射流等离子体工艺参数对物理抛光效果的影响

为实现超光滑表面光学元件的高精度无损加工,将大气射流等离子体炬技术引入到超光滑光学元件加工中.以石英玻璃为加工对象,对大气射流等离子体炬的物理抛光去除效应进行了研究,分析了大气射流等离子体炬放电功率、抛光时间、样品处理位置等工艺参数的变化,对石英玻璃刻蚀速率和表面粗糙度的影响.实验结果表明,以空气为工作气体时,对石英玻璃的刻蚀速率最高可达4.6nm/min.经抛光处理后的石英表面粗糙度受到工艺条件的影响,在等离子炬功率为420～460W,作用距离16～22mm范围内,石英玻璃的表面粗糙度有明显下降,随着抛光时间的增加,呈现出收敛性.     

环带式磁流变抛光加工石英光学零件实验分析

针对磁流变抛光工艺参数对加工石英光学零件表面粗糙度的影响规律,进行了平面石英玻璃光学零件的工艺实验.应用正交实验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数:磁场强度、工件轴转速、平摆速度、抛光盘与工件间的间隙对石英玻璃表面粗糙度的影响规律,确定了石英玻璃磁流变抛光最优工艺因素.并分阶段采用不同工艺参数进行磁流变抛光,抛光后石英玻璃光学零件的表面粗糙度值达到0.6 nm.     

磁场强度对磁流变抛光表面粗糙度的影响

在自制的磁流变抛光实验装置中,通过被加工零件和Bingham凸起相对运动产生的剪切力来实现抛光.在该装置上进行工艺实验,研究了磁流变抛光技术中磁场对表面粗糙度的影响.比较了不同磁场强度下的磁流变抛光情况,以及表面粗糙度和抛光效率的差别,然后,通过采用不同磁场强度组合加工,使初始表面粗糙度(Ra)为400 nm的K9玻璃材料的平面,磁流变抛光30 min,表面粗糙度值达到了0.86 nm,提高了被加工零件的抛光效率和表面质量.     

低熔点光学玻璃表面加工工艺参数优化

为优化磁流变抛光对低熔点玻璃表面的加工工艺,文中利用磁流变抛光技术对低熔点玻璃进行抛光,分析了磁流变抛光中工艺参数对低熔点光学材料对表面粗糙度的影响,探讨低熔点玻璃通过冷加工的方法进行超光滑加工的效果.实验研究表明:在抛光液质量分数为15％、磨盘转速为35 r·min-1、抛光时间为50 min条件下,磁流变抛光对低熔...     

碘化铯晶体的水解抛光实验研究

为获得具有超光滑表面的碘化铯(CsI(TI))基片,需对其表面进行抛光加工处理。利用CsI(TI)晶体的水解特性和化学机械抛光理论,提出对CsI(TI)采用水解抛光的加工方法。通过改变抛光加工中的工艺参数,即抛光液配比、转速和压强进行实验,获得水解抛光CsI(TI)晶体的抛光机制及表面粗糙度Ra与材料去除率随加工用量的变化规律。     

大气电弧等离子体技术在熔石英表面加工中的应用

为了快速获得无亚表面损伤光学表面,提出了一种新型的大气电弧射流等离子体加工方法,该方法的装置采用转移弧电弧放电原理产生大气射流等离子体,通过调节改变喷枪的气压及几何结构,对束斑的尺寸及能量密度进行调节,同时基于其束斑高能离子的物理效应,研究了大气条件下熔石英表面材料的加工工艺.实验结果表明:当采用等离子体喷枪嘴孔径2.5mm,作用距离为2.0mm时,对熔石英的峰值去除速率可达到82.9μm·min-1,单次抛光后,元件表面粗糙度Ra值由237nm下降到103nm.     

