超光滑表面抛光技术

　　精密和超精密加工技术、制造自动化是先进制造技术的两大领域,精密工程、精细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿,也是未来制造技术的基础·超精密加工是一门新兴的综合性加工技术,它集成了现代机械、电子、测量及材料等先进技术成就,使得目前的加工精度达到了0·01μm级,极大地改善了产品的性能和可靠性·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,在国防工业、信息产业民用产品的制造中占有非常重要的地位且有着广泛的市场需求,具有良好的发展前景·

　　科技的进步极大地推动了技术的发展,随着光学领域和微电子学领域及其相关技术的发展,对所需材料的表面质量的要求越来越高·大规模和超大规模集成电路对所用衬底材料的表面精度提出了很高的要求;短波段光学的发展尤其是强激光技术的出现,对光学元件表面粗糙度的要求极为苛刻·从而产生了超光滑表面的概念,并出现一系列用于进行超光滑表面加工的技术和方法·所谓超光滑表面具有以下主要特征:表面粗糙度小于1 nm(Ra)、尽可能小的表层和亚表层损伤、表面残余应力极小、晶体表面具有完整的晶体结构·

　　超光滑表面的加工手段有抛光和超精密机械加工等,而抛光应用得最广泛·超光滑表面加工的对象是晶体、陶瓷等硬脆性材料·超光滑表面主要应用于现代武器惯导仪表的精密陀螺的平面反射镜、激光核聚变反射镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘、磁头和蓝宝石红外探测器窗口的透镜等·

　　1　超光滑表面的抛光技术

　　对于各种超光滑表面的抛光加工手段,根据在加工过程中工件和抛光盘之间的接触状态可分为3种类型:直接接触、准接触和非接触·在各种抛光方法中的接触状态均只属于其中一种,并在抛光过程中基本保持不变·

　　1·1　直接接触抛光

　　直接接触抛光是指抛光盘和工件在抛光过程中直接发生接触,依靠抛光磨料的机械磨削作用和抛光盘的摩擦作用去除材料·浴法抛光、Teflon法抛光等都属于这种接触方式·

　　在传统抛光设备和方法的基础上,R.Dietz提出的浴法抛光[1]改变了抛光液的供给方式,采用浸液抛光,使抛光盘和工件的接触更柔和,在熔石英上获得了粗糙度为0·3 nm(rms)的超光滑表面·

　　在浴法抛光的基础上,A.J.Leistner[2]等人使用聚四氟乙烯(Teflon)抛光模·与沥青抛光模相比,Teflon抛光模不仅可以保持工件的面形精度,而且可以在许多材料上加工出粗糙度小于0.4 nm(rms)超光滑表面,同时还可以有效地降低材料表面的波纹度和亚表面损伤·

　　过去,硬脆性材料的加工基本上是利用硬质磨料的机械抛光,这直接影响工件表面质量而且存在亚表层损伤,导致产品性能和加工成品率降低·而化学抛光又会造成形状精度降低·为了克服上述缺点,产生的机械化学抛光[3]是利用固相反应的加工方法·通过使用软质抛光磨料和适当的抛光液,在工件与磨粒的接触点上,由于磨擦产生的高温高压,在极短的接触时间内发生固相反应,并由摩擦力去除反应物,实现纳米级微小单位的材料去除.