超光滑表面抛光技术

超光滑表面抛光技术是超精密加工体系的一个重要组成部分,超光滑表面在国防和民用等领域都有着广泛的应用 文中介绍了超光滑表面的物理特征和应用,并根据抛光过程中工件与抛光盘之间的接触状态,将各种抛光方法分为直接接触、准接触和非接触3类,对每一种抛光方法作了总体的描述,详细地介绍了近年来发展的激光抛光技术和化学机械抛光技术及其超光滑表面抛光的加工机理。

超光滑表面加工技术研究进展

针对如何高效稳定地获得粗糙度值小、少无亚表面损伤、低成本的超光滑表面的问题,分析了原子级超光滑表面加工技术的加工原理,详细阐述了几类非接触式抛光方法的加工原理及国内外最新研究进展,并着重论述了声悬浮抛光和磨料水射流抛光的研究现状。接着,在此基础上对这几类加工方法各方面的优缺点进行了对比总结。最后,针对目前超光滑表面加工技术存在的不足,指出了超光滑表面加工技术有待进一步研究的方向。研究结果表明,采用非接触式的抛光方法,对加工过程加以合理的控制,可大大降低工件表面粗糙度,改善亚表面的损伤情况;目前非接触式抛光普遍对抛光设备精度要求较高,减少加工成本是超光滑表面加工技术进行大规模推广的迫切要求。

掠入射X射线散射法测量超光滑表面

介绍了掠入射X射线散射法(GXRS)测量超光滑表面的原理及基于商业用X射线衍射仪改造而成的实验装置。选择3片不同粗糙度的硅片作为实验样品,根据一级矢量微扰理论对各个样品所测量的散射分布进行处理。结果表明,GXRS法得到的样品功率谱密度函数(PSD)与使用原子力显微镜(AFM)所测量的结果基本相符。分析了探测器接收狭缝的宽度和入射光发散度对实验结果的影响,结果表明,在其他实验条件理想的情况下,当探测器接收狭缝宽度<0.02mm,入射光发散度<43″时,在空间频率>0.03μm-1的范围内,由其引起的PSD函数测量误差<2%。随着探测器接收狭缝宽度和入射光发散度的减小,测量误差呈指数迅速减小。在所测量的空间频率范围内,PSD函数的误差随频率的增加而减小,仪器的重复精度优于2.6%。

SiC悬浊液超光滑表面加工技术

以纳米SiC颗粒悬浊液作为超光滑加工的载体,研制了适合进行超光滑表面加工且具有良好分散性和稳定性的纳米SiC颗粒悬浊液,阐述了悬浊液浮超光滑表面加工的机理,并用该悬浊液对K9光学玻璃进行了加工试验研究,并进行了AFM测试。验证结果表明,加工获得的K9光学玻璃表面粗糙度可以达到Ra=0.84 nm的水平。

基于HHT的微晶玻璃超光滑表面抛光

针对激光陀螺反射镜常用材料微晶玻璃的加工技术,介绍了一种较为成熟的超光滑表面加工方法—定偏心浸液式抛光。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加工所必须的技术条件。系统论述了提出的超光滑表面抛光方法的基本原理及其抛光工艺过程。通过多次工艺实验,稳定地获得了埃量级的超光滑表面。最后,采用Hil-bert-Huang变换(HHT)非线性平稳信号的时域分析法,通过超光滑表面粗糙度分布曲线到Hilbert谱的一系列数学变换,得出主要抛光工艺参数与表面粗糙度之间的影响关系,对实际加工工艺过程与抛光结果进行有效反馈和指导。基于HHT的超光滑表面抛光方法可以稳定地获得Ra优于0.35 nm的微晶玻璃超光滑表面,目前最好结果为Ra=0.3 nm。

