通孔171。本實施例中采用兩活動擋板172調(diào)節(jié)通孔171的大小。還可更換具有不同大小或形狀通孔171的可調(diào)屏極17。
通孔171的大小及形狀可調(diào)，從而可以利用通孔171調(diào)節(jié)最終射出的離子束的截面形狀及大小，可實現(xiàn)更加精確的拋光。當表面僅某較小區(qū)域需進行進一步拋光，可調(diào)節(jié)離子束使其截面變小，以防止離子束對除所述較小區(qū)域外部分待拋光基底的損傷。當需要進行精細拋光時，可調(diào)大離子束射出面積，使離子束更分散，拋光更均勻。
中和器18用于中和離子源發(fā)射出的正離子束。利用正離子束進行拋光時，正離子束轟擊待拋光基底表面，基底表面原子被轟擊射出，正離子束中的正電荷轉(zhuǎn)移到基底表面，其可形成一電場，阻礙后續(xù)拋光的順利進行，采用中和器18中和離子源1發(fā)射出的正離子束，可改善正離子束的拋光性能。中和器18可為熱絲式，熱絲式中和器可采用鎢絲或鉭絲發(fā)射電子以中和自通孔171發(fā)射出的正離子束。
參閱圖2，此處中和器18還可用等離子體橋式中和器(Plasma BridgeNeutralizer，PBN)代替。等離子體橋式中和器包括銅圈181、瓷杯182、離子收集杯183、電子引出電極184及阻隔器185。銅圈181中施加13.56百萬赫茲的射頻電源，將電磁波耦合導入瓷杯182中以產(chǎn)生等離子體；離子收集杯183緊貼瓷杯182，其上施加一負偏壓以吸收正離子；電子引出電極184上施加正偏壓以引出電子；阻隔器185用于防止電能外漏，放電氣體由此輸入，其一般為氬氣。
采用本實施例的模具拋光裝置進行拋光，最終所得的模具的Ra可至0.2納米～1納米。
離子源1還可為其它類型的，如射頻離子源或微波離子源，其柵極可采用與本實施例相同的結(jié)構(gòu)。
上述實施例所述模具的拋光裝置可利用離子束進行拋光，以下將結(jié)合實施例說明一種具有拋光品質(zhì)檢測及反饋系統(tǒng)的模具拋光裝置。
參閱圖3，本實施例的模具拋光裝置200包括底座21、離子源22、檢測系統(tǒng)23及控制系統(tǒng)24。底座21用于安裝離子源22，且底座21可帶動離子源22移動以對準待拋光基底表面，控制系統(tǒng)24用于控制底座21；離子源22可為上述實施例中所述的離子源。
根據(jù)不同檢測精度的需求，檢測系統(tǒng)23可為多種形式，微米級的粗糙度，檢測系統(tǒng)23可采用菲索(Fizeau)干涉儀。更精確一點的檢測系統(tǒng)23可采用偏振光干涉式或諾瑪斯基(Nomarshi)顯微鏡，其能測量到的精確度受限于測量光波波長λ，分辨率為1.22λ。若要檢測更微細的粗糙度可用等色序條紋(Fringes of Equal Chromatic Order)干涉儀，其是結(jié)合多光束干涉儀與光譜儀的組合，精確度可至1納米(nm)以下。
根據(jù)檢測系統(tǒng)23檢測到的基底表面粗糙度，控制系統(tǒng)24可決定是否繼續(xù)進行拋光，直至基底表面粗糙度滿足要求。
本實施例中采用一檢測系統(tǒng)23檢測待拋光基底表面粗糙度，控制系統(tǒng)24根據(jù)檢測到的粗糙度進行拋光動作，可實現(xiàn)拋光過程的自動進行。
參閱圖4，相對于模具拋光裝置200，本實施例的模具拋光裝置300還包括一存儲器35及一輸入裝置36，存儲器35用于存儲待拋光基底表面結(jié)構(gòu)信息，如長度、寬度及表面微結(jié)構(gòu)信息，輸入裝置36用于向存儲器35中輸入上述表面結(jié)構(gòu)信息。
參閱圖5，使用上述實施例的模具拋光裝置300對模具表面進行拋光的方法包括以下步驟步驟1，提供一待拋光模具。此處的模具可為各種材質(zhì)，如帶有鎳磷鍍層的不銹鋼，不銹鋼、合金鋼、陶瓷如碳化鎢或碳化硅、玻璃或玻璃陶瓷。
步驟2，利用輸入裝置36將待拋光模具表面結(jié)構(gòu)信息輸入到存儲器35內(nèi)。
步驟3，利用控制系統(tǒng)34，根據(jù)存儲器35存儲的模具表面結(jié)構(gòu)信息控制離子源32對所述待拋光模具表面進行拋光。
