【摘要】：科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步總是與各類先進(jìn)制造技術(shù)相同步,科技的突飛猛進(jìn)也受益于人類對更高、更快以及未知的不斷追求。近些年伴隨著電子產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)和航天航空技術(shù)的發(fā)展,人們對于高端精密設(shè)備的需求也更加急迫,比如芯片制造用的極紫外光刻機(jī)、更高分辨率的電子顯微鏡及更遠(yuǎn)更清晰的太空望遠(yuǎn)鏡等。這些高端設(shè)備的研發(fā)和制造對光學(xué)元件的表面平整度以及面型精度提出了更高的要求,此外由于光學(xué)元件的制造一般使用硬脆材料,因此要求工件拋光后不會(huì)破壞工件表面晶格結(jié)構(gòu)和無應(yīng)力損傷。對于這些高要求的光學(xué)元件已經(jīng)不能使用傳統(tǒng)的研磨拋光方法來加工,新的光學(xué)元件表面拋光技術(shù)也就不斷應(yīng)運(yùn)而生。紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流拋光技術(shù)是一種新近提出的光學(xué)元件精密拋光方法,利用納米顆粒膠體在紫外光催化作用下與工件表面材料發(fā)生吸附反應(yīng),然后利用膠體射流在工件表面的剪切作用帶走發(fā)生吸附反應(yīng)的表面材料,實(shí)現(xiàn)材料的確定去除。該加工方法可以實(shí)現(xiàn)工件表面納米級的材料去除,并且拋光后的工件表面無應(yīng)力損傷層。本文首先設(shè)計(jì)了紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流拋光的試驗(yàn)系統(tǒng),光液耦合噴嘴是該試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。根據(jù)射流噴嘴結(jié)構(gòu)以及射流基本特性,設(shè)計(jì)了棱柱矩形光液耦合噴嘴以及雙射流矩形光液耦合噴嘴。利用Fluent計(jì)算流體分析軟件,建立并分析了光液耦合噴嘴的自由紊動(dòng)射流模型和沖擊射流模型,另外設(shè)計(jì)了圓錐矩形光液耦合噴嘴與棱柱矩形光液耦合噴嘴進(jìn)行對比。仿真結(jié)果表明,棱柱矩形光液耦合噴嘴的流場速度分布相比圓錐矩形光液耦合噴嘴更加均勻,雙射流矩形光液耦合噴嘴的射流噴距應(yīng)小于射流的會(huì)聚區(qū)。根據(jù)田口優(yōu)化方法對光液耦合噴嘴的尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化后的光液耦合噴嘴具有更大的射流初速度、射流分布更加均勻。通過變量控制法分析拋光工藝參數(shù)對光液耦合噴嘴沖擊射流時(shí)工件表面流場分布的影響,最后根據(jù)優(yōu)化后的光液耦合噴嘴和拋光工藝參數(shù),使用實(shí)驗(yàn)室自制的紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流拋光試驗(yàn)系統(tǒng),對單晶硅進(jìn)行了定點(diǎn)射流拋光試驗(yàn),驗(yàn)證紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流拋光方法對工件表面材料去除的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明紫外光誘導(dǎo)納米顆粒膠體射流拋光可以明顯改善工件表面質(zhì)量,降低表面粗糙度且拋光過程不會(huì)在工件表面產(chǎn)生機(jī)械劃痕,且無殘留應(yīng)力,實(shí)現(xiàn)工件表面的超精密拋光,為光學(xué)元件的無損超精密拋光提供了一種高效經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)。
【圖文】：

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本文編號：2678694