硅基材料的電感耦合等離子體射流加工技術(shù)研究.pdf

1、空間-地面觀測(cè)、慣性約束聚變、極紫外線光刻技術(shù)等一些具有挑戰(zhàn)性的國(guó)際前沿科學(xué)工程項(xiàng)目中,對(duì)大型超精密USB接口光學(xué)元件的需求日漸增加,要求亦日漸苛刻:需要光學(xué)元件的數(shù)量是數(shù)以千計(jì)的,要求其口徑達(dá)到數(shù)米甚至數(shù)十米,同時(shí)希望其具有很高的面形精度。目前,加工周期、亞表面損傷、加工成本等問題仍然制約著這些項(xiàng)目的開發(fā)和部署。大氣等離子體加工方法為上述問題提供了一個(gè)獨(dú)特的解決方案。電感耦合等離子體(ICP,Inductively Coupled P

2、lasma)射流加工技術(shù)是大氣等離子體加工方法中的一種。ICP射流加工基于ICP炬,在大氣壓下形成一個(gè)近高斯型、穩(wěn)定并且可控的刻蝕足跡進(jìn)行化學(xué)刻蝕,結(jié)合了高材料去除率和非接觸加工的優(yōu)勢(shì)。
　　本論文為國(guó)內(nèi)首例針對(duì)大氣壓下ICP射流加工技術(shù)進(jìn)行的研究。完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)大氣壓ICP射流加工系統(tǒng)原理樣機(jī)的搭建和調(diào)試;通過基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方式,研究加工過程中各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)硅基材料的去除率、工件表面溫度和表面質(zhì)量的影響,建立一個(gè)穩(wěn)定

3、、快速并且高質(zhì)量的硅基材料的加工過程,為后續(xù)大型超精密光學(xué)元件表面的均勻去除奠定了基礎(chǔ)。
　　首先,介紹了ICP射流加工的基礎(chǔ)理論和相關(guān)特性;分析了ICP射流加工系統(tǒng)的組成及各組成部分的功能,根據(jù)ICP的原理、特性對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行了選型;完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)大氣壓下ICP射流加工系統(tǒng)原理樣機(jī)的搭建和調(diào)試。
　　然后,以新搭建的ICP射流加工系統(tǒng)為基礎(chǔ),以材料去除率為研究目標(biāo),圍繞ICP射流加工硅基材料碳化硅(SiC)、熔石英(S

4、iO2)展開研究。選擇合適的等離子體診斷手段并分析ICP的射流加工特性;展開工藝實(shí)驗(yàn),探究ICP射流加工SiC、SiO2過程中各個(gè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)材料去除率和工件表面溫度的影響,尋求提高材料去除率的工藝參數(shù);在獲得穩(wěn)定的加工參數(shù)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)對(duì)硅基材料表面的均勻、快速去除。
　　最后,以表面質(zhì)量為研究目標(biāo),圍繞ICP射流加工SiC和SiO2展開研究。對(duì)ICP射流加工后的SiC和SiO2的表面質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),分析ICP射流加工對(duì)SiC和Si