Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

المتقاربة تلميع: بسيطة، عملية سريعة، فتحة كاملة تلميع عالية الجودة البصرية شقق و المجالات

Published: December 1, 2014 doi: 10.3791/51965
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Lasers, Optics, & Targets for the National Ignition Facility, Lawrence Livermore National Laboratory

Abstract

المتقاربة تلميع هو نظام رواية تلميع وطريقة لإنهاء البصريات الزجاج المسطح وكروية فيه الشغل، مستقلة عن شكله الأولي (أي الرقم السطح)، سوف تتلاقى على الرقم سطح النهائي مع نوعية ممتازة تحت السطح، مجموعة ثابت ثابت تلميع المعلمات في التكرار تلميع واحد. في المقابل، طرق تلميع الفتحة الكاملة التقليدية تتطلب متعددة في كثير من الأحيان طويلة، دورات، التكرارية التي تنطوي على تلميع والمقاييس وعملية التغييرات لتحقيق الرقم المطلوب السطح. وتستند عملية متقاربة تلميع على مفهوم الشغل في اللفة ارتفاع عدم تطابق مما أدى إلى الضغط التفاضلي الذي يؤدي إلى انخفاض مع إزالة والنتائج في الشغل المتقاربة لشكل اللفة. تنفيذ الناجح لعملية متقاربة تلميع هو نتيجة لمزيج من عدد من التقنيات لإزالة جميع مصادر غير موحدة إزالة المواد المكانية (باستثناء الشغل في اللفةعدم تطابق) لشخصية سطح التقارب والحد من عدد الجسيمات المارقة في نظام لكثافة الصفر منخفضة وانخفاض خشونة. وقد تجلى عملية متقاربة تلميع لتصنيع كل من الشقق ومجالات مختلفة الأشكال والأحجام، ونسب على المواد الزجاجية المختلفة. الأثر العملي هو أن مكونات عالية الجودة البصرية يمكن أن تكون ملفقة بسرعة أكبر، وأكثر مرارا وتكرارا، مع أقل المقاييس، وبعدد أقل من العمالة، مما أدى إلى انخفاض تكاليف الوحدة. في هذه الدراسة، وصفت بروتوكول متقاربة تلميع خصيصا لافتعال 26.5 سم تنصهر مربع الشقق السيليكا من سطح الأرض على ما يرام إلى ~ λ / 2 الرقم سطح مصقول بعد تلميع 4 ساعة في السطح على 81 سم قطرها الملمع.

Introduction

وتشمل الخطوات الرئيسية في عملية تصنيع البصرية نموذجية تشكيل، طحن، تلميع الكامل الفتحة، وأحيانا أداة صغيرة تلميع 1-3. مع تزايد الطلب على المكونات البصرية عالية الجودة لنظم التصوير والليزر، كانت هناك تطورات كبيرة في تلفيق البصرية على مدى العقود القليلة الماضية. على سبيل المثال، والدقة، وإزالة المواد القطعية ممكنة الآن خلال تشكيل وعمليات طحن مع التقدم في الحاسوب العددي التحكم آلات تشكيل (CNC) الزجاج. وبالمثل، تقنيات تلميع أداة صغيرة (على سبيل المثال، الكمبيوتر التي تسيطر عليها تطفو على السطح البصري (CCOS)، أيون الاعتقاد، ومغناطيسي الانسيابية التشطيب (MRF)) أدت إلى إزالة المواد حتمية والسيطرة الرقم السطح، مما يؤثر بشدة على صناعة تصنيع البصرية. ومع ذلك، فإن خطوة وسيطة في عملية التشطيب، كامل فتحة تلميع، لا تزال تفتقر الحتمية عالية، الأمر الذي يتطلب عادة opticia المهرةنانوثانية لتنفيذ متعددة، وغالبا طويلة، دورات متكررة مع التغيرات عملية متعددة لتحقيق هذا الرقم إلى السطح المطلوب 1-3.

جعلت عدد كبير من وسائل تلميع، متغيرات العملية، والكيميائية المعقدة والتفاعلات الميكانيكية بين الشغل، اللفة والطين 3-4 صعوبة في تحويل تلميع البصرية من 'الفن' إلى العلم. لتحقيق حتمية فتحة تلميع الكامل، ومعدل إزالة المواد يجب أن يكون مفهوما بشكل جيد. تاريخيا، وقد وصفت معدل إزالة المواد عن طريق المعادلة بريستون تستخدم على نطاق واسع 5

المعادلة 1 (1)

