亚纳米量级光滑表面的超精密抛光

软Ｘ射线光学的发展，对光学元件表面提出超光滑要求，为此我们开展了使用锡磨盘的超精密抛光方法研究。本文介绍锡磨盘磨削的实验装置及主要结果。利用这种方法已加工出表面粗糙度优于０．３ｎｍ的超光滑表面     

蓝宝石基片的超光滑表面抛光技术

文中介绍了蓝宝石基片的主要抛光方法,包括浮法抛光、机械化学抛光、化学机械抛光和水合抛光等,对它们的工作原理、特点作了分析和总结。     

光学材料无磨料低温抛光的试验研究

将无磨料抛光与低温抛光结合起来,首次提出一种可获得原子级超光滑表面的新方法——无磨料低温抛光。这种新工艺可使光学材料获得Ra<1nm的原子级超光滑表面,通过大量的试验,系统研究了抛光盘水质、抛光前修盘时间、抛光压力和偏心等对已加工表面粗糙度的影响规律。结果表明,这种抛光工艺能获得原子级的超光滑表面。     

浮法抛光原理装置及初步实验

浮法抛光是当前超光滑表面高效加工技术之一。本文介绍了浮法抛光原理装置及初步实验结果。利用这项技术对φ30的K9玻璃样片进行实验,经过2～4小时的抛光后,表面粗糙度值优于1nmRa.     

磁流体辅助抛光工件表面粗糙度研究

给出了磁流体辅助抛光的机理,以及依据Preston方程建立的磁流体辅助抛光的数学模型。并通过实验详细研究了磁流体辅助抛光后工件的抛光区形状,以及抛光区内表面粗糙度情况。最终加工出了表面粗糙度为0.76 nm(rms值)的光学元件,其高频表面粗糙度达到0.471 nm(rms值),满足了对一定短波段光学研究的要求。结果表明:磁流体辅助抛光可以用于对光学元件进行超光滑加工;在磁流体辅助抛光过程中,较大粒度的磁流体抛光液有利于工件表面粗糙度快速降低,较小粒度的磁流体抛光液可以获得更加光滑的光学表面。     

非球面超精密抛光技术研究现状

非球面应用范围的拓展以及应用精度要求的不断提高对非球面元件的尺寸精度与表面质量提出了更高要求;作为终加工手段,非球面超精密抛光技术也越来越受到世界各国的重视。掌握非球面超精密抛光过程中的材料去除机理以及由此导致的亚表面损伤等特性对提高非球面抛光的精度与效率十分重要。对非球面抛光技术的发展进行回顾,并根据非球面超精密抛光技术的发展脉络,阐述当前主要非球面超精密抛光技术的加工原理及加工实例,随后从亚表面损伤、边缘效应等方面对几种非球面超精密抛光技术进行比较,并以提高抛光精度与效率为目标,对非球面超精密抛光技术的发展趋势进行预测。     

超精密研磨和抛光专家系统的研究

针对超精密研磨和抛光加工过程中出现的问题,设计出指导研磨和抛光加工过程的专家系统.该系统不仅能根据待加工材料的名称、性能以及加工后所达到的精度要求等输入参量,运用已有的工艺数据库自动给出加工工艺的参数,而且具有较强的状态监控能力,能自动控制研磨和抛光加工的过程.     

超精密CMP电化学抛光试验台关键部件的设计

由于化学机械抛光(CMP)中机械和化学作用同时发生在芯片抛光过程中,因此,传统的电化学测试仪难以动态测试CMP中芯片表面成膜的过程。将传统CMP设备与电化学测试分析仪相结合,开发新型电化学CMP测设平台。研究关键部件抛光头和抛光盘的设计,采用ANSYS进行传感器弹性体的标定与设计,并进行电化学分析试验的验证。结果表明开发的测试平台数据采集稳定,工作平稳,基本达到设计目标。     

