本發(fā)明涉及研拋盤制備領(lǐng)域，更具體的說，尤其涉及一種制備梯度功能研拋盤的方法及其制備裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的利用研磨盤或研拋盤的加工方法將研磨和拋光工藝分開，使得由研磨過度到拋光時(shí)需要更換研拋盤，加工效率難以提高。同時(shí)，當(dāng)前對(duì)研磨盤或研拋盤的制備都是一次性制成圓盤，且盤面磨削性質(zhì)單一，加工很難達(dá)到所需的材料表面質(zhì)量。

過去的幾十年里，對(duì)材料的研究和發(fā)展主要集中在均勻材料上，即其整體結(jié)構(gòu)和性能并不隨空間位置而變化。隨著學(xué)科的不斷交叉發(fā)展，一種梯度功能材料的概念飛速興起。所謂的梯度功能材料，(functionallygradientmaterials，簡稱fgm)是在材料的制備過程中，選擇兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過連續(xù)地控制材料的微觀要素(包括組成、結(jié)構(gòu)和空隙在內(nèi)的形態(tài)與結(jié)合方式等)使其成分和組織都呈連續(xù)變化的新型材料。

安徽工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的sio2/ceo2復(fù)合磨料的制備及在藍(lán)寶石晶片拋光中的應(yīng)用中提出了一種采用均相沉淀法制備了sio2/ceo2復(fù)合磨料，并用于藍(lán)寶石晶片的化學(xué)機(jī)械拋光，研究結(jié)果表明，采用復(fù)合磨料拋光雖然材料去除速率略低于單一sio2磨料，但拋光后的藍(lán)寶石晶片表面質(zhì)量得到明顯的改善，能滿足藍(lán)寶石作發(fā)光二極管襯底的工藝要求。中國兵器工業(yè)第五二研究所煙臺(tái)分所研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的功能梯度材料的制備技術(shù)及其研發(fā)現(xiàn)狀中提出了功能梯度材料的研究進(jìn)展，重點(diǎn)總結(jié)了功能梯度材料的制備方法和性能評(píng)價(jià)，其中特別指出功能梯度材料的彈性模量、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)及成分在厚度方向上呈連續(xù)變化，并具有可設(shè)計(jì)性，可針對(duì)性地改變各組分材料體積含量的空間分布規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布。西安理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的增強(qiáng)鐵基梯度復(fù)合材料的原位生成及其磨粒磨損特性中提出了采用原位反應(yīng)法在ht300表面制備了碳化鉭增強(qiáng)表面梯度復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合層的微觀結(jié)構(gòu)、物相組成、顯微硬度以及磨粒磨損性能進(jìn)行了表征，從表面致密層到基體，其組織、成分、硬度分布均呈梯度變化。同時(shí)，授權(quán)公告號(hào)cn103432948b的中國發(fā)明專利一種用于軟固結(jié)磨粒群生產(chǎn)的封閉式攪拌裝置提出了一種為更好的均勻攪拌高聚物、磨料、固化劑、引發(fā)劑等混合物，保證了制備具有梯度功能研磨盤的實(shí)現(xiàn)。

這些都表明了設(shè)計(jì)一種采用梯度式分布的研拋盤對(duì)工件進(jìn)行加工是研磨拋光加工發(fā)展的必然趨勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決梯度研拋盤的制備問題，提供了一種制備梯度功能研拋盤的方法及其制備裝置，其制備效率高，制備效果好。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：一種制備梯度功能研拋盤的方法，包括如下步驟：

1)對(duì)研拋盤的表面進(jìn)行梯度劃分，將研拋盤表面劃分成多個(gè)磨粒體積比相等的梯度區(qū)域，確定研拋盤表面梯度分布中的最大磨粒體積比和最小磨粒體積比；

2)分別配制出最大磨粒體積比的磨粒混合物和最小磨粒體積比的磨?；旌衔?；將最大磨粒體積比的磨?；旌衔锓胖迷诘谝换旌涎b置中進(jìn)行充分均勻攪拌，將最小磨粒體積比的磨?；旌衔锓胖迷诘诙旌涎b置中進(jìn)行充分均勻攪拌；

3)分別通過連接第一混合裝置出料口和第二混合裝置出料口的導(dǎo)流管將混合料導(dǎo)入第三混合裝置中，并且在分別兩根導(dǎo)流管上設(shè)置用于控制第一混合裝置出料口和第二混合裝置出料口流量大小的第一流量閥和第二流量閥，通過控制兩根導(dǎo)流管上第一流量閥和第二流量閥的開口大小控制第三混合裝置中磨粒體積比；

4)首先確定第一個(gè)需要制備的梯度區(qū)域，并將該梯度區(qū)域內(nèi)的磨粒體積比換算成最大磨粒體積比的磨粒混合物和最小磨粒體積比的磨?；旌衔锏谋壤ㄟ^控制兩根導(dǎo)流管上第一流量閥和第二流量閥的開口大小控制相應(yīng)質(zhì)量的兩種磨?；旌衔镞M(jìn)入第三混合裝置中；

5)將第三混合裝置中的混合料進(jìn)行充分均勻攪拌；并在第三混合裝置的出料口下方設(shè)置制備臺(tái)，將需要制備的研拋盤的基體放置于制備臺(tái)內(nèi)，并在制備臺(tái)內(nèi)設(shè)置分別控制研拋盤在x軸向移動(dòng)、控制研拋盤在y軸向移動(dòng)和控制研拋盤的基體繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三臺(tái)電機(jī)；

6)第三混合裝置的出料口處設(shè)置有用于控制該出料口流量和流速的第三流量控制閥；第三混合裝置內(nèi)的混合料經(jīng)第三流量控制閥控制流量和流速后經(jīng)過出料口注塑到研拋盤的基體上，并按照該梯度區(qū)域的形狀分別控制三臺(tái)電機(jī)移動(dòng)，使得第三混合裝置內(nèi)的混合料均勻注塑到該梯度區(qū)域內(nèi)，從而完成該梯度區(qū)域的制備；

7)通過控制三個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)將研拋盤的基體轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)需要制備的梯度區(qū)域內(nèi)，重復(fù)步驟4～6，完成下一個(gè)梯度區(qū)域的制備；

8)重復(fù)步驟7，直至完成整個(gè)研拋盤的制備。

進(jìn)一步的，所述梯度區(qū)域?yàn)樯刃位颦h(huán)形或圓形。

進(jìn)一步的，所述磨?；旌衔锇チ?、高聚物、固化劑和引發(fā)劑。

進(jìn)一步的，三臺(tái)電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述研拋盤還沿徑向進(jìn)行梯度劃分，研拋盤底部至頂部的磨粒體積比呈梯度變化，制備時(shí)，通過步驟2～8先進(jìn)行最底層的制備，再逐層向上制備。

一種制備梯度功能研拋盤的制備裝置，包括第一混合裝置、第二混合裝置、第三混合裝置、導(dǎo)流管、第一流量閥、第二流量閥、第三流量閥、第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)、研拋盤、制備臺(tái)和控制器，所述第一混合裝置和第二混合裝置分別通過一根導(dǎo)流管連接第三混合裝置，所述第一混合裝置和第三混合裝置之間的導(dǎo)流管上設(shè)置有第一流量閥，第二混合裝置和第三混合裝置之間的導(dǎo)流管上設(shè)置有第二流量閥，所述第三混合裝置的出料口處設(shè)置有第三流量閥，所述研拋盤安裝在制備臺(tái)內(nèi)，第三混合裝置設(shè)置在研拋盤的正上方，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)均固定在制備臺(tái)上，第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)研拋盤沿x軸方向移動(dòng)，第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)研拋盤沿y軸方向移動(dòng)，第三電機(jī)驅(qū)動(dòng)研拋盤轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一流量閥、第二流量閥、第三流量閥、第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)均與控制器電連接。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制備高效，制備的研拋盤上的彈性模量呈梯度式變化，可以根據(jù)不同的彈性模量分布完成工件的研磨和拋光，也可以適應(yīng)各種不同的工件的研磨拋光，提高了加工的效率和加工質(zhì)量；研拋盤在盤的徑向和軸向呈現(xiàn)彈性模量的梯度分布，可以實(shí)現(xiàn)加工工件的按需去除要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種制備梯度功能研拋盤的裝備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-第一混合裝置、2-第二混合裝置、3-第三混合裝置、4-第一流量閥、5-第二流量閥、6-第三流量閥、7-導(dǎo)流管、8-制備臺(tái)、9-第一電機(jī)、10-第二電機(jī)、11-第三電機(jī)、12-控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種制備梯度功能研拋盤的制備裝置，包括第一混合裝置1、第二混合裝置2、第三混合裝置3、導(dǎo)流管7、第一流量閥4、第二流量閥5、第三流量閥6、第一電機(jī)9、第二電機(jī)10、第三電機(jī)11、研拋盤、制備臺(tái)8和控制器12，所述第一混合裝置1和第二混合裝置2分別通過一根導(dǎo)流管7連接第三混合裝置3，所述第一混合裝置1和第三混合裝置3之間的導(dǎo)流管7上設(shè)置有第一流量閥4，第二混合裝置2和第三混合裝置3之間的導(dǎo)流管7上設(shè)置有第二流量閥5，所述第三混合裝置3的出料口處設(shè)置有第三流量閥6，所述研拋盤安裝在制備臺(tái)8內(nèi)，第三混合裝置3設(shè)置在研拋盤的正上方，所述第一電機(jī)9、第二電機(jī)10和第三電機(jī)11均固定在制備臺(tái)8上，第一電機(jī)9驅(qū)動(dòng)研拋盤沿x軸方向移動(dòng)，第二電機(jī)10驅(qū)動(dòng)研拋盤沿y軸方向移動(dòng)，第三電機(jī)11驅(qū)動(dòng)研拋盤轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一流量閥4、第二流量閥5、第三流量閥6、第一電機(jī)9、第二電機(jī)10和第三電機(jī)11均與控制器12電連接。

