等离子体抛光优秀课件
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等离子体抛光
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❖ 可加工直径为米的非球面,加工后面形精度小 于λ/50，表面粗糙度小于0.2nm。
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三、等离子体辅助抛光设备
抛光过程是一个闭环反馈系统的控制过程。
抛光头位于工件表面上方几mm处垂直于被加工表面， 由一个5轴CNC(CNC即数控机床)来控制，以满足不同 表面需要。
通过控制抛光头的相关参数可使抛光头的去除函数 形状在抛光过程中改变，更加有效提高收敛速度。
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几种材料及其抛光气体和化学反应式
材料
抛光气体
反应方程式
SiO2(石英)
CF4
SiC
NF3
Be
Cl2
SiO2+ CF4→SiF4↑+CO2↑ SiC+ NF3→SiFx↑+CFy↑
Be + Cl2 → BeCl2
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❖ 优点:根据多数工艺实验的结果发现,此方法 原理明了,设备简单
❖ 缺点：加工的方向性与选择性差，加工效率 不高
利用材料去除量控制设备可实时监控表面去除量， 进而实现闭环控制。材料去除量是驻留时间的函数， 控制精度可达1％。
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❖ 由四部分组成：等离子体发生系统、多轴联 动工作台及其运动控制系统、反应气体供给 系统、尾气排放及无害化处理系统。
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❖ 反应气体供给装置：负责为等离子体发生装 置提供适当配方的反应气体。因此, 应能够精 确地调整各种气体的比例, 并能够保证反应气 体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子 体放电的重要前提。
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3.低温等离子辅助抛光技术
（PACE，Plasma Assisted Chemical Etaching ）， 主要的刻蚀原理为等离子体中的活性自由基与被加工 件表面原子间发生化学反应,产生挥发性强的物质,不 引入新的表面污染,实现以化学作用为主的材料去除。 此方法抛光效率高,加工后无亚表层损伤,可加工球面 与非球面。因为此方法使用射频放电激发等离子体, 离子在电场中的加速时间变短,使等离子体中的离子 能量比较低,离子轰击物理效应带来的被加工表面晶 格结构破坏微弱,能够获得良好的抛光效果。
等离子体表面处理PPT课件
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阴极溅射的主要特点
（1）一个粒子轰击阴极表面可溅射出的原子 数，称为溅射系数。
溅射系数随加速电压的增大而增大，但是当加 速电压过高时，由于轰击的正离子撞入阴极材 料内部的几率增大，一旦撞入内部，能量将平 均散逸给大量的周围原子，不能使个别原子获 得逸出的能量。
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（2）阴极电位降和轰击粒子的质量越大， 阴极溅射越激烈。
当气体和阴极的种类一定时，阴极位降 将随电流密度增加而增加，溅射量近似 地与电流密度平方成正比，与气压和极 间距离的乘积成反比。
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（3）在其它条件一定时，气压越小溅射 越严重，当气压大时，由于溅出的粒子 易与周围高密度的气体碰撞而返回表面， 因而溅出量减少。
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离子轰击渗镀的基 本方法如图所示。
以工件为阴极， 容器壁为阳极，调 节渗剂送气和抽气 速率，使维持 133～1333Pa的压 力，极间施以300V 以上的直流电压， 使产生辉光放电。
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用离子轰击进行渗镀，有以下优点：
（1）由于离子对表面的轰击可使表面高 度活化，加之离子和随离子一起冲击表 面的活性原子都易被表面吸收，因而渗 镀速度特快。
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②运动中的电子与气体碰撞几率与气体 的密度或压力成正比。
设 为电子连续两次碰撞的平均距离， 称平均自由程，显然碰撞几率与 成反 比。而平均自由程又与气压成反比，即；
