流體二維振動拋光超聲場分析及實驗研究.pdf

1、隨著近代光學領域和微電子學領域及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對所需材料的表面質(zhì)量的要求越來越高，不僅微觀粗糙度要達到納米級，而且要求表面殘余應力越小越好。流體二維振動拋光技術(shù)就是基于這種需求提出的一種新型的表面拋光加工方法，它采用流體為拋光工具，并附加二維方向的超聲高頻振動作為拋光作用力對工件進行拋光。加工時工件直接浸泡在拋光液中做行星運動以保持一定的加工均勻性，在超聲振動產(chǎn)生的交變壓力場和流場作用下，拋光液中的游離磨料沿著流體軌跡高速運動，并相

2、互碰撞，形成無數(shù)把微細切削刃，有規(guī)律的不斷往復沖擊研磨工件表面，完成微觀材料的去除。 本文在現(xiàn)有的實驗裝置和理論基礎上，分析了超聲波的物理特性對流體二維振動拋光性能的影響。首先對裝置所采用的超聲換能器輸出特性進行測量，并結(jié)合水聽器與染色法分析觀察拋光槽內(nèi)聲強的分布。測量結(jié)果表明，在處于電壓段150V～200V下，超聲波耦合效果最好，聲強分布均勻穩(wěn)定，此時輸出功率也能滿足加工需求。再利用測量所得的聲強數(shù)據(jù)，對流體中空化氣泡所激發(fā)的

3、微射流速度以及游離磨料的運動速度做初步推算。 為進一步獲取整體聲場的聲壓分布信息，研究拋光加工機理，采用MATLAB軟件對聲場壓力進行仿真。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的實驗拋光槽整體聲場壓力分布并不均勻，強度變化起伏也較大，只適合在部分空間內(nèi)作小面積工件的拋光加工。因此針對大面積工件的拋光加工需要，對實驗裝置進行重新優(yōu)化設計，通過改變拋光槽內(nèi)聲源換能器的排布和工件的安夾方式，消除駐波，改善聲壓分布的均勻性，增加拋光過程的均勻性。

4、 對玻璃與硅兩種材料進行了實驗研究，包括單因素實驗以及正交實驗。通過單因素實驗發(fā)現(xiàn)，最佳的輸入電壓水平約為180v，拋光液濃度最佳水平為10％；對玻璃材料最佳的加工時間約為180min，而硅材料則約為360min；此外，對硅材料的加工，拋光液中可以添加一定劑量的堿性溶液以增強拋光質(zhì)量，提高拋光效率。正交拋光實驗主要針對硅材料，研究了上述幾種基本實驗因素對拋光性能的綜合影響，得到最佳的實驗因素組合為輸入電壓200V，拋光液濃度10％，拋光