離子束拋光原理及發展

據統計，在機械制造行業，80%以上的零件因表面故障而導致故障，但由于總強度不足而造成的誤差和變形的零件的損失比例較低。因此，提高材料的表面性能是延長零件使用壽命、合理配置性能和保障系統穩定性的關鍵。而拋光處理是材料表面加工的關鍵工序,所以各工業發達國家都深入地開展了這方面的研究。材料表面拋光主要目的是減小表面粗糙度值,提高表面性能要求目前,對材料表面拋光主要方法有以下幾種:機械拋光、電解拋光、化學機械拋光、化學拋光、激光拋光等1離子束的能量傳遞離子束拋光是根據離子束濺射原理進行去除加工的技術,其工作原理如圖1所示。通過加速器從離子源獲得的離子束能量加至幾百電子伏到幾萬電子伏,當高速離子轟擊材料表面時,離子與金屬發生碰撞失去動能,大部分能量傳遞給材料表層內原子。此時受撞擊的表層原子由于周圍原子的限制,只能在初始位置附近振動,同時向周圍原子傳遞能量,從而形成大量的原子聯級運動2離子束加工特點離子束拋光在真空或惰性保護氣體中進行,無氧化、無脫碳。拋光后的工件表面呈亮白色,幾乎不發生變形,表面質量良好。與常規的拋光技術相比,離子束拋光有以下優點與技術特性:(1)加工精度高,表面光潔度好:因為離子束拋光是在計算機和干涉儀的精密控制下進行加工,因此它的加工精度可以達到原子量級以上,加工環境穩定,離子源產生的離子束波動小,工件表面不會出現磨損。(2)穩定性好:在離子束的加工過程之中,發射的離子束與傳統的拋光方法相比,其空間與能量的分布都能保持穩定,因此確定性就能有大幅度的改善(3)熱變形量小:離子束拋光時,只針對工件表面進行處理,而工件整體未能達到高溫狀態,因而工件整體的熱影響區較小,適用于高精度加工。(4)應用范圍廣:能加工各種形狀和尺寸的表面3我國長距離研磨與光刻化學的發展與應用離子束表面拋光技術從產生至今,一直在不斷地改進和完善,作為材料表面拋光的一個強有力的工具,國內外對該領域進行了大量而深入的研究。3.1國外的科學研究離子束表面拋光技術在國外研究廣泛且深入,目前仍有大幅增長的趨勢,主要集中在歐洲,北美及亞洲。研究內容主要包括以下幾個方面。(1)離子散射對研磨效果的影響研究His-Chaochen等人Thielsch等人(2)最初，樣品表面粗糙度對離子束研磨效果的影響研究S.F.Mahmud日本科學家Kamimur3.2中國的科研國內離子束表面拋光技術起步較國外工業發達國家晚,這方面的研究尚處于初始階段。目前國內研究內容主要涉及以下幾個方面。(1)關于離子束表面活性劑的參數研究張厚亮武磊馮殊瑞鐘昊玟(2)離子層表面光滑的物理模型和數值模型的研究王登峰徐明進張云飛唐瓦(3)產斜角度對離子束光度的影響研究舒誼次年,舒誼4離子束表面拋光技術在國內的研究中的應用進展自1965年,A.B.Meinel發現離子束轟擊熔融石英平面有材料去除現象以來,世界主要發達國家,如美國、法國、德國、俄羅斯、日本等均對離子束拋光技術進行了深入研究;國內一些科研單位也深入開展了該領域的研究,如國防科學技術大學、中國科學院研究生院、長春理工大學等,從目前國內外研究現狀來看,離子束表面拋光技術在理論及實踐方面已經取得了一定的進展及研究成果。如在離子束拋光對光學元器件表面粗糙度的改良、工藝參數的研究、溫度場和應力場物理模型的建立、數值模擬方面都有所突破(1)離子束后處理對光學薄膜表面粗糙度的影響研究有待深入,而揭示光學薄膜表面粗糙度與離子束后處理工藝之間的聯系,對制備超光滑、低散射損耗的高質量光學薄膜有重要現實意義。(2)獲取離子束拋光駐留時間矩陣之后,如何更快速、更高效、更高精度地劃分軌跡段及其進給速度求解算法的研究鮮有報道。5離子束加工設備的應用離子束拋光是一種行之有效的拋光工序,能夠大幅減小工件表面粗糙度值,對超光滑光學元器件的表面粗糙度值可減小至納米級,在工業產品的多樣化發展中起到決定性作用。雖然離子束拋光設備的高成本和對加工過程精密