大气等离子体抛光技术在超光滑硅表面加工中的应用

发展了大气等离子体抛光方法,并用于超光滑表面加工。该技术基于低温等离子体化学反应来实现原子级的材料去除,避免了表层和亚表层损伤。运用原子发射光谱法证明了活性反应原子的有效激发,进而揭示了特定激发态原子对应的电子跃迁轨道。在针对单晶硅片的加工实验中,应用有限元分析法在理论上对加工过程中的空间气体流场分布和样品表面温度分布进行了定性分析。后续的温度检测实验证实了样品表面温度梯度的形成,并表明样品表面最高温度仅为90 ℃。材料去除轮廓检测结果符合空间流场的理论分布模型,加工速率约为32 mm³/min。利用原子力显微镜对表面粗糙度进行测量,证实了加工后样品表面在一定范围内表面粗糙度Ra=0.6 nm。最后,利用X射线光电子谱法研究了该方法对加工后表面材料化学成分的影响。实验和检测结果均表明,该抛光方法可以进行常压条件下的超光滑表面无损抛光加工,实现了高质量光学表面的无损抛光加工。     

超光滑光学表面加工技术

现代科学技术的发展,在许多领域中提出了加工超光滑表面的要求。这种表面不仅要具备较高的面形精度和极低的表面粗糙度,同时要具有完整的表面晶格排布,消除加工损伤层。近年来国际出现了不少成功的超光滑表面加工技术,可以实现表面粗糙度小于1nm,面形精度优于30nm.本文介绍了超光滑表面的主要应用领域；从去除机理的角度讨论了BFP抛光、Teflon抛光、离子束加工、PACE加工、浮法抛光、延展性磨削等六种有代表性的超光滑表面加工技术；并对国内情况作了简单分析。     

超精密加工的技术基础和创新

主要叙述了当前超精密加工技术基础和关键技术,简述了当前的发展现状,并着重指出发展超精密加工技术必须要有创新的看法.     

铌酸锂晶片的化学机械抛光质量研究

采用化学机械抛光方法，在新型智能抛光机上用自制的抛光液对铌酸锂晶片进行抛光。结果证明选择适当的参数后可以得到一种超平滑表面，几乎无损伤层，且有较高的面形精度和加工效率。采用扫描探针显微镜(SPM)获得了铌酸锂晶片表面微观形貌，并测定了损伤层，分析了铌酸锂晶片的表面形成机理及其表面加工缺陷和损伤层的成因。     

抛光用氧化锆固体粉体的表征与制备研究

为筛选合适的氧化锆粉制备抛光液,采用固体紫外光谱、粉末衍射谱、晶体结构拟合、红外光谱、电子探针显微镜等对进口抛光液Zox-N粉体的成分及其品质进行了分析,确定了抛光粉的组成及国产锆粉制备抛光粉的工艺。结果表明,在氧化锆粉中加入0.18%的氧化铁红,混合均匀后在680～720℃煅烧24h,得到的粉体晶型与Zox-N基本一致。     

Design and Implementation of a Technique for Iterative Magnetorheological Jet Polishing

This article introduces a technique for iterative high precision freeform lens polishing, with operations alternating between a fabrication and a measurement unit. The technique is implemented using a Magnetorheological Jet Polishing (MJP) machine as fabrication unit, and a sub-aperture stitching interferometric system as measurement unit. The two units are separately located and have different internal coordinate references. Precision integration of the two is the key to realize high performance iterative polishing. In our study, application of the proposed technique yields a peak to valley (PV) value of 1/7λ in polishing flat optical elements.     

Ultra-Precision Polishing of N-Bk7 Using an Innovative Self-Propelled Abrasive Fluid Multi-Jet Polishing Tool

As the demand for optical glasses has increased, precision requirements for specific shapes, forms, surface textures, and sizes (miniaturization) have also increased. The standards and surface finishes applied to the reference mirrors used in measuring appliances are crucial. Hence, enhancements in figuring and surface finishing are indispensable to manufacturing industries. In this article, a novel self-propelled multi-jet abrasive fluid polishing technique is proposed for an ultra-precision polishing process in which a blade-less Tesla turbine was used as a prime mover. The turbine was characterized by high swirling velocity at the outlet; therefore, high levels of kinetic energy moving away from the turbine were used as polishing energy. Computational fluid dynamics (CFD) was also used to simulate the flow on the turbine blades. With a newly designed and manufactured polishing tool, the optimal polishing parameters for improving the surface roughness of crown optical glasses (N-BK7) were investigated. Taguchi's experimental approach, an L₁₈ orthogonal array, was employed to obtain the optimal process parameters. An analysis of variance (ANOVA) was also conducted to determine the significant factors. The surface roughness has been improved by approximately 94.44% from (R_a) 0.36 μm to (R_a) 0.02 μm. This study also presents a discussion on the influence of significant factors on improving surface roughness.     

