钛球表面研磨技术研究

在金属靶丸制备过程中，无论是采用磁控溅射镀膜法，还是采用机械加工与复合法，其表面的粗糙度及圆度均很难达到ICF物理实验需求，需要进一步加工已提高表面质量。美国LLNL实验室和GA公司通过行星盘研磨方式对钛球进行研磨，工件位于转动方向相反的行星盘的V型槽中间，实现对球体的批量研磨，日本金泽大学通过V型槽研磨盘对氮化硅陶瓷球进行研磨，行星盘研磨效率高，可同时对多个球体进行研磨：美国Stanford大学和Marshall太空飞行中心采用四轴平面对此布局方式研磨石英球，由于四轴平面对此布局对球体表面的包络面相对较小，不利于提高面型进度和研磨效率，斯坦福大学有研制了四轴空间平面对此布局对球体表面的包络面积，研磨出球形陀螺石英转子，号称人类制造的最圆的球体，并获得了吉尼斯世界纪录。

本文采用四轴球体研磨技术针对ICF物理实验用金属靶丸进行研磨，选择机械加工性能与铍接近的钛为代用材料，获得了较高的加工精度、较小的圆度及表面粗糙度。

实验设备采用四轴球体研磨机，见图1，在结构布局上，四轴在空间上成对称分布，任意两轴间的夹角a相等（a=109.47度），且四轴轴线交于一点O，轴I垂直分布，轴II、轴III、轴IV与水平面成相等的角度，见图2。

粗加工研具选择强度、韧性高，耐磨性能好的球墨铸铁，有利于提高研磨效率；精加工研具为聚甲醛塑料，其弹性模量高、刚性高，接近于金属，拉伸强度、弯曲强度、耐蠕变性和耐疲劳性优异，摩擦系数小，耐磨耗，尺寸稳定性好，表面光泽，采用聚甲醛塑料研具可防止研具硬度过大损伤已加工表面。

对ICF实验用靶而言，铍和梯度掺铜的铍靶丸是点火靶的主要候选靶丸，由于铍材料有毒，在前期的研究中，采用钛为代用材料，因为钛在机械加工性能方面与铍接近。选择硬度高，自锐性较好的金刚石作研磨。