[发明专利]用于碳化硅光学镜面改性与面形提升的磁控溅射扫描方法

说明书

碳化硅光学镜面改性层制备与面形改进提升的磁控溅射扫描方法：⑴.待改性的碳化硅平面镜，首先采用传统抛光方法或CCOS数控加工方法，利用金刚石微粉对非球面碳化硅反射镜进行研磨和粗抛光；⑵.当碳化硅反射镜面形精度符合改性要求后，利用长条形磁控溅射源在碳化硅镜面表面沉积一层致密的Si改性层；⑶.再利用圆形溅射源对反射镜面形加以修正和改进；⑷.最后对改性层进行精抛光，达到反射镜面形与粗糙度加工要求。本发明解决了碳化硅镜面加工中对改性层厚度把控不适宜而出现的返工问题。本发明方法制作的碳化硅光学镜面，粗糙度可达0.2～0.5ｎｍ，用时可缩短至1.5‑3个月。本发明工艺简单，加工效率和质量明显提高。

技术领域

本发明涉及碳化硅光学反射镜加工与改性工艺，具体的讲，是一种碳化硅光学镜面改性层制备与面形改进提升的磁控溅射扫描方法。

背景技术

碳化硅材料具有较高的比刚度、较小的热变形系数、良好的导热性能、较高的耐热冲击性、高度的尺寸稳定性以及各向同性的机械性能，是目前公认的应用于空间光学系统的最佳反射镜材料，非常适合于空间光学仪器的设计与制造。

作为陶瓷材料的碳化硅也有自身的缺陷。一方面，碳化硅表面致密程度远不如玻璃材料，残留的气孔等缺陷会使抛光后的碳化硅表面粗糙度仅能达到３～４ｎｍ，不能满足高精度空间光学系统反射镜所需的表面粗糙度优于１ｎｍ的技术指标要求。而粗糙的光学表面会引起较大的光线散射，在造成光能损失的同时，在光路中产生大量杂光，使整个光学系统的成像质量下降。

另一方面，由于碳化硅的硬度和化学稳定性都很高，接近于金刚石的硬度带来了抛光磨制效率低下的问题。为了获得高精度的空间反射镜，一般先将碳化硅基底加工到一定精度后，再对其表面进行改性制备，即在碳化硅表面镀制一层致密的改性层用以覆盖碳化硅表面缺陷同时改善其可加工性。最后，通过对碳化硅表面改性层的加工得到高精度空间反射镜。

目前在碳化硅反射镜改性层厚度的把控上存在一定问题：改性层越厚，由于膜层应力的作用导致基底变形量越大，改性层越薄，对基底面形的抛光加工中越容易将改性层磨穿，该问题多为基底面形精度与改性层厚度不匹配、抛光人员经验不足所导致。

针对碳化硅改性层的问题，本发明提出了一种碳化硅镜面改性与面形改进的磁控溅射扫描方法，在进行碳化硅镜面改性的同时对面形精度加以改进提升，可以克服以上问题大大提高加工效率和质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对碳化硅改性层加工中易出现的返工的问题，提供一种可同时进行的碳化硅镜面改性与面形改进的磁控溅射扫描方法，在进行碳化硅镜面改性层制备的同时对面形也进行改进提升，可以克服现有技术的以上问题从而大大提高加工效率和质量。

完成上述发明任务的技术方案是，一种碳化硅光学镜面改性层制备与面形改进提升的磁控溅射扫描方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.待改性的（例如：直径为Ф300 mm口径的）碳化硅平面镜，首先采用传统抛光方法或CCOS数控加工方法，利用金刚石微粉对非球面碳化硅反射镜进行研磨和粗抛光；

⑵.当碳化硅反射镜面形精度符合改性要求后，利用长条形磁控溅射源在碳化硅镜面表面沉积一层致密的Si改性层（例如：厚度4μm）；

⑶.再利用圆形溅射源对反射镜面形加以修正和改进；

⑷.最后对改性层进行精抛光，达到反射镜面形与粗糙度加工要求。

其中，步骤⑵与步骤⑶所述的磁控溅射源采用长条形与圆形两种，其中长条形溅射源长边尺寸应大于待改性碳化硅镜面口径，用于碳化硅镜面改性层的初始生长，圆形溅射源靶材口径根据碳化硅反射镜口径大小分别有Φ40mm、Φ60mm与Φ80mm等多种规格进行匹配，圆形溅射源磁场结构经过优化，制备的改性层厚度呈高斯分布，用于碳化硅镜面的面形改进。

上述方案的进一步优化：