离子束入射角对熔石英表面粗糙度的影响

超光滑的表面对高性能光学系统的性能至关重要,为了可以实现离子束抛光对元件表面超光滑的制造,离子束抛光(ion beam figuring,IBF)引起的元件表面形貌光滑化和粗糙化在很大程度上取决于加工条件.通常不正确的离子束抛光方法会导致光学表面的粗糙度增加,选择合适的加工方法可以减小表面的粗糙度,实现表面的超光滑.结果表明:基于高精度的离子束抛光技术,为了改善熔石英表面粗糙度,采用了0°～45°之间不同入射角度的离子束倾斜抛光进行研究,小角度(0°～30°)倾斜入射抛光可以较好地改善表面粗糙度,实现了离子束倾斜超光滑表面的生成,而在大入射角时观察到纳米级波纹图案,粗糙度值显著增大,不利于生成超光滑的表面.     

电感耦合等离子体刻蚀反应烧结碳化硅工艺研究

为获得超光滑的反应烧结碳化硅(RB-Si C)材料表面,以提高其表面反射率,利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对RB-Si C进行刻蚀.通过正交实验研究了射频功率、偏压功率和刻蚀气体(CF_4/O_2)流量比三个因素对刻蚀速率和表面粗糙度的影响程度.分析了偏压功率这一单因素对刻蚀速率和表面粗糙度的影响规律.结果表明:偏压功率对刻蚀速率和表面粗糙度的影响程度最大,其次为射频功率,刻蚀气体(CF_4/O_2)流量比对刻蚀速率和表面粗糙度的影响最小;刻蚀最优射频功率为150 W,最优偏压功率为50 W,最优CF_4/O_2流量比为25∶5,最优工作压强为1 Pa.     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的p H值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm2、抛光液p H值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.     

微流控芯片磁性抛光工艺参数优化

以提高微流控芯片表面质量为目的,进行磁性抛光微流控芯片的关键工艺参数优化研究.首先,设计单因素实验组,根据实验结果,得到磁性抛光关键工艺参数对其抛光质量的影响规律:随着抛光间隙的减小,芯片表面粗糙度由0.327μm增至0.045μm,后又降至0.130μm,其最佳抛光间隙为1.5 mm;主轴转速对抛光质量的影响并不显著,改变转速进行抛光后芯片表面粗糙度保持在0.045～0.055μm,其最佳范围为400～800 r/min;微流控芯片表面粗糙度随着抛光时间增加而提高,最高表面粗糙度为0.018μm,相对而言,最佳抛光时间为30 min.此外,磁性复合流体(magnetic compound fluid,MCF)抛光质量受加工间隙影响最大,受抛光时间的影响略大于主轴转速.实验结果表明,通过对磁性抛光的关键工艺参数进行优化,可以将微流控芯片的表面粗糙度从0.510μm提高到0.018μm,由此可进一步探索磁性抛光技术应用于微流控芯片的确定性抛光.     

具有正弦波模型间隙流动的研究

把粗糙表面简化为近似正弦波形状的平面模型,研究了平面粗糙度对缝隙流动的影响。通过对高频正弦粗糙表面模型建立N-S(Navier-Stokes)方程和液流连续性方程,采用逐步迭代法求出一级和二级压力、流速分布规律,以及适用于光滑表面、粗糙表面的流量公式,并求出表面粗糙度对流量影响的流量修正系数。实验结果与理论计算结果基本吻合。     

SiC悬浊液超光滑表面加工技术

以纳米SiC颗粒悬浊液作为超光滑加工的载体,研制了适合进行超光滑表面加工且具有良好分散性和稳定性的纳米SiC颗粒悬浊液,阐述了悬浊液浮超光滑表面加工的机理,并用该悬浊液对K9光学玻璃进行了加工试验研究,并进行了AFM测试。验证结果表明,加工获得的K9光学玻璃表面粗糙度可以达到Ra=0.84 nm的水平。     

微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究

研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式，研究抛光液浓度、PH值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响，粗糙度的测量采用NT1100干涉仪．实验结果表明：粗糙度受PH值影响比较大；试件在低浓度弱碱抛光液中，延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面，最终测得表面粗糙度为Rα=0．37nm．     

金属型铝铸件表面质量的研究

用板状试样研究了形成光滑铸件表面的一般规律,提出了合理的涂料层结构及浇注、冷却条件,通过几种典型铸件试制,表明铸件表面粗糙度容易达到0.8～1.6μm,得到了满意的结果。     