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③电子在低压气体电场E中的动能 ， 可以下式表示：
可见，在场强E一定的情况下，电子的动能与气压 成反比。这就是说，如果气压P太小， 电子在单位 距离内与气体碰撞的几率太小，或者说电子所获得
等离子体抛光
等离子体抛光特点
PACE抛光在真空室内进行。
该方法只有表面的化学反应，工件不受机械压 力，没有相应的机械变形和损伤，无亚表面破 坏，无污染，工件边缘无畸变。 材料的去除率控制精度高，可获得精确面形。 去除率高，可为0～10μm/min。
二、发展历程
1.传统的等离子体抛光
传统的真空等离子体表面加工技术通常使用六 氟化硫、四氟化碳等具有腐蚀作用的气体,利用高频 电场激发产生等离子体,等离子体中的活性自由基能 够与被加工材料表面原子产生化学反应,生成强挥发 性气体,在此过程中产生抛光效果。
由四部分组成：等离子体发生系统、多轴联 动工作台及其运动控制系统、反应气体供给 系统、尾气排放及无害化处理系统。
反应气体供给装置：负责为等离子体发生装 置提供适当配方的反应气体。因此, 应能够精 确地调整各种气体的比例, 并能够保证反应气 体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子 体来自电的重要前提。谢谢大家！
几种材料及其抛光气体和化学反应式
材料 SiO2(石英) SiC Be 抛光气体 CF4 NF3 Cl2 反应方程式 SiO2+ CF4→SiF4↑+CO2↑ SiC+ NF3→SiFx↑+CFy↑ Be + Cl2 → BeCl2
优点:根据多数工艺实验的结果发现,此方法 原理明了,设备简单 缺点：加工的方向性与选择性差，加工效率 不高
4.大规模集成电路基板
在以磁记录头、大规模集成电路基片等器件 为主的电子工业领域,不但要求表面光滑,而且要求 具有完整的晶格排布并且没有加工损伤层。为了制 备具有亚微米级线宽与间隔的大规模集成电路,需要 表面应力小、无亚表层损伤的超光滑基板。另外,晶 体和陶瓷振荡器的加工中也需要超光滑表面。
等离子体PPT幻灯片课件
高温等离子体：高度电离的等 离子体，离子温度和电子温度 都很高。
3
4
2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
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等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
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独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
6
各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
8
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
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2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
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等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
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独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
6
各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
8
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
《等离子体表面处理》课件
通过接触角测量仪测定处理前后表面的润湿性，评估表面能 的变化。
导电性能
通过四探针测试仪或Hall效应测试仪测量表面的导电性能， 评估等离子体处理对表面电学性能的影响。
PART 05
等离子体表面处理的优势 与局限性
等离子体表面处理的优势
01
02
03
04
高效性
等离子体表面处理技术能够在 短时间内对大面积的表面进行
总结词
等离子体是由部分或全部原子或分子处于激发态的电离气体，其整体呈中性。
详细描述
等离子体是由气体在足够高的电场或温度下被完全或部分电离，形成由带正电 的离子和带负电的电子组成的电离气体。在宏观上，这些带电粒子的净电荷为 零，因此等离子体整体呈中性。
等离子体表面处理技术的原理
总结词
等离子体表面处理技术利用等离子体的物理和化学性质，对材料表面进行激活、刻蚀、 沉积等处理。
通过引入智能化技术，实现等离子体 表面处理的自动化和智能化。
绿色环保
未来的等离子体表面处理技术将更加 注重环保和可持续发展。
新材料应用
随着新材料的不断涌现，等离子体表 面处理技术将在新材料领域得到更广 泛的应用。
处理，提高了生产效率。
环保性
等离子体表面处理技术不使用 化学试剂，减少了环境污染。
均匀性
等离子体能够均匀地覆盖处理 表面，保证了处理效果的均匀
性。
适用性广
等离子体表面处理技术适用于 各种材料和表面的处理。
等离子体表面处理的局限性
设备成本高
等离子体表面处理设备成本较 高，增加了生产成本。
处理厚度有限
等离子体表面处理工艺流程
预处理
清除工件表面的污垢和杂 质，保证处理效果。
导电性能
通过四探针测试仪或Hall效应测试仪测量表面的导电性能， 评估等离子体处理对表面电学性能的影响。
PART 05
等离子体表面处理的优势 与局限性
等离子体表面处理的优势
01
02
03
04
高效性
等离子体表面处理技术能够在 短时间内对大面积的表面进行
总结词
等离子体是由部分或全部原子或分子处于激发态的电离气体，其整体呈中性。
详细描述
等离子体是由气体在足够高的电场或温度下被完全或部分电离，形成由带正电 的离子和带负电的电子组成的电离气体。在宏观上，这些带电粒子的净电荷为 零，因此等离子体整体呈中性。
等离子体表面处理技术的原理
总结词
等离子体表面处理技术利用等离子体的物理和化学性质，对材料表面进行激活、刻蚀、 沉积等处理。
通过引入智能化技术，实现等离子体 表面处理的自动化和智能化。
绿色环保
未来的等离子体表面处理技术将更加 注重环保和可持续发展。
新材料应用
随着新材料的不断涌现，等离子体表 面处理技术将在新材料领域得到更广 泛的应用。
处理，提高了生产效率。
环保性
等离子体表面处理技术不使用 化学试剂，减少了环境污染。
均匀性
等离子体能够均匀地覆盖处理 表面，保证了处理效果的均匀
性。
适用性广
等离子体表面处理技术适用于 各种材料和表面的处理。
等离子体表面处理的局限性
设备成本高
等离子体表面处理设备成本较 高，增加了生产成本。
处理厚度有限
等离子体表面处理工艺流程
预处理
清除工件表面的污垢和杂 质，保证处理效果。
等离子体处理作用和介绍 共27页29页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
ห้องสมุดไป่ตู้ 16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
等离子体处理作用和介绍 共27页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
ห้องสมุดไป่ตู้ 16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
等离子体处理作用和介绍 共27页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
等离子体物理学课件118页PPT
– 马腾才 胡希伟 陈银华 等离子ody & J. J. Sanderson, Plasma Dynamics, Barnes & Noble Inc., 1969
等离子体的概念和参数范围
• 等离子体从广义上说，是泛指一些具有足够能量 的自由的带电粒子，其运动以受电磁场力作用为 主的物质，从这个意义上来说，半导体、电解液 都是等离子体。但一般相对专门性地是指电离了 的气体，当然它的行为是以带电粒子和电场磁场 自恰地相互作用为主导。
• 工业技术：等离子体电视、化学、冶金、表面处 理、金刚石人工合成、镀膜、焊接、灯具
对于等离子体的描述方法
• 1. 单粒子运动
– 仅考虑带电粒子在电磁场中的运动，不考虑带电粒子 运动对电磁场的影响。
– 方法简单直观，但不自洽，无法求出电磁场的变化
• 等离子体的参数范围很大，温度跨越了约7个量级，密度 跨越约25个量级，这么大的范围类，等离子体物理都是适 用的。
八卦中的“离” 代表等离子体类的
物质
• 上、中、下三个爻全是阳爻的 卦是乾卦，乾卦代表天在上。 上、中、下三个爻全是阴爻的 卦是坤卦，坤卦代表地在下。 下面是阳爻，上面也是阳爻， 中间是阴爻，是离卦，代表太 阳，位置在东方，亦代表火， 代表光明。下面是阴爻，中间 是阳爻，上面是阴爻，卦名叫 坎，代表月亮，也代表水。乾、 坤、离、坎四个卦，就是天、 地、日、月四个象。
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
等离子体物理学
李毅 2011.9
相关书籍
• 课本
– 李定，陈银华，马锦绣，杨维纮，等离子体物理学，高等教育出版社， 2006。
• 参考文献
– 杜世刚 等离子体物理，原子能出版社，1988
等离子体的概念和参数范围
• 等离子体从广义上说，是泛指一些具有足够能量 的自由的带电粒子，其运动以受电磁场力作用为 主的物质，从这个意义上来说，半导体、电解液 都是等离子体。但一般相对专门性地是指电离了 的气体，当然它的行为是以带电粒子和电场磁场 自恰地相互作用为主导。
• 工业技术：等离子体电视、化学、冶金、表面处 理、金刚石人工合成、镀膜、焊接、灯具
对于等离子体的描述方法
• 1. 单粒子运动
– 仅考虑带电粒子在电磁场中的运动，不考虑带电粒子 运动对电磁场的影响。
