大氣等離子體加工熔石英材料過程的若干影響因素研究.pdf

1、慣性約束聚變、大型天文望遠(yuǎn)鏡、微電子以及航空航天領(lǐng)域各種高精尖武器不但要求光學(xué)元件達(dá)到超光滑表面，而且對(duì)加工效率也提出了極高的要求。目前適用于熔石英材料的超光滑表面加工技術(shù)有浴法拋光、浮法拋光、磁流變拋光、離子束加工、彈性發(fā)射加工等。大氣等離子體加工是近年來新發(fā)展起來的一種超光滑表面加工技術(shù)，與其他加工技術(shù)相比，大氣等離子體加工是靠等離子體中的活性粒子與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)材料去除的一種加工方法，具有加工效率高、不產(chǎn)生加工變質(zhì)層、不

2、會(huì)對(duì)元件表面造成二次損傷和加工成本低等優(yōu)點(diǎn)。在國外，該項(xiàng)技術(shù)已在光學(xué)元件的加工制造中得到應(yīng)用，而我國在該方向的研究尚處于起步階段，有許多問題亟待解決。
　　本論文針對(duì)大氣等離子體加工光學(xué)材料熔石英過程展開研究，目的是通過理論和實(shí)驗(yàn)找到加工過程中各種因素對(duì)熔石英加工效率和表面質(zhì)量的影響規(guī)律。
　　首先，論文介紹了大氣等離子體的加工原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)應(yīng)用于光學(xué)元件加工的大氣等離子體發(fā)生裝置（等離子體炬），并對(duì)該裝置在射流和接觸兩種

3、加工模式下的工作特性進(jìn)行了探討研究。
　　然后，論文以加工效率（材料去除率）為研究對(duì)象，以新設(shè)計(jì)的大氣等離子體炬的兩種加工模式為基礎(chǔ)，運(yùn)用光譜定量分析理論和紅外測溫理論分別從等離子體光譜強(qiáng)度變化和加工過程溫度變化角度，研究并得到了等離子體中反應(yīng)氣體（CF4和O2）含量對(duì)材料去除率的影響規(guī)律。研究表明，材料去除率隨著CF4流量的增加先增加，達(dá)到極值后，再降低；O2能夠提高材料去除率。隨后又分別對(duì)輸入功率、加工距離和加工時(shí)間與材料去除

4、率之間的影響關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出材料去除率隨著輸入功率的提高、加工距離的減小而增加，而在一定的加工時(shí)間內(nèi)基本保持恒定的規(guī)律。
　　最后，論文以工件最終表面質(zhì)量為研究對(duì)象，首先在前期量子化學(xué)理論分析的基礎(chǔ)上提出了極低材料去除率對(duì)于降低元件表面粗糙度必要性的設(shè)想，并通過實(shí)驗(yàn)得到初步驗(yàn)證。然后又通過納米壓痕技術(shù)驗(yàn)證了大氣等離子體加工能夠去除工件表面的加工變質(zhì)層，且不會(huì)對(duì)工件表面引入二次損傷的結(jié)論。
　　本論文的研究內(nèi)容表明，