纳米磨料硬度对超光滑表面抛光粗糙度的影响

通过均相沉淀法制备了纳米CeO2和Al2O3粉体,研究了在相同抛光条件下纳米CeO2、Al2O3和SiO2磨料对硅片的抛光效果,用原子力显微镜观察了抛光表面的微观形貌并测量其表面粗糙度。结果表明:纳米CeO2磨料抛光后表面具有更低的表面粗糙度,在5μm×5μm范围内表面粗糙度Ra值为0.240nm,而且表面的微观起伏更趋向于平缓;考虑了纳米磨料在抛光条件下所发生的自身变形,其变形量相当于一部分抵消了纳米磨料嵌入基体材料的切削深度,而这个切削深度最终决定了抛光表面的粗糙度;分析指出这个变形量与纳米磨料的硬度成反比,硬度低的纳米磨料由于自身变形量大,导致切削深度小,抛光后表面的粗糙度值低。解释了在相同的抛光条件下不同硬度的纳米磨料具有不同的抛光表面粗糙度的原因。

高温超导薄膜衬底材料LaAlO_3单晶的超光滑表面抛光研究

本文以化学机械抛光为手段 ,以原子力显微镜 (AFM)为工具 ,对高温超导薄膜衬底材料LaAlO3 单晶的超光滑表面抛光进行研究。既观察到了由传统光学表面向超光滑表面过渡的过程 ,又观察到了超光滑表面加工的结果—表面的本征化。

超光滑表面加工技术的发展及应用

超光滑表面加工技术是超精密加工体系的一个重要组成部分,超光滑表面在国防和民用等领域都有着广泛的应用。本文针对超光滑表面的需求,介绍了超光滑表面制造技术的发展过程,对各种超光滑表面加工原理与方法进行了简单描述与评价,最后提出了一种基于流体二维振动的超光滑表面加工技术,为超光滑表面的加工提供了新的方法。

用于超光滑表面加工的常压低温等离子体抛光系统设计

介绍了一种新型超光滑表面加工方法及其系统的设计.该方法主要基于低温等离子体化学作用,通过活性反应原子与工件表面原子间的化学反应实现原子级的材料去除,避免了表层和亚表层损伤.该常压低温等离子体抛光系统首次引入了电容耦合式射频等离子体炬,并根据装置的实际特性进行了良好的阻抗匹配.原子发射光谱分析结果表明,该系统实现了稳定的大气压等离子体放电,并有效地激发出高密度的活性反应原子.针对单晶硅片的加工试验结果,也证明了该系统可高效稳定地工作,并实现了约1.46,mm3/min的材料去除速率和0.6,nm(Ra)的表面粗糙度.

Li_2O-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃超光滑表面纳米划痕产生机理及抑制实验研究

对Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃超光滑表面进行了纳米划痕实验,测得微晶玻璃超光滑表面弹性-塑性与塑性-脆性转变的临界载荷分别为3.906 mN和29.78 mN.通过对微晶玻璃超光滑表面划痕产生机理进行分析,得出在纳米尺度的抛光加工过程中,抛光颗粒的载荷越接近弹塑转变临界载荷,则样品表面产生的划痕越少,越易获得无划痕的超光滑表面.通过对比抛光工艺优化前后的实验结果,可以看出优化后的抛光工艺对超光滑表面划痕的抑制效果较明显,证实了上述研究结果的正确性.该研究结果对于Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃超光滑表面加工具有一定的指导意义.

超光滑表面加工方法

超光滑表面的一个最直接的评价参数就是表面粗糙度,它要求Ra≤1nm。在这样高的要求下,传统抛光由于磨料的存在限制了表面粗糙度进一步减小,传统的机械加工已经满足不了要求。文中着重阐述了现有的超光滑表面的加工方法,对于各种方法都做了原理性的介绍及评价。

化学气相沉积SiC材料超光滑表面纳米加工

利用传统光学加工方法,采用陶瓷磨盘和金刚石微粉对国产化学气相沉积(CVD)SiC进行了粗磨、细磨加工;然后,利用颗粒直径从4μm到1μm的金刚石研磨膏逐级进行抛光,发现SiC表面存在纳米级划痕;最后,改用颗粒直径为20 nm氧化铝纳米颗粒的碱性水溶液进行抛光,表面粗糙度达到0.6 nm(RMS),表面纳米级划痕得到很好改善,获得了较高表面质量的超光滑表面。

