本發(fā)明屬于氧化拋光設(shè)備，尤其是一種等離子體氧化拋光系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

碳化硅（sic）作為光學(xué)零件應(yīng)用的研究始于上世紀(jì)70年代，由于具有機械硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性強、熱穩(wěn)定性好、表面質(zhì)量高、比剛度大、熱變形系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好、光學(xué)可加工性好、抗輻照性能好等優(yōu)點，在光學(xué)領(lǐng)域尤其是空間光學(xué)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，其加工技術(shù)已經(jīng)成為光學(xué)鏡面加工領(lǐng)域的研究熱點之一。按照制備工藝可以將常用的sic材料分為4種：熱壓燒結(jié)sic（hp-sic）、常壓燒結(jié)sic（s-sic）、反應(yīng)燒結(jié)sic（rb-sic）和化學(xué)氣相沉積sic（cvd-sic）。

在這4種材料中，hp-sic由于不能制成形狀復(fù)雜的鏡坯，其在光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用受到限制。傳統(tǒng)的s-sic制備工藝復(fù)雜，材料收縮率大，所需設(shè)備成本十分昂貴，制約了其制備技術(shù)的發(fā)展。cvd-sic材料雖然致密均勻，加工性能較好，但其制備速度非常緩慢，不能制備出形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)輕量化的坯體，因此主要用在sic鏡體的表面改性上。利用rb-sic可以直接制備出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輕量化程度高的大尺寸鏡坯而無需額外的輕量化加工，而且材料收縮率僅為1%-2%，是一種近凈尺寸成型工藝，并且制造和加工成本較低，是適用性最強的sic光學(xué)材料。

rb-sic作為典型的難加工材料，首先是因為材料硬度大，導(dǎo)致加工去除效率低。rb-sic的硬度次于金剛石，高于常用的拋光材料，導(dǎo)致其加工過程中材料去除效率低，尤其是在拋光階段，由于不存在水解作用，其加工效率往往低于玻璃的十分之一。rb-sic難加工還因為其構(gòu)成組分多，導(dǎo)致加工表面質(zhì)量差。rb-sic的制備工藝是在陶瓷先驅(qū)體中反應(yīng)活性的碳與熔融硅反應(yīng)生成新的sic，新的sic原位結(jié)合先驅(qū)體中原有的sic顆粒，多余的硅填充其間的氣孔，在1500-1600℃條件下最終形成100%致密的rb-sic坯體。由燒結(jié)制備工藝可知rb-sic包含sic和si兩相由于sic相與si相的物理和化學(xué)性質(zhì)存在差異，直接加工rb-sic難以獲得滿足光學(xué)應(yīng)用要求的高質(zhì)量表面。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種等離子體氧化拋光系統(tǒng)，本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)便于調(diào)整射頻電源功率，且易于更換氧化氣流組成，同時還具有水蒸氣含量可調(diào)節(jié)、自由基的濃度可檢測的特點。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種等離子體氧化拋光系統(tǒng)，系統(tǒng)包括氦氣罐，氦氣罐通過氣管連接水瓶，接水瓶通過氣管連通拋光工作室，拋光工作室包括水平設(shè)置的旋轉(zhuǎn)臺，旋轉(zhuǎn)臺上設(shè)置有拋光塊，拋光塊的上表面上放置樣品，樣品上方固定連接旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)臺的上表面還連接電極，旋轉(zhuǎn)臺和電極分別通過導(dǎo)線連接手動匹配器，手動匹配器連接射頻電源。

本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是：

前述氦氣罐和水瓶之間設(shè)有流量計。

前述接水瓶與拋光工作室之間安裝有露點儀。

前述旋轉(zhuǎn)臺周圍安裝有玻璃罩。

前述拋光塊與電極設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺上相互對稱的位置上。

進一步的，本發(fā)明還提供一種等離子體氧化拋光方法，包括如下具體步驟：

氦氣從氦氣罐經(jīng)過流量計進入水瓶中，流量計實時反饋、監(jiān)測并調(diào)節(jié)氦氣的流量大??；氦氣經(jīng)過盛有超純水的水瓶形成帶有水蒸氣的氣流，通過控制氦氣的流速可以調(diào)節(jié)氣流中的水蒸氣含量，露點儀對氣流中的水蒸氣含量進行實時測量；射頻電源通過匹配器將能量加到電極與樣品之間，激發(fā)其間的水蒸氣和氦氣產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的自由基實現(xiàn)樣品表面的氧化，即：利用等離子體中的自由基oh*實現(xiàn)對rb-sic樣品表面的氧化；通過控制裝載樣品的旋轉(zhuǎn)臺進行運動，實現(xiàn)對樣品表面目標(biāo)區(qū)域的等離子體氧化。

前述氣流中的水蒸氣含量為1.7-2.6%，具體含量還與實驗當(dāng)時的溫度、濕度等環(huán)境因素有關(guān)。

前述樣品為rb-sic。

前述旋轉(zhuǎn)臺為二維電動平臺。

前述拋光塊為ceo2。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明等離子體氧化拋光系統(tǒng)包括射頻電源、手動匹配器、露點儀、流量計、水瓶、電極、氦氣罐及連接各部分的導(dǎo)線和氣管等等離子體氧化部分外，還包括拋光塊、旋轉(zhuǎn)電機和旋轉(zhuǎn)臺等部分；拋光塊與電極在旋轉(zhuǎn)臺的對稱位置，等離子體氧化后的表面旋轉(zhuǎn)到拋光區(qū)域，實現(xiàn)對氧化層的去除，旋轉(zhuǎn)臺不斷將氧化區(qū)域和拋光區(qū)域交換位置，實現(xiàn)環(huán)狀區(qū)域的氧化同步拋光。等離子體氧化rb-sic的速度很慢，合適的拋光參數(shù)對獲得高質(zhì)量表面至關(guān)重要，拋光部分可調(diào)的是旋轉(zhuǎn)臺上樣品的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)電機帶動的拋光塊的旋轉(zhuǎn)速度。拋光塊選用ceo2，因為ceo2拋光sio2有利于獲得超光滑表面。利用等離子體氧化系統(tǒng)和等離子體氧化拋光系統(tǒng)，可以檢驗在rb-sic加工中利用等離子體氧化輔助拋光提高去除效率和提升表面質(zhì)量的有效性。本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)便于調(diào)整射頻電源功率，且易于更換氧化氣流組成，同時還具有水蒸氣含量可調(diào)節(jié)、自由基的濃度可檢測的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-氦氣罐，2-流量計，3-水瓶，4-露點儀，5-旋轉(zhuǎn)電機，6-拋光塊，7-旋轉(zhuǎn)臺，8-樣品，9-電極，10-玻璃罩，11-手動匹配器，12-射頻電源。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種等離子體氧化拋光系統(tǒng)，如圖1所示，系統(tǒng)包括氦氣罐1，氦氣罐1通過氣管連接水瓶3，接水瓶3通過氣管連通拋光工作室，拋光工作室包括水平設(shè)置的旋轉(zhuǎn)臺7，旋轉(zhuǎn)臺7上設(shè)置有拋光塊6，拋光塊6的上表面上放置樣品8，樣品8上方固定連接旋轉(zhuǎn)電機5，旋轉(zhuǎn)臺7的上表面還連接電極9，旋轉(zhuǎn)臺7和電極9分別通過導(dǎo)線連接手動匹配器11，手動匹配器11連接射頻電源12。

前述氦氣罐1和水瓶3之間設(shè)有流量計2。前述接水瓶3與拋光工作室之間安裝有露點儀4。前述旋轉(zhuǎn)臺7周圍安裝有玻璃罩10。前述拋光塊6與電極9設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺7上相互對稱的位置上。

本實施例還提供一種等離子體氧化拋光方法，包括如下具體步驟：氦氣從氦氣罐1經(jīng)過流量計2進入水瓶3中，流量計2實時反饋、監(jiān)測并調(diào)節(jié)氦氣的流量大小；氦氣經(jīng)過盛有超純水的水瓶3形成帶有水蒸氣的氣流，通過控制氦氣的流速可以調(diào)節(jié)氣流中的水蒸氣含量，露點儀4對氣流中的水蒸氣含量進行實時測量；射頻電源12通過匹配器將能量加到電極9與樣品8之間，激發(fā)其間的水蒸氣和氦氣產(chǎn)生等離子體，利用等離子體中的自由基oh*實現(xiàn)對rb-sic樣品表面的氧化；通過控制裝載樣品8的旋轉(zhuǎn)臺7進行運動，實現(xiàn)對樣品8表面目標(biāo)區(qū)域的等離子體氧化。前述氣流中的水蒸氣含量為1.7-2.6%，具體含量還與實驗當(dāng)時的溫度、濕度等環(huán)境因素有關(guān)。前述樣品8為rb-sic。前述旋轉(zhuǎn)臺7為二維電動平臺。前述拋光塊6為ceo2。

本實施例等離子體氧化拋光系統(tǒng)包括射頻電源、手動匹配器、露點儀、流量計、水瓶、電極、氦氣罐及連接各部分的導(dǎo)線和氣管等等離子體氧化部分外，還包括拋光塊、旋轉(zhuǎn)電機和旋轉(zhuǎn)臺等部分；拋光塊與電極在旋轉(zhuǎn)臺的對稱位置，等離子體氧化后的表面旋轉(zhuǎn)到拋光區(qū)域，實現(xiàn)對氧化層的去除，旋轉(zhuǎn)臺不斷將氧化區(qū)域和拋光區(qū)域交換位置，實現(xiàn)環(huán)狀區(qū)域的氧化同步拋光。等離子體氧化rb-sic的速度很慢，合適的拋光參數(shù)對獲得高質(zhì)量表面至關(guān)重要，拋光部分可調(diào)的是旋轉(zhuǎn)臺上樣品的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)電機帶動的拋光塊的旋轉(zhuǎn)速度。拋光塊選用ceo2，因為ceo2拋光sio2有利于獲得超光滑表面。利用等離子體氧化系統(tǒng)和等離子體氧化拋光系統(tǒng)，可以檢驗在rb-sic加工中利用等離子體氧化輔助拋光提高去除效率和提升表面質(zhì)量的有效性。本實施例系統(tǒng)便于調(diào)整射頻電源功率，且易于更換氧化氣流組成，同時還具有水蒸氣含量可調(diào)節(jié)、自由基的濃度可檢測的特點。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。