光學(xué)硬脆材料在機(jī)械加工過程中不可避免地形成表面/亞表面損傷,對(duì)器件性能、使用壽命等具有至關(guān)重要的影響。相較于磨削、研磨兩種前道工藝,拋光階段材料的損傷逐漸減少至極其微量的程度,而最終殘留的損傷將伴隨材料的使用全周期,研究拋光階段表面質(zhì)量的變化過程對(duì)掌握拋光的工藝質(zhì)量十分必要,但測(cè)量難度高。針對(duì)這一問題,本文在總結(jié)拋光階段損傷形式的基礎(chǔ)上,首先仿真分析了準(zhǔn)布儒斯特角法檢測(cè)表面質(zhì)量的原理和優(yōu)勢(shì),隨后以Nd∶GGG激光晶體為研究對(duì)象,利用橢偏儀對(duì)不同拋光工藝下樣品表面質(zhì)量的變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過與白光干涉法測(cè)量的表面形貌進(jìn)行對(duì)比,準(zhǔn)布儒斯特角偏移量和相位角變化曲線斜率準(zhǔn)確地反映了拋光過程中表面質(zhì)量的變化,展現(xiàn)了該方法的無損傷和高靈敏度特性,以及輔助研究拋光工藝的可行性。最后,對(duì)準(zhǔn)布儒斯特角法在表面質(zhì)量檢測(cè)方面面臨的問題進(jìn)行了分析和展望。

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【部分圖文】：

圖1激光晶體Nd∶GGG在研磨和拋光加工后表面的SEM圖

加工過程中,不同工藝會(huì)引入不同類型的損傷,對(duì)損傷類型和來源的研究有助于檢測(cè)方法的開發(fā)。研磨階段主要產(chǎn)生微裂紋、相變、位錯(cuò)/層錯(cuò)和殘余應(yīng)力;拋光加工旨在獲取理想的面形精度,降低表面粗糙度及表面瑕疵并去除研磨產(chǎn)生的損傷層。圖1是FIB/SEM雙束系統(tǒng)對(duì)Nd∶GGG激光晶體加工損傷的檢....

圖2拋光的石英玻璃表面損傷模型

Evans等[17]將拋光機(jī)理分為機(jī)械磨損、塑性流動(dòng)和機(jī)械化學(xué)反應(yīng)等類型,其中機(jī)械化學(xué)理論普遍為大家所接受[18]。以典型硬脆材料石英玻璃為例[7-8,19],拋光后樣品的亞表面損傷由外及內(nèi)通常分為三層(圖2):重積層(也稱水解層)、損傷層(包括微裂紋、脆塑性劃痕、雜質(zhì)和殘余應(yīng)....

圖3(a)表面粗糙層厚度和(b)等效亞表面損傷層厚度對(duì)p偏振光相位隨入射角變化情況的影響

這里以熔融石英為研究對(duì)象,利用準(zhǔn)布儒斯特角法對(duì)其表面/亞表面損傷與光學(xué)信號(hào)間的關(guān)系進(jìn)行了仿真研究,探討了表面粗糙度、等效亞表面損傷層厚度與準(zhǔn)布儒斯特角偏移及變化斜率的關(guān)系。圖3是基于空氣-粗糙層-亞表面損傷層-基體模型的仿真分析結(jié)果。當(dāng)樣品僅有粗糙層,且其等效厚度在1～20nm....

圖4(a)測(cè)試樣品(紅色為測(cè)試區(qū)域);(b)～(f)不同加工時(shí)長的樣品中間區(qū)域的表面形貌

第一次實(shí)驗(yàn)的拋光總時(shí)長為50min,并每隔10min取出1片用作后續(xù)對(duì)比測(cè)試,共獲得5片不同拋光時(shí)長的樣品。使用3D光學(xué)輪廓儀(Sensofar,SNeox)在樣品表面選取5個(gè)測(cè)量區(qū)域(圖4(a))進(jìn)行表面形貌(Ra)測(cè)量,并將5個(gè)區(qū)域的表面粗糙度平均值作為評(píng)價(jià)表面質(zhì)量的指....

本文編號(hào)：3905793