[實用新型]一種等離子體氧化拋光系統

有效

• 申請號: 201720417642.0
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN206967172U
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 沈新民;涂群章;何曉暉;李治中;唐建;張曉南;王新晴;殷勤;王東;白攀峰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B27/033;B24B41/00;B24B55/00
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙)32251
• 代理人: 王華

技術領域

本實用新型屬于氧化拋光設備，尤其是一種等離子體氧化拋光系統。

背景技術

碳化硅（SiC）作為光學零件應用的研究始于上世紀70年代，由于具有機械硬度高、化學穩定性強、熱穩定性好、表面質量高、比剛度大、熱變形系數小、熱膨脹系數小、尺寸穩定性好、光學可加工性好、抗輻照性能好等優點，在光學領域尤其是空間光學系統中得到廣泛應用，其加工技術已經成為光學鏡面加工領域的研究熱點之一。按照制備工藝可以將常用的SiC材料分為4種：熱壓燒結SiC（HP-SiC）、常壓燒結SiC（S-SiC）、反應燒結SiC（RB-SiC）和化學氣相沉積SiC（CVD-SiC）。

在這4種材料中，HP-SiC由于不能制成形狀復雜的鏡坯，其在光學系統中的應用受到限制。傳統的S-SiC制備工藝復雜，材料收縮率大，所需設備成本十分昂貴，制約了其制備技術的發展。CVD-SiC材料雖然致密均勻，加工性能較好，但其制備速度非常緩慢，不能制備出形狀復雜、結構輕量化的坯體，因此主要用在SiC鏡體的表面改性上。利用RB-SiC可以直接制備出結構復雜、輕量化程度高的大尺寸鏡坯而無需額外的輕量化加工，而且材料收縮率僅為1%-2%，是一種近凈尺寸成型工藝，并且制造和加工成本較低，是適用性最強的SiC光學材料。

RB-SiC作為典型的難加工材料，首先是因為材料硬度大，導致加工去除效率低。RB-SiC的硬度次于金剛石，高于常用的拋光材料，導致其加工過程中材料去除效率低，尤其是在拋光階段，由于不存在水解作用，其加工效率往往低于玻璃的十分之一。RB-SiC難加工還因為其構成組分多，導致加工表面質量差。RB-SiC的制備工藝是在陶瓷先驅體中反應活性的碳與熔融硅反應生成新的SiC，新的SiC原位結合先驅體中原有的SiC顆粒，多余的硅填充其間的氣孔，在1500-1600℃條件下最終形成100%致密的RB-SiC坯體。由燒結制備工藝可知RB-SiC包含SiC和Si兩相由于SiC相與Si相的物理和化學性質存在差異，直接加工RB-SiC難以獲得滿足光學應用要求的高質量表面。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種等離子體氧化拋光系統，本實用新型設計的系統便于調整射頻電源功率，且易于更換氧化氣流組成，同時還具有水蒸氣含量可調節、自由基的濃度可檢測的特點。

為了解決以上技術問題，本實用新型提供一種等離子體氧化拋光系統，系統包括氦氣罐，氦氣罐通過氣管連接水瓶，接水瓶通過氣管連通拋光工作室，拋光工作室包括水平設置的旋轉臺，旋轉臺上設置有拋光塊，拋光塊的上表面上放置樣品，樣品上方固定連接旋轉電機，旋轉臺的上表面還連接電極，旋轉臺和電極分別通過導線連接手動匹配器，手動匹配器連接射頻電源。

本實用新型進一步限定的技術方案是：

前述氦氣罐和水瓶之間設有流量計。

前述接水瓶與拋光工作室之間安裝有露點儀。

前述旋轉臺周圍安裝有玻璃罩。

前述拋光塊與電極設置在旋轉臺上相互對稱的位置上。

進一步的，本實用新型還提供一種等離子體氧化拋光方法，包括如下具體步驟：

氦氣從氦氣罐經過流量計進入水瓶中，流量計實時反饋、監測并調節氦氣的流量大小；氦氣經過盛有超純水的水瓶形成帶有水蒸氣的氣流，通過控制氦氣的流速可以調節氣流中的水蒸氣含量，露點儀對氣流中的水蒸氣含量進行實時測量；射頻電源通過匹配器將能量加到電極與樣品之間，激發其間的水蒸氣和氦氣產生等離子體，利用等離子體中的自由基實現樣品表面的氧化，即：利用等離子體中的自由基OH*實現對RB-SiC樣品表面的氧化；通過控制裝載樣品的旋轉臺進行運動，實現對樣品表面目標區域的等離子體氧化。

前述氣流中的水蒸氣含量為1.7-2.6%，具體含量還與實驗當時的溫度、濕度等環境因素有關。

前述樣品為RB-SiC。

前述旋轉臺為二維電動平臺。

前述拋光塊為CeO₂。

本實用新型的有益效果是：