介电泳辅助水溶解抛光过程中微水滴分布的仿真与实验研究

目的 为解决KDP晶体无损表面的制造难题,进一步提升水溶解抛光方法的抛光质量和效率,研究介电泳效应对水溶解抛光液的影响.方法 提出一种介电泳辅助水溶解的抛光方法,最终获得超光滑表面,采用有限元软件模拟极化后微水滴的运动行为,并搭建验证性平台观测介电泳力作用下抛光液的吸附行为,验证抛光原理.之后数值模拟不同的电极形状对微水滴受到介电泳力的影响规律,优化得到最优电极形状参数.最后搭建试验平台,验证介电泳对水溶解抛光效率和质量的提升效果.结果 微水滴会在介电泳力作用下发生形变,并聚集在晶体表面附近,从而提高抛光过程中参与溶解的微水滴数量,加快溶解去除速率.同时,上电极也会对抛光液产生"吸附"作用,延长抛光液在晶体表面的作用时间,减小抛光液甩出率,进一步提高抛光效率.双螺旋结构电极具有最大的电场梯度,能够使水滴受到最大的介电泳力而向晶体表面聚集.经过20 min抛光后,采用传统水溶解抛光的KDP晶体表面粗糙度Ra由抛光前的590 nm降低至1.637 nm,而采用介电泳辅助水溶解抛光的KDP晶体,表面粗糙度降至1.365 nm,表面质量更高.与传统水溶解抛光相比,介电泳辅助水溶解抛光效率提升24％,同时能够更快地获得光滑表面.结论 在介电泳效应的辅助作用下,KDP晶体水溶解抛光质量和效率均得到了提升.