حيث درهم / دينارا هو متوسط ​​معدل إزالة سمك، ك ع هو ثابت بريستون، σ o غيرالضغوط التي مورست، وV r هي متوسط ​​السرعة النسبية بين الشغل واللفة الشكل 1 يصور تخطيطي المفاهيم الفيزيائية التي تؤثر على معدل إزالة المواد كما هو موضح في بريستون معادلة، بما في ذلك الاختلافات المكانية والزمانية في السرعة والضغط، والاختلافات بين الضغوط التي مورست وتوزيع الضغط الذي تجارب الشغل، وآثار الاحتكاك 6-8. على وجه الخصوص، ويخضع توزيع الضغط الفعلي الذي يعيشه الشغل من قبل عدد من الظواهر (وصفها بالتفصيل في مكان آخر 6-8) التي تؤثر بقوة مما أدى الرقم سطح الشغل. أيضا، في بريستون المعادلة، يتم طي الآثار المجهرية والجزيئية مستوى إلى حد كبير في بريستون ثابتة العيانية (ك ع)، والتي تؤثر على مجمل معدل المواد الإزالة، خشونة الصغيرة، وحتى الخدش على الشغل. توسعت الدراسات المختلفة نموذج بريستون لحساب لالطين المجهري الجسيمات وسادة-الشغل التفاعلات لشرح مواد معدل إزالة وmicroroughness 9-16.

لتحقيق السيطرة القطعية من الرقم السطح خلال كامل فتحة تلميع، كل من الظواهر المذكورة أعلاه يجب أن يكون مفهوما، كميا وتسيطر ذلك الحين. استراتيجية وراء متقاربة تلميع هي للقضاء أو التقليل الأسباب غير مرغوب فيها من إزالة المواد غير موحدة، سواء من خلال هندستها التصميم ملمع أو عن طريق التحكم في العمليات، مثل أن إزالة مدفوعة فقط من قبل عدم تطابق الشغل لفة بسبب شكل الشغل 7،17- 18. ويوضح الشكل 2 كيف يمكن أن يؤدي إلى شكل الشغل التقارب على أساس الشغل في اللفة مفهوم عدم تطابق. النظر في اللفة مسطحة والشغل افتراضية من شكل معقد يظهر في أعلى اليسار. فمنها ارتفاع واجهة (ويشار إلى هذه الفجوة، Δh ر أ) يؤثر على توزيع الضغط واجهة (σ) على النحو التالي:

المحتوى "FO: المحافظة على together.within صفحة =" دائما "> المعادلة 2 (2)

حيث h هو ثابت واصفا المعدل الذي الضغط ينخفض ​​مع زيادة في الفجوة Δh OL 6. في هذا المثال، الشغل لديها أعلى ضغط المحليين في مركز (انظر الجزء السفلي الأيسر من الشكل 2)، وبالتالي هذا الموقع سوف نلاحظ أعلى معدل إزالة المواد الأولية خلال تلميع. كما تتم إزالة المواد، والفرق الضغط عبر الشغل الانخفاض يرجع إلى انخفاض في عدم تطابق الشغل في اللفة، وسوف الشغل تتلاقى على شكل اللفة. في التقارب، وتوزيع ضغط الشغل، وبالتالي إزالة المادية، وسوف تكون موحدة في جميع أنحاء الشغل (انظر الجانب الأيمن من الشكل 2). ويتضح هذا المثال لحضن مسطحة، howevإيه، وينطبق نفس المفهوم لحضن كروية (إما مقعرة أو محدبة). مرة أخرى، هذه عملية التقارب يعمل فقط إذا تم القضاء على كل الظواهر الأخرى التي تؤثر المكاني المادي عدم تماثله. ووصف التخفيف الإجرائية وهندسية محددة تنفذ في بروتوكول تلميع متقاربة في مناقشة.

بروتوكول صفها في الدراسة التالية هي عملية متقاربة تلميع خصيصا ل26.5 سم مربع تنصهر الشغل زجاج السيليكا بدءا من سطح الأرض على ما يرام. في 8 ساعات من تلميع (4 ساعات / السطح)، وهذا يمكن الشغل تحقيق التسطيح مصقول من ~ λ / 2 مع نوعية السطح عالية جدا (أي منخفضة الكثافة الصفر).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد الملمع والطين

أولا إعداد نظام تلميع متقاربة (وتسمى تحديدا C onvergent، I nitial سطح مستقل، S إنجل التكرار، R ogue الجسيمات مجاني الملمع أو CISR (وضوحا "مقص ')) 7،17 عن طريق تثبيت لوحة والحاجز، وتكييف لوحة، تمييع واستقرار كيميائيا الطين، وتتضمن الطين داخل نظام الترشيح.

