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.     

双曲面微透镜高功率半导体激光器光纤耦合

本文对半导体激光器与多模光纤耦合问题进行了研究.对利用双曲面微透镜进行半导体激光器光纤耦合的方法进行了理论分析,提出了利用两个半柱型透镜代替双曲面透镜的计算模型,通过计算在理论上进一步验证了这种透镜对半导体激光器快轴和慢轴同时准直的效果.并利用这种双曲面透镜对发光面积为1μm×100μm的半导体激光器与芯径50μm的多模光纤进行耦合实验得到总耦合效率为74%.     

激光表面热处理下Cu薄膜的疲劳性能

通过CO2激光器对试件进行激光表面热处理,对比处理前后试样的疲劳寿命,找出了最优激光工艺参数,并对其进行疲劳断口及表面微观结构分析,探求其微观机理.研究结果表明:激光表面热处理时激光扫描速率、功率密度对处理效果有显著影响;对于25μm厚工业纯Cu薄膜材料,激光功率密度为208 kW/cm2,扫描速率为25mm/s时,激光表面处理效果最佳,试件的疲劳寿命提高了2～3倍;在扫描电镜观测下发现,激光表面处理后试件表面形成1层淬硬区并产生残余压应力,使试件的疲劳强度明显增加,且激光表面处理的试件裂纹萌生后扩展至断裂的过程较为缓慢,断口出现疲劳条纹.     

大尺寸光学零件磁流变抛光的面形缺陷研究

针对大尺寸光学零件磁流变抛光中出现面形缺陷的产生原因和解决方法进行探讨.通过调整抛光头轴心与工件轴中心及摆臂轴心必须在同一直线,及调整磁场强度的工艺,研究了改善面形缺陷提高面形质量的实验方法.实验结果表明：对230mm的K9玻璃进行磁流变抛光,采用优化的磁流变抛光装置并将磁场控制电压减小到12V时,加工工件表面的面形P-V值由原来的0.730 2μm提高到了0.351 5μm.     

适用于材料加工的光纤耦合模块

德国DILAS半导体激光有限公司针对光纤激光器泵浦和激光微材料的加工应用,开发了一款波长793nm、105μm的光纤耦合模块。     

雨刮器压铸模具激光填丝焊修复性能

为了解决模具表面龟裂问题,采用激光技术和仿生技术相结合的方法进行修复。利用激光填丝焊修复的方法,在模具试样表面制备修复层,对修复层进行组织观察、硬度分析及X射线能谱分析,得出激光填丝焊修复的最优工艺参数为电流180 A,离焦量-10 mm,激光脉宽8 ms,填丝速度0.032 m/min,并对修复的模具进行热疲劳试验和寿命测试。试验结果表明,利用激光填丝焊修复受损模具,提高模具表面硬度,有效细化组织晶粒,延长模具使用寿命,为压铸模具修复提供一种新的思想。     

1.7μm波段全光纤掺铥宽带光源实验研究

设计并实验实现了一种结构简单的1.7μm波段全光纤宽带光源.采用传统的线型腔结构,利用1565nm高功率半导体激光器泵浦一段单模掺铥光纤,获得了中心波长为1833nm的自发辐射光谱.由于色散补偿光纤在大于1.7μm波段有较大损耗,在腔内接入该光纤使自发辐射光谱的中心波长移动到1.7μm波段.其中,泵浦源由1565nm半导体激光器和最高输出功率33dBm的铒镱共掺放大器组成.通过优化色散补偿光纤和掺铥光纤的长度,获得了宽带光源,其中心波长在1744nm,5dB谱宽87nm.为1.7μm光纤光源设计及研制提供参考.     

