光学镜片精密车削表面粗糙度预测及参数优化

针对环曲面光学镜片加工难,对环曲面精密车削加工进行粗糙度预测及工艺参数优化研究。基于响应曲面法(RSM)采用慢刀伺服车削技术进行曲面加工,探讨了刀具圆弧半径、进给速度、背吃刀量、主轴转速及离散角对表面质量的影响,建立了以表面粗糙度为响应的多元回归数学模型,利用满意度函数法对模型进行优化求解,确定了最佳工艺条件:刀具圆弧半径0.89mm,进给速度5μm/r,背吃刀量5μm,主轴转速200.32r/min,离散角5.64°。通过该模型分析了因素对响应的交互作用及其对表面粗糙度影响力的大小:刀具圆弧半径影响最显著,进给量和背吃刀量次之。验证试验表明,通过响应曲面法建模能对环曲面镜片车削加工的表面粗糙度进行有效预测。     

高速切削加工对表面粗糙度的试验探究

通过高速切削加工,可有效提高加工效益,在加工过程中保证零件的表面粗糙度也是高速切削加工的要求;在高速切削加工时,本文就主轴转速、轴向进给量、进给速度、径向进给量等单因素对表面质量的影响作出浅析研究。     

W-Mo合金表面超精密加工的CMP技术研究

阐述了金属化学机械抛光的机理。将半导体制造工艺中的nm级平坦化技术、化学机械抛光技术拓展并应用到W-Mo合金工艺中,在实现精密物理材料表面高平坦度、低粗糙度的前提下,提高W-Mo合金去除速率。采用碱性抛光液进行实验,确定了抛光液的成分;分析了W-Mo合金化学机械抛光中压力、流量、转速、pH值、活性剂等参数对W-Mo合金的影响。实验表明,实现W-Mo合金表面超精密抛光的最佳条件为:压力0.06MPa,流速160mL/min,转速60r/min,pH值10.1~10.3。     

高体分铝基碳化硅表面镀镍钴合金非球面反射镜的光学加工

为了制造具有良好力学和热学性能的反射镜,对高体分铝基碳化硅镀镍钴合金反射镜的光学加工进行了研究;介绍了高体分铝基碳化硅SiCp/Al的物理性能;采用不同抛光磨料和抛光模对SiCp/Al镀镍钴合金样片进行抛光实验;在实验基础上,对SiCp/Al表面镀镍钴合金同轴抛物面反射镜表面进行精密抛光,实现了300 mm口径SiCp/Al表面镀镍钴合金同轴抛物面反射镜的光学加工,其面形精度均方根值为0.027λ(λ=632.8 nm),表面粗糙度Ra值优于2.1 nm。     

超精密车削单晶锗表面性能分析

单晶锗是典型的红外光学晶体材料,其加工表面的评价方法大都局限于面形精度,而加工过程所产生的位错及晶面间距变化也会影响单晶锗的使用性能。为了全面地评价单晶锗加工后的表面性能,通过表面粗糙度轮廓仪、X射线衍射仪等设备,对超精密车削的单晶锗平面及曲面进行了表面粗糙度和X射线检测,获得了针对单晶锗平面的表面粗糙度与位错密度相结合的性能评价方法,及针对单晶锗曲面的表面粗糙度与晶面间距变化程度相结合的性能评价方法。相关研究对单晶锗在红外光学及其它领域的加工应用有重要意义。     

基于超精密切削的柱面微透镜阵列模具制备工艺研究

文章对柱面微透镜阵列纳米压印中用到的精密模具的制作过程开展了仿真分析和实验研究.超精密切削技术是制作精密压印模具的有效手段之一.基于Johnson-Cook本构模型,采用有限元分析方法模拟了超精密切削过程中切削参数与切削力之间的关系,获得了优选的切削参数.实验结果表明,采用优选后的切削参数进行柱面微透镜阵列模具切削能够获得良好的切削效果.切削后模具的面形精度RMS值达到19 nm,表面粗糙度Sq达到4 nm.     

单点金刚石切削InSb单晶的研究

InSb红外焦平面探测器一直在中波波段占据重要地位。随着科技的发展,迫切需要针对InSb单晶的精密加工方法。采用单点金刚石切削(Single Point Diamond Turning,SPDT)精密机床对InSb晶体进行减薄工艺开发。在机床加工工艺中,可变参数有主轴转速、单次去除量和进给速度等。通过正交试验,确定了单点金刚石切削InSb晶体的最佳工艺参数。对于切削后的InSb晶体,结合双晶衍射测试,其切削损伤低于3 μm。InSb红外器件流片证实单点金刚石切削InSb晶体工艺能满足用户的使用要求,获得较好的结果。     

