[发明专利]金刚石膜的固态稀土金属高速抛光方法

说明书

技术领域

本发明属于超硬材料抛光技术，特别涉及一种金刚石膜的固态稀土金属高速抛光方法。

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，这些金刚石膜器件既有平面形状，又有曲面形状。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，而且难以对曲面金刚石膜进行抛光；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，也不适应曲面金刚石膜的抛光；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，抛光必须在真空抛光反应室进行，而且需在真空抛光反应室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，高温热丝的热辐射使抛光盘产生的热变形更加不均匀，虽可用于曲面金刚石膜的抛光，但设备复杂，抛光成本高；目前开发的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，抛光时必须在真空抛光反应室进行，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，不适应曲面金刚石膜的抛光。

发明内容

本发明的目的是针对目前开发的液态稀土金属刻蚀抛光方法只能在真空抛光反应室进行，液态稀土金属容易对金刚石膜边缘产生过蚀，且不适应曲面金刚石膜的抛光等问题，提供一种不需在真空抛光反应室进行，结构简单、抛光质量好、效率高、成本低，既可用于平面金刚石膜抛光，又可用于曲面金刚石膜抛光的金刚石膜固态稀土金属高速抛光方法。

采用的技术方案是：

金刚石膜的固态稀土金属高速抛光方法，抛光盘为固态稀土金属抛光盘(或抛光研具)，由抛光盘(或抛光研具)与金刚石膜的相对运动而产生的摩擦热，在金刚石膜和固态稀土金属抛光盘(或抛光研具)接触界面形成热化学反应环境，从而溶蚀金刚石膜抛光表面凸点碳原子，实现对金刚石膜的抛光目的。抛光过程在一般大气环境下进行。具体包括以下三种方法。

1)抛光平板类金刚石膜，抛光时，圆盘形固态稀土金属抛光盘在驱动电机带动下，以3000r/min-50000r/min的高转速转动，金刚石膜由夹具固定，并由另一驱动电机驱动以10r/min-100r/min的转速反方向转动。由抛光盘与金刚石膜的相对运动而产生的摩擦热，在金刚石膜和固态稀土金属抛光盘接触界面形成热化学反应环境，从而溶蚀金刚石膜抛光表面凸点碳原子，实现对平板类金刚石膜的抛光目的。

2)包络法抛光任意曲面金刚石膜，抛光以球头固态稀土金属抛光棒为工具，固态稀土金属抛光棒装夹在高速数控机床主轴头上，由高速数控机床主轴带动，以10000r/min-60000r/min的高转速转动。金刚石膜由夹具固定，安装在数控机床工作台上，由数控机床的坐标运动实现抛光棒相对金刚石膜在X、Y、Z方向的三坐标联动。抛光过程中，由抛光棒与金刚石膜的高速相对运动产生的摩擦热，在金刚石膜和球头固态稀土金属抛光棒接触界面形成热化学反应环境，实现固态稀土金属抛光棒对金刚石膜抛光表面凸点碳原子的溶蚀，由球头固态稀土金属抛光棒相对金刚石膜的三坐标联动，实现对任意曲面金刚石膜的抛光目的。