超精密加工机床新进展

介绍了超精密加工技术的特点及应用背景、当前超精密加工机床发展现状、国际著名的产品及研究中心。着重介绍了目前机床结构和部件、传动系统、检测环节、数控系统和环境控制等领域的最新研究水平和成果。从超精密加工技术推广应用的角度阐述了其精度目标和其模块化、廉价化发展趋势。     

SPM用于超精加工领域的重要性及特殊性

讨论了扫描针显微镜作为一种显微工具的优势和不足,介绍了把ＳＰＭ应用于超精密加工检测领域所要注意的问题,指出纳米级加工机理的研究将依赖于ＳＰＭ的复合化及多功能化,只有实现了加工与检测的一体化才能正确评价加工方法及工艺参数的优化选择,从而引导超精密加工的发展。     

超微孔加工技术的工艺研究

主要介绍了超微孔加工工艺的技术特点，尤其是在对非导电超硬材料利用超声加工和研磨超微细孔的工艺研究上所取得的一些进展，作了分析归纳，以便超微孔的加工技术在该相关领域的推广和应用。     

大口径光学元件超精密加工技术与应用

大口径光学元件超精密加工技术是多种学科新技术成果的综合应用,促进了民用和国防等尖端技术领域的发展,在国家大光学工程的推动下,我国的超精密加工技术取得显著的成果。围绕大口径光学元件“高精度磨削＋确定性抛光”超精密加工体系,介绍该领域研究进展及厦门大学微纳米加工与检测联合实验室取得的相关研究成果,主要针对光学元件磨削和抛光两个加工流程,详细分析磨削装备技术、磨削工艺技术、精密检测技术、可控气囊抛光技术、加工环境监控技术和中频误差评价技术等关键技术的研究应用情况。这些技术研究从超精密加工的需求出发,借鉴国内外的研究经验和成果,通过对装备、工艺、检测等各方面整合,形成具有自主知识产权的大口径光学元件磨抛超精密加工体系,从而实现大口径光学元件高精度、低缺陷加工。     

同步辐射与XUV光学

同步辐射的研究已大大促进了同步辐射光学领域中各个方面的发展,这些方面包括光学系统的设计理论、材料科学、光学仪器以及光学元件的测试和制造技术等。描述同步辐射和其光束线的概念,并介绍同步辐射光学相关的课题。     

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。     

精密和超精密加工技术的新进展

精密和超精密加工技术的发展,直接影响尖端技术和国防工业的发展。世界各国都极为重视,投入很大力量进行开发研究,故近年来发展迅速。本文介绍了国内外精密和超精密加工技术各主要领域的最新进展:精密和超精密机床的新发展,超精密切削机理和金刚石刀具的研究,精密镜面磨削和研磨技术的新发展,非球曲面精加工技术的发展以及微型机械制造中的精微加工技术的发展;提出我国应重视精密加工的研究,加大投入,加速提高我国精密和超精密加工技术水平。     

拼接干涉技术在同步辐射领域的发展现状及趋势

针对同步辐射领域光学元件的口径逐渐增大,其面形测量精度的要求已达到纳弧度级的问题,本文研究了该领域先进的面形测量方法——拼接干涉技术,以实现光学元件的高分辨率二维测量。介绍了拼接干涉技术的基本原理,综述了目前同步辐射光学领域常用的面形测量设备——激光光束长程面形仪、高精度自准直纳米测量仪,以及拼接干涉仪的发展历程和特点,比较了它们各自的缺点和优势。最后,分析了拼接干涉涉及的主要误差来源,指出该技术的应用和发展趋势主要有拼接算法的创新,干涉仪测量的快速化,拼接干涉仪的商业化,以及拼接干涉技术与其他科学技术的融合等。     

国内外精密加工技术最新进展

介绍了精密和超精密加工技术各主要领域国内外的最新进展。提出应重视精密加工的研究和加大投入,加速提高我国的精密和超精密加工技术水平。     

超精密蜗轮副加工成套工艺研究

介绍了一种新型超精密蜗轮副加工成套工艺,该工艺以"误差诱导重塑与自我精准抵消"为核心思想.为实现传动误差的精准检测,开发了机械传动误差检测智能iFMT仪器;研发了嵌入iFMT仪器可实现加工测量一体化功能的新型蜗轮母机;配合刀具、新标准等配套技术,加工得到双面同时达到DIN标准1级精度的超精密蜗轮副.     

