[发明专利]一种磁流变辅助大气等离子体抛光硅基元件方法

说明书

本发明涉及硅基光学元件表面超光滑精密加工技术领域，具体涉及一种磁流变辅助大气等离子体抛光硅基元件加工方法。以解决现有大气等离子体加工时，表面产生残留物，致使光学元件表面质量严重下降问题。首先用大气等离子体以He为载气，CF₄为反应气体，O₂为辅助气体加工硅基元件，产生残留物后，用磁流变对元件表面进行抛光，所产生的残留物被磁流液中柔性磨料快速去除，实现硅基光学元件的高效率抛光。

技术领域

本发明涉及硅基光学元件表面超光滑精密加工技术领域，具体涉及一种磁流变辅助大气等离子体抛光硅基材料方法。以解决现有大气等离子体抛光时，表面产生残留物，致使光学元件表面质量严重下降的问题。

背景技术

随着现代科技的进步，现代光学及光电子学领域对材料表面提出了更高的要求，随之而来，如何无损、快速和超精密地加工材料成为了重要的研究课题，而熔石英、碳化硅等硅基材料在现代超精密光学元件中具有大量的应用，传统抛光硅基材料存在效率低有划痕等问题，例如SiC材料由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好等优良特性，在航空航天、微电子机械系统等领域有着特殊的应用，这些应用决定了对其加工面形精度和表面质量的高要求，加工工艺中的超精密抛光是保证被加工表面实现超光滑、无缺陷、无损伤的关键。但是，纳米精度SiC表面的加工是一个世界性的难题,碳化硅的莫氏硬度高达9.25，其光学加工非常困难，同时传统的加工硅基元件方法仍然无法避免传统的机械接触式加工所固有的缺陷，接触式机械加工都会不同程度地造成材料的表面破坏，形成微裂纹或引起材料的晶格扰动，从而影响到反射镜的表面质量，降低其表面破坏阈值。

大气等离子体抛光是在大气压下，采用施加在电极之间的射频电压，使得含氟活性气体在载入气体He被激发的等离子体氛围中激发产生活性粒子，与工件表面的原子发生化学反应生成挥发性产物，实现对硅基光学零件的非接触高效加工，但是由于加工过程中引入反应气CF₄，被激发的活性氟离子大部分发生反应：SiC+4F*+2O＝SiF₄↑+CO₂↑、Si+4F*＝SiF₄↑、SiO₂+4F*+＝SiF₄↑+O₂↑仍有少部分氟离子与碳原子交连为氟碳化合物残留在工件表面，难以去除，影响元件粗糙度，这种残留物可通过磁流变辅助抛光的方式进行去除。

通过检索发现，现有的去除大气等离子体加工后残留物的方法主要通过单轴机进行全局抛光，这种加工方法去除效率低且会破坏大气等离子体加工后面形。磁流变辅助大气等离子体抛光去除效率高且不破坏工件面形，据此提出一种高效加工硅基材料并能快速去除表面残留物的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术，提供了一种磁流变辅助大气等离子体抛光硅基材料的方法，结合大气等离子体抛光与磁流变抛光两种方式，对硅基材料进行高效修形，同时能快速去除加工过程中产生的残留物。

步骤一：将待加工工件放置在大气等离子体设备加工平台上，开启大气等离子体，以He为载气，CF₄气体为反应气体，O₂为辅助气体，其中He流量范围：1-5L/min、CF₄流量范围：10-100mL/min、O₂流量范围：5-100mL/min、点火功率40-150W，产生等离子体射流，发生化学反应：SiC+4F*+2O＝SiF₄↑+CO₂↑/Si+4F*＝SiF4↑/SiO₂+4F*+＝SiF₄↑+O₂↑，生成反应物为气体挥发，加工结束后关闭电源和全部气体，检测加工后工件粗糙度rms1和面形pv1，大气等离子体加工后工件表面产生因气体CF4反应不完全引入的残留物；