基于化学机械抛光过程的超薄不锈钢基板表面特性分析

研究超薄不锈钢基板表面特性有利于了解和分析超薄不锈钢化学机械抛光（CMP）的接触机制及材料去除机制。使用SEM、OLS4000激光共聚焦显微镜、Mahr Surf XR20表面轮廓仪等仪器研究SUS304超薄不锈钢基板的组织结构与表面形貌、表面粗糙度、表面缺陷、力学性能等。测量和计算结果表明：SUS304超薄不锈钢表面缺陷一般为凹陷、折皱、锈蚀、划痕、结巴和麻点等,其厚度误差仅为0.4%,实际密度小于理论密度,其原始表面几何粗糙度为28.5 nm,原始表面均方根粗糙度为62.18 nm,原始表面轮廓偏离平均线的算术平均值为38.55 μm。     

基于AFM的化学机械抛光磨粒模拟研究

当前的化学机械抛光(CMP)磨损模型中大多数都缺少微观试验数据的支持。为进步揭示CMP中纳米磨粒对材料表面的磨损机制,提出了采用原子力显微镜(AFM)来模拟CMP中的单个磨粒的试验方案,并验证该模拟试验方案的可行性。结果表明:采用AFM探针来模拟CMP过程中单个磨粒对芯片表面的磨损与相互作用的试验方案是完全可行的;可以通过AFM探针对芯片表面的相互作用与磨损,模拟得出单个磨粒对芯片表面的作用与磨损状况,并可以在此微观试验数据的基础上建立起新的CMP磨损模型。     

核聚变堆用钨表面超精密抛光的研究现状与趋势

钨作为未来核聚变堆中最有前景的面向等离子体材料,在反应堆工况下将承受高能粒子的辐照冲击。表面质量的好坏会直接影响材料的氢/氦滞留行为和辐照损伤程度,进而影响聚变堆的安全性和可靠性。现阶段,针对钨的抗辐照改性研究主要着眼于材料的成分、结构和组织设计,关于机械加工对材料表面抗辐照改性的研究甚少。文章聚焦前沿科学问题,从机械加工角度分析核材料领域科学问题,结合国内外相关研究成果及核聚变堆用钨(PFM-W)的机械加工现状,阐述了PFM-W表面超精密抛光的必要性。通过对比不同抛光方法,提出了磁流变抛光和力流变抛光是较为适合PFM-W表面超精密加工的观点,并对未来PFM-W表面超精密抛光研究趋势进行了分析,重点在抛光方法的探索以及抛光后材料表面质量对抗辐照性能影响的研究。     

喷油嘴微孔磨粒流抛光数值模拟与试验

以喷油嘴喷孔为研究对象,采用kε固液两相Mixture湍流模型对磨粒流抛光过程中流场分布规律进行数值模拟,并通过正交试验探索了抛光压力、磨料浓度、磨粒粒径及加工时间等工艺参数对被抛光微孔表面粗糙度的影响规律。结果表明：喷油嘴微孔磨粒流单向循环抛光加工有利于改善喷孔结构;流道表面粗糙度与各加工参数均成负相关关系,且受抛光压力及磨料浓度影响显著。通过试验获得了最优参数组合,在此条件下喷油嘴微孔表面粗糙度值(Ra)由初始的1.16μm降至0.20μm。     

基于准布儒斯特角法研究抛光过程中光学材料的表面质量

光学硬脆材料在机械加工过程中不可避免地形成表面/亚表面损伤,对器件性能、使用寿命等具有至关重要的影响。相较于磨削、研磨两种前道工艺,抛光阶段材料的损伤逐渐减少至极其微量的程度,而最终残留的损伤将伴随材料的使用全周期,研究抛光阶段表面质量的变化过程对掌握抛光的工艺质量十分必要,但测量难度高。针对这一问题,本文在总结抛光阶段损伤形式的基础上,首先仿真分析了准布儒斯特角法检测表面质量的原理和优势,随后以Nd∶GGG激光晶体为研究对象,利用椭偏仪对不同抛光工艺下样品表面质量的变化进行了实验研究。通过与白光干涉法测量的表面形貌进行对比,准布儒斯特角偏移量和相位角变化曲线斜率准确地反映了抛光过程中表面质量的变化,展现了该方法的无损伤和高灵敏度特性,以及辅助研究抛光工艺的可行性。最后,对准布儒斯特角法在表面质量检测方面面临的问题进行了分析和展望。