– 方法简单直观，但不自洽，无法求出电磁场的变化
• 等离子体的参数范围很大，温度跨越了约7个量级，密度 跨越约25个量级，这么大的范围类，等离子体物理都是适 用的。
八卦中的“离” 代表等离子体类的
物质
• 上、中、下三个爻全是阳爻的 卦是乾卦，乾卦代表天在上。 上、中、下三个爻全是阴爻的 卦是坤卦，坤卦代表地在下。 下面是阳爻，上面也是阳爻， 中间是阴爻，是离卦，代表太 阳，位置在东方，亦代表火， 代表光明。下面是阴爻，中间 是阳爻，上面是阴爻，卦名叫 坎，代表月亮，也代表水。乾、 坤、离、坎四个卦，就是天、 地、日、月四个象。
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
等离子体物理学
李毅 2011.9
相关书籍
• 课本
– 李定，陈银华，马锦绣，杨维纮，等离子体物理学，高等教育出版社， 2006。
• 参考文献
– 杜世刚 等离子体物理，原子能出版社，1988
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9Байду номын сангаас
3.低温等离子辅助抛光技术
（PACE，Plasma Assisted Chemical Etaching ）， 主要的刻蚀原理为等离子体中的活性自由基与被加工 件表面原子间发生化学反应,产生挥发性强的物质,不 引入新的表面污染,实现以化学作用为主的材料去除。 此方法抛光效率高,加工后无亚表层损伤,可加工球面 与非球面。因为此方法使用射频放电激发等离子体, 离子在电场中的加速时间变短,使等离子体中的离子 能量比较低,离子轰击物理效应带来的被加工表面晶 格结构破坏微弱,能够获得良好的抛光效果。
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2.反应离子刻蚀技术
（RIE，Reactive Ion Etching）成为等离子体抛光 技术的研究重点,此方法的抛光原理是利用高频电场 激发等离子体,产生气体辉光放电,利用等离子体中 离子轰击的物理效应与活性自由基的化学反应效应 共同去除被加工件的表面材料。
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❖ 优点：刻蚀速率高,方向性与选择性好。 ❖ 缺点：由于加工过程中有离子轰击的物理 效应,很容易破坏被加工件表面的晶格结构, 使表面粗糙度增加。
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3.紫外、X射线光学系统
由光学元件表面粗糙度带来的光散射损失与波 长的四次方成反比,因此,在紫外、射线波段等范围 要求光学元件的表面粗糙度尽可能低。对于白光或 波长为632.8nm的激光而一言,表面均方根粗糙度为 1—2nm已经算光滑表面了,但是对于波长为80nm的X 射线而一言表面均方根粗糙度则偏高。在制造软X射 线多层膜反射镜时,反射镜基底表面粗糙度决定了反 射镜的反射率,所需光学基板的粗糙度要在0.1nm以 下。
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几种材料及其抛光气体和化学反应式
材料
抛光气体
SiO2(石英)
CF4
SiC
NF3
Be
Cl2
反应方程式 SiO2+ CF4→SiF4↑+CO2↑ SiC+ NF3→SiFx↑+CFy↑
Be + Cl2 → BeCl2
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❖ 优点:根据多数工艺实验的结果发现,此方法 原理明了,设备简单
❖ 缺点：加工的方向性与选择性差，加工效率 不高
等离子体抛光 技术
陈志航 2015.4.21
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一、概念知识
等离子体抛光是一种利用化学反应来去除表面材料而实 现超光滑抛光的方法。该方法始于二十世纪九十年代，现在 水平已达面形精度λ/50，表面粗糙度优于0.5nm。加工范围 广，适用于各种尺寸和面形，是一种很有前途的超精加工方 法。
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❖ 等离子体： 英文名plasma,是由部分电子被 剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负 离子组成的离子化气体状物质。
六、知识串联
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谢谢大家！
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四、应用领域
1.空间光学元件
空间光学元件,如天文卫星、光望远镜以及激光陀 螺等,要求元件分辨率高、尺寸大、精度高、表面粗 糙度小。由于这些光学系统的大部分光学元件的工 作波段是超短波,波长为纳米级,比可见光波长小个 数量级,要求光学元件为超光滑表面。
