[发明专利]表面改性技术加工RB-SiC超光滑表面反射镜方法

说明书

技术领域

本发明设计一种RB-SiC超光滑表面的加工方法，用于光学加工领域的 RB-SiC反射镜的光学加工技术。

背景技术

碳化硅是20世纪70年代发展起来的新型光学材料。由于碳化硅具有较 高的弹性模量，适中的密度，较小的热膨胀系数，较高的导热系数和耐热 冲击性，因此世界上各航天大国的研究者均将其列为空间光学遥感器优选 的反射镜材料。SiC陶瓷因制备工艺的不同可分为若干种，常用于反射镜的 有热压烧结SiC(HP-SiC)、反应烧结SiC(RB-SiC)、常压烧结SiC(Sintered SiC，SSiC)和化学汽相沉积SiC(CVD-SiC)。HP-SiC和CVD-SiC不易 制备复杂形状的反射镜镜体；SSiC的制备工艺复杂，烧结收缩率大，一般 达到了10％-15％，且所需设备十分昂贵；而反应烧结工艺能够制备大尺寸、 复杂形状的SiC陶瓷制品，制备温度低、烧结时间短、制作成本低、所得 SiC烧结体结构几乎完全致密，但与CVD-SiC相比较，其机体还存在微米 级的微孔和空隙，这使得RB-SiC光学基底材料进行光学抛光难以达到1nm 以下的表面粗糙度。

发明内容

为解决RB-SiC材料内部存在微孔，难于加工成超光滑表面的问题。由 于实际中只是需要加工表面的超光滑，因此只需要将表面制作成十分致密 的致密层，并将其抛光，达到所需要的表面粗糙度和面形，即可以满足一 些工业上的应用。基于此思想，本发明采取表面改性的加工方法对RB-SiC 机体表面进行重整或修饰，使得机体表面形成一个几微米到百微米的致密 层，并且有利于光学再加工及处理。

为实现上述目的，本发明的表面改性方案为：

将表面改性技术和光学加工技术结合起来，针对基底材料存在的微孔问 题，以及器件对于表面的独特要求，直接针对表面问题进行表面改性处理。 表面改性的具体方法有两种：一种是在基底表面沉积可以进行光学机械加 工的致密层，以在该层上实现光学加工的超光滑表面。另一种是采用瞬态 能流在RB-SiC表面自产生致密化的加工层，以进行光学二次加工实现超光 滑表面。

1)在对RB-SiC基底表面进行致密化的表面改性前，首先采用常规光 学加工方法对RB-SiC基底进行研磨抛光，加工成所需要的面形和尽可能高 的表面光洁度；

2)然后将在RB-SiC基底采用表面沉积或能流注入方法产生一层致密 化的加工层；

在RB-SiC表面上沉积加工层的方法：所述沉积的光学二次加工层，不 受沉积条件和方法的限制，可采用物理的方法也可以采用化学的方法，可 采用电镀、离子镀、蒸发镀、电弧离子镀、电子束蒸镀、离子溅射、磁控 溅射或化学气相沉积等方法沉积，制作方法丰富，但需要沉积无空洞缺陷 的、致密的光学加工层(即要求该加工层一定要致密没有空洞，这主要受 到具体工艺、加工条件的限制)。所沉积的光学二次加工层的厚度2-200微 米。沉积的光学二次加工层的材料为Si、Ni、SiO₂、SiC、Zr、Ge、Cr、ZrN、 CrN、Cu、Fe或Zn等，有利于光学二次加工。

采用瞬态能流在RB-SiC表面自产生致密化的加工层：例如：强激光束 照射RB-SiC基底表面、电子束能流轰击作用等，使得表面微区空洞析出， 形成致密的表层；瞬态能流密度在1000-5000J/cm²，重复作用2-5脉冲；所 述瞬态能流进行表面改性处理需要将RB-SiC基底材料放在真空室内进行， 真空室压力低于10^-2Pa；瞬态能流受能流设备能量的限制，需要采用扫描的 方法对大尺寸的RB-SiC基底进行处理。

这两种方法均能使得RB-SiC表面加工的粗糙度达到1nm(rms)以下。

3)最后对致密化的加工层再进行常规光学的二次加工，对RB-SiC基 底进行研磨抛光。

本发明不仅适用于RB-SiC的超光滑表面加工，同时适用于其它类型具有微 孔结构基底；本发明是一种表面改性技术和光学机械加工相结合的加工方 法，其针对RB-SiC存在的微孔缺陷，利用表面改性技术使得待加工RB-SiC 基底表面致密化，然后再进行光学二次加工，以实现RB-SiC基底表面的粗 糙度小于1nm(rms)水平。因此本发明为以具有微孔材料为基底的超光滑 表面加工提供了行之有效的方法。

具体实施方式

实施例1