稀土金属辅助作用下的金刚石膜超高速抛光方法

摘要

稀土金属辅助作用下的金刚石膜超高速抛光方法，采用的抛光设备为金刚石膜抛光机，其特征在于金刚石膜抛光机包括抛光盘，稀土金属盘和金刚石膜夹具，衡土金属盘与抛光盘接触，金刚石膜由金刚石夹具夹固，并与抛光盘接触，金刚石膜抛光时，抛光盘以6000r/min－60000r/min的超高转速转动，同时稀土金属盘和金刚石膜夹具带着金刚石膜转动，稀土金属盘和带着金刚石膜的金刚石膜夹具的转速小于或等于抛光盘的转速，且旋转方向与抛光盘相反。本发明具有抛光效率高，抛光质量好、成本低等优点，而且由于抛光过程中扩散环境仅在金刚石膜和抛光盘接触表面间形成，抛光盘整体温度低，热变形小，而且抛光过程不需要在真空抛光反应室进行，也不需设置高温热丝，设备简单，工作可靠。

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料抛光技术，特别涉及一种稀土金属辅助作用下的金刚石膜超高速抛光方法。

背景技术

金刚石膜是由化学气相沉积技术沉积的纯金刚石多晶膜，具有高的硬度、耐磨性、优良的电绝缘性、导热性、透光性和声学特性，被视为21世纪最有发展前途的新材料，在众多高新技术领域和国防尖端技术领域展示了很好的应用前景，如高功率激光二极管阵列及高功率电子器件封装用的高效热沉、强激光窗口、红外热成像装置窗口、高功率微波窗口、X射线窗口、及用于通讯系统的金刚石膜声表面波器件等。由于金刚石膜本身是多晶膜，晶粒粗大，表面粗糙，而且由于沉积过程的不均匀性，金刚石膜表面凹凸不平。因此其工业应用必须经过研磨抛光加工。由于金刚石膜硬度极高，传统的机械研磨抛光方法效率极低。目前国内外开发研究了一些新的抛光方法，但都存在着许多问题和不足。如：激光束扫描抛光效率较高，但抛光表面质量较低，表面易残留石墨，难以对大面积金刚石膜进行精密抛光，只能进行金刚石膜的粗加工；离子束刻蚀抛光表面质量较高，但由于受离子束和离子腔尺寸的限制，抛光金刚石膜的尺寸不能太大，而且效率太低，成本太高，不适宜工业化生产；稀土金属刻蚀抛光利用活性稀土金属(如：La、Ce等)在液态能够大量溶解金刚石(碳)而对金刚石膜进行抛光，效率较高，但抛光表面质量较低，液态稀土金属容易对金刚石膜边缘产生过蚀，因此该技术多用于金刚石膜的粗加工和金刚石膜的快速减薄；热铁板抛光方法抛光表面质量好、效率较高，但是热铁板抛光采用大功率电阻丝加热抛光盘到800～9000℃，抛光盘温度高、热变形大，而且设备运行复杂，抛光成本高。我们在2007年获得批准的发明专利“金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法”，提出抛光盘以3000～6000r/min的高转速转动，同时在抛光盘底面用电磁加热盘对抛光盘进行低温加热，由抛光盘与金刚石膜的高速相对运动而产生的摩擦热和对抛光盘底面低温加热相结合的方法，使金刚石膜抛光表面温度迅速达到热扩散温度，利用金刚石膜表面凸点碳原子在高温下将向铁、镍等金属扩散的原理对金刚石膜表面进行抛光，解决了热铁板抛光技术抛光盘温度高、热变形大的问题。但热铁板抛光技术和我们开发的“金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法”的共同问题是：抛光必须在真空抛光反应室进行；为保证抛光速率，在真空抛光反应室设置高温热丝，抛光过程中需向真空抛光反应室通入氢气，由高温热丝活化氢气形成原子态氢，以清除扩散到抛光盘表面的碳。设备复杂，成本高，而且高温热丝使运行可靠性下降，热辐射使抛光盘产生的热变形不均匀。

发明内容

本发明的目的是针对热铁板抛光技术和我们开发的“金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法”在对金刚石膜进行抛光时必须在真空抛光反应室进行，抛光盘需整体加热或在抛光盘底面低温加热，特别是需设置高温热丝活化氢气形成原子态氢，以清除扩散到抛光盘表面的碳，使抛光盘产生的热变形较大且不均匀，设备复杂，运行可靠性下降等问题，提供一种结构简单、抛光质量好、生产效率高、成本低的在稀土金属辅助作用下的金刚石膜超高速抛光方法。