单晶碳化硅晶片高效超精密抛光工艺

为改善现有碳化硅抛光方法存在的效率低、有污染、损伤大等问题,提出采用机械研磨与光催化辅助化学机械抛光组合工艺抛光单晶碳化硅晶片.光催化辅助化学机械抛光利用纳米二氧化钛在紫外光照射下生成羟基自由基的强氧化作用原子级去除碳化硅.通过L9(33)正交试验研制光催化辅助化学机械抛光抛光液,采用对碳化硅晶片表面粗糙度跟踪检测的方法确定优化加工工艺.甲基紫有机显色剂静态氧化试验结果表明:光催化剂对抛光液氧化性的影响最大,其次是电子俘获剂,再次是分散剂;较好的抛光液配方为二氧化钛0.5 g獉L-1、过氧化氢1.5 mol獉L-1、六偏磷酸钠0.1 g獉L-1.确定的优化抛光工艺为:采用5μm和2μm金刚石微粉分别研磨单晶碳化硅晶片30 min,材料去除率分别为8.72μm/h和4.56μm/h;然后采用光催化辅助化学机械抛光单晶碳化硅去除机械研磨带来的损伤,粗抛光选用0.5μm氧化铝微粉抛光60 min,精抛光选用0.05μm氧化铝微粉抛光50 min,粗抛光和精抛光的材料去除率分别为1.81μm/h和1.03μm/h.用该工艺抛光单晶碳化硅,获得的表面粗糙度约为0.47 nm,基本能满足单晶碳化硅高效、超光滑、低损伤的抛光要求.     

光纤激光热加工的特点与应用现状

光纤激光器的光电转换效率高、能耗低、光束质量好、光斑和功率易于调控,相对CO2激光器波长短、质量轻、体积小、灵巧耐用,因此在材料热加工领域的市场潜力巨大,优势明显.为此,从激光热加工原理和光纤激光器特点的角度,对光纤激光热加工的优势,当前光纤激光在焊接、熔覆和退火等领域的研究现状作了研究.     

一种振动强化抛光装置及其试验

针对传统抛光方式的缺点,设计了一种可利用试件在含磨料液体中振动实现强化抛光加工的装置.这种利用游离态磨粒进行工件的抛光加工的工艺,可获得高的表面质量和表面粗糙度值,而且加工表面无加工变质层.通过正交试验证明加工时间是影响去除量的主要因素,而磨料粒度对表面粗糙度影响较大.试验条件下试件表面粗糙度可达Ra0.10μm,且试件表面的疲劳应力有所提高.从表面状态看,抛光加工后的试件表面并无磨料产生的很长的划痕,只有细密均匀的凹坑.试验证明本装置可对曲面进行强化抛光.     

硫化锌晶体加工工艺技术研究

随着军用光学仪器飞速发展,红外光学材料硫化锌（ZnS）广泛应用于红外光学系统中,以Φ35mm的硫化锌晶体为例,对硫化锌晶体加工研磨的工艺过程进行了研究,探讨了硫化锌晶体的抛光技术。通过使用不同的抛光粉及抛光模层材料,找到了使用数控抛光加工硫化锌晶体的最佳工艺匹配条件,解决了硫化锌晶体表面光洁度难以控制的加工技术难题。经过轮廓检测仪和Zygo干涉仪检测,硫化锌晶体表面光洁度达到III级以上,非球面面型精度能够达到0.2μm,中心偏差小于1μm,各项参数均满足红外光学系统的要求。     

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.     

高精度柱面镜加工技术研究

光学柱面镜在强激光系统和同步辐射光束中有着广泛的应用,对柱面镜的精度要求也越来越高。采用传统光学表面成型技术与数控加工设备相结合的工艺方法对柱面镜进行加工。根据精磨时工件表面粗糙度与材料去除率随研磨时间的变化规律,确定了最佳的研磨时间,并通过对研磨液在不同浓度、温度时材料去除率的研究,优化了抛光的工艺参数。通过反复的加工和检测分析,得到满足光学系统要求的柱面镜,经过轮廓仪检测,柱面透镜能够达到PV≤0.1358μm。     

双波长选区激光熔化成形中F-theta镜头光学设计

在选区激光熔化成形设备中,F-theta镜头是其重要的组成单元,一般采用单一波长作为光源。为了改善选区激光熔化成形性能,首次设计了由三片球面透镜组成的用于共轴双波长选区激光熔化成形的f-theta镜头。通过引入负畸变实现线性扫描,并选择合适玻璃材料、结构设计来消除色差。在扫描面积为120mm×120mm范围内,适用激光波长为532nm和1080nm,对这两波长激光的聚焦光斑分别小于30μm和60μm,横向色差分离小于1μm,满足高精度双波长激光同时共轴选区熔化成形的应用需求。     

