一種光學加工缺陷鈍化工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種磁流變拋光方法，具體設及烙石英結構性缺陷的磁流變純化工 藝，實現烙石英材料結構性缺陷的純化。
【背景技術】
[0002] 磁流變拋光（MR巧作為一種新型的光學加工方法，它是利用磁流變拋光液在磁場 中的流變性對工件進行拋光。由于磁流變拋光的機理為剪切去除，在拋光過程中磨粒受到 的力遠小于傳統拋光，能夠有效去除研磨和傳統拋光過程中遺留于表面和亞表面的裂紋與 劃痕，獲得無損的加工表面，同時還能夠改善面形精度，達到亞納米級表面粗糖度。在磁流 變拋光的過程中，缺陷的微觀形貌會發生改變，深度減小，寬度基本保持不變，寬深比增大， 形貌輪廓變純，運種現象稱為MRF對缺陷的純化。MRF依靠拋光液鍛帶接觸加工表面時流體 力場中的剪切力實現材料去除，剪切力的大小直接決定了材料的去除效率。在結構性缺陷 處，拋光輪W及其附著的拋光液鍛帶與元件表面的實際接觸點為缺陷的最高點，缺陷輪廓 與元件表面的交點處剪切力明顯要大于表面無缺陷處的剪切力，因此，在缺陷與表面的交 點位置材料去除量會更大，導致缺陷邊緣處有額外去除，保持寬度基本不變。
[0003] 傳統拋光方法如CCOS等，是通過拋光顆粒對材料的正壓力使表面材料破碎去除， 再利用相對運動帶走拋光屑。由于其原理為脆性去除，在拋光過程中會不可避免的產生裂 紋、劃痕等結構性缺陷，成為降低烙石英材料抗激光損傷性能的重要因素。經過研磨、粗拋 光等多道工序，工件表面和亞表面已經沒有較大較深的缺陷，但在表面W下數微米至數十 微米的區域內仍存在加工帶來的結構性缺陷。結構性缺陷會從W下=個方面降低元件的抗 激光損傷能力：（1)亞表面劃痕、裂紋會引起局部光場增強；（2)在缺陷中嵌入的吸收性雜 質會增強對激光的吸收；（3)結構性缺陷會減低元件的機械強度。當前強光光學系統對烙 石英元件的高闊值、高面形精度加工有迫切的需求，而傳統拋光方法由于其脆性去除原理 難W控制缺陷的大小及深度，因此，需要引入新型的不帶來亞表面損傷并且能夠改善結構 性缺陷的加工工藝來解決運些技術問題。
【發明內容】
[0004] 為克服現有技術的不足，本發明提供一種工藝流程簡單、可操作性強、能滿足強光 光學系統對烙石英元件缺陷情況與面形精度要求的光學加工缺陷純化工藝。 陽〇化]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0006] 一種光學加工缺陷純化工藝，包括W下步驟：
[0007] (1)對單軸機研拋后的烙石英元件使用HF酸液進行淺酸洗，去除水解層，暴露出 亞表面損傷，進行磁流變拋光使缺陷純化；
[0008] (2)磁流變拋光完成后，使用HF酸液對烙石英元件表面進行清洗，完成磁流變純 化缺陷的后處理。
[0009] 上述工藝中，優選地，所述步驟（1)中，對單軸機研拋后的烙石英元件使用HF進行 淺酸洗，所述HF酸濃度為8 % -12 %，酸洗時間為2-5min，去除效率為10-20nm/min，去除 深度為20-100nm。所述磁流變拋光的工藝參數為：磨料為粒徑為0. 2ym的Ce〇2,拋光輪轉 速為2-3m/s，電流為7A，壓深為0. 2mm，磁流變拋光液的流量為150-170LA，材料去除率為 1. 8X10e+7±10% (ymVmin)o
[0010] 上述工藝中，優選地，所述步驟（2)中，所述HF酸液濃度為10 %，溫度為35°C，酸 洗時間為3min。
[0011] 本發明中還包括步驟（3)，對酸洗后的烙石英元件進行漂洗10分鐘并用去離子水 噴淋5分鐘，去除殘留酸液與反應生成物，最后使用過濾后的高壓氮氣吹干樣件，完成整個 工藝。
[0012] 本發明中，全部酸洗流程均在百級潔凈環境中完成，確保環境污染在極低的水平。
[0013] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0014] 1.本發明工藝流程簡單，可操作性強。在前級加工工藝中會不可避免的帶來劃 痕、坑桐等結構性缺陷，運些缺陷會引發激光損傷，磁流變拋光的無損去除能力在去除結構 性缺陷方面會發揮重要作用。磁流變拋光后，結構性缺陷深度減小、寬度基本不變，寬深比 增大。結構性缺陷的仿真結果證明，寬深比越大，結構性缺陷的相對光場強度巧elative Intensity,RI)越小，能夠承受更高的激光能量。磁流變拋光不僅能夠無損去除傳統拋光 帶來的較淺的缺陷層，對于個別的較深的缺陷沒有完全拋光去除，而是將其純化，運樣也能 夠顯著降低相對光場強度，提高元件的抗激光損傷能力。
[0015] 2.本發明在磁流變拋光后烙石英元件表面有幾基鐵粉、有機物等污染物殘留，會 大幅降低抗激光損傷能力，因此元件的加工后處理工藝（AM巧十分必要。由于HF酸洗工藝 能夠去除表面污染物、雜質元素，并且具有高效率、無污染等優點，因此選擇HF酸進行后處 理十分必要。酸洗后，烙石英元件表面有殘留的酸液W及酸洗過程中生成的化合物，需要進 行超聲漂洗并用去離子水噴淋，最后使用過濾后的高壓氮氣吹干樣件，得到表面潔凈的烙 石英元件。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明實施例中對烙石英元件進行磁流變拋光的照片。
