[发明专利]一种金刚石陀螺谐振子纳米制造装备

说明书

本发明属于难加工材料超精密加工领域，提供一种金刚石陀螺谐振子纳米制造装备。激光装置的激光脉冲频率在1‑500kHz可调，脉冲宽度在5‑300ps可调，激光斑点直径在5‑40μm可调，功率在0‑100W可调，可同时实现粗加工和精加工；纳米移动平台装置，能够实现X，Y，Z三坐标轴的移动和绕Z轴的转动，移动精度小于10nm，转动精度小于0.02°；原位在线检测装置利用激光干涉仪对加工质量进行原位检测；镀膜装置采用离子镀；聚焦离子束装置，加速电压在2‑30kV可调，电流在20pA‑50nA可调；本发明提供一种金刚石超硬材料复杂结构的纳米制造装备，实现金刚石陀螺谐振子纳米级精度制造。

技术领域

本发明涉及一种金刚石陀螺谐振子纳米制造装备，涉及超硬材料纳米制造领域，属于难加工材料超精密加工领域。

背景技术

惯导陀螺为非GPS导航，不受天气、电磁干扰影响，广泛应用于航空、航天、军工、国防等领域。惯导陀螺最主要的零部件为谐振子，其结构非常复杂，而且要求具有较高的对称度、平行度、垂直度和较低的表面粗糙度，由于硅刻蚀工艺相对比较成熟，所以陀螺谐振子主要是硅材料。但是，由于硅不能在高载荷等苛刻条件下稳定使用，所以其应用领域十分有限。随着我国国防、航空、航天等重大工程的发展，对高性能装备的要求也越来越高，要求高性能装备的高性能零件在高温、高压、高频、高功率等极端苛刻条件下能够长期稳定的工作。金刚石由于其高硬度、高断裂强度等优异的物理性质，有望取代硅成为复杂苛刻条件下使用的惯导陀螺材料。我国是人造金刚石的生产大国，年产量稳居世界第一，每年超过90％的人造金刚石产自中国。目前，我国金刚石材料制备技术已经处于国际先进水平，能够生产出超大单晶金刚石，其质量接近天然金刚石，有望成为陀螺谐振子的理想材料。

但是，金刚石由于硬度高、耐磨性好、化学性质稳定，传统的加工方法很难对其进行加工。目前发展的加工金刚石的方法有机械研磨法、化学机械抛光、热化学抛光，但这些方法往往用来加工平面，而激光加工法虽然能够加工沟槽，但是其加工质量较差，加工质量直接决定了金刚石高性能器件的性能，从而影响整个高性能装备的服役性能。因此，开发一种金刚石陀螺谐振子纳米制造装备，实现对金刚石进行纳米精度制造，对于我国机械加工技术的提高以及国防、航空、航空等领域的重大装备性能的提高具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种金刚石陀螺谐振子纳米制造装备，该装备包括激光装置、纳米移动平台装置、原位在线检测装置、镀膜装置以及聚焦离子束装置，能够对金刚石陀螺谐振子进行纳米精度制造，使对称度、平行度、垂直度小于100nm。本发明提供一种金刚石超硬材料复杂结构的纳米制造装备，实现金刚石陀螺谐振子纳米级精度制造。

本发明的技术方案：

(1)一种金刚石陀螺谐振子纳米制造装备，该装备包括激光装置、纳米移动平台装置、原位在线检测装置、镀膜装置以及聚焦离子束装置，能够对金刚石陀螺谐振子进行纳米精度制造。激光装置的激光脉冲频率在1-500kHz可调，脉冲宽度在5-300ps可调，激光斑点直径在5-40μm可调，功率在0-100W可调，可同时实现粗加工和精加工；纳米移动平台装置，能够实现X，Y，Z三坐标轴的移动和绕Z轴的转动，移动精度小于10nm，转动精度小于0.02°；原位在线检测装置利用激光干涉仪对加工质量进行原位检测；镀膜装置采用离子镀；聚焦离子束装置，加速电压在2-30kV可调，电流在20pA不-50nA可调；本发明提供一种金刚石超硬材料复杂结构的纳米制造装备，实现金刚石陀螺谐振子纳米级精度制造。

(1)激光装置，激光脉冲频率在1-500kHz可调，脉冲宽度在5-300ps可调，激光斑点直径在5-40μm可调，功率在0-100W可调，可同时实现粗加工和精加工；激光束为皮秒激光，脉冲宽度为100-300ps，由于其脉冲宽度小，单个脉冲能量高，所以在样品同一区域持续加工时间少，可以减小热效应的影响，适合加工高硬度、高熔点的材料，所以选取皮秒激光对金刚石进行加工。采用大功率可对金刚石进行粗加工，采用小功率可对金刚石进行精加工。