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硬脆材料超精密加工关键技术研究

作　者: 李军
导　师: 陈创天
学　校: 中国科学院研究生院（理化技术研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: Logitech PM5精密研磨抛光机超精密加工化学机械抛光硬脆材料 LBO晶体 Nd:YAG透明陶瓷表面粗糙度表面平面度材料去除率
分类号: TN204
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

全固态红、绿、蓝激光器和强光源的研究和开发已经形成世界性的势潮,这类激光系统所使用的非线性光学晶体的需求也日益增加,我国在非线性光学晶体的人工生长方面有着较强的优势,但在晶体超精密加工方面,却落后许多。本论文采用Logitech PM5精密研磨抛光机超精密加工以LBO晶体为代表的非线性光学晶体硬脆材料,获得高精度的各个晶体表面质量特征参数,减少晶体超精密加工对经验的依赖,探索硬脆材料超精密加工的产业化工艺。化学机械抛光是超精密加工技术中最重要的方法之一,作者首先调研化学机械抛光的材料去除和超光滑表面形成机理,研究原子级材料去除机理,提出对化学机械抛光材料去除和超光滑表面形成的理解;并以LBO晶体为例详细描述化学机械抛光过程中材料去除和超光滑表面形成。从理论上分析化学机械抛光技术中各输入参数对加工表面质量特征参数的影响。然后,实验详细研究各个参数及辅料等对LBO晶体超精密加工过程中各个质量特征参数的影响。特别是化学机械抛光过程,研究抛光粉、抛光垫、压力和转速等参数分别对表面平面度、表面粗糙度和材料去除率等抛光质量特征参数的影响。通过实验研究,综合优化稳定LBO晶体超精密加工工艺,获得表面平面度优于λ/10,表面粗糙度优于0.2nm RMS,微观损伤很少的高精度晶体超光滑表面。根据LBO晶体超精密加工技术研究,超精密加工其他硬脆材料,如:Nd:YAG透明陶瓷,K9玻璃,KTP晶体等,并获得高精度的样品表面;成功实现超精密加工技术的推广,并为硬脆材料超精密加工的产业化工艺奠定基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-24
  1.1 引言  9-12
    1.1.1 非线性光学晶体的研究进展  10-11
    1.1.2 硬脆材料超精密加工的难点  11-12
  1.2 超精密加工技术  12-15
  1.3 晶体超精密加工过程  15-18
    1.3.1 晶体超精密加工过程  15-16
    1.3.2 超光滑表面抛光加工过程使用的主要仪器简介  16-18
  1.4 国内超光滑表面抛光及晶体超精密加工的状况  18-19
  1.5 本论文的研究背景及意义  19-20
  1.6 本论文的主要工作及创新点  20-21
  参考文献  21-24
第二章化学机械抛光技术  24-44
  2.1 化学机械抛光  24-28
    2.1.1 化学机械抛光的应用及优缺点  25-26
    2.1.2 化学机械抛光的现状和发展趋势  26-28
  2.2 超光滑表面抛光机理  28-32
    2.2.1 化学机械抛光机理研究状况  28-30
    2.2.2 原子级材料去除  30-31
    2.2.3 LBO 晶体抛光的材料去除机理  31-32
  2.3 化学机械抛光的输入与输出参数  32-38
    2.3.1 抛光液  33-35
    2.3.2 抛光垫  35-36
    2.3.3 抛光参数  36-37
    2.3.4 小结  37-38
  2.4 本章小结  38
  参考文献  38-44
第三章 LBO晶体超精密加工  44-77
  3.1 引言  44-45
  3.2 LBO晶体抛光前加工过程  45-48
  3.3 LBO晶体化学机械抛光表面平面度的研究  48-58
    3.3.1 抛光垫料  48-49
    3.3.2 抛光垫  49-54
    3.3.3 抛光粉  54-55
    3.3.4 加工过程参数  55-56
    3.3.5 晶体各向异性的影响  56-57
    3.3.6 小结  57-58
  3.4 LBO晶体化学机械抛光表面粗糙度及材料去除率的研究  58-75
    3.4.1 抛光粉的选取  58-62
    3.4.2 抛光垫的选取  62-63
    3.4.3 时间的影响  63-64
    3.4.4 过程参数的影响  64-70
      3.4.4.1 Taguchi 方法实验设置  65-66
      3.4.4.2 抛光参数对材料去除率的影响  66-68
      3.4.4.3 抛光参数对表面粗糙度的影响  68-69
      3.4.4.4 离差分析  69-70
      3.4.4.5 小结  70
    3.4.5 抛光液PH 值影响  70-73
    3.4.6 LBO晶体各向异性的影响  73-74
    3.4.7 小结  74-75
  3.5 参数综合优化及本章总结  75-76
  参考文献  76-77
第四章 Nd:YAG 透明陶瓷及其他硬脆材料超精密加工  77-92
  4.1 Nd:YAG 透明陶瓷超精密加工  77-86
    4.1.1 切割  78-79
    4.1.2 粗研磨  79-80
    4.1.3 精密研磨  80
    4.1.4 抛光  80-81
    4.1.5 超精密抛光  81-85
      4.1.5.1 获得较高精度的表面平面度  81-82
      4.1.5.2 获得较高精度的微观表面  82-85
    4.1.6 小结  85-86
  4.2 K9 玻璃抛光  86-88
    4.2.1 载物夹具上粘接晶体分布  86
    4.2.2 多块小直径K9 玻璃成盘抛光  86-87
    4.2.3 大直径的K9 玻璃抛光  87-88
    4.2.4 小结  88
  4.3 其他晶体抛光实验研究  88-90
    4.3.1 KTP 晶体平面度抛光实验  88-89
    4.3.2 YVO_4 晶体平面度抛光实验  89-90
  4.4 本章总结  90-91
  参考文献  91-92
第五章全文总结与展望  92-94
攻读博士学位期间的主要成果  94-95
致谢  95

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