  1. على ملمع CISR، والتمسك لوحة البولي يوريثين على قاعدة من الجرانيت اللفة. الالتزام سادة حافة واحدة أولا وممارسة الضغط في الاتجاه نحو حافة معارضة لتقليل الفجوات الهواء. تقليم لوحة المتدلية ثم استخدام شفرة حلاقة وأسطوانات لثقب وإزالة فقاعات الهواء إذا لزم الأمر.
  2. للاستخدام مرة الأولى، وبعد كل ~ 100 حR من تلميع، وحالة الماس لوحة باستخدام مكيف الماس CMP (50 مم؛ 0.6 رطل ضغط تطبيقها، و5 دقائق يسكن في كل موقع اللفة شعاعي مع 25 ملم تباعد الزيادات، اللفة دوران 25 دورة في الدقيقة) مع الماء DI المتدفقة.
  3. بين التكرارات تلميع، وإزالة أي الطين والمنتجات الزجاجية المتبقية من لوحة باستخدام منظف في الموقع بالموجات فوق الصوتية (~ 2 دقيقة يسكن في كل موقع شعاعي، اللفة دوران 5 دورة في الدقيقة) مع الماء DI المتدفقة.
  4. على وزن الحاجز شكل فريد، والتمسك شريط مزدوج من جانب ورغوة ثم المواد الحاجز (على سبيل المثال، قبل قطع الزجاج أو غيرها من المواد غير يرتدي). تقليم أي الشريط رغوة المتدلية لتتناسب مع شكل مواد الحاجز والوزن. لاحظ تصميم الحاجز (سواء الشكل والوزن) يتغير لأحجام مختلفة من الشغل واللفة 7،17.
  5. إعداد تلميع الطين لبوم 4 تركيز (على وجه التحديد مزيج من حيث الحجم ~ 1 جزء أكسيد السيريوم تلميع الطين و~ 9 أجزاء منزوع الأيونات (DI) الماء في 11 L بوcket). تحقق بوم باستخدام تعويم بوم. إضافة ~ 5 مل من KOH (10 M) لضبط درجة الحموضة إلى 9.5 وإضافة ~ 120 مل (1 المجلد٪) من السطحي الملكية 19. إعادة ضبط درجة الحموضة وبوم كل 24 ساعة لتلميع.
  6. تثبيت دلو مع الطين مستعد في نظام الترشيح. ثم تثبيت المطلوب مرشحات الجسيمات CMP إلى نظام الترشيح. دعونا إعادة توزيع الطين داخل نظام الترشيح لعدة ساعات.
  7. قياس توزيع حجم الجسيمات من الطين (على سبيل المثال، وذلك باستخدام تقنيات الاستشعار عن جسيم واحد البصرية) لضمان ذيل التوزيع غير كاف 9،20 خالية من الجسيمات المارقة.

2. إعداد الشغل (فن الحفر وحجب)

قبل تلميع، حفر كيميائيا كما وردت-الشغل الأرض غرامة لتقليل كمية إزالة المواد اللازمة لإزالة شبه السطحية طحن الضرر 21. ثم، منع الشغل (إذا كانت نسبة الارتفاع (أي طول / سمك) هو> 10) باستخدام تقنية رواية زر الملعب حجب (PBB) لمنع الشغل من خلال منع الانحناء وتلميع 22.

  1. حفر الشغل الأرض غرامة (تحديدا 265 X 265 × 8 مم 3 تنصهر فيها الزجاج السيليكا شقة) في خزان مملوء HF: NH 4 F (6: 1 مخزنة حفر أكسيد (البنك المركزي البريطاني) 3X المخفف بالماء DI) لمدة 6 ساعة إزالة 10 ميكرون من الزجاج من سطح الشغل. تنبيه! بنك انجلترا خطرة للغاية. ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة (PPE). إزالة الشغل من خزان حفر وشطف بقوة الشغل مع الماء DI والسماح الشغل إلى الهواء الجاف عموديا.
  2. تفقد الشغل عن الضرر العميق أثناء عملية الطحن باستخدام تفتيش الضوء الساطع في غرفة مظلمة. إذا تم العثور على أي ضرر عميق، انتقل إلى الخطوة التالية، وإلا ترسل الشغل إلى الخلف لإعادة طحن.
  3. تسخين حجب الملعب في مسدس الغراء إلى ~ 95 درجة مئوية ومكان قطرات (وتسمى أيضا أزرار) من الملعب (~ 0.06 ز) على وجهحجب لوحة في 9 × 9 مجموعة (81 الأزرار مع 26 ملم تباعد). للالشغل مختلفة الحجم، يرجى الرجوع إلى تصميم قواعد المثالي عدد وحجم والمباعدة زر الملعب (22). وضع لوحة حجب مع أزرار تطبيق تواجه يصل في فرن مسخن مسبقا في 70 درجة مئوية.
  4. تطبيق الشريط على وجهه من الشغل التي لا ينبغي مصقول. تجنب توليد فقاعات الهواء أو تمتد بشكل مفرط الشريط.
  5. وضع الشغل مع وجه الجانب الشريط أسفل على أزرار على لوحة حجب في الفرن. تغطية الشغل على زر لبنة للحد من تدفق الحمل الحراري. بعد 1.5 ساعة، تعيين الفرن ليبرد 10 درجة مئوية / ساعة إلى درجة حرارة الغرفة. بعد التبريد، يجب أن يكون سمك الملعب على الشغل منعت ~ 1 مم.