超光滑表面软X射线光学元件的加工工艺与检测

本文叙述了工作在软X射线波段的光学元件的加工工艺与检测。谈到研究目的、背景和我国的研究概况。着重介绍了长春光机所近期工作的新进展。作者结合实例介绍了超光滑加工工艺方法、特点和超光滑表面粗糙度及面形的检测。测量结果表明,表面粗糙度优于0.5nm RMS,达到了世界先进水平。文章最后提出了今后三年的研究课题与目标。     

Development of Wolter I x-ray optics by diamond turning and electrochemical replication

Demonstration x-ray optics have been produced by diamond turning and replication techniques that could revolutionize the fabrication of advanced mirror assemblies. The prototype optics were developed as part of the Advanced X-ray Astrophysics Facility—Spectrographic program (AXAF-S). The initial part of the project was aimed at developing and testing the replication technique so that it could potentially be used for the production of the entire mirror array. This assembly will ultimately be comprised of up to 50 nested mirror shells. The mirrors are produced by electroforming a thin shell optic with a conical mandrel. The mandrel is diamond-turned electroless nickel over an aluminum substrate. The initial goal was to produce a surface finish on the replicated mirror shell of less than 10 Å rms (measured with a WYKO 3D at 20X). The electroformed mirror shell is made from pure nickel deposited in a state of minimum stress. A cryogenic separation technique is used to remove the finished mirror from the mandrel. The replication technology for the mirror components has the potential to revolutionize the fabrication of precision components. The extremely high precision required of x-ray optics may lead to advances in manufacturing techniques that could be utilized in the fabrication of other precision components. The key procedures of the fabrication process are presented with the appropriate testing results.     

基于梁弯曲理论的聚焦镜压弯技术研究

分析了通过压弯技术实现聚焦镜的基本原理,该技术以梁的弹性弯曲变形理论为基础,通过对基底施加力偶矩,获得各种聚焦镜。建立了柱面镜、超环面镜和椭圆柱面镜的压弯力学模型。利用有限元方法对超环面镜的压弯力学模型进行分析。     

高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测

为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先,描述了离轴三反消像散(TMA)光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSGJ非球面数控加工设备。最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值,λ=0.632 8μm);用Leica经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″,满足光学设计技术指标要求。     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

应用多模式组合加工技术修正大口径非球面环带误差

为了满足大口径非球面光学元件加工的需求,提出了用多模式组合加工(MCM)技术修正大口径非球面反射镜环带误差的方法。本文讨论的MCM技术以经典加工工艺为基础,采用抛光盘的多工位加工和抛光模式的组合完成光学元件的抛光,实现对光学表面中低频段误差的有效控制。介绍了MCM技术的重要组成部分JP-01抛光机械手的工作原理,分析了MCM的工作模式。采用MCM技术对Φ1230mm的非球面反射镜进行环带误差的修正,给出了镜面面形检测结果。实验结果表明,MCM技术可以有效地控制光学表面的中低频误差,使光学表面误差得到有效收敛,从而显著提高抛光效率。目前,采用MCM技术加工1～2m口径的同轴非球面,其精度可以达到30nm(RMS)。     

基于HHT变换的微晶玻璃超光滑表面抛光工艺技术研究

为了稳定地获得高质量的微晶玻璃超光滑表面,采用一种先进的超光滑表面抛光方法——定偏心浸液式抛光方法。首先分析了微晶玻璃的性能和微观结构,得出实现其超光滑表面抛光所必须的技术条件;然后,论述了浸液式超光滑表面抛光方法的基本原理及其抛光工艺过程。采用该方法稳定地获得了亚纳米量级粗糙度的超光滑表面,粗糙度达到Ra0.3nm;最后,采用HHT方法,通过粗糙度分布曲线到Hilbert谱的数学变换,得出主要抛光工艺参数与表面粗糙度之间的相互影响关系。结果表明,HHT用于超光滑表面的检测和评价,对实际抛光过程提出有效指导,有助于获得高质量的超光滑表面。     

软X射线界面传输特性及应用研究

对软X射线与界面相互作用的规律进行初步研究,给出了软X射线界面散射的一级近似一般理论推导,从中给出了粗糙界面软X射线的散射传输特性,表明在粗糙表面上软X射线的镜向反射系数,需要做与粗糙度有关的数学修正。作为形式上的一种方法,本文还给出了粗糙表面对软X射线全反射的动力学模型,以及一维软X射线散射测量粗糙度原理。通过实验测量了λ=243Å,256Å时具有超光滑表面的Mo,Si样品之反射率和λ=44.6Å时石英超光滑样品的反射率。采用镀碘化铯的方法,使“真空紫外-软X光反射率计”的可测量短波长从200Å降至10Å.对44.6Å进行了散射测量,可以明显看到软X射线的非正常反射现象;还对积分散射测粗糙度方法进行了初步研究。最后给出了X线聚焦装置的理论公式和设计实例。     

X射线衍射和散射光束线环面聚焦镜的面形精度与像差分析

介绍了用于NSRL的X射线衍射和散射光束线中环面聚焦镜的成像原理和基本结构,分析计算了各种像差和面形精度对成像质量的影响,重点描述了镜子因受力弯曲在子午方向的曲率变化与理论值的误差以及反射表面受同步辐射光照射而产生的热载变形,进而求得实验样品上束斑成像的高度.最后用CCD探测实际光斑的尺寸,结果表明:理论计算与实测数据非常吻合.     

用补偿器测量非球面的研究

重点讨论用零补偿器测量光学非球面表面面形精度的方法,并通过补偿器的光学设计,具体分析了各参数要素对测量精度的影响,最后给出在非球面数控加工不同阶段中对直径500mm,ƒ/2的双曲面主镜的检测结果。