[0017] 圖2為本發明實施例中初始W及磁流變逐層拋光后的缺陷形貌。利用原子力顯微 鏡（AtomForceMicroscope,AFM，測量結果使用BRUKERDimensionICON*原子力顯微鏡進 行測量，測量模式為輕敲TappingMode)測量得到的結果，測量范圍為30JimX30Jim。
[001引圖3為本發明實施例中初始W及磁流變逐層拋光缺陷形貌的演變曲線。
[0019] 圖4為本發明實施例中磁流變拋光去除深度與缺陷寬深比的關系。
【具體實施方式】
[0020] W下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而 限制本發明的保護范圍。 陽OW 實施例：
[0022] 加工對象是一塊IOOmmXIOOmmXIOmm的方形烙石英元件，元件前級加工為單軸 機研拋，拋光過后元件表面無明顯劃痕，經過淺酸洗去除水解層后暴漏出亞表面損傷。對其 進行光學加工缺陷純化工藝，包括W下步驟：
[0023] (1)加工前首先對烙石英元件進行淺酸洗，旨在暴露出亞表面劃痕，測量劃痕的初 始深度，來確定磁流變拋光的深度。使用10%濃度的HF酸液酸洗3分鐘，材料的去除深度 為 50nm。
[0024] (2)對烙石英元件進行四次磁流變拋光。拋光時，拋光輪與烙石英元件的相對速度 均為2-3m/s，磁流變拋光液的流量為150-17化A，拋光加工的壓深分別0. 2mm，每次加工時 間為109min，每次材料去除深度為80-120皿。
[00巧]圖2分別是初始W及磁流變逐層拋光后的缺陷形貌，圖3是初始W及磁流變逐層 拋光缺陷形貌的演變曲線，圖4為磁流變拋光去除深度與缺陷寬深比的關系，從結果看，初 始的寬深比5. 39,四次磁流變拋光的寬深比分別為6. 34、7. 83、9. 88、16. 58,經過磁流變逐 層拋光，寬深比依次增大，結構性缺陷純化效果非常明顯。
[00%] (3)磁流變拋光結束后，烙石英元件表面存在磁流變拋光液的殘留，再次使用 10%濃度的HF溶液進行酸洗，時間為3min，去除水解層W及殘留于表面的污染物。酸洗后， 烙石英元件進行超聲漂洗10分鐘并使用去離子水噴淋5分鐘，去除殘留酸液與反應生成 物，最后使用過濾后的高壓氮氣吹干樣件。
[0027] W上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例。凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應該指出，對于本技術領 域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下的改進和潤飾，運些改進和潤飾也 應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種光學加工缺陷鈍化工藝，其特征在于：包括以下步驟： (1) 對單軸機研拋后的熔石英元件使用HF酸液進行淺酸洗，去除水解層，暴露出亞表 面損傷，進行磁流變拋光使缺陷鈍化； (2) 磁流變拋光完成后，使用HF酸液對熔石英元件表面進行清洗，完成磁流變鈍化缺 陷的后處理。2. 根據權利要求1所述的光學加工缺陷鈍化工藝，其特征在于：步驟（1)中，對單軸機 研拋后的熔石英元件使用HF進行淺酸洗，所述HF酸濃度為8 % -12 %，酸洗時間為2-5min， 去除效率為10_20nm/min，去除深度為2〇-100nm。3. 根據權利要求2所述的光學加工缺陷鈍化工藝，其特征在于：步驟（1)中，所述磁流 變拋光的工藝參數為：磨料為粒徑為〇. 2μm的Ce02，拋光輪轉速為2. 5m/s，電流為7A，壓深 為0. 2mm，磁流變拋光液的流量為160L/h，材料去除率為1. 8X10e+7±10% (ym3/min)。4. 根據權利要求3所述的光學加工缺陷鈍化工藝，其特征在于：所述步驟（2)中，所述 HF酸液濃度為10 %，溫度為35°C，酸洗時間為3min。5. 根據權利要求1、2、3或4所述的光學加工缺陷鈍化工藝，其特征在于：還包括步驟 (3)，對酸洗后的熔石英元件進行漂洗10分鐘并用去離子水噴淋5分鐘，去除殘留酸液與反 應生成物，最后使用過濾后的高壓氮氣吹干樣件，完成整個工藝。6. 根據權利要求5所述的光學加工缺陷鈍化工藝，其特征在于：整個工藝過程均在百 級潔凈環境中完成。
【專利摘要】一種光學加工缺陷鈍化工藝，包括以下步驟：(1)對單軸機研拋后的熔石英元件使用HF酸液進行淺酸洗，去除水解層，暴露出亞表面損傷，進行磁流變拋光使缺陷鈍化；(2)磁流變拋光完成后，使用HF酸液對熔石英元件表面進行清洗，完成磁流變鈍化缺陷的后處理；(3)對酸洗后的熔石英元件進行漂洗10分鐘并用去離子水噴淋5分鐘，去除殘留酸液與反應生成物，最后使用過濾后的高壓氮氣吹干樣件，完成整個工藝。本發明工藝流程簡單、可操作性強、能滿足強光光學系統對熔石英元件缺陷情況與面形精度要求。
【IPC分類】C03C15/02
【公開號】CN105271791
【申請號】CN201510661481
【發明人】石峰, 戴一帆, 隋婷婷, 胡皓, 彭小強
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月14日