超光滑表面加工技术

2.浮法抛光
2.浮法抛光
2.浮法抛光
浮法抛光中机械切削作用不占主要地位。采 用较软的或较硬的磨料均可获得超光滑表面 , 并且表面粗糙度可达到来亚纳米量级,接近原 子尺寸 ,这说明浮法抛光中,工件材料的去除是 在原子水平上进行的。浮法抛光过程 中,镜盘 与磨盘稳定旋转,抛光液运动产生的动压力,使 镜盘与磨盘之 间有数微米厚的液膜,磨料微位 在这层液膜中运动,与工件表面不断碰撞;工件 表面原子在磨料微粒的撞击作用下脱离工件主 体,从而被去除 。
超光滑表面加工技术
学生姓名: 魏宇峰 专 业: 无机非金属材料工程 指导教师：张希艳
主要内容
一
简述
二
超光滑表面加工技术
三
超光滑表面检测技术
简述
近年来，空间光学、X射线学、紫外光学 以及磁记录、光学记录、超大规模集成电 路等领域的发展，对上述光学系统的光学 元件提出了极精确面型和超光滑表面的加 工要求，其表面粗糙度在纳米级。
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1.液槽 2.抛光液 3.搅拌器 4.抛光盘 5.工件
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1.浴法抛光
2.浮Leabharlann Baidu抛光
FP是日本大阪大学南波教授为加工抛光磁头 材料在1977年提出的。该方法已经获得表面 粗糙度Rq<0.1nm超光滑表面，是目前超光 滑表面加工技术中，工件表面粗糙度最小的 方法。
浮法抛光机的机械构造类似于定摆抛光机。镜盘在磨盘上;电 动机驱动主轴使磨盘旋转,镜盘和工件因为磨盘的作用而被动 地绕自身工作轴旋转;但由于镜盘工件轴是固定的,工件不在 磨盘上往复摆动。磨盘与工件均浸于抛光液中。磨盘材料不 是通常的沥青或聚氨脂或毛毡之类 ,而是金属锡 ,纯度在 99.99%以上,锡盘厚度约20mm。锡盘是这样制造的:先用钢 刀在锡盘上车出2mm宽的螺线或同心圆;再用钻石车刀在盘 面车出更精细的螺线,进给速度约 0.3 mm /rev 。
乙烯抛光模具，采用浴法抛光的方法，模具的直 径是工件的3~4倍。采用大盘抛小工件可获得比 抛光模具好得多的表面。抛光速度要慢，机械振 动要小，抛光机主轴摆速为3~8r/min。聚四氟乙 烯模具可抛光各种材料，甚至用于较难抛光的材 料，如氟化钙、氟化锂、硅等
聚四氟乙烯抛光盘具有抗老化、耐磨损、可长时间保持 面型等优点，即可用于传统抛光，又可用于浴法抛光。 其关键是模具制造。
通常把粗糙度为纳米级的表面称为 超光滑表面。超光滑表面加工技术， 即超光滑抛光，相当于原子、分子 水平上的加工。
简述
超光滑光学元件可用于的高科技领域
软X射线光学系统 空间光学（天文望远镜） 强激光系统（谐振腔反射镜面） 集成电路基板 大容量光盘 磁头加工
简述
超光滑表面抛光机理
1.机械磨削去除材料 2.物理碰撞方法去除材料原子 3.化学方法去除工件表面原子
这是一种利用化学反应来除去材料而实现超光滑抛光的 方法。该方法始于20世纪90年代，现在水平已达面型精
度 / 50，表面粗糙度优于0.5nm。加工范围广，适用于
各种尺寸和面形，是一种很有前途的超精加工方法。
等离子体辅助抛光从整体上讲也是一种计算机控 制小磨头抛光技术。不过，此时的抛光头是由某 种气体在射频激励离子激光器的作用下产生的活 性等离子体组成的。化学活性的等离子体与工件 表面物质发生化学反应，生成易挥发的混合气体， 并有排气孔排出，从而使材料去除
6. 磨粒弹射溅射抛光
该方法是1979年由日本大阪大学的莫里等人发展 的一种非接触式超光滑表面加工方法，可用于半导 体材料，玻璃材料和硅、锗，可获得玻璃
4. 离子束抛光
离子束抛光时在高真空环境下进行的， 设备比较昂贵。它是用被加速的离子与 工件表面原子核直接产生弹性碰撞，将 能量直接传给工件材料的原子，使其逸 出表面从而将材料去除，是一种典型的 用物理碰撞方法惊醒抛光技术。
目前，人们利用这一技术已加工 直径0.5、粗糙度0.6nm的表面。
5. 等离子体辅助抛光
1.浴法抛光 2.浮法抛光 3.聚四氟乙烯抛光 4.离子束抛光 5.等离子体辅助抛光 6.磨粒弹性溅射抛光 7.磁流变抛光
1.浴法抛光
浴法抛光是美国在20世纪60年代为发展 远紫外光学而研究的一种超光滑加工方 法。此法在熔石英上获得了粗糙度为 0.3nm的超光滑表面。
1.浴法抛光
浴法抛光示意图
2.浮法抛光
热力学理论认为,固体最稳定态是绝对零度时的理想 晶体,此时其内能最低 ,各原子间结合能相 同。实际 上的固体 ,其每一面层都存在晶格缺陷。固体的相 互作用缘于其存在晶格缺陷的结构。物体表面原子 间的结合能正 比于该原子周围的同等原子数 目,换 言之,不同面层原子因其位置而有不同的结合能。具 体到被抛光工件而言 ,其外表层原子数显然少于内 部各面层原子数,这样外表层原子间的结合力就比其 主体内部的原子弱。同样的道理,外表层原子的结合 能不是一致均匀分布的。这就是说外表面层的原子 比内部原子容易去除。
5. 等离子体辅助抛光
等离子体辅助抛光设备由三部分组成：可编程位 置控制系统。抛光过程是一个闭环反馈系统的控 制过程。抛光头位于工件表面上方几毫米处垂直 于被加工表面，由一个5轴CNC来控制，以满足 不同表面需要。通过控制抛光头的相关参数可使 抛光头的去除函数形状在抛光过程中改变，更加 有效提高收敛速度。利用材料去除量控制设备可 实时监控表面的去除量，进而实现闭环控制。其 中材料去除量是驻留时间的函数，控制精度可达 1%.
实际上，超光滑表面抛光过程，材料去除并不 只是其中的一种方式，多数情况下是三种去除 方式的共同作用，只是某一种方式表现得更为 明显而已
2.超光滑表面加工技术
目前，超光滑光学元件常用的材料有玻璃、晶体、陶瓷及某些金属， 如熔石英、微晶玻璃、蓝宝石、铝合金、无氧铜、单晶硅等。所以获得 超光滑表面的加工技术有很多。
3.聚四氟乙烯抛光
该方法是20世纪70年代。澳大利亚 计量实验室为抛光法布里-珀罗干涉 仪所用高精度光学元件而提出来的。 该方法已经在多种材料商获得0.4nm 的粗糙度。
3.聚四氟乙烯抛光
在加工超光滑表面时，工件先进行预抛光，使用 沥青抛光盘，抛至表面无任何明显疵病，径向磨
痕完全去除，平面度达 / 3 ~ / 6 。换用聚四氟