3C—SiC单晶薄膜的干法刻蚀研究

以四氟化碳（CF4）和CF4 O2作为刻蚀气体,对外延3C-SiC单晶薄膜进行了系统的等离子体刻蚀研究。结果表明薄膜刻蚀速率在气体流量一定的情况下与O2/CF4流量比有关：当O2/CF4流量比为40%左右时,刻蚀速率达到量大值;O2/CF4流量比低于40%,不仅刻蚀速度降低而且还在被刻蚀样品表面形成暗表面层,俄歇能谱（AES）分析表明暗层为富C表面的的残余SiC,AES分析还证实改变工艺条件可以消除富C表面的文中还给出了经图形刻蚀后的样品的表面形貌（SEM）照片。     

微晶玻璃研磨抛光超光滑表面粗糙度的工艺研究

研磨抛光采用浸液式定偏心锡磨盘抛光方式,研究抛光液浓度、PH值、上下研磨盘转速、抛光时间等参数对微晶玻璃超光滑表面粗糙度的影响,粗糙度的测量采用NT1100干涉仪.实验结果表明:粗糙度受PH值影响比较大;试件在低浓度弱碱抛光液中,延长抛光时间可降低表面粗糙度值并获得高质量的表面,最终测得表面粗糙度为Ra=0.37 nm.     

纳米结构中浸入特性的非平衡分子动力学模拟

为明晰复杂纳米通道内流体流动规律,采用分子动力学方法研究压力驱动作用下不同润湿性纳米通道的液态水浸入特性。建立液态水/不同润湿性纳米通道的非平衡态分子动力学模型,研究驱动压大小、壁面润湿性及纳米粗糙元结构对液态水浸入特性的影响规律。模拟结果表明:相同驱动压条件下,液态水易于浸入亲水性纳米结构通道内,相比于光滑纳米通道,纳米粗糙元结构凸显液态水的表面张力作用,提高液态水持续浸入纳米通道的驱动压;纳米粗糙元结构对液态水浸入速度以及密度分布均有影响,纳米粗糙元距离入口处越近,浸入过程的阻力越大,即液态水浸入纳米通道内的体积通量越小,研究结果为明晰复杂纳米通道内液态水输运的微观机理提供理论基础。     

Al-Al2O3-Ni隧道结中的表面粗糙度效应

用真空蒸发镀膜法在光滑的玻璃基片和粗糙的CaF2薄膜表面上制备了Al-Al2O3-Ni隧道结，观测了CaF2薄膜的表面粗糙度对隧道结伏安特性的影响，首次观测到这种界面粗糙结的光发射．采用梯形势垒模型计算伏安特性，并与实验伏安特性拟合，得到了结的有效势垒参数．结果表明，与界面光滑的结比较，界面粗糙的结的有效势垒宽度较窄，有效势垒面积较小．这可归因为在粗糙的Al2O3表面投射式的沉积Ni原子时，在Al2O3-Ni界面留下了空隙．同时分析了结的发光机理，讨论了影响发光效率的因素．     

纳米结构中浸入特性的非平衡分子动力学模拟

为明晰复杂纳米通道内流体流动规律,采用分子动力学方法研究压力驱动作用下不同润湿性纳米通道的液态水浸入特性。建立液态水/不同润湿性纳米通道的非平衡态分子动力学模型,研究驱动压大小、壁面润湿性及纳米粗糙元结构对液态水浸入特性的影响规律。模拟结果表明:相同驱动压条件下,液态水易于浸入亲水性纳米结构通道内,相比于光滑纳米通道,纳米粗糙元结构凸显液态水的表面张力作用,提高液态水持续浸入纳米通道的驱动压;纳米粗糙元结构对液态水浸入速度以及密度分布均有影响,纳米粗糙元距离入口处越近,浸入过程的阻力越大,即液态水浸入纳米通道内的体积通量越小,研究结果为明晰复杂纳米通道内液态水输运的微观机理提供理论基础。