超光滑表面加工技术

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
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。
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345 Nhomakorabea2
1.液槽 2.抛光液 3.搅拌器 4.抛光盘 5.工件
1
1.浴法抛光
2.浮法抛光
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 。
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
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 。
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
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
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。
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。
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。