烧结碳化硅光学零件的氧化辅助抛光机理研究

摘要

烧结碳化硅（RB-SiC）的加工技术已经成为光学镜面加工领域的研究热点之一。由于RB-SiC材料硬度大、构成组分多，目前加工中存在的主要难题是抛光效率低、表面质量差等。氧化辅助抛光是针对蓝宝石、金刚石等超硬材料开发的一种加工新技术。通过辅助化学反应使材料表面变成硬度较低的氧化层，而后再进行抛光加工。把氧化辅助抛光技术应用于RB-SiC加工，将为RB-SiC光学零件制造提供一种新思路。本文在氧化辅助抛光RB-SiC可行性分析的基础上，对RB-SiC阳极氧化、等离子体氧化、热氧化的氧化过程建立模型，分别设计和搭建氧化辅助抛光实验系统，研究氧化表面的形貌特征和氧化辅助抛光的加工特性，为提高RB-SiC的加工水平提供新方法。
　　本研究主要内容包括：⑴探讨了RB-SiC氧化辅助抛光的可行性。利用SEM-EDX对RB-SiC表面形貌和化学成分进行分析，研究了RB-SiC中SiC相和Si相的性质与特征，从RB-SiC的可氧化性和氧化层的可抛光性两个方面，分析了RB-SiC氧化辅助抛光的可行性，研究表明氧化辅助抛光有助于克服RB-SiC加工中去除效率低、表面质量差等难题。⑵建立了RB-SiC氧化模型。基于单向内扩散原理和双向扩散原理对单晶Si、单晶SiC的各种氧化过程进行分析，依据分析结果对三种氧化方法中RB-SiC的氧化过程建立模型，根据模型对每种氧化方法的宏观氧化层厚度和微观氧化物形貌进行分析，预测了三种氧化方法中RB-SiC氧化过程的特征，为在RB-SiC加工中利用氧化辅助抛光方法提高去除效率、提升表面质量提供了理论指导。⑶构建了RB-SiC氧化辅助抛光平台。根据各种氧化方法的需求设计和搭建了合适的RB-SiC氧化辅助抛光实验系统，以方便对各类工艺参数进行调整为原则优化了系统设计，为研究RB-SiC氧化表面的形貌特征和氧化辅助抛光的加工特性提供了硬件支持。⑷分析了RB-SiC氧化表面的形貌特征。利用SEM-EDX、AFM和SWLI干涉仪等检测分析设备，从两相氧化速度差异、氧化物分布情况、氧化后的表面粗糙度等方面，研究了RB-SiC在三种氧化方法中氧化表面的形貌特征，为研究氧化辅助抛光RB-SiC的表面质量时选择合适的氧化参数和抛光参数提供科学依据。⑸研究了RB-SiC氧化辅助抛光的加工特性。利用TEM和SWLI干涉仪等测量设备分析了RB-SiC的氧化层厚度，从理论分析和实验验证两个方面研究了氧化辅助抛光RB-SiC的表面质量，为各种氧化辅助抛光方法在RB-SiC加工工艺中的应用提供指导意见。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 课题的来源与意义

1.2 烧结碳化硅光学零件加工研究现状

1.3 烧结碳化硅光学零件氧化辅助抛光的可行性分析

1.4 本研究的主要内容

第二章 烧结碳化硅氧化过程建模与分析

2.1 基于扩散原理的氧化过程分析

2.2 阳极氧化过程建模与分析

2.3 等离子体氧化过程建模与分析

2.4 热氧化过程建模与分析

2.5 本章小结

第三章 烧结碳化硅氧化辅助抛光实验系统设计与优化

3.1 阳极氧化辅助抛光系统设计与优化

3.2 等离子体氧化辅助抛光系统设计与优化

3.3 热氧化辅助抛光系统选型与设计

3.4 本章小结

第四章 烧结碳化硅氧化表面形貌特征检测与分析

4.1 阳极氧化表面形貌特征检测与分析

4.2 等离子体氧化表面形貌特征检测与分析

4.3 热氧化表面形貌特征检测与分析

4.4 本章小结

第五章 烧结碳化硅氧化辅助抛光加工特性的实验研究

5.1 阳极氧化辅助抛光加工特性的实验研究

5.2 等离子体氧化辅助抛光加工特性的实验研究

5.3 热氧化辅助抛光加工特性的实验研究

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果