[实用新型]一种等离子体氧化抛光系统

说明书

技术领域

本实用新型属于氧化抛光设备，尤其是一种等离子体氧化抛光系统。

背景技术

碳化硅（SiC）作为光学零件应用的研究始于上世纪70年代，由于具有机械硬度高、化学稳定性强、热稳定性好、表面质量高、比刚度大、热变形系数小、热膨胀系数小、尺寸稳定性好、光学可加工性好、抗辐照性能好等优点，在光学领域尤其是空间光学系统中得到广泛应用，其加工技术已经成为光学镜面加工领域的研究热点之一。按照制备工艺可以将常用的SiC材料分为4种：热压烧结SiC（HP-SiC）、常压烧结SiC（S-SiC）、反应烧结SiC（RB-SiC）和化学气相沉积SiC（CVD-SiC）。

在这4种材料中，HP-SiC由于不能制成形状复杂的镜坯，其在光学系统中的应用受到限制。传统的S-SiC制备工艺复杂，材料收缩率大，所需设备成本十分昂贵，制约了其制备技术的发展。CVD-SiC材料虽然致密均匀，加工性能较好，但其制备速度非常缓慢，不能制备出形状复杂、结构轻量化的坯体，因此主要用在SiC镜体的表面改性上。利用RB-SiC可以直接制备出结构复杂、轻量化程度高的大尺寸镜坯而无需额外的轻量化加工，而且材料收缩率仅为1%-2%，是一种近净尺寸成型工艺，并且制造和加工成本较低，是适用性最强的SiC光学材料。

RB-SiC作为典型的难加工材料，首先是因为材料硬度大，导致加工去除效率低。RB-SiC的硬度次于金刚石，高于常用的抛光材料，导致其加工过程中材料去除效率低，尤其是在抛光阶段，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难加工还因为其构成组分多，导致加工表面质量差。RB-SiC的制备工艺是在陶瓷先驱体中反应活性的碳与熔融硅反应生成新的SiC，新的SiC原位结合先驱体中原有的SiC颗粒，多余的硅填充其间的气孔，在1500-1600℃条件下最终形成100%致密的RB-SiC坯体。由烧结制备工艺可知RB-SiC包含SiC和Si两相由于SiC相与Si相的物理和化学性质存在差异，直接加工RB-SiC难以获得满足光学应用要求的高质量表面。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种等离子体氧化抛光系统，本实用新型设计的系统便于调整射频电源功率，且易于更换氧化气流组成，同时还具有水蒸气含量可调节、自由基的浓度可检测的特点。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种等离子体氧化抛光系统，系统包括氦气罐，氦气罐通过气管连接水瓶，接水瓶通过气管连通抛光工作室，抛光工作室包括水平设置的旋转台，旋转台上设置有抛光块，抛光块的上表面上放置样品，样品上方固定连接旋转电机，旋转台的上表面还连接电极，旋转台和电极分别通过导线连接手动匹配器，手动匹配器连接射频电源。

本实用新型进一步限定的技术方案是：

前述氦气罐和水瓶之间设有流量计。

前述接水瓶与抛光工作室之间安装有露点仪。

前述旋转台周围安装有玻璃罩。

前述抛光块与电极设置在旋转台上相互对称的位置上。

进一步的，本实用新型还提供一种等离子体氧化抛光方法，包括如下具体步骤：

氦气从氦气罐经过流量计进入水瓶中，流量计实时反馈、监测并调节氦气的流量大小；氦气经过盛有超纯水的水瓶形成带有水蒸气的气流，通过控制氦气的流速可以调节气流中的水蒸气含量，露点仪对气流中的水蒸气含量进行实时测量；射频电源通过匹配器将能量加到电极与样品之间，激发其间的水蒸气和氦气产生等离子体，利用等离子体中的自由基实现样品表面的氧化，即：利用等离子体中的自由基OH*实现对RB-SiC样品表面的氧化；通过控制装载样品的旋转台进行运动，实现对样品表面目标区域的等离子体氧化。

前述气流中的水蒸气含量为1.7-2.6%，具体含量还与实验当时的温度、湿度等环境因素有关。

前述样品为RB-SiC。

前述旋转台为二维电动平台。

前述抛光块为CeO₂。

本实用新型的有益效果是：