非球面制造中的加工误差修正补偿

非球面镜在军用和民用光学制造领域中得到了广泛的应用,加工误差一直是研究的热点。为了解决在光学加工容易出现加工误差这一难题,对非球面镜的加工方法进行了深入的研究。通过采用CNC数控铣磨机进行光学非球面加工,分析砂轮转速、工件转速、进给量和冷却液等因素对加工误差的影响规律,研究出合理的误差修正补偿方法——砂轮直径补偿法和沥青抛光模修正法,并对该补偿方法进行了实验。经实验,PV值为0.245μm,表面粗糙度值为0.0160μm。结果证明此方法能有效的减小加工误差带来的影响,从而得到较理想的面型。     

复曲面镜抛光工艺技术研究

针对Rx为250.7mm,Ry为165.7mm的复曲面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究,给出了批量生产的加工工艺流程,实现了复曲面元件的快速、确定性抛光。通过对复曲面加工的研究,在抛光中对其面型误差进行反馈补偿。最终加工的面型精度小于0.158μm （λ/4）,半径公差控制在±0.5mm以内,满足了光学系统中对复曲面元件的要求,并且在保证有较高面型精度和较好表面光洁度的同时,解决了复曲面镜的边缘效应和中心厚度难以控制等加工技术问题。     

激光加工聚合物微流控芯片暂态烧蚀模型研究

为了预测激光直写加工聚合物微流控芯片三维微流道外形，提出了三维烧蚀加工的解析模型.在CO2激光加工聚合物原理基础上，根据传热学原理和烧蚀面能量守恒原理，建立了激光加工三维暂态烧蚀模型.根据在微元控制面上热传导只发生在表面法向，并且激光加工在瞬时达到准稳态，将三维暂态偏微分方程转化为一维常微分方程.基于烧蚀面上的温度始终保持为降解温度，求出关于激光功率、扫描速度和材料热物理系数的微流道外形函数解，并用聚甲基丙烯酸甲酯进行了实验验证.实验结果表明，由解析模型得到的理论值与实验数据吻合很好，该模型的理论推导是符合实际加工实践的.     

不锈钢细长弯管化学抛光工艺的研究

研究了奥氏体不锈钢细长弯管的化学抛光液的组成及抛光工艺参数,讨论了抛光液的组成成分和抛光温度、时间对表面光洁度的影响.经过实验,筛选出一组化学抛光添加剂并找出最佳抛光工艺参数,抛光后细长弯管的表面光洁度能达到所要求的效果.     

单晶硅柱面反射镜的加工与检测

为了实现大尺寸柱面镜的高精度加工,解决这一领域面临的难题,对单晶硅柱面反射镜的加工和检测方法进行了深入的研究。本文采用古典工艺和现代工艺相结合的方法进行加工。首先,介绍了单晶硅柱面反射镜的加工过程,包括粗磨、细磨、抛光。然后,在此基础上,对抛光盘的制作和抛光液的选择进行了详细的阐述。最后,使用轮廓仪和干涉仪进行面形检验,对面形误差进行了分析。实验结果表明,尺寸为300×150×50mm,半径为4000mm的平凹柱面镜,加工后实际半径为4028mm,面形误差P-V值为0.15μm,光洁度为Ⅲ级。各项数据均达到了图纸的精度,满足了光学元件的使用要求。     

化学机械抛光技术研究现状与展望

化学机械抛光技术几乎是迄今唯一可以提供全局平面化的表面精加工技术,可广泛用于集成电路芯片、计算机硬磁盘、微型机械系统(MEMS)、光学玻璃等表面的平整化。本文综述了CMP的技术原理和CMP设备及消耗品的研究现状,指出了CMP急待解决的技术和理论问题,并对其发展方向进行了展望。