3. متقاربة تلميع

  1. تشغيل نظام الرطوبة في الغرفة البيئية للCISR ملمع لمنع الطين من خلال تجفيف وتلميع وللتقليل من الجسيمات المارقة الخدش الشغل.
  2. الإضافيةطويل القامة وجبل الحاجز مصممة خصيصا وعلى استعداد في الملمع. تثبيت PBB الشغل إلى ملمع CISR وانخفاض الازدهار لعقد الشغل.
  3. الشغل البولندي على CISR لمدة 4 ساعة في اللفة والشغل معدل دوران متطابق من 25 دورة في الدقيقة مع السكتة الدماغية شعاعي من ~ 75 ملم ومع تدفق الطين من نظام الترشيح من 1 غال / دقيقة.
    ملاحظة: يقدم لوحة حجب أيضا باسم وزن التحميل على الشغل المقابلة إلى 0.6 رطل ضغط تطبيقها.
  4. إيقاف اللفة والشغل التناوب وتدفق الطين. إزالة PBB الشغل من CISR ملمع وsubmerse ذلك إلى DI المياه تملأ الحمام. يمسح سطح الشغل مع القماش غرف الأبحاث بينما المغمورة. إزالة PBB الشغل من الحمام ورذاذ يشطف بالماء DI.
  5. يشتت الشغل عن طريق إدخال الرقائق في واجهة الشغل كتلة. إزالة الشريط من سطح الشغل. شطف بقوة الشغل مع الماء DI والهواء الجاف.
  6. PBB مواجهة معارضة من الشغل كما هو موضح في القسم 2. ثم كرر بوالإجراء تترأسه كما هو موضح في القسم 3.

4. المقاييس والتفتيش

  1. الاجراء يعكس واجهة الموجة (أي الرقم السطحية) من كلا الجانبين من الشغل وكذلك واجهة الموجة التي تنتقل عن طريق استخدام تداخل.
  2. جبل الشغل على مشرقة محطة التفتيش الضوء وقياس خصائص الصفر / حفر باستخدام أساليب تلفيق الضوئية القياسية. وحفر بنك انجلترا قصيرة من الشغل، كما هو موضح في الخطوة 2.1، يمكن أن تستخدم لكشف الخدوش الخفية للالشغل المستخدمة في تطبيقات الليزر فلوينس عالية. لقياس الخدوش غرامة أو خشونة في الشغل، المجهر الضوئي العادي أو ضوء التداخل الأبيض يمكن أن تستخدم.
  3. متجر الانتهاء الشغل في التقليل الحاوية على اتصال مع الوجه من الشغل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وصف بروتوكول متقاربة تلميع فوق يسمح أرضية تنصهر السيليكا الشغل (في هذه الحالة 26.5 سم مربع) ليتم مصقول، في تكرار واحد من 4 ساعات في السطح، إلى التسطيح الذروة إلى الوادي من ~ λ / 2 (~ 330 نانومتر) لانخفاض الشغل نسبة الارتفاع و~ 1λ (~ 633 نانومتر) لجانب ارتفاع نسبة الشغل (انظر الشكل 3). مرة أخرى، هذه العملية يتقاطع مرارا الشغل إلى نفس الرقم سطح النهائي دون الحاجة إلى تغييرات على المعلمات وتلميع ومستقلة عن شخصية سطح الأولي. أيضا، وهي الشغل ارتفاع متوسط ​​معدل إزالة ~ 4 ميكرون / ساعة ويتحقق باستمرار باستخدام الشروط المذكورة أعلاه، والتي تمكن تقارب سريع وإزالة ما يكفي من المواد لضمان إزالة جميع الأضرار تحت السطحية من سطح الأرض. نموذجي، سطح الشغل الأرض الجميلة (على سبيل المثال، وتعامل مع 9 ميكرومتر الألومينا فضفاضة جلخ) لديه شبه السطحية عمق الضرر الميكانيكي لل~ 10 ميكرون قبل الحفر بالجملةو~ 4 ميكرون بعد الحفر. وبالتالي ما لا يقل عن هذه الكمية من المواد يحتاج إلى إزالته من كل مكان الجانبي على سطح الشغل 23،24. وترد أمثلة أخرى من سطح الرقم التقارب باستخدام عملية متقاربة تلميع على مختلف جولة والشغل مربع مع ​​شخصيات مختلفة سطح البداية (سواء مقعرة أو محدبة) في الشكل (4).

