人工关节必须先将其表面打磨至超级光滑，才能安装在人体里面，高档相机镜头里面的玻璃、眼镜玻璃片和树脂片等也同样有很高的要求，然而传统的几种方法也有不足之处。

　　“超光滑表面，俗称镜面，是机械加工的最高境界，集成电路基片、光学镜头、功能光电器件、精密模具、人工关节等表面都需要实现镜面加工，传统加工方法普遍面临颗粒划痕、表面变质层、亚表面损伤和效率低下等问题。”

　　近日，浙江工业大学教授计时鸣告诉记者，他领衔的研发团队多年来在浙江省自然科学基金的资助下，针对超光滑表面精密加工提出了一种基于气液固三相磨粒流的流体抛光新方法，该方法用于实现精密零件表面的纳米级材料去除，利用高速湍流涡旋和微气泡溃灭的动能冲击两者的共同作用，提升了磨粒流抛光的加工效率，且可避免传统接触式抛光加工易于形成的表面和亚表面损伤，取得了阶段性成果。省基金重点项目 “气液固三相磨粒流超光滑表面抛光方法及其微气泡与气流驱动加工机理研究”于去年底通过了结题验收。

　　计时鸣说，电子信息材料广泛应用于现代光学、航空、电子信息等高科技领域，为满足高科技领域对电子信息材料的特殊性能要求，需要对电子信息材料零件表面进行超精密光整加工，如高精度光学透镜、单晶硅片、电子陶瓷、激光晶体等光学器件。

　　现有应用于电子信息材料精密加工的方法有两类：工具接触式加工和流体加工。前者通过工具施力压迫磨粒去除被加工表面的微隆起，如化学机械抛光（CMP）通过氧化剂、催化剂使工件表面发生化学反应，生成容易去除的软质层，然后利用磨料和抛光垫接触工件表面磨去软质层。气囊抛光则依靠空心气囊与抛光头形成柔性加工面，形成与工件表面的大面积均匀接触，实现对表面的抛光加工，这些方法由于磨粒及杂质粒径不一致必然会导致颗粒受力不均，从而造成加工表面划痕和亚表面损伤，增加了工件的不合格率。后者，如磁流变抛光、浮法抛光等，一般只有与工件接触的磨粒发挥切削作用，磨粒切削力度小，虽可避免加工层变质和亚表面损伤，但加工效率低下。

　　计时鸣提出的气液固三相磨粒流抛光加工新方法，针对现有流体加工方法效率低下的不足，在液固两相磨粒流中引入气相微粒，形成含有微气泡的气液固三相磨粒流，利用气泡溃灭时其内存势能转变成动能形成流体冲击效应，加速磨粒流中磨粒的流速和对加工表面的冲击力，提升加工效率。该方法在磨粒流湍流涡旋状态下，激发注入微气泡并控制微气泡适时溃灭，较大幅度提高了磨粒对加工表面产生加工作用的几率、力度和作用方向的随机性；加工中，抛光工具与工件表面保持微距缝隙而不接触，在微距缝隙中形成受约束的气液固三相磨粒流场，使得磨粒沿工件表面切向冲击表面凸起峰的几率大大超过沿法向方向撞击凸起峰的几率，可减少形成表面损伤层，有利于实现超光滑镜面加工效果；抛光工具本身无运动构件，加工中无振动，可方便地使用大面积抛光工具对较大面积平面或曲面的镜面加工，可在光学、电子信息等多个领域的精密加工中得到推广应用。

　　该项研究为基于气液固三相磨粒流抛光加工方法的应用提供了三相磨粒流的流型形成、流型控制、材料去除机理等方面的基础研究支撑，对搞清相关机理，积累试验数据，形成具有一定工程指导意义的理论模型，特别是对利用微气泡可控溃灭，提升流体抛光效率的相关机理和理论的研究具有重要借鉴价值。

　　计时鸣认为，基于气液固三相磨粒流的流体抛光新方法，以柔克刚、川流成镜，既克服了工具接触式抛光方法的不足，又提升了柔性流体抛光方法的加工效率，不但在电子信息材料平面镜面加工方面有良好应用前景，还可以推广应用于复杂曲面工件的精密加工，例如与人们生活密切相关的人工关节、眼镜片模具等医疗器具，该技术已引起高端模具、树脂镜片、人工关节等方面生产企业的关注和需求。基础研究成果表明，低成本、高效率的流体抛光技术对于解决特定领域超光滑表面加工问题是一种可行的方法，积极开展相关基础理论和应用技术的研究，具有重要的工程应用价值。

　　本报记者　 金乐平　通讯员　周丽敏　林琼