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《中国光学学会2006年学术大会论文摘要集》2006年
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SiC材料超光滑表面纳米加工

公发全  肖鹏  黄润兰  李刚  刘万发  
【摘要】:SiC材料是近二三十年间发展起来的新型光学加工材料,它具有高杨氏模量(270-310Gpa)、较高导热率(172W/(m·℃))、耐热冲击性、高的比刚度、机械能各项同性等一系列优良的物理性质, 受到越来越多的重视。采用SiC材料制造的轻量化反射镜,具有高温度稳定性、静态稳定性和耐热冲击性,被越来越多应用于空间光学和激光等领域。作为光学镜面的应用,无不需要将镜面加工成为超光滑表面,而强激光领略对镜面的表面粗糙度提出了更高的要求,以提高反射镜的损伤阈值,减小功率的损失。而SiC存在材料晶粒尺寸大(微米)、硬度高的不利因素,带来了加工困难。目前国内由于材料加工制造工艺和加工条件的限制,还有一定的差距。根据现在所具备的加工条件,传统光学加工工艺加工CVD工艺制造SiC(由中南大学制备)。采用金刚石微粉直径分别为4微米、2.5 微米和1微米的抛光液进行抛光,整个加工过程近两个星期。在原子力显微镜(AFM)下观察表面情况, 粗糙度达到1.6nm RMS,同时观察到横向尺度小于200nm、深度大于30nm的沟痕。为使得被加工的表面更加光滑,针对SiC表面的纳米沟痕采取对策。实际中采用了氧化铝纳米颗粒的碱性水溶液,其颗粒直径为20nm(纯度99%)。采用这种纳米抛光液,进行了4.5小时的抛光,SiC表面的粗糙度得到明显的改善,达到0.6nm RMS。发现SiC表面存在纳米抛光沟痕。通过采取纳米研磨剂,使得纳米沟痕得到很好的改善,实现了表面粗糙度0.6nm RMS加工结果,此项技术指标达到国际先进水平。这是采用国内制备的材料,实现的SiC超光滑表面加工,这有助于加速SiC光学材料的国产化进程。

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