Neue Methode zum Polieren von RB-SiC
Kürzlich hat das Forschungsteam des Labors für die Herstellung und Prüfung von Präzisionsoptiken des Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Fortschritte bei der Forschung zur Verbesserung der Poliereffizienz durch Femtosekundenlasermodifikation der Siliziumkarbidoberfläche erzielt. Untersuchungen haben ergeben, dass dies durch Modifizieren der mit Si-Pulver vorbeschichteten RB-SiC-Oberfläche mithilfe einer Femtosekunde geschiehtLaser kann eine Oberflächenmodifikationsschicht mit einer Haftfestigkeit von 55,46 N erhalten werden. Und nach nur 4,5 Stunden Polierzeit kann die Oberfläche des modifizierten RB-SiC eine optische Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit Sq von 4,45 nm erhalten. Die Poliereffizienz erhöhte sich im Vergleich zum direkten Schleifen und Polieren um mehr als das Dreifache. Diese Forschungsleistung erweitert die Oberflächenmodifizierungsmethoden von RB-SiC, die Steuerbarkeit des Lasers und die Einfachheit dieser Methode. Daher eignet es sich für die RB-SiC-Oberflächenmodifikationsbehandlung komplexer Konturen. Surface Science veröffentlichte relevante Erfolge.
RB-SiC verfügt als eine Art reaktionsgebundene Siliziumkarbidkeramik über hervorragende Eigenschaften. Es ist eines der hervorragendsten und am besten geeigneten Materialien für die optischen Komponenten leichter Großteleskope, insbesondere großer und komplex geformter Spiegel. Allerdings ist RB-SiC ein typisches mehrphasiges Material mit hoher Härte. Während des Sinterprozesses, wenn flüssiges Si mit C reagiert, verbleiben 15–30 % des restlichen Siliziums im Grünkörper. Der Unterschied in der Polierleistung zwischen diesen beiden Materialien führt beim Oberflächenpräzisionspolieren zur Bildung von Mikrostufen an der Verbindungsstelle der SiC- und Si-Phasenkomponenten. Es kommt zur Beugung. Dies ist nicht förderlich für die Erzielung hochwertiger polierter Oberflächen und stellt eine große Herausforderung für die anschließende Politur dar.
Als Reaktion auf die oben genannten Probleme fanden Forscher eine Vorbehandlungsmethode zur Oberflächenmodifikation mit einem Femtosekundenlaser. Sie verwendeten einen Femtosekundenlaser, um die mit Siliziumpulver vorbeschichtete RB-SiC-Oberfläche zu modifizieren. Dies löst nicht nur das Problem der Oberflächenstreuung, das durch die unterschiedliche Polierleistung zwischen den beiden Phasen verursacht wird, sondern verringert auch wirksam die Polierschwierigkeiten der RB-SiC-Matrix und verbessert die Poliereffizienz. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass das vorbeschichtete Si-Pulver auf der Oberfläche von RB-SiC unter der Einwirkung eines Femtosekundenlasers oxidiert wird. Wenn die Oxidation dann allmählich in die Grenzfläche vordringt, bildet die modifizierte Schicht eine Bindung mit der RB-SiC-Matrix.
Durch Optimierung der Laserscan-Parameter zur Anpassung der Oxidationstiefe wurde eine hochwertige modifizierte Schicht mit einer Bindungsfestigkeit von 55,46 N erhalten. Diese modifizierte Schicht ist im Vergleich zum RB-SiC-Substrat leichter zu polieren, sodass die Oberflächenrauheit des vorbehandelten RB-SiC in nur wenigen Polierstunden auf 4,5 nm Quadrat reduziert werden kann. Im Vergleich zum abrasiven Polieren von RB-SiC-Substrat zeigt dieses Ergebnis eine Verbesserung der Poliereffizienz um mehr als das Dreifache. Darüber hinaus ist diese Methode einfach zu handhaben und stellt geringe Anforderungen an das Oberflächenprofil der RB-SiC-Matrix. Daher kann es auf komplexere RB-SiC-Oberflächen angewendet werden und die Poliereffizienz deutlich verbessern.
