[发明专利]碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法

权利要求书

1.一种碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，碳化硅平面抛光通过低压磨粒流实现；所述低压磨粒流的流道顶面倾斜角度可调，通过更换置于加工装置内的角度块零件实现；所述芬顿反应是对碳化硅工件的表面预处理，在抛光前通过芬顿反应使碳化硅工件表面生成二氧化硅薄层，降低工件表面硬度；所述洛伦兹力为磁场对带电磨粒的作用力；所述磁场为置于加工装置后方的电磁铁所产生的平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的强度可调均匀磁场，在所述磁场的作用下，流场中运动的带正电磨粒受到垂直指向工件表面的洛伦兹力作用，向工件表面运动；所述带正电磨粒为表面带正电荷的氧化铝磨粒；

所述低压磨粒流的压力在0.05～2MPa，所述的流道顶面倾斜角度可调通过更换加工装置内的角度块零件实现，加工时低压磨粒流从加工装置的左侧进入，右侧流出；加工过程中流体和磨粒与加工装置腔体或工件表面的摩擦碰撞会导致能量损失，引起流场内沿流动方向上的压力下降，进而导致磨粒对工件表面的剪切力下降；一组倾斜角从0至10度均匀增加的角度块零件，可以在0～10度范围内均匀地改变加工流道上顶面的倾斜角，使加工流道变为楔形空间，实现流道截面积沿磨粒流动方向的逐渐缩小；

所述带正电磨粒为表面带正电荷的氧化铝磨粒，粒径0.2～2μm，在磨粒流中的质量分数介于2～15％，氧化铝磨粒表面带正电通过PH环境实现。

2.如权利要求1所述的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，实现所述方法的系统包括由压力表、加工装置、磨粒缸、泵、控制阀组成的低压磨粒流回路，置于加工装置后方的电磁铁，置于磨粒缸中的搅拌器和水冷装置以及系统控制器；所述抛光方法为：在搅拌器和水冷装置的作用下，均匀且恒温的磨粒流通过泵从磨粒缸吸出并送入管道，经过控制阀和压力表后流入配备了电磁铁的加工装置中，再通过管道回流到磨粒缸，整个加工过程通过系统控制器实现自动控制。

3.如权利要求1或2所述的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，所述芬顿反应是对碳化硅工件的表面预处理，在抛光前通过芬顿反应使碳化硅工件表面生成二氧化硅薄层，降低工件表面硬度；先把碳化硅工件置于PMMA材质的工件套内，只露出需要抛光的薄层，再放入芬顿反应试剂中；所述芬顿反应试剂由质量分数为10％的过氧化氢溶液和作为反应催化剂的纳米四氧化三铁粉末配制而成，芬顿反应试剂中纳米四氧化三铁粉末的质量分数为1.5％，纳米四氧化三铁在溶液中电离出二价铁离子，在二价铁离子的催化作用下，过氧化氢分解生成具有强氧化性的羟基自由基，暴露在芬顿反应试剂中的碳化硅薄层被氧化生成二氧化硅薄层。

4.如权利要求1或2所述的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，所述磁场是施加于楔形流道内的平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的均匀磁场，通过置于加工装置后方的电磁铁生成，磁场强度在0.01～1.00T区间内可调，磁场强度由系统控制器调整，通过改变电磁铁线圈中的电流大小实现磁场强度的调节。

5.如权利要求1或2所述的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，所述带正电磨粒运动时受洛伦兹力，楔形流道内有平行于工件表面且垂直于磨粒流流动方向的均匀磁场，磁场强度为B；带正电磨粒在磁场中运动时受到垂直指向工件表面的洛伦兹力F作用，在平行工件表面向右流动的同时沿垂直指向工件表面的方向流动；垂直指向工件表面的洛伦兹力不仅能够增大磨粒对工件表面的压力，还使原本在流道截面内无序分布的磨粒向工件表面聚集，并延长磨粒在工件表面的驻留时间。

6.如权利要求1所述的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，所述PH环境指磨粒流呈PH＝4的酸性环境，在磨粒流呈PH＝4的酸性环境下，氧化铝磨粒表面带正电荷。

7.如权利要求1或2所述的碳化硅平面的芬顿反应和洛伦兹力协同抛光方法，其特征在于，在磨粒缸中安装水冷装置，通过系统控制器调节水冷装置的冷却水流量以维持磨粒流的温度在15～45℃范围内。