ويظهر تأثير الاستقرار الكيميائي للالطين تلميع 19،20، جنبا إلى جنب مع استخدام نظام الترشيح الجسيمات المهندسة وبيئة الرطوبة العالية مغلقة بإحكام خلال تلميع، على ذيل توزيع حجم الجسيمات في الشكل 5A. لاحظ انخفاضا كبيرا في الجزيئات الكبيرة (المشار إليها جسيمات المارقة ع) في الطين. من المعروف أن الجسيمات المارقة للتأثير كل من نزوع خدوش على الشغل ويسبب زيادة في خشونة السطح الكلي 9،25. وreduct المقابلة ويتضح أيون في الخدوش الجميلة على الشغل في الشكل 5B.

الشكل (1)
الشكل 1:.. التوضيح تخطيطي من المعادلة بريستون (. المعادلة 1) وصف الظواهر التي إزالة تأثير المواد المكانية والزمانية خلال تلميع 8 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: رسم توضيحي لشكل الشغل (أعلى) وتوزيع الضغط واجهة (القاع) مع تلميع الوقت (ر) أثناء متقاربة تلميع.es.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الرقم 3: الأرقام سطح الأولية والنهائية النموذجية (الحجم الكامل -4 إلى 2 ميكرون) بعد متقاربة تلميع 265 ملم مربع تنصهر السيليكا الشقق الشغل الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4: أمثلة على تطور شخصية سطح حجم مختلف والشغل شكل الأولية بعد متقاربة تلميع 7 الرجاءانقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5؛ (أ) تحسين توزيع حجم الجسيمات في أكسيد السيريوم تلميع الطين (Hastilite PO) و (ب) تحسين توزيع الشغل الصفر (تقاس بعد متقاربة تلميع وHF النقش يستخدم المجهر الضوئي) نتيجة لاستقرار الكيميائية وهندسة الترشيح 19 20. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (6)
الشكل 6: الرقم السطح (كما أن described التي كتبها الذروة إلى الوادي ارتفاع السطح) قيمة نقطة التقاء والتكرار من الشغل لمختلف تكوينات التجربة تلميع خلال تطوير متقاربة تلميع. لكل سلسلة التجربة، فإن حجم (المتوسط) والتكرار (الانحراف المعياري ودقيقة / ماكس لاحظت). ف ملاحظة PV هو ارتفاع الذروة إلى وادي سطح الإبلاغ عن الفرق أقصى ارتفاع على سطح المقاس بعد 1٪ تم خصم نقاط البيانات أدنى وأعلى للتقليل من حساسية بسبب نقاط البيانات الشاذة. الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7: الرقم السطح (كما وصفها ارتفاع سطح الذروة إلى الوادي) من workpiecالبريد مقابل تلميع مرات باستخدام الشغل فقط أو الحاجز تكوينات فقط. وهذا يوضح كيف أن نقطة التقاء يمكن أن تكون مصممة من تغير في تلميع تكوينات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

كما جاء في المقدمة، والتنفيذ الناجح لتلميع متقاربة فيما يتعلق السطح الرقم يشمل القضاء أو التقليل من كل الظواهر التي تؤثر المكاني المادي عدم تماثله إلا أنه من الشغل في اللفة بسبب عدم تطابق شكل الشغل. إذا كان أي واحد من هذه الظواهر لا ينحصر بشكل مناسب، إما من خلال التحكم في العمليات أو من خلال الهندسة المناسبة من الملمع، ثم لا يمكن أن يتحقق نقطة التقاء المطلوب أو الاحتفاظ بها. وبالتالي أساسا كل التخفيف يصبح بالغ الأهمية. لتوضيح هذا، ويبين الشكل 6 الحجم والتكرار من الرقم نقطة التقاء على سطح الشغل (ممثلة على النحو ارتفاع سطح الذروة إلى الوادي) بوصفها وظيفة من مختلف سلسلة التجارب التي أجريت تلميع خلال تطوير متقاربة تلميع. مع كل سلسلة التجربة، تم تنفيذ التخفيف جديد. سلسلة التجربة الماضية (السلسلة M)، س تمثيلي الآنو متقاربة تلميع بروتوكول ونظام، ويظهر نقطة التقاء منخفضة وقابلة للتكرار.

