本發(fā)明涉及氟化鈣晶體加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于鋁鹽絡(luò)合物的氟化鈣單晶拋光方法。

背景技術(shù)：

近幾年，單晶材料早就以其優(yōu)良的綜合性能占據(jù)了重要的地位，特別是一些高精度的、高質(zhì)量的人工單晶受到了各個(gè)方面研究學(xué)者的青睞，其中氟化鈣(Calcium fluoride，CaF₂)單晶(如圖1所示)更是其中的佼佼者，其透射范圍寬(125nm～10μm)，具有優(yōu)異的消色差和復(fù)消色差能力，優(yōu)異的機(jī)械性能和相對(duì)穩(wěn)定的物化性能，被廣泛地用于制造透鏡、棱鏡和窗口等光學(xué)元件。特別是在紫外光學(xué)系統(tǒng)中，氟化鈣單晶優(yōu)異的紫外透過性、高的短波耐受性、無雙折射現(xiàn)象、極高的透射率、折射率均勻和低的雙折射率，成為光刻系統(tǒng)和高能量激光系統(tǒng)的首選透鏡材料。高能量激光系統(tǒng)要求光學(xué)元件具有高的激光損傷閾值和透射性能，這就要求氟化鈣單晶具有納米級(jí)的粗糙度、亞微米級(jí)的平整度、高完整性的表面。

然而，氟化鈣單晶具有硬度低、易破碎、各向異性、較高的熱膨脹系數(shù)等特性，因此對(duì)氟化鈣的加工技術(shù)要求更加高，加工難度較大，要實(shí)現(xiàn)氟化鈣單晶的精密加工，傳統(tǒng)的晶體加工方法會(huì)使得氟化鈣單晶表面產(chǎn)生劃痕等表面和亞表面損傷，因此降低氟化鈣單晶表面的損傷就需要不斷提高氟化鈣單晶的加工水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于鋁鹽絡(luò)合物的化學(xué)機(jī)械拋光方法，減少氟化鈣單晶加工時(shí)產(chǎn)生的表面損傷和亞表面損傷，獲得質(zhì)量好、實(shí)用性高的氟化鈣單晶。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于鋁鹽絡(luò)合物的氟化鈣單晶拋光方法，包括以下步驟：

1)對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行研磨處理；

2)利用第一拋光液對(duì)研磨后的氟化鈣單晶進(jìn)行拋光，并在拋光過程中以設(shè)定間隔時(shí)間對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行超聲波清洗；

所述第一拋光液為由摻有納米級(jí)鋁鹽、納米級(jí)氧化鉻和納米級(jí)氧化鐵的納米級(jí)二氧化硅拋光粉制成的堿性拋光液；

3)利用第二拋光液在光學(xué)瀝青模上對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行拋光，所述第二拋光液為無水乙醇和乙醚混合液。

進(jìn)一步地，所述步驟1)具體為：

A、分別用302#和303#砂紙對(duì)氟化鈣單晶粗磨；

B、用1500#和2500#的鉆石研磨膏對(duì)氟化鈣單晶精磨；

C、用W1和W0.5的金剛石粉做磨料在聚胺樹脂拋光墊上對(duì)氟化鈣單晶再次進(jìn)行精磨，同時(shí)采用離子水作為研磨液。

進(jìn)一步地，所述第一拋光液中，納米級(jí)氯化鋁的質(zhì)量百分比小于2.5％，納米級(jí)氧化鉻的質(zhì)量百分比為0.1％，納米級(jí)氧化鐵的質(zhì)量百分比為0.2％。

進(jìn)一步地，所述超聲波清洗具體為：采用頻率為30KHZ、40KHZ、50KHZ和80KHZ的不同超聲波相組合對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行超聲波清洗。

進(jìn)一步地，所述步驟3)中，光學(xué)瀝青模為加入有質(zhì)量百分比小于0.5％松香的55#瀝青模。

進(jìn)一步地，拋光過程的溫度為20-21℃，濕度小于40％，第一拋光液的PH值為9-11。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用由摻有納米級(jí)鋁鹽、納米級(jí)氧化鉻和納米級(jí)氧化鐵的納米級(jí)二氧化硅拋光粉制成的堿性拋光液對(duì)晶體拋光，在拋光過程中會(huì)產(chǎn)生絡(luò)合物，從而加速氟化鈣單晶的拋光進(jìn)程，在拋光過程中提高了拋光精度、拋光效率、產(chǎn)品質(zhì)量。

2、用W1和W0.5的金剛石粉在聚胺樹脂拋光墊上對(duì)晶體研磨可以有效去除道子和修改光圈。

3、對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行超聲波清洗可以溶解掉表面水解層從而除去更多的拋光液雜質(zhì)。

