一種基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超精密加工領(lǐng)域，尤其是一種鐵電材料的超精密加工方法，可以推廣 至熱釋電材料或壓電材料的超精密加工。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵電材料因其具有鐵電性、介電性、壓電性、熱釋電性以及非線性光學(xué)效應(yīng)、聲光 效應(yīng)、電光效應(yīng)和光致折射率變化效應(yīng)等物理特性，在航空、航天、民用光電產(chǎn)品等領(lǐng)域得 到廣泛應(yīng)用，如表面波器件、窄帶濾波器、光波導(dǎo)、鐵電存儲(chǔ)器、光子可調(diào)諧濾波器、聲光器 件、光陀螺儀等，特別是在高頻表面波器件，2. 5G，3G標(biāo)準(zhǔn)下的聲表面波器件還沒(méi)有其他商 品化材料可以代替鐵電材料，是無(wú)線通訊中最重要的基礎(chǔ)材料。在所有這些應(yīng)用中，均對(duì)鐵 電材料提出高表面質(zhì)量要求，所以其表面需要進(jìn)行超精密加工。
[0003] 但由于鐵電材料具有的壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)，使其在超精密加工過(guò)程中，由于 外加載荷和熱場(chǎng)的共同作用，會(huì)出現(xiàn)自發(fā)極化，晶胞內(nèi)正負(fù)電荷中心分離，形成偶極矩，在 材料表面形成強(qiáng)電場(chǎng)。當(dāng)撤去外加載荷后，由于逆壓電效應(yīng)，前述自發(fā)極化產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì) 使鐵電材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)部應(yīng)力大于材料強(qiáng)度時(shí)，無(wú)須外部載荷，裂紋就會(huì)產(chǎn)生，導(dǎo)致 鐵電材料破損，降低鐵電材料的加工成品率。
[0004] 現(xiàn)有的鐵電材料加工技術(shù)，在材料加工去除角度、進(jìn)給方向、速率等機(jī)械特性研宄 方面做了大量的工作，為加工提供了工藝?yán)碚摶A(chǔ)，但是普遍忽略了鐵電材料物理特性的 影響，加工成品率低。加工中鐵電材料極化現(xiàn)象產(chǎn)生的電場(chǎng)能量相當(dāng)驚人，可以在不借助于 任何外部載荷和熱的條件下完成中子和氦離子的核聚變過(guò)程，無(wú)需外部載荷，電場(chǎng)對(duì)于加 工的影響就足以導(dǎo)致鐵電材料破損，因此，研宄、開(kāi)發(fā)一種充分考慮電場(chǎng)能對(duì)該材料加工影 響的鐵電材料超精密加工方法尤為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服已有鐵電材料表面加工方式的存在逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、加工效果 較差、成品率較低的不足，本發(fā)明提供一種有效消除逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、加工效果較 好、成品率較高的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，在鐵電材料超精密加 工時(shí)加入冷卻液，所述冷卻液中加入電解質(zhì)溶液，通過(guò)所述電解質(zhì)溶液自由離子來(lái)中和鐵 電材料被加工時(shí)由于壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的正負(fù)電荷。
[0008] 進(jìn)一步，所述電解質(zhì)溶液濃度為lmol/L時(shí)PH值為4~6內(nèi)的酸性溶液或PH值為 8~9內(nèi)的堿性溶液和PH值為7的鹽溶液。電解質(zhì)溶液中的自由離子在加工中起到短路的 作用，中和鐵電材料極化產(chǎn)生的正負(fù)電荷。
[0009] 再進(jìn)一步，所述鐵電材料超精密加工，加工工具與鐵電材料中心軸線存在偏距，加 工時(shí)加入含有電解質(zhì)溶液的冷卻液。
[0010] 更進(jìn)一步，所述鐵電材料粘附于基片，所述基片以真空吸盤實(shí)現(xiàn)定位夾緊在機(jī)架 上。
[0011] 所述鐵電材料的粘附方式，是以被加熱后呈熔融狀態(tài)的石蠟涂于基片表面，鐵電 材料排除氣泡附著在基片上，待石蠟?zāi)虒?shí)現(xiàn)粘附。
[0012] 真空吸盤的材料為多孔陶瓷；也可以為其他材料。
[0013] 本發(fā)明使用的術(shù)語(yǔ)"鐵電材料"是指雖然不含有鐵元素，但是具有晶胞內(nèi)正負(fù)電荷 中心自發(fā)分離，形成偶極矩的自發(fā)極化現(xiàn)象，而且極化方向可因外電場(chǎng)而反向，同鐵磁體具 有磁滯回線一樣，存在"電滯回線"，且具有與鐵磁性質(zhì)平行的電性質(zhì)的晶體材料。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為，參照?qǐng)D1，加工工具1在超精密加工鐵電材料4的表面時(shí)，由 于施加于鐵電材料4的載荷2和加工過(guò)程中產(chǎn)生的熱量3,鐵電材料4的晶胞內(nèi)正負(fù)電荷中 心分離，形成偶極矩，在鐵電材料4表面形成強(qiáng)電場(chǎng)。通過(guò)外加電解質(zhì)溶液6，電解質(zhì)溶液中 的自由離子形成短路電流7,中和鐵電材料4表面的正負(fù)電荷，抑制前述的由于壓電效應(yīng)和 熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)，減小逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：充分考慮并注意抑制鐵電材料在加工過(guò) 程中由于壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電場(chǎng)，提高表面質(zhì)量和成品率。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是按照本發(fā)明所述的電場(chǎng)抑制原理示意圖。
