ICP快速抛光系统的搭建和保形工艺研究

摘要

非接触式大气等离子体加工是一种适用于难加工硬脆材料的加工方法。用于空间、地面望远镜以及大口径强激光光学组件的光学元件的加工。这种方法具有较高的材料去除效率且不引入亚表层损伤，能够有效提升激光惯性约束聚变光学系统中的光学元件的使用寿命，降低成本。
　　本文提出了ICP(inductively coupled plasma)大气等离子体加工系统的总体设计方法和搭建过程中主要的问题。并对等离子体系统的设计和搭建以及加工系统的集成工作做了大量工作并进行详细的阐述。总结了大气等离子体加工的快速保形去除工艺出现的问题并给出有效的解决办法。首先介绍了等离子体的概念，并根据大气压下的等离子体放电方式对等离子体进行了分类，简述了电感耦合等离子体的产生条件以及大气压下等离子体加工的去除机理。应用上述原理，对即将进行搭建的加工系统进行总体设计和规划。加工系统主要由机床本体和等离子体系统两大子系统构成，本文指出子系统搭建过程以及集成过程中需要关注基本功能、系统兼容、人机交互和现场集成四方面要求并对每方面需要关注的具体问题进行详细阐述。然后，根据加工系统的总体设计，对两大子系统之一的等离子体系统进行系统设计及加工系统的集成。等离子体系统的每个模块的设计和搭建均满足加工系统对于基本功能、系统兼容、人机交互和现场集成这四个方面的要求。加工系统的集成部分主要针对等离子体系统的内部集成、等离子体系统与机床本体的集成和加工系统的现场集成三个层次，并针对这三个层次做了较为详细的介绍。最后，论述了大气等离子体射流加工的局部不均匀刻蚀问题和边缘效应问题。经过大量的工艺实验发现，基于化学反应去除机理的大气等离子体射流加工技术会使局部刻蚀效率过快，从而在表面形成规则的圆状凹坑。本文从表面温度和表面化学成分角度分析了刻蚀坑的产生原因，并给出了规避此类缺陷的有效办法。边缘效应产生的直接原因是边缘的材料去除效率相对较低。影响大气等离子体去除效率的主要因素是等离子体射流的流场和刻蚀反应区的温度。本文从热和流场的角度对阐述了产生边缘效应的原因。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究目的及意义

1.3 大气等离子体加工技术相关研究国内外发展概况

1.3.1 国外研究概况

1.3.2 国内研究概况

1.3.3 文献简析

1.4 主要研究内容

第2章 等离子体理论基础和系统总体设计

2.1 引言

2.2 等离子体理论基础

2.2.1 大气压下等离子体及其产生方式

2.2.2 电感耦合等离子体的放电方式

2.2.3 材料去除机理

2.3 加工系统总体设计

2.3.1 对等离子体系统的总体设计

2.3.2 机床本体的总体设计

2.3.3 系统集成

2.4 本章小结

第3章 ICP大气等离子体系统

3.1 引言

3.2 等离子体系统控制系统设计

3.2.1 电气系统设计

3.2.2 逻辑控制策略设计

3.2.3 系统抗干扰设计

3.3 等离子体发生系统设计

3.3.1 放电模块设计

3.3.2 质量流量控制模块设计

3.3.3 对刀模块设计及性能分析

3.3.4 尾气处理模块

3.4 等离子体系统实验性能研究

3.4.1 大去除能力实验研究

3.4.2 小去除能力实验研究

3.5 本章小结

第4章 全口径保形快速去除实验研究

4.1 引言

4.2 局部不均匀刻蚀现象

4.2.1 过热导致的局部不均匀去除现象

4.2.2 无水乙醇导致的局部不均匀刻蚀现象

4.3 大气等离子体加工的边缘效应问题

4.3.1 边缘流场导致的边缘效应问题

4.3.2 边缘的散热问题导致的边缘效应问题

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