運(yùn)用上述一種具有梯度功能的研拋盤的制備裝置進(jìn)行研拋盤制備的方法如下：

1)對(duì)研拋盤的表面進(jìn)行梯度劃分，將研拋盤表面劃分成多個(gè)磨粒體積比相等的梯度區(qū)域，確定研拋盤表面梯度分布中的最大磨粒體積比和最小磨粒體積比；

2)分別配制出最大磨粒體積比的磨?；旌衔锖妥钚∧チｓw積比的磨粒混合物；將最大磨粒體積比的磨粒混合物放置在第一混合裝置1中進(jìn)行充分均勻攪拌，將最小磨粒體積比的磨?；旌衔锓胖迷诘诙旌涎b置2中進(jìn)行充分均勻攪拌；

3)分別通過連接第一混合裝置1出料口和第二混合裝置2出料口的導(dǎo)流管7將混合料導(dǎo)入第三混合裝置3中，并且在分別兩根導(dǎo)流管7上設(shè)置用于控制第一混合裝置1出料口和第二混合裝置2出料口流量大小的第一流量閥4和第二流量閥5，通過控制兩根導(dǎo)流管7上第一流量閥4和第二流量閥5的開口大小控制第三混合裝置3中磨粒體積比；

4)首先確定第一個(gè)需要制備的梯度區(qū)域，并將該梯度區(qū)域內(nèi)的磨粒體積比換算成最大磨粒體積比的磨?；旌衔锖妥钚∧チｓw積比的磨?；旌衔锏谋壤?，通過控制兩根導(dǎo)流管7上第一流量閥4和第二流量閥5的開口大小控制相應(yīng)質(zhì)量的兩種磨粒混合物進(jìn)入第三混合裝置3中；

5)將第三混合裝置3中的混合料進(jìn)行充分均勻攪拌；并在第三混合裝置3的出料口下方設(shè)置制備臺(tái)8，將需要制備的研拋盤的基體放置于制備臺(tái)8內(nèi)，并在制備臺(tái)8內(nèi)設(shè)置分別控制研拋盤在x軸向移動(dòng)、控制研拋盤在y軸向移動(dòng)和控制研拋盤的基體繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的三臺(tái)電機(jī)；

6)第三混合裝置3的出料口處設(shè)置有用于控制該出料口流量和流速的第三流量控制閥；第三混合裝置3內(nèi)的混合料經(jīng)第三流量控制閥控制流量和流速后經(jīng)過出料口注塑到研拋盤的基體上，并按照該梯度區(qū)域的形狀分別控制三臺(tái)電機(jī)移動(dòng)，使得第三混合裝置3內(nèi)的混合料均勻注塑到該梯度區(qū)域內(nèi)，從而完成該梯度區(qū)域的制備；

7)通過控制三個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)將研拋盤的基體轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)需要制備的梯度區(qū)域內(nèi)，重復(fù)步驟4～6，完成下一個(gè)梯度區(qū)域的制備；

8)重復(fù)步驟7，直至完成整個(gè)研拋盤的制備。

所述梯度區(qū)域?yàn)樯刃?、環(huán)形或圓形等不同形態(tài)，不管是那種形狀，梯度區(qū)域內(nèi)制備好的粘磨層都可以直接取下，與其他磨粒體積比不同的多個(gè)梯度區(qū)域內(nèi)制備出的粘磨層組成整個(gè)研拋盤。制備時(shí)可以直接制備成一整個(gè)梯度分布的研拋盤，也可以制備成梯度區(qū)域內(nèi)的粘磨層可以取下的研拋盤，在實(shí)際使用時(shí)根據(jù)工件的加工要求將制備出的粘磨層重新組合成新的研拋盤。

梯度區(qū)域?yàn)榄h(huán)形時(shí)，制成的研拋盤在工作時(shí)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而利用環(huán)形加工待加工工件；梯度區(qū)域?yàn)樯刃螘r(shí)，扇形的研拋盤工作時(shí)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，待加工工件的裝夾裝置會(huì)帶動(dòng)待加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述磨?；旌衔锇チ！⒏呔畚?、固化劑和引發(fā)劑。

三臺(tái)電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)，能夠?qū)ρ袙伇P進(jìn)行精確的控制。

所述研拋盤還沿徑向進(jìn)行梯度劃分，研拋盤底部至頂部的磨粒體積比呈梯度變化，制備時(shí)，通過步驟2～8先進(jìn)行最底層的制備，再逐層向上制備。具體制備時(shí)，先完成整個(gè)研拋盤基體最底層的粘磨層制備，再一層一層的粘磨層堆積形成軸向梯度分布的梯度環(huán)，完成梯度徑向分布的研拋盤。

上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。