ونتيجة لذلك، فإن بروتوكول متقاربة تلميع والنظام هو مزيج من عدد من التكنولوجيات المتقدمة مما يسمح للتقارب في الشكل السطح، مواد عالية معدل إزالة، وذات جودة عالية السطحية (كثافة منخفضة الصفر، وانخفاض خشونة السطح) من خلال التقليل من الجسيمات المارقة. مفتاح التكنولوجيات التمكينية ما يلي: رواية على شكل الحاجز الذي هو الزجاج أو المواد غير يرتدي تحميلها على وسادة أن يعوض عن غير موحدة ارتداء سادة، ويحسن انتظام درجة الحرارة، ويحسن توزيع الطين، ويقلل من سادة اللزجة حافة الآثار 6،7 ، 17؛ الحفر بكميات كبيرة والذي يسمح للمزيد من الإزالة السريعة للتلف تحت السطح، ويقلل من كمية المواد المراد إزالتها من الشغل خلال صقل وكذلك يزيل طحن الإجهاد الذي يمكن أن يسبب الشغل لثني تغيير نقطة التقاء 7،21، 23-24 الملعب زر القفل (PBB) والذي يسمح لعرقلة الشغل ارتفاع نسبة الارتفاع منعه من الانحناء أثناء الحجب وتلميع مع مخاطر منخفضة من خدش سطح الشغل معارضة 22؛ السكتة الدماغية شعاعي مما يؤدي إلى تحسين إزالة المواد الوقت المكاني في المتوسط ​​خلال تلميع ، ومنع تموجات عالية التردد التي يمكن أن تحدث على سطح الشغل 8؛ متوازن ارتداء 3-الجسم من الشغل، الحاجز واللفة التي توفر المطلوب، شكل مستقر من اللفة وبالتالي نقطة متقاربة أكثر استقرارا من الشغل، مغلقة بإحكام الرطوبة العالية تلميع غرفة والذي يحول دون دخول جزيئات المارقة الخارجية ويمنع تشكيل تكتلات من الطين المجفف التي هي مصادر مشتركة من الشغل الخدش. كما يقلل من فرصة للسادة التجفيف وتشويه شكل 17،18،25 اللفة بشكل دائم، المهندسة نظام الترشيح مما يحسن ويحافظ على الطين حجم الجسيمات distribu المطلوبنشوئها تحسين خشونة السطح والحد من احتمال تشكيل الصفر. وهذا يشمل ملامح الأنابيب المفلورة، المناطق الميتة الحد الأدنى، وسرعات تدفق تسيطر منع ترسيب الطين، والتكتل، وتلوث 17؛ الاستقرار الطين الكيميائية مما يقلل من عدد وحجم الكتل في الطين دون التضحية المادية معدل إزالة باستخدام السطحي التي تتبع رواية "اتهم مذيلة هالو" آلية كيميائية 19،20. والموقع الطبيعي العلاج سادة بالموجات فوق الصوتية والذي يسمح لإزالة الطين والمنتجات الزجاجية الودائع من سطح اللفة الذي يساعد في الحفاظ على معدلات إزالة المواد عالية ويقلل متوسطة المدى المكاني طول نطاق وتدهور شكل الشغل بسبب تفضيلي إيداع المواد 8 في.

وبالإضافة إلى ذلك، متقاربة تلميع يستفيد من التقنيات المعروفة في المجتمع تلفيق البصرية للقضاء على غير موحدة إزالة المواد المكانية. هذهتشمل: سرعة ثابتة باستخدام دوران يقابل (الشغل معدل دوران = لاب معدل دوران) 3-متوسط ​​الزمن؛ حافة الشغل مدفوعة لمنع حظة قوة الشغل الانحناء 6؛ تحميل تطبق بشكل موحد. تحميل وسرعة تعديلها لتعمل في وضع الاتصال 6؛ قاعدة اللفة شديدة لمنع الانحناء تحت الحمل. اختيار لوحة متأنية لتوفير التقارب سريع والنقل الطين الرشيد؛ بوم المناسبة ودرجة الحموضة صيانة تلميع الطين. وعمليات تنظيف المياه المغمورة للالشغل لمنع تلطيخ الطين 2،26.

