浮法拋光超光滑表面加工技術(shù)

1、浮法拋光超光滑表面加工技術(shù)浮法拋光超光滑表面加工技術(shù)浮法拋光技術(shù)首先出現(xiàn)于日本，是加工超光滑表面的先進技術(shù)之一。本文介紹用浮法拋光加工超光滑表面的機械結(jié)構(gòu)和加工過程，與傳統(tǒng)的瀝青拋光方法進行比較，分析材料去除機理。最后簡單介紹我國研究浮法拋光技術(shù)的進展。正文一、浮法拋光技術(shù)的產(chǎn)生與現(xiàn)狀光學(xué)零件的加工基本包括切割成型、研磨、拋光三道工序；最終的光學(xué)表面質(zhì)量由拋光決定，因此拋光是最重要的工序。通常高質(zhì)量光滑表面的拋光是以瀝青或纖維等彈性材料

2、作磨盤，配以拋光液或研磨膏來達到技術(shù)要求。近年來，光學(xué)及微電子學(xué)極大地推動了光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展。大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路對所用基片(通常為硅、鍺等材料)的表面精度提出了很高的要求；短波段光學(xué)的發(fā)展尤其是強激光技術(shù)的出現(xiàn)，對光學(xué)元件表面粗糙度的要求極為苛刻。表面粗糙度低于1nmrms的超光滑表面加工技術(shù)已成為光學(xué)及微電子學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的重要課題?？總鹘y(tǒng)的經(jīng)驗依賴性的光學(xué)加工方法是不能滿足日益發(fā)展的光學(xué)、電子學(xué)要求的。國內(nèi)外已有許多科學(xué)家在

3、探索加工高精度超光滑表面的各種技術(shù)。一般原子直徑小于0.3nm，而超光滑表面微觀起伏的均方根值為幾個原子的尺寸，因此實現(xiàn)超光滑表面加工的關(guān)鍵在于實現(xiàn)表面材料原子量級的去除。1997年，日本大坂大學(xué)的難波義治教授發(fā)明了浮法拋光(FloatPolishing)加工超光滑表面技術(shù)。通過使用這項技術(shù)，可使剛玉單晶的平面面形達到λ20，表面粗糙度低于1nmRz。1987年的研究報告表明，使用浮法技術(shù)進行多種材料的拋光實驗，對φ180mm的工作，可

4、以達到表面粗糙度優(yōu)于o.2nmrms，平面度優(yōu)于λ20=0.03μm。目前在日本，浮法拋光技術(shù)應(yīng)用很廣泛，尤其是用于錄音機、錄像機或計算機的磁頭生產(chǎn)；每年有2500萬個磁頭就是采用這項技術(shù)制造的。近年來，德國也在研究類似拋光技術(shù)。德國Ulm大學(xué)的歐威(O.Weis)研究表明，對白寶石材料的φ7mm的工件進行拋光，30分鐘后達到表面粗糙度小于0.05nm的結(jié)果。將浮法拋光樣品與普通拋光樣品比較可以發(fā)現(xiàn)浮法拋光有許多優(yōu)點。普通瀝青式拋光使用

5、硬度大于工件的磨料，也可以獲得所謂超光滑表面的粗糙度指標(biāo)，但對磨盤的平面度的修正很有講究，這影響到被拋光工件的面形。普通拋光后的工件，其邊緣幾何尺寸總不太好，經(jīng)常有塌邊或翹邊現(xiàn)象；并且在高倍顯微鏡下可以看到表面有塑性畸變層。應(yīng)用浮法拋光法技術(shù)獲得的超光滑表面，不僅具有較好的表面粗糙度和邊緣幾何形狀，而且拋光晶體面有理想完好的晶格，亞表面沒有破壞層，并且由拋光引起的表面殘余應(yīng)力極小。二、浮法拋光機的機械結(jié)構(gòu)與拋光過程浮法拋光機的機械構(gòu)造類

