機(jī)械刻劃光柵屬于超精密加工領(lǐng)域,是由刻劃機(jī)在厚鋁薄膜(10-15μm)毛坯上刻劃出大量具有周期性的凹槽制備而成。鋁薄膜采用真空蒸鍍方法獲得,79g/mm中階梯衍射光柵的刻深在3-5μm之間。受真空鍍制工藝影響,鋁薄膜沉積吸附及生長方式直接決定了薄膜內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的不同,進(jìn)而導(dǎo)致其力學(xué)性能、表面形貌及光學(xué)反射特性不一,同時(shí)受基底效應(yīng)的影響,光柵刻劃成槽過程變得更加復(fù)雜。本文首先從鋁薄膜鍍制形成機(jī)理出發(fā),基于第一性原理,使用CASTEP軟件包建立鋁原子吸附模型,計(jì)算不同表面吸附位置的吸附能,確定鋁原子沉積過程為放熱過程。針對(duì)鍍膜過程中溫度持續(xù)升高現(xiàn)象,采用分步鍍制工藝和連續(xù)鍍制工藝獲得鋁薄膜樣本,通過AFM、XRD及納米壓痕測(cè)試等實(shí)驗(yàn)手段,獲得了不同鍍制工藝下鋁薄膜樣本力學(xué)性能與表面形貌特征等方面的差異,為揭示厚鋁薄膜真空鍍制生長機(jī)理提供了方法與參考。其次,針對(duì)機(jī)刻光柵深度大、受基底影響及材料隆起規(guī)律復(fù)雜性問題,本文采用有限元模擬無基底鋁薄膜壓入過程和有基底鋁薄膜壓入過程,結(jié)合量綱分析理論,研究并獲得了槽底回彈量與隆起高度的變化規(guī)律。最后,采用分步鍍制工藝鋁薄膜進(jìn)行真實(shí)刻劃試驗(yàn),對(duì)槽底角及刻劃刀側(cè)面材料隆起進(jìn)行分析,該項(xiàng)研究為進(jìn)一步揭示光柵刻劃成槽機(jī)理,改善成槽質(zhì)量提供了參考。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.21;TB383.2
【部分圖文】：

一個(gè)環(huán)節(jié)的深入研究與改善，對(duì)逐步提高機(jī)刻光柵質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。光柵毛坯通常由三部分組成：玻璃基底、中間鍍鉻層和鋁薄膜。中間極薄鍍鉻的存在主要是為了增加薄膜與基底的吸附力，同時(shí)由于機(jī)刻光柵刻槽深，考慮到基效應(yīng)與鍍鉻層的存在，即形成了玻璃—鉻—鋁膜的“三明治”式膜坯結(jié)構(gòu)，使光柵械刻劃過程的研究變得更加復(fù)雜。

一個(gè)環(huán)節(jié)的深入研究與改善，對(duì)逐步提高機(jī)刻光柵質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。光柵毛坯通常由三部分組成：玻璃基底、中間鍍鉻層和鋁薄膜。中間極薄鍍鉻的存在主要是為了增加薄膜與基底的吸附力，同時(shí)由于機(jī)刻光柵刻槽深，考慮到基效應(yīng)與鍍鉻層的存在，即形成了玻璃—鉻—鋁膜的“三明治”式膜坯結(jié)構(gòu)，使光柵械刻劃過程的研究變得更加復(fù)雜。

刻光柵是由金剛石刀具在鋁薄膜上刻劃出大量呈周期性排列的凹槽而成，鋁備是光柵機(jī)械刻劃工藝流程的第一步,鋁薄膜鍍制過程形成的微觀組織結(jié)構(gòu)身的力學(xué)屬性，影響刻劃成槽質(zhì)量和光學(xué)反射特性，因此有必要了解鍍制過膜的生長機(jī)理。膜的制備方法及特點(diǎn)膜可以由很多種方法制備，通常將其分為氣相沉積、液相沉積、固相沉積三其中以氣相沉積為主。通過物理和化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)氣相沉積[27-29]。常用的有：真空蒸鍍、離子鍍膜、濺射鍍制、分子束外延、電弧等離子體鍍等。常氣相沉積方法有熱化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣熱絲化學(xué)氣相沉積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積和化學(xué)束外延等。理氣相沉積技術(shù)廣泛應(yīng)用于光學(xué)、航空航天、機(jī)械、電子、建筑等眾多薄膜，該技術(shù)具有耗材少、工藝過程簡單、無污染、成膜均勻致密的特點(diǎn)。機(jī)刻膜采用物理氣相沉積技術(shù)中的真空蒸鍍方法獲得，真空蒸鍍?cè)韴D如圖 2.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡芳;代明江;林松盛;侯惠君;石倩;趙利;;循環(huán)氬離子轟擊對(duì)磁控濺射鋁膜結(jié)構(gòu)和性能的影響[J];中國表面工程;2015年01期

2 陳科位;于宏柱;張善文;齊向東;于海利;馮樹龍;;大型衍射光柵刻劃機(jī)刀架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J];光學(xué)精密工程;2013年11期

3 吉日嘎蘭圖;;中階梯光柵金剛石刻劃刀具受力分析[J];長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

4 趙翠翠;倪爭技;張大偉;黃元申;;刻劃光柵制造技術(shù)研究進(jìn)展[J];激光雜志;2010年06期

5 劉莉;;光柵應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀[J];長沙大學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

6 李佳陽;李融武;孫俊東;劉紹軍;;異質(zhì)擴(kuò)散過程中ES勢(shì)壘的計(jì)算[J];物理學(xué)報(bào);2007年01期

7 李英海;巴音賀希格;齊向東;;用于衍射光柵刻劃的超精密金剛石刻刀的研制[J];微細(xì)加工技術(shù);2006年06期

8 王恩哥;薄膜生長中的表面動(dòng)力學(xué)(Ⅰ)[J];物理學(xué)進(jìn)展;2003年01期

9 張慶瑜,馬騰才,潘正瑛,湯家鏞;Au/Au(100)外延薄膜生長的計(jì)算機(jī)模擬及其微觀機(jī)制研究[J];物理學(xué)報(bào);2000年02期

10 李英海;超精密金剛石刀具──衍射光柵刻劃刀[J];光學(xué)精密工程;1996年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 李曉天;機(jī)械刻劃光柵刻線誤差及其修正方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2013年

2 李增強(qiáng);圓弧刃金剛石刀具刀尖圓弧的機(jī)械研磨及其檢測(cè)技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

3 楊春;ZnO/α-Al_2O_3（0001）薄膜生長初期的模擬研究[D];電子科技大學(xué);2004年

4 巴音賀希格;衍射光柵色散理論與光柵設(shè)計(jì)、制作和檢驗(yàn)方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 姜偉平;長壽命衍射光柵金剛石刻劃刀具設(shè)計(jì)方法研究[D];長春理工大學(xué);2012年

2 張壘壘;中階梯光柵機(jī)械刻劃工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D];長春理工大學(xué);2012年

3 劉萌;延伸角錐刀刻劃衍射光柵槽形控制研究[D];長春理工大學(xué);2011年

4 倪坤;雙圓錐形圓弧刀刻劃衍射光柵的槽形控制研究[D];長春理工大學(xué);2011年

5 王勇軍;薄膜/基體系統(tǒng)溫度影響下力學(xué)性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2817758