يمكن استخدام عدة استراتيجيات لتحويل نقطة التقاء، والتي قد تحتاج أحيانا إلى ضبطها بسبب التباين في التوحيد سمك أو التسطيح لوحة كما شراؤها. تلميع مع الشغل يدفع سوى نقطة محدب الشغل التقارب، في حين تلميع مع الحاجز يدفع سوى نقطة مقعرة الشغل التقارب. وبالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة الضغط بين الشغل لالثانية الحاجز يمكن تعديلها، وسادة يمكن أن تكون مخصصة على شكل باستخدام تكييف الماس الشكل 7 يوضح تأثير الشغل فقط أو الحاجز فقط تلميع لتعديل نقطة التقاء. مرة واحدة يتم تأسيس نقطة التقاء في القيمة المطلوبة، ثم أنه لا يمكن الحفاظ عليه لأوقات تلميع طويلة (عدة مئات من ساعة) باستخدام عملية تلميع متقاربة.

المتقاربة تلميع والمزايا التالية: يتم إصلاح المعلمات تلميع وتبقى نفسها أثناء وبين تلميع يعمل بغض النظر عن الرقم سطح الأولي من الشغل. تلميع يمكن أن يتحقق في التكرار واحد من سطح الأرض، مما يتطلب الوقت أقل تلميع وأقل المقاييس. ويتم تنفيذ تلميع المارقة في بيئة خالية من الجسيمات مما يؤدي إلى خدش ضئيلة أو معدومة على الشغل. في نهاية المطاف، هذه المزايا تؤدي إلى القدرة على جعل المكونات البصرية الراقية أسرع وأرخص.

إمكانيةوتشمل تطبيقات متقاربة تلميع تصنيع البصريات المستخدمة في عالية الطاقة أو الليزر عالية الطاقة أو النظم البصرية، فضلا عن الصناعات التحويلية العام من الشقق البصرية والمجالات. وقد تجلى عملية متقاربة تلميع على الزجاج تنصهر السيليكا، البورسليكات الزجاج، والزجاج الشغل الفوسفات. وقد ثبت أيضا على الشغل مستديرة ومربعة على نطاق وحجم 50-265 ملم وعلى الشقق والمجالات.

التفاصيل الإجراء في هذه الدراسة هو خصيصا لينهي مسطحة، تنصهر مربع الشغل السيليكا 26.5 سم في الحجم. للبصريات حجم أخرى، المجالات، أو مواد زجاجية أخرى، قد تحتاج إلى تعديل المعدات (على سبيل المثال، وحجم / شكل اللفة، وشكل من الحاجز، والطين المستخدمة). يتم تغطية العملية الشاملة ونظام متقاربة تلميع عن طريق براءات الاختراع المختلفة أو طلبات براءات الاختراع 17-19.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
MHN 50 mil Polyurethane Pad  Eminess Technologies PF-MHN15A050L-56
Cerium oxide polishing slurry Universal Photonics HASTILITE PO
Septum Glass (waterjet cut) Borofloat ; Schott  NA
Diamond conditioner Morgan Advanced Ceramics  CMP-25035-SFT
Ultrasonic Cleaner Advanced Sonics Processing System URC4
Purification Optima Filter cartridge 3M CMP560P10FC
Blocking Pitch Universal Photonics BP1
Blocking Tape 3M #4712
Cleanroom Cloth ITW Texwipe AlphaWipe TX1013
Single Particle Optical Sensing Paritcle Sizing Systems Accusizer 780 AD