拋光過程中，檢測系統(tǒng)33檢測待拋光基底表面粗糙度，控制系統(tǒng)24根據(jù)檢測到的粗糙度進行拋光動作，直至所述待拋光模具表面粗糙度滿足要求。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化。當然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種離子源，其包括一腔體及設置在所述腔體中的一陰極燈絲、一陰極、一屏極、一加速極及一可調(diào)屏極，所述陰極靠近所述陰極燈絲設置，所述屏極、加速極及可調(diào)屏極依次遠離所述陰極設置，且其上的電位依次降低，所述可調(diào)屏極包括一通孔，所述通孔大小及形狀可調(diào)，從而可利用所述通孔調(diào)節(jié)射出的離子束截面大小及形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的離子源，其特征在于所述陰極上設置有一陰極遮蔽，所述陰極遮蔽用于防止所述陰極受正離子損傷，所述陰極遮蔽的材質(zhì)為氧化鋁、氧化鎂或二氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的模具拋光裝置，其特征在于所述離子源包括一正離子中和裝置，用于發(fā)射電子以中和所述離子源發(fā)射出的離子束。
4.如權(quán)利要求3所述的模具拋光裝置，其特征在于所述正離子中和裝置為熱絲式中和器或等離子體橋式中和器。
5.一種模具拋光裝置，其包括一離子源，所述離子源用于發(fā)射進行拋光的離子束，所述離子源包括一腔體及設置于所述腔體中的一陰極燈絲、一陰極、一屏極、一加速極及一可調(diào)屏極，所述陰極靠近所述陰極燈絲設置，所述屏極、加速極及可調(diào)屏極依次遠離所述陰極設置，所述可調(diào)屏極包括一通孔，所述通孔大小及形狀可調(diào)，從而可利用所述通孔調(diào)節(jié)射出的離子束截面大小及形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的模具拋光裝置，其特征在于所述陰極上設置有一陰極遮蔽，所述陰極遮蔽用于防止所述陰極受正離子損傷，所述陰極遮蔽的材質(zhì)為氧化鋁、氧化鎂或二氧化硅。
7.如權(quán)利要求5所述的模具拋光裝置，其特征在于所述離子源為射頻離子源或微波離子源。
8.如權(quán)利要求5所述的模具拋光裝置，其特征在于所述離子源包括一正離子中和裝置，用于發(fā)射電子以中和所述離子源發(fā)射出的離子束。
9.如權(quán)利要求8所述的模具拋光裝置，其特征在于所述正離子中和裝置為熱絲式中和器或等離子體橋式中和器。
10.如權(quán)利要求6所述的模具拋光裝置，其特征在于進一步包括一檢測系統(tǒng)及一控制系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)用于檢測待拋光基底表面粗糙度，所述控制系統(tǒng)根據(jù)檢測到的粗糙度進行拋光動作。
11.如權(quán)利要求10所述的模具拋光裝置，其特征在于所述表面粗糙度檢系統(tǒng)包括菲索干涉儀、偏振光干涉式顯微鏡、諾瑪斯基顯微鏡或等色序條紋干涉儀。
12.如權(quán)利要求10所述的模具拋光裝置，其特征在于所述模具的拋光裝置包括一存儲器，用于存儲待拋光模具表面結(jié)構(gòu)信息。
13.如權(quán)利要求12所述的模具拋光裝置，其特征在于所述表面結(jié)構(gòu)信息包括長度、寬度及表面微結(jié)構(gòu)信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子源及使用所述離子源的模具拋光裝置。所述模具拋光裝置包括一離子源，所述離子源用于發(fā)射進行拋光的離子束，所述離子源包括一腔體及設置于所述腔體中的一陰極燈絲、一陰極、一屏極、一加速極及一可調(diào)屏極，所述陰極靠近所述陰極燈絲設置，所述屏極、加速極及可調(diào)屏極依次遠離所述陰極設置，所述可調(diào)屏極包括一通孔，所述通孔大小及形狀可調(diào)，從而可利用所述通孔調(diào)節(jié)射出的離子束截面大小及形狀。利用本明的模具拋光裝置，可獲得中心線平均表面粗糙度處于0.2～1納米的平滑表面。
文檔編號H01J27/02GK1983504SQ20051012069
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司