4、利用無水乙醇和乙醚混合在經(jīng)質(zhì)量百分比小于0.5％松香改性處理后的55#瀝青模拋光，可以進(jìn)一步修正氟化鈣單晶的面形誤差，加入松香是為了調(diào)節(jié)瀝青膠盤的硬度使其適用于氟化鈣的拋光。

5、本發(fā)明拋光方法能夠去除傳統(tǒng)機(jī)械拋光方法在氟化鈣單晶表面產(chǎn)生的表面和亞表面損傷，表面和亞表面損傷是指傳統(tǒng)機(jī)械研磨拋光時(shí)在氟化鈣單晶表面產(chǎn)生的一些劃痕、脆性微破碎、表面雜質(zhì)嵌入缺陷。

附圖說明

圖1為氟化鈣晶體及其晶體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的流程示意圖；

圖3為化學(xué)機(jī)械拋光原理示意圖；

圖4為光學(xué)顯微鏡下機(jī)械粗拋后氟化鈣單晶表面(a)和亞表面(b)；

圖5化學(xué)機(jī)械拋光后亞表面顯微形貌；

圖6化學(xué)機(jī)械拋光后晶體表面質(zhì)量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本實(shí)施例以直徑110mm(有效口徑90mm)、厚度12mm的氟化鈣平面工件為加工對(duì)象說明本發(fā)明基于鋁鹽絡(luò)合物的氟化鈣單晶拋光方法，如圖2所示，具體過程為：

在步驟S101中，首先分別用302#、303#砂紙對(duì)氟化鈣單晶粗磨，其次用1500#和2500#的鉆石研磨膏對(duì)氟化鈣單晶精磨，可以大大減少后續(xù)拋光的時(shí)間，提高加工效率，接著用W1和W0.5金剛石粉做磨料在聚胺樹脂拋光墊上對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行研磨，研磨過程中用去離子水做研磨液，研磨一段時(shí)間后此時(shí)得到具有一定面形精度的氟化鈣單晶，但是會(huì)在氟化鈣單晶表面形成水解層，并且會(huì)有雜質(zhì)顆粒嵌入氟化鈣單晶表面，圖4為機(jī)械粗拋后氟化鈣單晶表面和亞表面在光學(xué)顯微鏡下觀察的圖像。

在步驟S102中，以納米級(jí)二氧化硅為主要磨料的堿性拋光液中加入納米級(jí)氯化鋁(質(zhì)量百分比小于2.5％)、納米級(jí)氧化鉻(質(zhì)量百分比為0.1％)和納米級(jí)氧化鐵(質(zhì)量百分比為0.2％)，用此配制成堿性拋光液對(duì)氟化鈣晶體拋光，因?yàn)閽伖庖褐屑尤肓松倭夸X鹽(氯化鋁)、氧化鉻、氧化鐵等磨料，且拋光液為堿性溶液，拋光過程中在鋁鹽形成絡(luò)合物從而有助于加速晶體拋光進(jìn)程，其化學(xué)機(jī)械拋光工作原理如圖3所示。

在步驟S103中，拋光過程中每隔一段時(shí)間用無水乙醇及乙醚混合液對(duì)氟化鈣單晶進(jìn)行超聲波清洗，其中采用30KHZ、40KHZ、50KHZ和80KHZ不同頻率的超聲波相組合對(duì)氟化鈣進(jìn)行超聲波清洗，目的是為了去除表面水解層，以及鑲嵌在水解層下的拋光液雜質(zhì)。

在步驟S104中，本實(shí)施例的拋光模為55#瀝青模，其加入質(zhì)量百分比小于0.5％松香以改變研磨盤的硬度，為了進(jìn)一步消除亞表面損傷層，還需要在瀝青模上用無水乙醇和乙醚混合液對(duì)氟化鈣進(jìn)行最后一次拋光處理。

經(jīng)機(jī)械拋光過程后的初始CaF₂工件表面形成有大量的表面和亞表面損傷(圖4)，隨著化學(xué)機(jī)械拋光不斷進(jìn)行，之前出現(xiàn)的劃痕逐漸變淺變細(xì)，表面粗糙度降低，當(dāng)完全去除氟化鈣單晶表面損傷層和亞表面損傷層時(shí)，理想的原子層便暴露出來，從圖5和圖6可知拋光后得到了具有一定面形精度的氟化鈣晶體。

綜上，經(jīng)過本實(shí)施例加工，最后得了超光滑的氟化鈣晶體表面，說明上述方法可以實(shí)現(xiàn)氟化鈣單晶的精密加工。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。