大口径ZnSe晶体单点金刚石车削工艺技术研究

表面质量是衡量大口径ZnSe晶体能否用于红外成像和激光光学系统中最重要评价参数之一。大口径ZnSe晶体通常采用单点金刚石车削的加工方式。这种方式表面容易产生白点、云雾状缺陷,严重影响红外和激光光学系统质量。ZnSe晶体的表面质量与主轴转速、进给速度、切削深度、刀具半径等多个加工工艺参数影响因素密切相关。采用Taguchi法设计加工实验,对各个工艺参数进行深入研究,得到优化加工工艺参数组合,最终得到大口径ZnSe晶体的加工工艺技术方案。     

X射线扫描器--迅速制作纳米尺度粗糙度地图的新装置

研制出一种非接触迅速测量平坦表面粗糙度分布的新装置。它的工作原理基于超光滑表面反射X射线强度与粗糙度间的密切关系。这种效应用于获得平坦表面粗糙度空间分布的二维地图，其均方根高度达1nm量级。装置的关键部件是一维精密机械扫描台、带真空光路的抛物面准直器和恒温冷却X射线线形列阵探测器。     

毫米波波导成型技术

用活动模芯代替钢带是毫米波波导弯曲成型的有效方法,该工艺的关键是模芯的设计与制造。采用活动模芯弯曲毫米波波导,重点讨论了模芯尺寸、模芯形状和回跳角对波导尺寸和表面粗糙度的影响,并对该工艺制备的样品进行了测定。结果表明:当模芯尺寸与波导内腔实际尺寸差值在0~0.02 mm,不同的弯曲半径和弯曲角度给予不同的回跳角预设值,可以制造出满足设计要求的弯波导。     

硒化锌晶体超精密切削材料去除机理研究

硒化锌晶体在红外成像与激光系统中有着广泛的应用,作为典型软脆性材料,其材料去除机理目前尚不清晰,获得超光滑表面仍极具挑战。文中采用槽切法研究刀具负前角对硒化锌晶体脆塑转变临界深度的影响。通过分析最大未变形切削厚度随切削参数变化规律,提出实现硒化锌晶体塑性域切削的理论模型。借助场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪和拉曼光谱仪,系统分析了进给率对工件表面粗糙度、表面完整性及亚表面损伤的影响,提出表面缺陷形成机理,进而揭示硒化锌晶体材料去除机理。     

Experiment study on electroplated diamond wire saw slicing single-crystal silicon

This paper conducted the slicing experiments of single-crystal silicon using a reciprocating electroplated diamond wire saw. The machined wafer topography and wire wear were observed by using scanning electron microscope (SEM). The influences of process parameters and cutting fluids on single-crystal silicon wafer surface roughness (SR), subsurface micro-crack damage (SSD) depth, total thickness variation (TTV) and warp were investigated. The bonded interface sectioning technique was used to examine the cut wafers SSD depth. Study results show that a higher wire speed and lower ingot feed speed can produce lower wafer SR and SSD; the lower warp of wafer needs lower wire speed and ingot feed speed; and low wafer TTV can be obtained by an appropriate matching relationship between wire speed and ingot feed speed. The synthetic cutting fluid has a better total effect to improve the wafer quality. The pulled-out of diamond abrasives is the main wear form of wire, which indicates that more research on improving the abrasives retaining strength on wire surface should be investigated in fixed-abrasive wire manufacturing process, in order to improve the wire life and wire saw machining process.     

红外晶体等距恒速单点金刚石车削

单点金刚石车削技术广泛应用于红外脆性晶体材料光学表面的加工。然而,受车削参数、材料特性、刀具参数等多因素的影响,将会导致车削表面质量的不均匀。为了获得更为均匀优质的表面质量,在分析单点金刚石车削影响因素的基础上,提出了等距恒速的车削方法。详细介绍了等距恒速车削的原理,分析了车削参数的确定过程,得到了等距恒速车削的工件转速和进给速度曲线。最后应用一CVD ZnS材料进行了车削试验,获得了该材料车削最佳的线速度,应用此参数进行车削,得到了均匀优质的车削表面,整体表面粗糙度由Ra=6.4 nm降低到了Ra=4.1 nm。     

超高精度光学元件加工技术

为满足193 nm 投影光刻物镜对光学元件不同频段的精度要求,提出了一种将超光滑加工和高精度面形修正相结合的超高精度光学元件加工技术。分别介绍了微射流超光滑加工技术和离子束高精度面形修正技术的基本原理。在自行研制的微射流超光滑加工机床和购置的离子束加工机床上对一直径100 mm 的熔石英平面镜进行了超高精度加工,经两次超光滑和一次离子束迭代加工后其面形由初始的rms 值35.042 nm 改善到3.393 nm,中频粗糙度由rms 值0.389 nm 改善到0.309 nm,高频粗糙度rms 值由0.218 nm 改善到0.080 2 nm。最后采用功率谱密度函数对加工前后的光学元件表面质量进行了分析评价。结果表明:采用微射流超光滑加工技术和离子束加工技术相结合的加工方法可以全面提升光学元件的面形精度和中、高频粗糙度,通过合理的工艺优化完全能够获得满足193nm投影光刻物镜要求的超高精度光学元件。     