采用的技术方案是：

稀土金属辅助作用下的金刚石膜超高速抛光方法，采用的抛光设备为金刚石膜抛光机，金刚石膜抛光机包括抛光盘，稀土金属盘和金刚石膜夹具，稀上金属盘与抛光盘接触，金刚石膜由金刚石夹具夹固，并与抛光盘接触。金刚石膜抛光时，抛光盘以6000r/min-60000r/min的超高转速转动，同时稀土金属盘和金刚石膜夹具转动，金刚石膜夹具带着金刚石膜一起转动，稀土金属盘和带着金刚石膜的金刚石膜夹具的转速小于或等于抛光盘的转速，且旋转方向与抛光盘相反。

本发明的抛光原理是：

抛光盘以6000r/min-60000r/min的超高转速转动，金刚石膜以较低的转速反方向转动，由抛光盘与金刚石膜的相对运动产生的摩擦热，使金刚石膜抛光表面温度迅速达到热扩散温度，在金刚石膜和抛光盘接触表面形成扩散环境，利用金刚石膜抛光表面凸点碳原子在高温下将向铁、镍、高速钢等抛光盘表面扩散的原理，实现对金刚石膜的抛光目的。为提高抛光效率，设置固态稀土金属盘与抛光盘接触，固态稀土金属盘也以较低的转速反方向转动，由抛光盘与固态稀土金属盘的高速相对运动，在稀土金属盘与抛光盘接触表面达到750℃左右的较高温度，在该温度下，固态稀土金属对扩散到抛光盘表面的非金刚石碳产生刻蚀作用，实现固态稀土金属在线清除扩散到抛光盘表面的碳原子的目的，使抛光过程中抛光盘表面碳的浓度始终处于较低的状态，从而实现抛光过程的持续高效进行。

本发明具有抛光效率高，抛光质量好、成本低等优点，而且由于抛光过程中扩散环境仅在金刚石膜和抛光盘接触表面间形成，抛光盘整体温度低，热变形小，而且抛光过程不需要在真空抛光反应室进行，也不需设置高温热丝，设备简单，工作可靠。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的工作过程示意图。

图2是图1的A-A视图。

具体实施方式

实施例一

稀土金属辅助作用下的金刚石膜超高速抛光方法，采用的金刚石膜抛光机，包括抛光盘1、稀土金属盘2、稀土金属盘2的轴10上端固定有传动齿轮3，金刚石膜夹具7的轴11上端固定有传动齿轮6。介轮4分别与传动齿轮3和传动齿轮6啮合，介轮4的轴12与驱动电机5的输出轴固定连接，抛光盘1的轴13与抛光盘1的驱动电机9的输出轴固定连接。驱动电机9安装在抛光机的床身上。稀土金属盘2的下端面与抛光盘1的上端面接触，金刚石膜8由夹具7固定后、金刚石膜8的下端面与抛光盘1的上端面接触。

驱动电机9直接驱动抛光盘1以超高转速转动。金刚石膜8由夹具7同定，并由夹具7带动转动。驱动电机5通过介轮4带动传动齿轮3、6驱动金刚石膜夹具7和固态稀土金属盘2以低转速反方向转动。抛光过程在一般大气环境下进行。

抛光时，抛光盘1由驱动电机9直接驱动，以10000r/min的超高转速转动。驱动电机5通过齿轮传动机构驱动金刚石膜8和固态稀土金属盘2以40r/min的低转速反方向转动。抛光盘由铁、镍、高速钢等金属制成。由抛光盘与金刚石膜的高速相对运动而产生的摩擦热，使金刚石膜抛光表面温度迅速达到热扩散温度，在金刚石膜和抛光盘接触表面形成扩散环境，利用金刚石膜表面凸点碳原子在高温下将向铁、镍、高速钢等金属扩散的原理对金刚石膜表面进行抛光。抛光时，由于抛光盘与固态稀土金属盘的高速相对运动，在稀土金属盘与抛光盘接触表面达到750℃左右的较高的温度，固态稀土金属对扩散到抛光盘表面的非金刚石碳产生刻蚀作用，从而实现固态稀土金属在线清除扩散到抛光盘表面的碳原子的目的。该方法可实现金刚石膜抛光过程的持续高效进行。

实施例二

实施例二与实施例一的不同之处在于：抛光时，抛光盘1以30000r/imin的超高转速转动，驱动电机5通过齿轮转动机构驱动金刚石膜8和固态稀土金属盘2以60r/imin的低转速反向转动。