[发明专利]基于超声雾化水汽的KDP晶体微纳潮解超精密抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类易潮解晶体元件的超精密抛光方法，特别涉及可溶于水的软脆功能晶体KDP(磷酸二氢钾，KH₂PO₄)的抛光方法。

背景技术

由于具有良好的光学性能，软脆功能性晶体材料被广泛应用于现代科技领。KDP(磷酸二氢钾)晶体是可溶于水软脆功能晶体的典型代表，作为倍频晶体和电光开关元件在惯性约束核聚变(ICF)中起到不可替代的作用。但是软脆、易溶于水、强各向异性等特点使其成为极难加工材料。目前，国内外研究单位均采用单点金刚石刀具飞切(SPDT)技术来获得超光滑表面。但是，采用SPDT技术在被加工表面容易残留周期性小尺度波纹(微纳切痕)，影响其激光损伤阈值的提高。有文献报道采用磁流变抛光能够消减SPDT方法产生的小尺度波纹(微纳切痕)，但是会产生铁污染或微纳磁颗粒可能产生磨料嵌入现象，此外磁流变残液的清洗也是一个需要解决的问题。一些研究单位采用传统游离磨料抛光或新型无磨料抛光技术抛光出了超光滑晶体表面，然而这些抛光方法均采用抛光液，需要在抛光后增加清洗工艺，降低了加工效率。同时在清洗中，如果操作不当，极易在晶体表面产生划痕或造成晶体表面雾化，破坏晶体超光滑表面。

在以往针对这类可溶于水晶体材料抛光方法的专利技术中，有一些不同类型的例子：

专利名称：“一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液”，专利号ZL200910010268.2，是一种非水基无磨料化学机械抛光液，适用于软脆易潮解晶体的抛光。该抛光液采用“油包水”结构，将水微滴用油相包裹起来，实现可控微纳去除。配制方法简单，流动性好，可以达到很好的抛光效果。但是抛光后仍需增加清洗步骤，如果清洗时操作不当，有可能损伤已抛光表面。上述专利仅给出了抛光需要的抛光液，并未给出针对大尺寸规格且要求极高平面度的KDP晶体元件的加工方法。

专利名称：“磷酸二氢钾晶体潮解抛光方法”，公开号CN101310922A，以金刚石飞刀切削加工为前序步骤，使用水和酒精混合液作为抛光液，去除不可控，如清洗中操作不当会造成晶体表面雾化。同时该专利中提到的采用混合水蒸汽抛光，是将晶体和抛光设备置于密闭护罩中，在护罩中通入水蒸汽，对晶体进行抛光。这种方法中护罩限制了晶体的尺寸，同时将晶体整体置于潮湿环境，没有选择性去除的效果，且湿气可能造成已加工晶体表面再次潮解，被破坏。与本专利中的微纳潮解超声水雾抛光有着明显的区别。

发明内容

为了去除单点金刚石飞切(SPDT)超精密加工方法产生的表面微切痕和亚表面损伤，得到高质量的理想晶体表面，并解决抛光工艺增加清洗工序可能造成已加工晶体表面二次损伤问题，提出一种针对大尺寸软脆功能晶体KDP元件的微纳潮解超精密抛光工艺方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于超声雾化水汽的KDP晶体微纳潮解超精密抛光工艺方法，其特征在于该工艺方法包含以下步骤：

步骤一：利用超声原理产生水雾，超声震荡频率1.7MHz-2.4MHz，产生粒径0.1-1微米的水雾颗粒；压缩空气经过滤精度0.01μm的精密过滤器过滤后，不含粉尘和杂质，成为洁净干燥气体；利用洁净干燥气体高速流过时对周围气体产生吸附力的空吸作用，将水雾吸入到管路中，使洁净干燥气体和水雾混合，成为洁净潮湿气体，水雾颗粒均匀分散在气相中；经过压缩空气的搅拌和稀释作用，水雾颗粒粒径更加细小；通过控制水雾的产生量和洁净干燥气体的流量，可以随抛光的进行随时调节洁净潮湿气体的相对湿度。

步骤二：将抛光头以一定压力压在被抛光晶体上，压强大小为5kPa-50kPa可调；抛光垫粘在抛光头的下部；抛光垫与被抛光晶体接触；抛光垫上开有沟槽，使抛光头中心孔与其四周孔道连接；洁净干燥气体和水雾混合后的洁净潮湿气体从抛光垫的中心孔通出，接触被抛光晶体，晶体表面接触到潮湿气体的部分发生微量潮解，在晶体表面形成一层溶解层；溶解层将晶体表面与潮湿气体隔绝开，防止了晶体进一步潮解；潮湿气体流量0.5L/min-40L/min可调。