基于晶圆减薄工艺的LT减薄片制备

声表面波(SAW)滤波器因其小型化、低插损及高品质因数(Q)值等性能,已广泛应用于移动通信系统中。钽酸锂(LT)/SiO₂/Si结构克服了传统温度补偿型声表面波(TC-SAW)器件制备工艺难的问题,但需减薄该结构上的LT厚度,而减薄过程会导致晶圆表面有损伤残留,影响器件性能。针对这个问题,该文开展了基于减薄与抛光制备LT减薄片的工艺研究,分析了砂轮目数、砂轮与工作台转速、砂轮进给率等减薄参数对LT晶圆表面损伤的影响,以及抛光压力对损伤的去除效果。研究结果表明,在优化的工艺参数下,减薄抛光后晶圆表面粗糙度为0.187 nm,损伤深度小于1 nm,减薄片制备的TC-SAW谐振器的阻抗图和Smith圆图表明晶圆性能和一致性良好。     

镜面粗糙度对远紫外望远镜能量集中度的影响

远紫外空间成像设备镜面粗糙度严重影响成像质量,成像质量可用能量集中度来表征。拟用余弦相位调制光栅分析方法定性说明镜面粗糙度RMS对能量集中度的影响;通过傅里叶光学线性系统理论建立了普遍的面传递函数,得到了角度能量和能量集中度的分布情况,并以设计上达到衍射极限的1 216 （1=0.1 nm）远紫外望远镜为对象,在镜面粗糙度RMS值远小于波长的假定情况下,得到了能量集中度与主次镜面粗糙度RMS和面自相关长度的关系,并预测了镜面粗糙度引起的分辨率误差在0.171 5时对镜面加工的要求,即主次镜镜面RMS小于31 ,面自相关宽度大于1波长,这对于实际的加工具有指导意义。     

Nanomechanical characterization of polymer using atomic force microscopy and nanoindentation

The nanomechanical characteristics of polycarbonate (PC) polymer were investigated by atomic force microscope (AFM) and nanoindentation. Scratching, wear properties, hardness and Young's modulus were obtained. The relationships between scribing feed and speed, surface depth and roughness and applied load were also investigated. The results indicated that as the applied load was increased, the furrow depth and the surface roughness increased. When the scribing feed was increased, the depth and roughness decreased. Increasing the furrow speed also decreased the surface roughness. The applied load is more significant than the scribing speed on the material removal rate. In addition, the Young's modulus and hardness of the polycarbonate material were 1.8 and 0.2 GPa, respectively.     

高精度离轴非球面透镜的制造与检测

针对强激光系统所需大口径非球面元件高精度、批量化的加工需求,提出了一种气囊抛光技术与柔性沥青小工具抛光技术相结合的大口径非球面元件高效制造方法。采用气囊抛光技术进行非球面保形抛光和快速修正抛光,实现磨削缺陷层快速去除以及低频误差快速修正。采用柔性沥青工具匀滑抛光技术,在低频误差不被恶化的情况下,控制元件中高频误差。在抛光过程中,利用球面干涉仪搭建的自准直波前干涉检测系统和粗糙度仪对非球面元件进行全频段误差检测。基于上述加工与检测方法完成了430 mm430 mm口径离轴非球面透镜样件实验加工,实验结果为元件通光口径内透射波前PV=0.1,GRMS=5.7 nm/cm,PSD1 RMS=1.76 nm,PSD2 RMS=1 nm,Rq=0.61 nm,并且中频段功率谱密度曲线均在要求的评判曲线之下。实验结果表明,离轴非球面透镜样件全频段指标均达到了合格指标要求。所述制造方法也适用于其他类型大口径非球面光学元件的高精度加工。     

大口径非球面铝反射镜三轴联动加工技术研究

为解决单点金刚石车削技术（single-point diamond turning,SPDT）应用于大口径大弦高非球面铝反射镜加工中遇到的车床导轨行程、工作台回转容积受限和加工质量较低的问题,针对φ682 mm口径、弦高220 mm的凹非球面铝反射镜加工,首先,提出基于SPDT的三轴联动加工方法,在两轴加工基础上加入旋转B轴进行协同加工,使得导轨行程和工作台回转容积能够满足加工需求。然后,设计专用笼状夹具,并通过有限元法研究支撑杆数量、杆径、上下连接板厚度参数对夹具-工件形变特征的影响,通过极差和方差分析研究不同因素对夹具-工件最大变形量影响的显著性,得到一组最佳夹具设计参数组合,即夹具支撑杆数量为24,杆径为22 mm,上下连接板厚度为25 mm。最后,将铝反射镜固定在优化后的笼状夹具上,通过三轴联动加工实现了对φ682 mm口径非球面铝反射镜的加工。对调刀件的检测结果表明:调刀件面形精度P_v值为0.6 μm,表面粗糙度R_a约为10.1 nm,可认为φ682 mm口径非球面铝反射镜的面形精度和表面粗糙度均达到使用要求。本研究能够为同类大口径大弦高非球面反射镜的加工提供一定的理论基础和加工工艺技术参考。