[发明专利]表面粗糙度达到零点一纳米级的超光滑抛光工艺

说明书

技术领域    

    本发明涉及光学零件加工技术领域，尤其涉及表面粗糙度RMS≤0.1nm超精密光学元件的超光滑抛光工艺技术领域。

背景技术

    当前超光滑抛光技术的发展呈现多样性，有采用基于古典抛光技术创新的超光滑抛光技术，如：浴法抛光、浮法抛光、水合抛光等；也有采用新抛光原理的超光滑抛光技术，如离子束抛光、利用高速水流的抛光等；还有的采用场效应辅助的超光滑抛光技术，如磁流变抛光；甚至有的采用非接触式抛光，如激光抛光。 

经过对中国专利信息中心、万方数据库、中国期刊全文数据库、中国科技 

成果数据库等的检索，显示：中科院长春光学精密机械与物理研究所的《超高精度光学元件加工技术》，采用了微射流超光滑加工技术和离子束高精度面形修正技术，开展了超光滑抛光技术的探索性研究，实验样品的中频粗糙度由原来的0.389 nm 改善到0.309nm，但是无法实现0.1nm 粗糙度的精度，也没有批量生产数据。

中科院长春光学精密机械与物理研究所的《一种高精度光学元件的装配装 

置及无应力装配方法》，仅仅是解决了现有光学元件的装配过程中采用柔性支撑结构容易产生附加内应力的问题，没有涉及超光滑抛光技术。

国防科学技术大学的《光学元件磁流变抛光去损伤加工工艺研究》，针对超光滑抛光中的亚表面损伤控制进行了研究，文章从磁流变抛光原理的角度， 

认为磁流变抛光可以实现减小亚表面损伤的目的，但没有相关实验和批生产数据。

    《光电工程》文章《单晶硅镜面超光滑表面工艺技术研究》，介绍了基于古典抛光原理，通过改变抛光沥青硬度、抛光液酸碱度和环境温度对单晶硅开展了超光滑抛光的实验，实验结果为产品表面粗糙度可以达到0.37nm 的。 

目前无论是离子束抛光、利用高速水流的抛光、磁流变抛光，还是激光抛光都无法走出实验室，存在制造设备昂贵、成本高、操作要求高、效率低等问题，无法满足高端装备的要求；基于古典抛光技术创新的超光滑抛光技术，相比上述新的技术，虽然可以实现小批量的生产，但是仍存在表面粗糙度无法达到高端装备所需的0.1nm 要求、生产效率不高、质量稳定性不好等缺点，无法实现表面粗糙度RMS≤0.1nm 超精密光学元件的批量化生产。 

发明内容

本发明的目的在于：针对现有超光滑技术无法实现表面粗糙度RMS≤0.1nm超精密光学元件的批量化生产的问题提出解决方案。 

为了实现上述目的，本发明公开了一种表面粗糙度达到零点一纳米级的超光滑抛光工艺，该工艺分为四个阶段：以机械磨削为主要作用的，以去除研磨破坏层为主要目的的粗抛阶段、以物理作用为主要特征的，以实现一定表面平面度为主要目的的精抛阶段、以化学作用为主要特征的，以去除亚表面损伤层为目的的初超抛阶段、以流变作用为主要特征的，以实现表面粗糙度RMS≤0.1nm抛光为目的的超抛阶段，从而实现光学材料表面原子重新排列在一个水平面上，达到超精密光学元件表面粗糙度RMS≤0.1nm的抛光要求。本发明中每个阶段为一整套超光滑抛光工艺，具有各个阶段不同的加工工艺参数，不同的阶段强化了光学元件与抛光模之间各自不同的主导作用。 

上述各阶段的具体工艺如下： 

一、本发明中所述以机械磨削为主要作用的，以去除研磨破坏层为主要目的的粗抛阶段，主要目的是去除前道研磨工序在光学元件表面产生的破坏层深度。在这个粗抛阶段抛光的主要任务是尽可能快速地去除光学元件表面前道留下的破坏层深度，同时还需避免本道工序留下新的抛光破坏层，并保证一定的面型精度。

本阶段技术方案：所述粗抛阶段具体工艺如下：采用JP040.2C研磨抛光机，把JP040.2C研磨抛光机的主轴转速设定为150-200rpm,摇摆摆速设定为80-100rpm，然后将固定有待加工零件的零件盘放到与JP040.2C研磨抛光机主轴连接的抛光模具上,所述零件盘为设有中心孔的平盘，所述抛光模具的直径大于零件盘的直径，把JP040.2C研磨抛光机的摇摆摆臂放下，插入零件盘的中心孔内，向抛光模具上添加粗抛抛光液，在摇摆摆臂上放上15-20Kg的铁块，启动JP040.2C研磨抛光机，完成粗抛阶段加工；通过粗抛抛光液的磨料磨削作用和压块重力作用，实现快速研磨去除零件表面的破坏层的目的； 

作为优选方案，为使所述粗抛阶段的抛光效果更优异，所述JP015.4P研磨抛光机主轴转速和摇摆摆速分别设定为150-200rpm和80-100rpm。