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2.高功率激光器
在高功率激光器中,为了减小散射损失,提高元件 的抗激光损伤闭值,防止在光学元件加工过程中产生 的破坏层、麻点、划痕及抛光粉、磨具的污染等影 响光学系统,要求激光器中的谐振腔反射镜面非常光 滑且面形良好。
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4.大规模集成电路基板
在以磁记录头、大规模集成电路基片等器件 为主的电子工业领域,不但要求表面光滑,而且要求 具有完整的晶格排布并且没有加工损伤层。为了制 备具有亚微米级线宽与间隔的大规模集成电路,需要 表面应力小、无亚表层损伤的超光滑基板。另外,晶 体和陶瓷振荡器的加工中也需要超光滑表面。
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❖ 由四部分组成：等离子体发生系统、多轴联 动工作台及其运动控制系统、反应气体供给 系统、尾气排放及无害化处理系统。
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❖ 反应气体供给装置：负责为等离子体发生装 置提供适当配方的反应气体。因此, 应能够精 确地调整各种气体的比例, 并能够保证反应气 体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子 体放电的重要前提。
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❖ 可加工直径为米的非球面,加工后面形精度小 于λ/50，表面粗糙度小于0.2nm。
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三、等离子体辅助抛光设备
抛光过程是一个闭环反馈系统的控制过程。 抛光头位于工件表面上方几mm处垂直于被加工表面，
由一个5轴CNC(CNC即数控机床)来控制，以满足不同 表面需要。 通过控制抛光头的相关参数可使抛光头的去除函数 形状在抛光过程中改变，更加有效提高收敛速度。 利用材料去除量控制设备可实时监控表面去除量， 进而实现闭环控制。材料去除量是驻留时间的函数， 控制精度可达1％。
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等离子体抛光特点
PACE抛光在真空室内进行。 该方法只有表面的化学反应，工件不受机械压
力，没有相应的机械变形和损伤，无亚表面破 坏，无污染，工件边缘无畸变。 材料的去除率控制精度高，可获得精确面形。 去除率高，可为0～10μm/min。
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二、发展历程
❖ 1.传统的等离子体抛光
传统的真空等离子体表面加工技术通常使用六 氟化硫、四氟化碳等具有腐蚀作用的气体,利用高频 电场激发产生等离子体,等离子体中的活性自由基能 够与被加工材料表面原子产生化学反应,生成强挥发 性气体,在此过程中产生抛光效果。
3.低温等离子辅助抛光技术
（PACE，Plasma Assisted Chemical Etaching ）， 主要的刻蚀原理为等离子体中的活性自由基与被加工 件表面原子间发生化学反应,产生挥发性强的物质,不 引入新的表面污染,实现以化学作用为主的材料去除。 此方法抛光效率高,加工后无亚表层损伤,可加工球面 与非球面。因为此方法使用射频放电激发等离子体, 离子在电场中的加速时间变短,使等离子体中的离子 能量比较低,离子轰击物理效应带来的被加工表面晶 格结构破坏微弱,能够获得良好的抛光效果。
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2.反应离子刻蚀技术
（RIE，Reactive Ion Etching）成为等离子体抛光 技术的研究重点,此方法的抛光原理是利用高频电场 激发等离子体,产生气体辉光放电,利用等离子体中 离子轰击的物理效应与活性自由基的化学反应效应 共同去除被加工件的表面材料。
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❖ 优点：刻蚀速率高,方向性与选择性好。 ❖ 缺点：由于加工过程中有离子轰击的物理 效应,很容易破坏被加工件表面的晶格结构, 使表面粗糙度增加。
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3.紫外、X射线光学系统
由光学元件表面粗糙度带来的光散射损失与波 长的四次方成反比,因此,在紫外、射线波段等范围 要求光学元件的表面粗糙度尽可能低。对于白光或 波长为632.8nm的激光而一言,表面均方根粗糙度为 1—2nm已经算光滑表面了,但是对于波长为80nm的X 射线而一言表面均方根粗糙度则偏高。在制造软X射 线多层膜反射镜时,反射镜基底表面粗糙度决定了反 射镜的反射率,所需光学基板的粗糙度要在0.1nm以 下。