LBO晶体超光滑表面抛光机理

胶体SiO2抛光LBO晶体获得无损伤的超光滑表面,结合前人对抛光机理的认识,探讨了超光滑表面抛光的材料去除机理,分析了化学机械抛光中的原子级材料去除机理。在此基础上,对胶体SiO2抛光LBO晶体表面材料去除机理和超光滑表面的形成进行了详细的描述,研究抛光液的pH值与材料去除率和表面粗糙度的关系。LBO晶体超光滑表面抛光的材料去除机理是抛光液与晶体表面的活泼原子层发生化学反应形成过渡的软质层,软质层在磨料和抛光盘的作用下很容易被无损伤的去除。酸性条件下,随抛光液pH值的减小抛光材料的去除率增大;抛光液pH值为4时,获得最好的表面粗糙度。

流体二维振动超光滑表面加工技术

针对超光滑表面的需求,提出了一种基于流体二维振动的超光滑表面加工方法。该方法用流体代替传统的抛光盘,并附加二维振动作为抛光作用力对工件进行抛光,工件在流体中的缓慢复杂平面运动与流体的相对振动产生“冲击研磨”效应,通过实验证明了该方法的有效性。

超光滑表面的离子束抛光与微观形貌检测

本文介绍了利用离子束抛光方法获得石英和单晶硅两种材料的超光滑表面，利用原子力显微镜（ＡＦＭ）进行该类表面微观形貌的测试工作。这种加工和测试可以在纳米尺度上进行。在合适的工艺参数条件下，我们已能获得微观形貌小于１ｎｍ（ｒｍｓ）的超光滑表面。

无机材料超光滑表面的制备

随着光学、微电子、航天和激光技术的发展,在晶体或玻璃等无机材料上制备亚纳米级的超光滑无损伤表面已成为现代精密加工技术领域的重点研究课题。近年来,此项技术研究进展迅速,不仅改进了传统的抛光技术,还出现了浮法抛光、离子束加工和弹性发射加工等新技术。系统介绍了超光滑表面的检测、制备技术及其发展,并讨论了抛光过程中的机械化学作用机理。

用于超光滑表面无损检测的光学轮廓仪

所述的光学轮廓仪是利用双焦透镜产生的偏振光束经被检面反射后形成了一共路干涉体系 ,因此该干涉体系可对超光滑表面做非接触无损检测而无需标准参考面 ;同时 ,利用双通道电子共模抑制技术可有效地抑制系统的各类噪声 ;计算机控制测量 ,即时给出表面粗糙度参数 ,测量结果与计量用 WYKO轮廓仪比对 ,结果吻合。仪器特别适合于均方根值 Rq为纳米及亚纳米量级的表面的测试 ,尤其是软质金属材料及膜层表面。其横向分辨率为 1μm,纵向分辨率为 0 .1 nm。

超光滑表面的加工、表征和功能

超精密加工的目标是通过表面质量控制获得预定的表面功能。一定的加工过程产生相应的表面特征 ,而表面特征在很大程度上又决定着表面的实际功能。为了通过预先设计及加工控制获得要求的功能表面 ,必须对超光滑表面的加工、表征。

Li_2O-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃超光滑表面纳米硬度实验研究

介绍了纳米压痕技术的原理和方法.采用三角锥形Berkovich金刚石压头对Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃的超光滑表面(Ra=0.079 nm)进行了纳米压痕实验.结果表明,当载荷低于300 mN时,微晶玻璃表现出延性特性.此外,在不同的载荷条件(20 mN^300 mN)下微晶玻璃的硬度和弹性模量存在较大的差异,分析其原因分别是纳米压痕的尺寸效应和材料发生了塑形变形.通过将实验得到的微晶玻璃的纳米硬度值与传统计算方法得到的硬度值进行比较,发现传统方法得到的硬度值较大,其原因是传统硬度计算方法忽略了材料的弹性恢复.

超光滑表面无损检测轮廓仪

本文所述的超光滑表面无损检测轮廓仪，无需标准参考面；利用双焦干涉作非接触无损检测；利用干涉及电子共模抑制技术可有效地抑制各类噪音；计算机控制测量，即时给出表面粗糙度参数，与ＷＹＫＯ比对，结果吻合．仪器特别适合于均方根值Ｒｑ为纳米及亚纳米量级的软质金属材料及膜层表面测试．其横向分辨率为１μｍ，纵向分辨率为０．１ｎｍ．