离子束抛光设备现状

2023-08-25 09:47:11 来源：互联网分类：工业机械知识

离子束抛光是一种超精密的光学加工技术。与传统抛光工艺不同的是，离子束抛光一种原子量级上的无应力、非接触式抛光，其基本原理是，在真空状态下利用具有一定能量的惰性气体（比如氩气）离子轰击工件表层，通过物理溅射效应去除表层材料。这种加工方式避免了传统工艺中因预压力所产生的表层或亚表层损伤，同时由于真空环境洁净度很高，加工过程当中不会引入杂质污染。另外，离子束抛光可用于制作超光滑表层，目前，离子束抛光的光学元件均方根RMS精度最高可达0. 1~0. 2纳米。由于它具备高精度、无损伤和超光滑等优点，离子束抛光技术被广泛应用于精密光学元件加工和制造，特别是光学元件加工。

离子束抛光的加工尺寸范围很广，从毫米级的光学透镜到米级的天文望远镜都适用。然而，不同尺寸的光学元件一般要求使用不同规格的离子束抛光设备。对于大尺寸的抛光应用，往往需要专门定制大型的离子束抛光设备。这种设备价格昂贵，用途比较单一。

在现有的离子束抛光设备中，离子束轰击在光学元件上的方式有两种。第一种是离子源发出的离子束直接轰击在光学元件上，第二种是离子源发出的离子束经由一具有固定形状通孔的挡板后，成为具有一定横截面形状且强度比较均匀的离子束，而后轰击在光学元件上。相比于第一种方式，第二种方式可控性强，抛光效果好，已经成为离子束抛光普遍采用的设备。然而，随着对抛光精度的要求越来越高，其可控性已经不可满足要求。

此外，在现有离子束抛光技术中，离子束的扫描轨迹一般可分为两种形式：一种是 S形光栅扫描式；另一种是螺旋形扫描式。对于S形光栅扫描，其扫描距离长，比较耗时，而螺旋形扫描只适用于处理圆形基片。

除了对加工设备的要求，离子束抛光过程的轨迹优化也是一个关键部分。离子束抛光是一种确定性的加工方法。在抛光过程当中，离子束束斑沿一定的轨迹在工件表层进行扫描，计算机实时控制束斑的行走速度和加速度，从而改变了工件上各点的驻留时间和抛光深度。驻留时间的求解一般是通过反卷积运算来实现的，而反卷积问题是个病态问题，如果再考虑离子束抛光设备机械部件的动力学极限，这种传统求解方法存在一定的难度。

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