圓柱母光柵精密微刻劃研究.pdf

1、長光柵作為高檔數(shù)控機床檢測用精密光柵位置檢測元件,其制造精度直接決定了國家高精密機床制造的水平。利用納米滾壓印技術(shù)實現(xiàn)超高精度長光柵的制造是一種可行且高效的技術(shù)。本文以母光柵滾壓印模具的制造以及模具制造所用刀具的FIB(Focused Ion beam)加工與修銳為依托進行課題展開。分別對微刻劃刀具的FIB制造方法、母光柵微刻劃加工工藝的優(yōu)化設(shè)計、微刻劃過程中機理探究三個主要方面進行了深入研究。
　　刻劃刀具的FIB制造方法方面,

2、為了滿足滾壓印光柵制造及應(yīng)用需求,利用聚焦離子束納米制造技術(shù),設(shè)計并制造了三角形、梯形等不同幾何形狀的鋒利刃口微刀具,都取得了良好的刻劃效果。
　　圓柱母光柵微刻劃方面,為了滿足不同特征結(jié)構(gòu)(0.5μm~20μm周期)的母光柵微刻劃制造需求,提出了利用切屑的形態(tài)變化而推斷切削過程中切削干涉現(xiàn)象對刻劃質(zhì)量的影響的方法,基于此方法提出了兩種提高微刻劃表面質(zhì)量的方法。分別是提高刀具前刀面張角的方法和多步法,有效實現(xiàn)了微加工毛刺的抑制。通

3、過大量的刻劃實驗,針對不同的周期參數(shù),我們得到了在各個尺度下適用的多步法加工參數(shù),發(fā)現(xiàn)針對不同的第一步刻劃深度,第二步刻劃深度在第一步的0.33~0.5倍時能得到最優(yōu)的刻劃質(zhì)量。通過綜合考慮加工效率、刻劃質(zhì)量、壓印效果等多種因素,對刻劃刀具進行了優(yōu)化設(shè)計和制造,實現(xiàn)了直徑110mm的圓柱母光柵的20μm、10μm和4μm周期的整圈高精度微刻劃研究。對于10μm周期,刻劃總條數(shù)為萬條以上,連續(xù)刻劃時間為62小時,4μm光柵周期的平均偏差為

4、10nm以下,實現(xiàn)母光柵的首尾拼接誤差小于500nm。
　　在微刻劃理論方面,通過在刻劃過程中對不同周期刻劃的實驗我們發(fā)現(xiàn),H62黃銅材料在微刻劃研究中存在顯著的尺寸效應(yīng):當(dāng)周期從20μm減小到10μm時相同的刻劃參數(shù)下刻劃質(zhì)量會顯著提高,但是10μm到2μm的周期減小過程中質(zhì)量則沒有明顯的改善,在周期小于2μm時反而出現(xiàn)了明顯的毛刺成片出現(xiàn)的現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象,我們通過EDS能譜分析和離子束成像等顯微表征方法,得出黃銅的金相分布