一种RB-SiC表面飞秒激光改性预处理方法技术

本发明专利技术涉及一种RB

【技术实现步骤摘要】
一种RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理方法


[0001]本专利技术涉及RB
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SiC反射镜，特别是一种RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理方法，以解决现有RB
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SiC表面改性技术对RB
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SiC表面质量要求高，造成RB
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SiC反射镜制造周期长、成本高的问题。

技术介绍

[0002]SiC具有高强度和极好的热稳定性，可以较低的成本制造大尺寸的反射镜镜坯，实现大口径的反射镜轻量化。其中，RB
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SiC是目前制备大口径复杂轻量化镜坯的优选材料，可制备出致密、形状复杂的SiC镜坯。但由于RB
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SiC材料中含有约10％～30％的游离Si，属于两相结构，其物理性质差异导致Si在抛光过程中的去除速率较快而SiC则较慢，因而在两相成分交界之处形成微台阶，难以满足反射镜的使用要求。目前，多采用物理气相沉积法和化学气相沉积法对RB
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SiC表面进行改性预处理，在其表面镀上一层与基体材质相近的SiC或Si膜，来解决因两相抛光性能不同而引起的衍射问题。通过表面改性，可在RB
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SiC表面沉积成分单一的改性层，既可降低RB
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SiC基体的抛光难度，又可有效避免其两相结构引起的微台阶问题。采用物理/化学气相沉积方法在RB
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SiC表面上制备的改性层，在提高其抛光精度方面取得了很好的效果，但它们在改性过程中需要一定的真空环境，导致其改性层制备工艺复杂、成本高。另外，在改性之前，这两种工艺对RB
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SiC基底的表面质量有较高的要求，而RB
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SiC的高硬度导致抛光效率低，造成改性前的RB
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SiC基体的准备周期长。
[0003]一些研究人员利用飞秒激光照射SiC单晶，提高了其化学机械抛光效率，结果表明，激光照射后SiC表面呈现石墨化，照射后SiC单晶样品的C面和Si面的材料去除率分别提高了约77％和207％。飞秒激光改性在提高SiC单晶的抛光效率方面已经取得了积极的效果，但其难以解决RB
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SiC的两相结构引起的衍射问题，所以很难直接应用于RB
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SiC的表面改性。
[0004]此外，专利文献CN102094179公开了一种RB
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SiC基底反射镜表面改性层结构及制备方法，借助离子注入手段，首先将RB
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SiC基底表面Si相成分碳化成SiC成分，然后再在SiC成分上生长一层类金刚石膜缓冲层，最后借助高能离子辅助手段在类金刚石膜缓冲层上生长Si改性层，Si改性层较为致密均匀，从而改善抛光特性，使抛光后基底表面的光学质量得到较大提升。但该方法工艺繁琐、改性层制备周期长、成本高，在制备Si改性层前，需要在碳化处理后RB
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SiC的表面上制备类金刚石膜缓冲层，而RB
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SiC表面的碳化预处理还行需要在真空环境中进行预处理，并且该方法需要对RB
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SiC表面进行抛光预处理以满足结合强度的要求。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术不足，本专利技术提出一种RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理方法，通过飞秒激光对RB
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SiC表面上的预置Si粉进行改性处理，预置Si粉在飞秒激光的高峰值功率作用下被迅速氧化，并随着氧化深度的不断加深，使得氧化后的改性层与RB
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SiC基
体形成键合，得到一个具有高粘附强度、高质量的改性涂层，能够有效提高SiC反射镜的加工效率，并降低成本，具有良好的经济效应。该方法操作简单，对RB
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SiC基体要求低，且对工作环境要求低，可在直接在空气中进行，为RB
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SiC的表面改性提供了一种更为简单的工艺思路。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理方法，其特点在于，包括：
[0008]①
对RB
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SiC工件的切割表面进行超声清洗，以作为改性基体；
[0009]②
取浓度大于99.97％酒精与粒度为8μm的Si粉按照重量比1.35～1.6:1混合，并研磨半小时至泥浆状；
[0010]③
将研磨好的Si粉均匀预置在RB
‑
SiC工件表面，保证预置粉末的厚度为0.2～0.8mm，并将铺好粉末的RB
‑
SiC工件固定于RB
‑
SiC表面飞秒激光改性预处理装置的二维移动平台；
[0011]④
调控物镜位置进行对焦处理；
[0012]⑤
设置飞秒激光改性预处理工艺参数；
[0013]⑥
移动所述的二维移动平台确定加工起点，开启激光器和二维移动平台，对RB
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SiC工件表面预置Si粉进行飞秒激光改性预处理，使RB
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SiC表面的预置Si粉在飞秒激光的高峰值功率的作用下被迅速氧化，并随着氧化深度的不断加深，最终使得氧化后的改性层与基底形成键合；
[0014]⑦
改性预处理结束，关闭激光光束，将所述的二维移动平台回零，并关闭二维移动平台(1)，取出表面改性完成的RB
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SiC工件。
[0015]优选的，所述飞秒激光改性预处理工艺参数，包括：激光光束的聚焦光斑大小为0.01～0.06mm；飞秒激光波长1030～1064nm，脉宽290～400fs，单脉冲能量70～90μJ，重复频率为200～800kHz；飞秒激光扫描路径为光栅扫描，扫描速度为1～4mm/s，扫描间隔为0.002～0.005mm。
[0016]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]可直接对RB
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SiC切割表面进行改性处理，可省去对RB
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SiC基体的预处理，其具有操作简便、对工作环境要求低等优点，可以应用于面形复杂的RB
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SiC表面改性，能够显著提高其抛光效率。只有预置Si粉在飞秒激光作用下产生的氧化深度大于其厚度时，才能得到具有高粘附强度、高质量的改性涂层。
[0018]能够省去对RB
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SiC的抛光预处理过程，并且其工艺简单、操作便利、成本低，其制备的改性层能够解决RB
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SiC两相结构带来的衍射问题，并且有效提高了RB
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SiC表面的抛光效率。
附图说明
[0019]图1：RB
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SiC表面飞秒激光改性机理示意图；
[0020]图2：RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理装置示意图；
[0021]图3：RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理工艺示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RB
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SiC表面飞秒激光改性预处理方法，其特征在于，包括：
①
对RB
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SiC工件的切割表面进行超声清洗，以作为改性基体；
②
取浓度大于99.97％酒精与粒度为8μm的Si粉按照重量比1.35～1.6:1混合，并研磨半小时至泥浆状；
③
将研磨好的Si粉均匀预置在RB
‑
SiC工件表面，保证预置粉末的厚度为0.2～0.8mm，并将铺好粉末的RB
‑
SiC工件固定于RB
‑
SiC表面飞秒激光改性预处理装置的二维移动平台；
④
调控物镜位置进行对焦处理；
⑤
设置飞秒激光改性预处理工艺参数；
⑥
移动所述的二维移动平台确定加工起点，开启激光器和二维移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏朝阳，陈欢，曹珍，邵建达，蒋志刚，彭小聪，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：