[发明专利]一种基于雾化颗粒的水溶解微纳加工装置

说明书

技术领域

本发明属于精密与超精密加工技术领域，涉及一种适用于具有水溶解特性的软脆功能晶体器件的微纳加工装置。

背景技术

软脆功能晶体由于其诸多优异的材料性能，广泛应用于航空航天、国防军工、信息科学及基础核物理研究等国家核心战略领域，在科学技术飞速进步的今天受到了国内外学者的重点关注。随着相关高新技术不断取得跨越式进展，对该类型晶体器件的微纳加工质量的要求日益提高。然而，由于软脆功能晶体一般均具有诸如软脆、各向异性、易潮解的难加工材料特性，使得高质量晶体器件的供应问题成为了制约相关领域发展的关键技术瓶颈环节。

以软脆功能晶体易潮解特性为理论依据的超声雾化水溶解微纳加工是一种行之有效的方法。该方法通过超声激发方式将水溶液转变为微米级雾化颗粒，此后通过输送装置到达晶体器件被加工表面，并在合适的工艺参数配合下实现晶体器件加工表面材料的去除及平坦化。但是，由于晶体器件与加工部件的紧密接触使得雾化颗粒难以有效进入加工区域并产生溶解作用；同时在雾化颗粒的输运过程中由于管路结构的干扰作用极易发生相互碰撞、凝聚，产生大尺度液滴，最终造成晶体器件加工表面的过渡潮解。如何在保证微米级雾化颗粒有效与被加工区域材料发生水溶解作用的同时，避免大尺度液滴对表面的破坏，是实现超声雾化水溶解微纳加工方法高效性与稳定性的关键技术问题。

在期刊《材料科学与工程学报》第33卷第3期中，文献《精细雾化抛光TFT-LCD玻璃基板的抛光液研制》介绍了一种采用超声雾化供液的化学机械抛光设备；该设备以环抛机为加工平台，利用有机玻璃容器实现加工区域的密封；经过超声雾化后的抛光液颗粒在由空压机产生的负压环境下进入封闭加工区域，参与工件材料的抛光；该设备提高了抛光液的利用率，取得了一定的加工效果；然而，超声雾化的抛光液颗粒采用自然吸附方式到达抛光垫上表面，并没有直接作用于工件与抛光垫接触作用区域；此外雾化抛光液输送过程缺少对 传输过程生成的大尺度液滴的有效处理，易于造成施液量的波动，不利于易潮解型软脆功能晶体的精密超精密加工。

在目前已发表的学术论文和已授权的专利技术中，并未发现能够在功能原理及应用技术层面兼具超声雾化水溶解微纳加工方法高效性与稳定性的例子。

发明内容

为克服现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种能够保证超声雾化水溶解微纳加工方法自身稳定性，并显著提高软脆功能晶体器件材料去除率及表面质量的基于雾化颗粒的水溶解微纳加工装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于雾化颗粒的水溶解微纳加工装置，包括加压夹持单元、供雾扩散单元和风淋加工单元；所述的加压夹持单元位于供雾扩散单元上方，风淋加工单元位于加压夹持单元与供雾扩散单元之间；

所述的加压夹持单元包括球头组件、销、夹持盘和螺旋夹紧机构；所述的球头组件顶部与机床运动主轴固定连接，将机床的动力及载荷传递给加压夹持单元；球头组件底部与夹持盘顶部通过销连接；夹持盘底部固定连接螺旋夹紧机构，螺旋夹紧机构有多组，沿周向均布在夹持盘底部，用于夹紧晶体工件；

所述的供雾扩散单元包括底板、支撑梁、加强筋组件、密封圈、支撑板、雾化颗粒入口、超声雾化发生装置、加工介质扩散腔、漏斗形收集构件和可移动工作台；所述的可移动工作台位于供雾扩散单元的底部，与上方底板通过螺纹固定连接；底板上表面四周边缘位置与四根长度相等的支撑梁固定连接；加强筋组件环绕安装在四根支撑梁的中上部，用于提高供雾扩散单元的刚度及稳定性；四根支撑梁的顶部与支撑板下表面固定连接；支撑板上表面开有圆环形凹槽，圆环形凹槽内放置密封圈；支撑板中心部位开有圆形通孔，圆形通孔与漏斗形收集构件的上方开口固定连接；漏斗形收集构件底部与雾化颗粒入口固定连接；雾化颗粒入口下方设置超声雾化发生装置，超声雾化发生装置通过气动管路与雾化颗粒入口连接；

所述的风淋加工单元包括带孔磨抛板、风淋装置、固定管卡和螺纹连接组件；所述的带孔磨抛板的边缘部位均匀分布有四个通孔，通过四个通孔及螺纹连接组件与供雾扩散单元中的支撑板固定连接；带孔磨抛板表面分布有“倒置漏斗”结构的微孔；风淋装置位于带孔磨抛板上表面靠近一侧边缘的位置，通 过分布在其两端的两组固定管卡固定在带孔磨抛板上。

进一步地，所述的螺旋夹紧机构为3-4组。

本发明的工作原理如下：

加压夹持单元工作时，通过螺旋夹紧机构将晶体工件夹紧。