[发明专利]一种SiC光学材料加工设备

说明书

技术领域

本发明主要涉及光学材料加工设备领域，特指一种SiC光学材料加工设备。

背景技术

随着空间天文光学、卫星遥感技术和大型地基光学系统的迅猛发展，光学系统的工作波段、成像分辨率、热稳定性以及系统重量等指标的要求越来越严格，因此，光学系统正沿着反射式、大口径、轻量化趋势发展。在光学系统设计中，选择合适的反射镜材料对满足上述指标具有重要意义。由于空间光学系统存在制造难度大、发射和运行成本高以及工作环境特殊等制约因素，空间用反射镜材料的选择必须考虑以下几个方面：（1）各向同性，尺寸稳定。（2）可抛光性。良好的可抛光性是反射镜材料的基本要求，良好的可抛光性是决定反射镜性能的重要指标。（3）可进行高反射率镀膜。（4）抗辐射，保证在空间辐射条件下反射镜的面形保持不变。由于在空间工作环境下，镜体在受到宇宙高能射线的辐射后，形状和物理性质方面必须保持稳定，优先选择辐射稳定性较好的材料。（5）比刚度大，热变形系数小。比刚度大，则可减小镜体以及框架的质量，增加轻量化率，提高面形精度的稳定性；热变形系数小，则可降低热控系统的要求。综上所述，SiC光学材料是制作空间反射镜以及大型地基反射镜的最佳材料。

由于SiC光学材料的硬度高，因此，其加工效率低，往往低于玻璃的十分之一。另外，大多数SiC光学材料存在着多种组分，使其难以实现亚纳米级超光滑表面加工。

目前，SiC光学材料的加工方法主要包括传统研抛方法、磨削方法和计算机控制确定性抛光方法。

传统研抛方法适用于SiC光学材料的小件和单件加工，结合手工修抛还可以解决部分非球面的加工问题，但其加工效率较低，精度收敛较慢，产品质量与加工周期不易保证。

磨削方法具有较高的材料去除率，但是在磨削过程中会产生亚表面损伤，同时，在工件表面形成残余应力层。

计算机控制确定性抛光方法是加工获得较高面型精度的关键技术，可以用于加工SiC光学材料的方法主要有双转子小工具抛光方法、离子束修形方法和磁流变抛光方法，但是，上述方法加工效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低廉，加工过程无亚表面损伤、无残余应力层产生，加工效率高的SiC光学材料的加工设备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种SiC光学材料加工设备，包括电感耦合等离子体发生装置、工作气体供给源和反应气体供给源，所述反应气体供给源中装有能通过电感耦合等离子体发生装置激发后与SiC发生化学反应的反应气体，所述电感耦合等离子体发生装置包括等离子体炬管和套设于等离子体炬管外的感应线圈，所述工作气体供给源和反应气体供给源与等离子体炬管相连，所述感应线圈的一端与射频电源相连，所述感应线圈的另一端通过可调电阻器R1接地。

作为本发明的进一步改进：

所述感应线圈与等离子体炬管外壁之间设有屏蔽金属板，所述屏蔽金属板通过可调电容C3接地。

所述感应线圈的一端通过阻抗匹配器与射频电源相连。

所述反应气体供给源和工作气体供给源与等离子体炬管的连接线路上设有质量流量控制器。

所述等离子体炬管安装于一具有至少三轴联动功能的数控运动平台上。

所述数控运动平台位于一封闭加工室中，所述封闭加工室连接一尾气处理装置。

所述工作气体供给源与等离子体炬管的连接线路上设有点火装置。

所述感应线圈连接一水冷机。

所述工作气体供给源与等离子体炬管的中管和外管相连，所述反应气体供给源与等离子体炬管的内管相连；或者，所述工作气体供给源与等离子体炬管的外管相连，所述反应气体供给源与等离子体炬管的中管相连。

所述反应气体供给源为SF₆气瓶或NF₃气瓶或CF₄气瓶。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的SiC光学材料加工设备，结构简单、成本低廉，采用等离子体加工技术，并基于化学反应实现SiC光学材料去除，工件表面无亚表面损伤，无残余应力层产生；

2、本发明的SiC光学材料加工设备，其电感耦合等离子体发生装置采用光谱仪设备中常用的等离子体炬管，可产生稳定的等离子体，而且技术成熟、成本低廉；