大气等离子体抛光对超光滑表面的影响研究

摘要

随着微电子技术和光学技术的飞速发展,超光滑表面的应用日益广泛,对超光滑表面质量的要求也越来越高。作为光学元件，为获得高反射率特别强调表面的低散射率或极低粗糙度值；作为功能元件，还特别注重表面晶格的完整性。目前现有的加工方法因其自身局限性，很难满足超光滑表面加工的苛刻要求。大气等离子体抛光方法作为一种新兴的表面加工方法，因其特殊的抛光机理，可以实现材料表面的原子量级化学去除，能够获得极低的表面粗糙度，且加工后不会对工件表层及亚表层造成损伤。目前国外已有学者开始对常压大气条件下等离子体抛光进行研究，而国内的相关研究尚处于起步阶段。本文围绕等离体抛光系统的设相关使用方法及加工过程出现的沉积问题对大气等离子体抛光进行了初步研究。
　　为了进行大气等离子体抛光的相关工艺实验研究，本文介绍了大气等离子体抛光系统，以及基于介质阻挡放电原理工作的等离子体炬、配合供气系统、运动控制系统、尾气处理系统等其它辅助设施，可以实现常压大气条件下的工件表面加工的要求。并且从大气等离子体抛光的化学本质角度分析了等离子体在大气压条件下的激发机理和具体应用抛光过程，揭示大气等离子体抛光过程中超光滑表面的形成机理。
　　等离体所激发的活性反应粒子是直接参与加工的反应成分，活性粒子的浓度对大气等离体抛光过程有着至关重要的作用，本文通过光谱分析的方法，采用光谱分析仪采集等离子体射流的轴向及径向的原子发光光谱，通过分析特征谱线的相对强度来定性地评价相应活性粒子的浓度，建立了活性粒子浓度分布的空间模型。并对等离子体射流特性进行了分析及数值模拟，揭示了加工等离子体射流区域的速度分布特征。
　　为了保证加工质量，针对在前期实验研究中发现的沉积问题，本文利用XPS和红外光谱分析方法分析了沉积物的可能成分，并根据现有的等离子体聚合相关理论，分析了沉积形成的原因，并且建立了气流速度与加工表面沉积之间的对应关系及内在联系。通过改变气流速度实验验证，初步确定了影响沉积生成的因素，并通过改进实验得到了表面粗糙度值达到1nm以内的超光滑表面。

目录

大气等离子体抛光对超光滑表面的影响研究

STUDY OF SUPER-SMOOTH SURFACEON ATMOSPHERICE PRESSUREPLASMA POLISHING

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 本课题的研究目的和意义

1.3 国内外研究现状综述

1.4 本课题主要研究的内容

第2章 大气等离子体抛光系统及加工机理

2.1 大气等离子体抛光系统组成

2.2 大气等离子体抛光机理

2.3 大气等离子体抛光的反应过程

2.4 本章小结

第3章 等离子体射流区域化学特性研究

3.1 等离子体诊断方法及光谱测量装置

3.2 等离子体射流区活性粒子径向分布状态光谱测量

3.3 等离子体射流区活性粒子轴向分布状态光谱测量

3.4 本章小结

第4章 等离子体射流在工件表面的物理特性研究

4.1 径向壁面射流

4.2 等离子体冲击射流的二维数学模型

4.3 等离子体冲击射流的数值模拟

4.4 本章小结

第5章 加工表面质量评价分析及实验验证

5.1 沉积物的成分分析

5.2 沉积物的去除实验研究

5.3 沉积物的抑制实验研究

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