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几种材料及其抛光气体和化学反应式
材料
抛光气体
SiO2(石英)
CF4
SiC
NF3
Be
Cl2
反应方程式 SiO2+ CF4→SiF4↑+CO2↑ SiC+ NF3→SiFx↑+CFy↑
Be + Cl2 → BeCl2
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❖ 优点:根据多数工艺实验的结果发现,此方法 原理明了,设备简单
❖ 缺点：加工的方向性与选择性差，加工效率 不高
等离子体抛光 技术
陈志航 2015.4.21
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一、概念知识
等离子体抛光是一种利用化学反应来去除表面材料而实 现超光滑抛光的方法。该方法始于二十世纪九十年代，现在 水平已达面形精度λ/50，表面粗糙度优于0.5nm。加工范围 广，适用于各种尺寸和面形，是一种很有前途的超精加工方 法。
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❖ 等离子体： 英文名plasma,是由部分电子被 剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负 离子组成的离子化气体状物质。
六、知识串联
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谢谢大家！
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四、应用领域
1.空间光学元件
空间光学元件,如天文卫星、光望远镜以及激光陀 螺等,要求元件分辨率高、尺寸大、精度高、表面粗 糙度小。由于这些光学系统的大部分光学元件的工 作波段是超短波,波长为纳米级,比可见光波长小个 数量级,要求光学元件为超光滑表面。
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2.高功率激光器
在高功率激光器中,为了减小散射损失,提高元件 的抗激光损伤闭值,防止在光学元件加工过程中产生 的破坏层、麻点、划痕及抛光粉、磨具的污染等影 响光学系统,要求激光器中的谐振腔反射镜面非常光 滑且面形良好。
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4.大规模集成电路基板
在以磁记录头、大规模集成电路基片等器件 为主的电子工业领域,不但要求表面光滑,而且要求 具有完整的晶格排布并且没有加工损伤层。为了制 备具有亚微米级线宽与间隔的大规模集成电路,需要 表面应力小、无亚表层损伤的超光滑基板。另外,晶 体和陶瓷振荡器的加工中也需要超光滑表面。
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❖ 由四部分组成：等离子体发生系统、多轴联 动工作台及其运动控制系统、反应气体供给 系统、尾气排放及无害化处理系统。
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❖ 反应气体供给装置：负责为等离子体发生装 置提供适当配方的反应气体。因此, 应能够精 确地调整各种气体的比例, 并能够保证反应气 体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子 体放电的重要前提。
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❖ 可加工直径为米的非球面,加工后面形精度小 于λ/50，表面粗糙度小于0.2nm。
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三、等离子体辅助抛光设备
抛光过程是一个闭环反馈系统的控制过程。 抛光头位于工件表面上方几mm处垂直于被加工表面，
由一个5轴CNC(CNC即数控机床)来控制，以满足不同 表面需要。 通过控制抛光头的相关参数可使抛光头的去除函数 形状在抛光过程中改变，更加有效提高收敛速度。 利用材料去除量控制设备可实时监控表面去除量， 进而实现闭环控制。材料去除量是驻留时间的函数， 控制精度可达1％。
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等离子体抛光特点
PACE抛光在真空室内进行。 该方法只有表面的化学反应，工件不受机械压
力，没有相应的机械变形和损伤，无亚表面破 坏，无污染，工件边缘无畸变。 材料的去除率控制精度高，可获得精确面形。 去除率高，可为0～10μm/min。
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二、发展历程
❖ 1.传统的等离子体抛光
传统的真空等离子体表面加工技术通常使用六 氟化硫、四氟化碳等具有腐蚀作用的气体,利用高频 电场激发产生等离子体,等离子体中的活性自由基能 够与被加工材料表面原子产生化学反应,生成强挥发 性气体,在此过程中产生抛光效果。