飛秒激光拋光碳化硅陶瓷材料的工藝過程研究.pdf

1、碳化硅是繼硅、鍺、砷之后發(fā)展起來的第三代半導(dǎo)體材料。其具有比剛度高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為制作高精度空間反射鏡的首選材料，在空間光學(xué)和電子學(xué)領(lǐng)域以及微結(jié)構(gòu)模具加工方面具有極大的應(yīng)用前景。
　　碳化硅作為一種多相陶瓷，具有很高的硬度和脆性，是一種典型的難加工材料。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)其表面的精密高效加工是一個(gè)亟待解決的難題。激光拋光技術(shù)是近幾年才出現(xiàn)的一種新型表面加工技術(shù)。尤其對(duì)超短脈沖激光拋光，不僅加工效率高，而且拋光精度高、熱影響區(qū)小

2、，非常適合硬脆性材料的精密拋光加工。
　　本文從拋光系統(tǒng)搭建、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施到數(shù)據(jù)分析處理等方面，系統(tǒng)研究了飛秒激光拋光碳化硅材料的作用機(jī)理及加工工藝過程。采用飛秒激光(λ=800nm，f=1kHz)拋光碳化硅，通過激光共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡檢測(cè)拋光表面形貌和表面粗糙度，分析激光脈沖能量密度、光斑重疊率(掃描速度、掃描跨度)、激光入射角等因素對(duì)飛秒激光拋光碳化硅工藝過程和拋光質(zhì)量的影響。
　　首先采用脈沖寬度50f

3、s，重復(fù)頻率1kHz的飛秒激光進(jìn)行碳化硅燒蝕閾值實(shí)驗(yàn)，獲得了飛秒激光下碳化硅的燒蝕閾值為0.23J/cm2，聚焦光斑束腰半徑為31μm。使用掃描電子顯微鏡對(duì)燒蝕斑形貌進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)在能量高斯分布的激光光束輻照下，燒蝕斑由中心到邊緣呈現(xiàn)不同的燒蝕形貌。燒蝕斑邊緣出現(xiàn)規(guī)則的定向條紋狀微結(jié)構(gòu)，且伴隨著顆粒狀SiO2出現(xiàn)。
　　其次在空氣環(huán)境下采用不同的激光能量密度、光斑重疊率以及激光入射角對(duì)碳化硅進(jìn)行了拋光實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)在其他參數(shù)不變時(shí)