蓝宝石晶片飞秒激光辅助集群磁流变抛光试验研究

为了实现蓝宝石衬底材料高效高品质超光滑平坦化加工的目的,提出一种先利用飞秒激光对蓝宝石晶片表面材料进行预处理改性后再集群磁流变抛光新工艺,并且研究了飞秒激光扫描速度和集群磁流变抛光时间对激光预处理蓝宝石晶片表面抛光材料去除率和表面粗糙度的影响规律,同时借助X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）分析了蓝宝石表面经过飞秒激光处理前后材料特性变化,深入研究了飞秒激光辅助集群磁流变抛光加工机理。研究结果表明,飞秒激光预处理对蓝宝石晶片集群磁流变抛光效果影响显著,蓝宝石晶片用飞秒激光预处理加工后的集群磁流变抛光材料去除率提高了1倍以上,并且飞秒激光扫描速度为100mm/s时,预处理的蓝宝石经过抛光后可以得到较好的表面质量和表面形貌;XPS和XRD检测结果表明蓝宝石衬底表面经过飞秒激光辐照后并未发生化学反应,而是飞秒激光使得蓝宝石表面层晶体结构发生了非晶化和微晶化有利于集群磁流变抛光过程中的材料去除。研究表明,飞秒激光可使蓝宝石表面层发生微晶化和非晶化进而有利于提升集群磁流变抛光蓝宝石的抛光效率和表面性能。     

实现高效率低损伤研磨加工的磨料优化研究

大功率激光系统对于熔石英光学元件提出了苛刻的加工要求,研磨作为加工环节之一,对于光学元件的加工周期和损伤控制具有非常重要的作用。采用计算机控制小磨头方法进行研磨加工时,在加工工艺参数相同的条件下,磨料是直接决定效率和损伤的关键因素。本文分别从材料去除效率和研磨加工损伤两方面对磨料进行对比分析,通过理论仿真得出磨料的规律特性,再结合实验研究进行规律验证,基于高效率和低损伤进行磨料优化选取,并讨论分别给出粗研、精研的磨料和工艺。     

工艺参数对SiC单晶片切割表面质量的影响

SiC单晶片表面质量对其后续半导体器件的制造有很大影响,但其材料的高硬度和高脆性,使切片过程变得非常困难。本文在往复式电镀金刚石线切割装置上采用单因素和正交法进行了SiC单晶切割实验,研究了工件转速、线锯速率、工件进给速率、线锯磨损对晶片表面粗糙度的影响规律以及三维形貌特点。结果表明:附加工件旋转运动,晶片表面质量提高,划痕减少、深度变浅;线速增大、工件旋转速率增大或工件进给速率减小,表面粗糙度值减小;线锯磨损晶片表面粗糙度值增大。相对线速和线锯磨损,工件转速和工件进给速率对晶片表面质量及粗糙度的影响更大。应在综合考虑效率和线锯损耗的基础上合理确定切割参数,尤其是工件进给速率。     

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。     

单晶硅电火花线切割表面损伤层形成机理

 为了研究单晶硅电火花线切割(WEDM)表面损伤层的损伤形式和形成机理,以电火花线切割加工后的单晶硅表面为研究对象,采用表面形貌观察分析及择优腐蚀方法研究了单晶硅经过电火花线切割后的加工表面.研究结果表明单晶硅经电火花放电加工后表面损伤形式分为4种:热损伤、应力损伤、热与应力综合作用损伤及电解/电化学腐蚀损伤.热损伤使得硅表面形成多晶或非晶硅;应力损伤使硅表面产生裂纹;热与应力综合作用会产生小孔效应,且随着放电功率密度的增加,小孔会明显增多;电解/电化学作用会加快损伤区域及杂质元素富集区域的腐蚀.     

熔石英光学元件激光阈值提升仿真与工艺研究

为实现熔石英光学元件的高激光损伤阈值加工,研究了磁流变抛光+HF酸洗工艺提升阈值的过程。通过磁流变抛光+HF酸洗加工实验、测量表面缺陷形貌演变和有限时域差分算法(FDTD)仿真,认为该工艺改善破碎型缺陷,减弱光场调制作用,实现阈值的提升。     

基于杂质元素控制工艺降低熔石英元件损伤密度实验研究

为降低熔石英元件的损伤密度,本文提出了磁流变抛光与HF酸刻蚀组合工艺降低杂质元素含量的方法。对熔石英样品进行磁流变抛光和HF酸刻蚀,测试表面的杂质元素相对含量以及355nm激光辐照下的损伤密度。磁流变抛光后,熔石英元件表面的Ce元素相对含量由2694当量降至10当量以下,但Fe元素相对含量由376.2当量上升至4333当量,8J/cm2通量下损伤密度由0.49个/mm2增大为0.90个/mm2;磁流变抛光与HF酸刻蚀后,Fe元素相对含量下降至1951当量,损伤密度为0.042个/mm2。实验结果表明,磁流变抛光可以去除前级加工引入的Ce元素,但是会引入Fe元素,导致损伤密度上升。HF酸刻蚀可以有效降低杂质元素含量,降低损伤密度。     

基于磁流变斑点法的热压多晶氟化镁加工亚表面损伤实验研究

精确测量出每道加工工序残留的亚表面损伤深度值是达到光学元件加工质量要求的前提保证.通过磁流变抛光斑点法测量几种常用的加工方法对氟化镁试样加工后产生的亚表面损伤深度数值,为将来该材料实际工件加工提供参考.     

超声振动铣磨加工对铁氧体表面质量的影响研究

为解决惯性仪表磁悬浮轴承铁氧体零件的精密加工难题,开展铁氧体超声振动铣磨加工表面粗糙度预测和加工表面三维仿真技术研究,进行铁氧体磁性材料超声振动加工实验,研究工艺参数对加工表面质量的影响规律,为提高铁氧体材料的加工效率和加工质量提供依据.     

蓝宝石的纳米压痕试验与有限元仿真研究

在对蓝宝石进行纳米压痕试验的基础上,利用有限单元法建立了纳米压痕试验的数值模型,对蓝宝石的纳米压痕试验进行模拟、计算和分析,确定了蓝宝石表层的材料性能和力学特性.该模型可以研究在加工过程中,主要工艺参数对加工效果、加工效率、所导致的加工表面损伤层的影响,确定它们之间的相互关系,进而优化工艺参数,完善蓝宝石材料精密研磨加工的水平.