[发明专利]一种磷锗锌晶体的组合加工方法

说明书

本发明公开了一种磷锗锌晶体的组合加工方法，包括如下步骤：1)首先采用超精密单点金刚石对磷锗锌晶体表面进行切削；2)然后采用化学机械对磷锗锌晶体切削后的表面进行抛光。本发明的加工方法通过超精密单点金刚石切削，使磷锗锌晶体面型精度快速收敛至亚微米级，表面粗糙度快速收敛至纳米级；通过化学机械抛光，实现磷锗锌晶体全局平坦化，表面粗糙度达到亚纳米级；所述超精密单点金刚石切削，生产效率高，重复性好，能够加工复杂面型光学表面；所述化学机械抛光材料去除量少，抛光过程中化学作用与机械作用同时进行，在化学机械耦合作用下获得高质量的晶体表面，可去除超精密单点金刚石切削过程中产生的原理性刀纹误差。

技术领域

本发明涉及材料加工方法领域，具体涉及一种磷锗锌晶体的组合加工方法。

背景技术

磷锗锌是一种综合性能优异的中红外非线性光学晶体材料，其熔点为1040℃，硬度为莫氏5.5，密度为4.162g/cm³，非线性系数为75±8pm/V，透光范围2～12μm，热膨胀系数β₁为5×10^-6(K^-1)、β₂为7.8×10^-6(K^-1)。磷锗锌晶体红外透过波段宽、非线性光学系数大；该晶体热导率高、抗激光损伤阈值高、有适宜的双折射率以及机械化学性能稳定等特点，可作为光参量振荡、光参量放大、二次谐波、四次谐波等非线性介质材料，在中红外波段频率转换上具有十分广阔的应用前景。

磷锗锌晶体作为光学器件的材料，表面质量限制了其实现更高能量的输出。磷锗锌晶体作为典型的硬脆材料，弹性极限与强度极限非常接近，当磷锗锌晶体承受载荷稍稍超过弹性极限时就会发生断裂破坏，在加工过程中表现为被加工材料表面出现凹坑、裂纹等缺陷，严重影响表面质量。

磷锗锌晶体作为典型的硬脆材料，加工难度较高，目前多采用激光加工、人工研磨与小工具数控抛光等方法加工。但加工过程中，材料去除率低，加工效率低，加工精度不易保证，难以获得高平面精度无损伤晶体表面。仅采用超精密单点金刚石切削，磷锗锌晶体加工效率高，但材料加工精度低，不符合应用要求；仅使用化学机械抛光，磷锗锌晶体表面质量较好，加工精度高，但加工效率低，生产率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有磷锗锌晶体的加工方法，材料去除率低，加工效率低，加工精度不易保证，难以获得高平面精度无损伤晶体表面，目的在于提供一种磷锗锌晶体的组合加工方法，先通过超精密单点金刚石切削使磷锗锌晶体面型精度与表面粗糙度快速收敛，然后结合化学机械抛光作为最终处理工序，能够获得较高的加工精度，提高了磷锗锌晶体表面光洁度，降低其表面粗糙度值，减少材料表面凹坑、裂纹等缺陷，获得亚纳米级超光滑表面，有效提高加工效率与生产率。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明一种磷锗锌晶体的组合加工方法，包括如下步骤：1)首先采用超精密单点金刚石对磷锗锌晶体表面进行切削；2)然后采用化学机械对磷锗锌晶体切削后的表面进行抛光。

步骤1)中的切削过程包括如下步骤：a)粗切：在超精密单点金刚石车床主轴转速为250～1000rpm，进给速度0～10mm/min的条件下，使磷锗锌晶体表面去除量为4～8μm；b)半精切：在超精密单点金刚石车床主轴转速为250～1000rpm，进给速度0～6mm/min的条件下，使磷锗锌晶体表面去除量为2～4μm；c)精切：在超精密单点金刚石车床主轴转速为250～1000rpm，进给速度0～2mm/min的条件下，使磷锗锌晶体表面去除量为1～2μm；其中上述切削过程的环境温度均控制在20±2℃，湿度均控制在40％～60％之间。

本发明的加工方法，先通过超精密单点金刚石切削使磷锗锌晶体面型精度与表面粗糙度快速收敛，然后结合化学机械抛光作为最终处理工序，能够获得较高的加工精度，提高了磷锗锌晶体表面光洁度，降低其表面粗糙度值，减少材料表面凹坑、裂纹等缺陷，获得亚纳米级超光滑表面，有效提高加工效率与生产率。