6、似于定擺拋光機。在對工件進行浮法拋光前，被加工工件首先要進行預(yù)拋光，干燥。就可以浮法拋光。手工拋光基礎(chǔ)知識手工拋光基礎(chǔ)知識手工拋光是用時間和經(jīng)驗而獲得的一項技術(shù)。本章討論手工拋光的一些基礎(chǔ)知識。用瀝青拋光光學(xué)表面稱為光學(xué)拋光。瀝青拋光?；驋伖夤ぞ呤怯靡环N混合拋光材料制成的，在標(biāo)準(zhǔn)室溫條件下，拋光層稍有塑性流動。拋光光學(xué)表面采用兩種型式的瀝青拋光模。第一種是網(wǎng)格型式，在大網(wǎng)格面上壓制出更小的網(wǎng)格面形。第二種是帶有粗槽線的整體型式。瀝青膠配

7、方瀝青膠的配方一般對同行是保密的，每一個光學(xué)技工都有其喜愛的瀝青拋光膠的配方和方法。因此，并不限制他們在膠鍋里混入些什么東西。管理人員和公司通常只堅持一個方針，就是要求每個新的光學(xué)技工采用標(biāo)準(zhǔn)的瀝青膠配方。下面列出某些典型的拋光瀝青膠的配方。按重量比：D光學(xué)膠1磅（453.6g）加石蠟1盎司（28.35g）D光學(xué)膠1磅加石蠟2盎司（拋光修整用）D光學(xué)膠1.5磅加OZHINITE34盎司和松香柏油5盎司D光學(xué)膠2磅加ZPHALAC2磅2)

8、號和3)號瀝青拋光膠用于拋光冕牌玻璃、派勒克斯玻璃、窗玻璃和石英晶體。4)號瀝青膠用于拋光稀土玻璃和火石玻璃。后來D.亨德里克斯根據(jù)一條簡單規(guī)則把瀝青膠配方劃為類似化合物的混合物。例如，瀝青膠中松香從松樹得到，蓖麻油或亞麻仁油是植物油，故稱為植物性混合物。D光學(xué)膠是從煉油廠得到的軟瀝青化合物混合而成的無機物或無機物的混合物。亨德里克斯研究了若干種瀝青膠的配方：按重量比：無色透明松香5磅，蓖麻油6盎司。D光學(xué)膠2磅，亞麻仁油6盎司。D光學(xué)

9、膠2磅，松香柏油4盎司，蜂蠟1.5磅，加1～3匙松節(jié)油，然后調(diào)均勻。采用的瀝青配方是5磅無色透明的松香和6盎司松香柏油（液態(tài)），可以預(yù)先置好瀝青膠以作準(zhǔn)備用。佐貝爾（Zobal）牌號有軟瀝青膠和硬瀝青膠。這種膠是透明的，加一些較軟的膠可以使較硬的膠軟化。萬能蟲膠供應(yīng)公司（Brooklyn，NY）提供的No450中硬拋光膠是廣泛使用的膠。該公司也提供各種不同硬度和熔化范圍的布爾根德（Burgundy）瀝青膠。W.蒂查（WnDixon）和其

10、公司（Newark，NJ）是又一家提供優(yōu)質(zhì)光學(xué)瀝青膠的公司。有些進口瀝青膠也是很好的并能保證質(zhì)量。雖然沒有各種配方的完整規(guī)格，但瀝青膠是可以根據(jù)特殊需要而專門研制的。瀝青膠硬度的測量瀝青膠硬度有幾種測量方法。一般采用針入度計，該儀器在壓有0.5kg銅重塊的滑桿上固定一只直徑為6mm的軸承鋼球。在圓柱體滑桿上固定一只每英寸1000分到處圓度盤，5min以后讀出軸承鋼球穿入瀝青膠的數(shù)值（見圖3.1）。許多早期的光學(xué)技工用拇指甲以約為2～3磅

11、的壓力在1～2s鐘內(nèi)壓入膠內(nèi)，其它測量方法是仿效該法得到的。拇指甲壓膠雖是一種粗略的方法，但可以設(shè)計出一只帶有銳邊的輪子，棒的支點到輪子的長度為10cm，棒上穿一個重為8盎司的銅重塊，60s后測量輪子刀刃穿入瀝青膠的寬度和深度（見圖3.2）。圖3.1測試拋光瀝青膠硬度的典型瀝青膠針入度裝置圖3.2類似于拇指甲測試瀝青膠硬度的另一種設(shè)計方案雖然采用加重塊的穿入方法更為精確，但它的缺點是因瀝青膠的霧氣凝聚在測桿上，而使昂貴的千分表漸漸失去精