[0017] 圖2是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工示意圖。
[0018] 圖3是圖2的俯視圖。
[0019] 圖4是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的砂輪端面示意圖。
[0020] 圖5是為本發(fā)明實(shí)施例中磨削力、鐵電材料被加工后的粗糙度與電解質(zhì)溶液電導(dǎo) 率的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0022] 參照?qǐng)D1~圖5,一種基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，在鐵 電材料超精密加工時(shí)加入冷卻液，其特征在于：通過(guò)所述電解質(zhì)溶液自由離子來(lái)中和鐵電 材料被加工時(shí)由于壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的正負(fù)電荷。
[0023] 進(jìn)一步，所述電解質(zhì)溶液為弱酸、弱堿和鹽溶液。例如濃度為lmol/L時(shí)PH值為 4~6內(nèi)的酸性溶液，8~9內(nèi)的堿性溶液和PH值為7的鹽溶液。電解質(zhì)溶液中的自由離 子在加工中起到短路的作用，中和鐵電材料極化產(chǎn)生的正負(fù)電荷。
[0024] 再進(jìn)一步，所述鐵電材料超精密表面加工，加工工具與鐵電材料中心軸線存在偏 距，加工時(shí)加入含有電解質(zhì)溶液的冷卻液。
[0025] 更進(jìn)一步，所述鐵電材料粘附于基片，所述基片以真空吸盤實(shí)現(xiàn)定位夾緊在機(jī)架 上。
[0026] 所述鐵電材料的粘附方式，是以被加熱后呈熔融狀態(tài)的石蠟涂于基片表面，鐵電 材料排除氣泡附著在基片上，待石蠟?zāi)虒?shí)現(xiàn)粘附。
[0027] 真空吸盤的材料為多孔陶瓷；也可以為其他材料。
[0028] 本實(shí)施例的鐵電材料采用鉭酸鋰晶片9,參照?qǐng)D2,立式端面磨削加工鐵電材料， 砂輪8與鉭酸鋰晶片9存在偏心，加工時(shí)冷卻液中加入電解質(zhì)溶液12。所述砂輪8,參照?qǐng)D 4,端面非整體，陣列粘附一定厚度的砂輪牙塊16,牙塊的幾何形狀包含心形。參照?qǐng)D2和圖 3,所述鉭酸鋰晶片9,粘附于基片10上，基片10以真空吸盤11實(shí)現(xiàn)定位夾緊。
[0029] 所述鉭酸鋰晶片9的粘附方式，是以被加熱后呈熔融狀態(tài)的石蠟涂于基片10表 面，鉭酸鋰晶片9排除氣泡附著在基片10上，待石蠟?zāi)虒?shí)現(xiàn)粘附。真空吸盤11材料為多 孔陶瓷。
[0030] 參照?qǐng)D2,端面磨削的冷卻液加入電解質(zhì)溶液12,所述電解質(zhì)溶液12包括醋酸，電 解質(zhì)溶液在加工中起到短路的作用，中和鐵電材料極化產(chǎn)生的正負(fù)電荷。
[0031] 具體測(cè)試條件如表1所示：
[0032] 表1測(cè)試條件
[0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，在鐵電材料超精密加工 時(shí)加入冷卻液，其特征在于：所述冷卻液中加入電解質(zhì)溶液，通過(guò)所述電解質(zhì)溶液自由離子 來(lái)中和鐵電材料被加工時(shí)由于壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的正負(fù)電荷。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，其特征 在于：所述電解質(zhì)溶液濃度為lmol/L時(shí)PH值為4~6內(nèi)的酸性溶液或PH值為8~9內(nèi)的 堿性溶液和PH值為7的鹽溶液。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，其 特征在于：所述鐵電材料超精密表面加工，加工工具與鐵電材料中心軸線存在偏距，加工時(shí) 加入含有電解質(zhì)溶液的冷卻液。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，其 特征在于：所述鐵電材料粘附于基片，所述基片以真空吸盤實(shí)現(xiàn)定位夾緊在機(jī)架上。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，其特征 在于：所述鐵電材料的粘附方式，是以被加熱后呈熔融狀態(tài)的石蠟涂于基片表面，鐵電材料 排除氣泡附著在基片上，待石蠟?zāi)虒?shí)現(xiàn)粘附。
6. 如權(quán)利要求4所述的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，其特征 在于：真空吸盤的材料為多孔陶瓷。
【專利摘要】一種基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法，在鐵電材料超精密加工時(shí)加入冷卻液，所述冷卻液中加入電解質(zhì)溶液，通過(guò)所述電解質(zhì)溶液中的自由離子來(lái)中和鐵電材料被加工時(shí)由于壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的正負(fù)電荷，消除鐵電材料內(nèi)部產(chǎn)生的電場(chǎng)。本發(fā)明提供一種有效消除逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、加工效果較好、成品率較高的基于電場(chǎng)能抵消效應(yīng)的鐵電材料表面超精密加工方法。
【IPC分類】H01L41-35
【公開(kāi)號(hào)】CN104752603
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410850524
【發(fā)明人】杭偉, 周立波, 袁巨龍, 王潔, 林旺票, 鄧乾發(fā), 曹霖霖
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日