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1、激光抛光技术的研究摘要：激光抛光是一种非接触式抛光方法。本文介绍了激光抛光技术的发展历史,论述了激光抛光的工艺特点和作用机理,分析了影响激光抛光效率和抛光表面质量的因素及其影响规律。最后，阐明了激光抛光的应用现状及未来的发展前景。关键词：激光抛光作用机理热抛光Abstract:Laserpolishingisakindofcontact-lesspolishingtechnique.Thedevelopingprocedureoflaserpolishingtechnologyispresentedinthispaper.Theemphasisisfocusedonthecharacter
2、isticsoflaserpolishingprocessanditsinteractingmechanism.Thefactorswhichinfluencethepolishingefficiencyandpolishedsurfaceroughnessareanalyzed.Atlastthecurrentsituationoflaserpolishingandfutureperspectiveisclarified.Keywords:Laserpolishinginteractingmechanismthermalpolishing1.背景及意义随着材料表面技术的发展,表面抛光技术
3、成为了一个越来越重要的技术。抛光技术:又称镜面加工技术,是制造平坦而且加工变形层很小,没有擦痕的面加工工艺。在工业应用中,对材料表面粗糙度的要求越来越高,已经从微米级--亚微级--纳米级--亚纳米级。为了满足应用的需要，人们不断探索新的抛光技术,由于激光独特的性质,激光抛光技术出现了。图1采用激光法抛光前后金刚石薄膜的SEM形貌从90年代中期以来,在美国、俄罗斯、德国和日本等国家,广泛开展了金刚石薄膜的激光抛光研究,已经得到了纳米级的表面粗糙度;近年来,日本大阪大学激光研究院的研究人员选用193nm烧蚀波长和PMMA(光学材料)组配获得高的表面光滑度,使其表面误差下降到只有0.17K。现在
4、激光抛光已经在金刚石薄膜、高分子聚合物、陶瓷、半导体、光学元件、金属、绝缘体等得到广泛的研究。日本东海大学(TokaiUniversity)电子工程系MasatakaMurahara等人采用了光化学辅助反应的抛光机理。采用248/193nm准分子激光结合腐蚀图2蓝宝石激光抛光前后形貌扫描电镜液抛光SiC反射镜。最佳效果达到Ra80nm。德国亚琛夫琅霍费激光所(ILT)的Willen-borg,E.等人,在1.2343,1.2344,1.2316等钢材上进行了激光抛光试验,获得了接近镜面的表面粗糙度。并用于玻璃铸造模具的制造,获得的模具表面粗糙度Ra为0.15~0.2um.加拿大国家研究会微
5、结构科学研究所采用308nmXeCl准分子激光抛光GaN薄膜。其表面粗糙度从13nm提高到3.6nm。俄罗斯通用物理研究所采用KrF准分子激光抛光60~90um厚的金刚石膜,获得35nm(均方根值)的表面,并且改善了表面摩擦性能。2.激光抛光的特点激光有4大特性:单色性、相干性、方向性和高能量密度。这些性质使激光在加工方面具有独特的优势,激光可经聚焦产生巨大的功率密度(或能量密度),这使激光抛光成为了可能。表1给出了激光抛光与其它抛光技术的比较。从表中我们可以看出激光抛光有以下特点:(1)它是非接触式抛光,接触式抛光在样品上施加了外力,样品在外力下容易破裂;而非接触式激光抛光则不会对样品施
6、加任何压力;(2)激光抛光有很高的灵活性,它不仅能对平面进行抛光,还由于激光抛光是非接触式加工,故运用计算机三维控制能够对各种曲面进行抛光,如是对称曲面效果则更好,激光能够抛光的面形有:平面、球面、椭球面、抛物面等;(3)抛光样品时,不需要其它的辅助药剂,故对环境的污染很小;(4)可以实现精密的抛光;材料表面经激光抛光后可以达到纳米级,甚至亚纳米级;(5)特别适合超硬材料和脆性材料粗抛光后的精抛光;(6)可实现微细抛光,对选定的微小区域进行局部抛光;(7)抛光需要的工作环境比较简单,一般在室温下进行,不需要特殊的工作环境。表1激光抛光与其它抛光技术的特点名称激光抛光机械抛光超声波抛光离子束
7、抛光化学抛光机理烧蚀磨蚀磨削溅射刻蚀氧化抛光面型曲面平面平面曲面平面温度室温室温室温室温高温特殊环境要求无无有有无环境污染无有有无有设备成本高低低高低样品尺寸要求无无有有有抛光时间较短长长长短抛光费用中等低低高低3.激光抛光的机理和技术激光抛光本质上就是激光与物质的相互作用。根据激光与材料的作用机理,可把激光抛光简单分为两类:一类为热抛光,另一类为冷抛光。激光热抛光一般用连续长波长激光聚焦于材料表面,在很短的时间内在近表