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Thompson, B., Malacara, D. Ch 28. Handbook of optical engineering. Optical fabrication. , CRC Press. (2001).
  2. Karow, H. Fabrication Methods for Precision Optics. , Wiley. (1993).
  3. Brown, N. J. A short course in optical fabrication technology. Optical Society of America Annual Meeting, 1981 Oct 26, Orlando, FL, USA, , Lawrence Livermore National Lab. (1981).
  4. Cook, L. Chemical processes in glass polishing. J. Non-Crystal. Solids. 120, 152-171 (1990).
  5. Preston, F. The Structure of Abraded Glass Surfaces. Trans. Opt. Soc. 23 (3), 141-14 (1922).
  6. Suratwala, T., Feit, M., Steele, R. Toward Deterministic Material Removal and Surface Figure During Fused Silica Pad Polishing. J. Am. Ceram. Soc. 93 (5), 1326-1340 (2010).
  7. Suratwala, T., Steele, R., Feit, M., Desjardin, R., Mason, D. Convergent Pad Polishing of amorphous fused silica. International Journal of Applied Glass Science. 3 (1), 14-28 (2012).
  8. Suratwala, T., Feit, M., Steele, R., Wong, L. Influence of Temperature and Material Deposit on Material Removal Uniformity during Optical Pad Polishing. J. Am. Ceram. Soc. , (2014).
  9. Suratwala, T. Microscopic removal function and the relationship between slurry particle size distribution and workpiece roughness during pad polishing. J. Am. Ceram. Soc. 91 (1), 81-91 (2014).
  10. Terrell, E., Higgs, C. Hydrodynamics of Slurry Flow in Chemical Mechanical Polishing. J. Electrochem. Soc. 153 (6), 15-22 (2006).
  11. Runnels, S., Eyman, L. Tribology Analysis of Chemical MechanicalPolishing. J. Electrochem. Soc. 141 (6), 1698-1701 (1994).
  12. Park, S., Cho, C., Ahn, Y. Hydrodynamic Analysis of Chemical Mechanical Polishing Process. J. Tribology Int. 33, 723-730 (2000).
  13. Luo, J., Dornfeld, D. Effects of Abrasive Size Distribution in Chemical Mechanical Planarization: Modeling and Verification. IEEE T. Semicond. M. 16 (3), 469-476 (2003).
  14. Luo, J., Dornfeld, D. Material Removal Mechanism in Chemical Mechanical Polishing: Theory and Modeling. IEEE T. Semiconduct. M. 14, 112-133 (2001).
  15. Bastaninejad, M., Ahmadi, G. Modeling the Effects of Abrasive Size Distribution, Adhesion, and Surface Plastic Deformation on Chemical Mechanical Polishing. J. Electrochem. Soc. 152 (9), 720-730 (2005).
  16. Sampurno, Y., Sudargho, F., Zhuang, Y., Ashizawa, T., Morishima, H., Philipossian, A. Effect of Cerium Oxide Particles Sizes in Oxide Chemical Mechanical Planarization. Electrochem. Solid State. 12 (6), 191-194 (2009).
  17. Suratwala, T., et al. Method and system for Convergent Polishing. US Provisional Patent Application. , 027512-006200US 61454893 (2011).
  18. Suratwala, T., Feit, M., Steele, R. Apparatus and Method for Deterministic Control of Surface Figure During Full Aperture Polishing. US Patent Application. US. , 12/695,986 (2010).
  19. Dylla-Spears, R., Feit, M., Miller, P., Steele, R., Suratwala, T., Wong, L. Method for preventing agglomeration of charged colloids without loss of surface activity. US Provisional Patent Application. , IL-12647 (2012).
  20. Dylla-Spears, R., Wong, L., Miller, P., Feit, M., Steele, R., Suratwala, T. Charged Micelle Halo Mechanism for Agglomeration Reduction in Metal Oxide Particle Based Polishing Slurries. Colloid Surface A. 447, 32-43 (2014).
  21. Wong, L., Suratwala, T., Feit, M., Miller, P., Steele, R. The Effect of HF/NH4F Etching on the Morphology of Surface Fractures on Fused Silica. J. Non-Crystal. Solids. 355, 797 (2009).
  22. Feit, M., DesJardin, R., Steele, R., Suratwala, T. Optimized pitch button blocking for polishing high-aspect-ratio optics. Appl. Opt. 51 (35), 8350-8359 (2013).
  23. Suratwala, T., et al. Sub-surface mechanical damage distributions during grinding of fused silica. J. Non-Crystal. Solids. 352, 5601 (2006).
  24. Miller, P., et al. The Distribution of Sub-surface Damage in Fused Silica. SPIE. 5991, (2005).
  25. Suratwala, T., et al. Effect of Rogue particles on the sub-surface damage of fused silica during grinding/polishing. J. Non-Crystal. Solids. 354, 2003 (2008).
  26. Suratwala, T., Miller, P., Ehrmann, P., Steele, R. Polishing slurry induced surface haze on phosphate laser glasses. J. Non-Crystal. Solids. 351, 2091-2101 (2004).

Tags

الفيزياء، العدد 94، تلفيق البصرية، وسادة التلميع، زجاج السيليكا تنصهر والشقق البصرية، الكرات الضوئية، ceria الطين، في الملعب زر حظر، HF النقش والخدوش
المتقاربة تلميع: بسيطة، عملية سريعة، فتحة كاملة تلميع عالية الجودة البصرية شقق و المجالات
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Suratwala, T., Steele, R., Feit, M., … More

Suratwala, T., Steele, R., Feit, M., Dylla-Spears, R., Desjardin, R., Mason, D., Wong, L., Geraghty, P., Miller, P., Shen, N. Convergent Polishing: A Simple, Rapid, Full Aperture Polishing Process of High Quality Optical Flats & Spheres. J. Vis. Exp. (94), e51965, doi:10.3791/51965 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter