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浮法抛光超光滑表面加工技术
摘要
浮法抛光技术一方面浮现于日本，是加工超光滑表面先进技术之一。本文简介用浮法抛光加工超光滑表面机械构造和加工过程，与老式沥青抛光办法进行比较，分析材料去除机理。最后简朴简介国内研究浮法抛光技术进展。
正文
一、浮法抛光技术产生与现状
光学零件加工基本涉及切割成型、研磨、抛光三道工序；最后光学表面质量由抛光决定，因而抛光是最重要工序。普通高质量光滑表面抛光是以沥青或纤维等弹性材料作磨盘，配以抛光液或研磨膏来达到技术规定。
近年来，光学及微电子学极大地推动了光学加工技术发展。大规模或超大规模集成电路对所用基片(普通为硅、锗等材料)表面精度提出了很高规定；短波段光学发展特别是强激光技术浮现，对光学元件表面粗糙度规定极为苛刻。表面粗糙度低于1nm rms超光滑表面加工技术已成为光学及微电子学基本技术领域重要课题。靠老式经验依赖性光学加工办法是不能满足日益发展光学、电子学规定。国内外已有许多科学家在摸索加工高精度超光滑表面各种技术。，而超光滑表面微观起伏均方根值为几种原子尺寸，因而实现超光滑表面加工核心在于实现表面材料原子量级去除。
1997年，日本大坂大学难波义治专家创造了浮法抛光(Float Polishing)加工超光滑表面技术。通过使用这项技术，可使刚玉单晶平面面形达到λ/20，表面粗糙度低于1nm Rz。1987年研究报告表白，使用浮法技术进行各种材料抛光实验，对φ180mm工作， rms，平面度优于λ/20=。
当前在日本，浮法抛光技术应用很广泛，特别是用于录音机、录像机或计算机磁头生产；每年有2500万个磁头就是采用这项技术制造。近年来，德国也在研究类似抛光技术。德国Ulm大学欧威(O. Weis)研究表白，对白宝石材料φ7mm工件进行抛光，。
将浮法抛光样品与普通抛光样品比较可以发现浮法抛光有许多长处。普通沥青式抛光使用硬度不不大于工件磨料，也可以获得所谓超光滑表面粗糙度指标，但对磨盘平面度修正很有讲究，这影响到被抛光工件面形。普通抛光后工件，其边沿几何尺寸总不太好，经常有塌边或翘边现象；并且在高倍显微镜下可以看到表面有塑性畸变层。
应用浮法抛光法技术获得超光滑表面，不但具备较好表面粗糙度和边沿几何形状，并且抛光晶体面有抱负完好晶格，亚表面没有破坏层，并且由抛光引起表面残存应力极小。
二、浮法抛光机机械构造与抛光过程
浮法抛光机机械构造类似于定摆抛光机。在对工件进行浮法抛光前，被加工工件一方面要进行预抛光，干燥。就可以浮法抛光。
抛光过程中，抛光液随磨盘旋转；由于流体运动产生动压，工件与磨盘之间形成一层薄薄液膜，使得工件浮在磨盘上旋转，保持软接触。液体旋转时离心作用使抛光液中粒度稍大颗粒被甩到四周，并徐徐沉究竟部，这样夹在磨盘与工件间液膜中磨料越来越精细均匀；被加工光学表面越来越光滑，最后达到超光滑。
工件面形重要由磨盘面形决定，浮法抛光中，由于锡材料自身特性，其硬度及流动性适中，在抛光中锡盘磨损可以忽视，因而锡盘平面度是很容易控制；这样保证了工件面形稳定性。老式抛光经验性重要是由于沥青盘抛光中变形决定；使用锡盘后，这种经验性抛光就可以成为稳定抛光。
三、浮法抛光去除机理
浮法抛光表面粗糙度可达到亚纳米量级，接近原子尺寸，工件材料去除是原子水平上进行。工件表面原子在磨料微粒撞击作用下脱离工件主体，从而被去除。原子去除过程，是磨料与工件在原子水平碰撞、扩散、弥补过程。
四、磨料选用
依照去除机理，运用外表面层与主体原子结合能差别，任何材料都可作为磨料去除工件表层原子，可以获得无晶格错位与畸变表面。
在进行浮法超光滑表面抛光中，选取适当材料作为磨料很重要。普通用于浮法抛光磨料为粒度约7nmSiO2微粉。
综上所述，浮法抛光技术核心在于：
高面形精度锡盘，以此来保证工件面形高精度。
粒度不大于20nm磨料，目在于增大工件与磨盘接触面积，增多磨料颗粒与工件表面碰撞机会，达到原子量级去除目。
抛光液将工件和磨盘浸没，靠流体作用形成工件与磨盘间液膜，为磨料颗粒与工件碰撞提供环境。
　
五、国内研究现状
长春光机所应用光学国家重点实验室，在短波段光学带动下，从1992年开始研究浮法抛光技术，已研制出一台抛光原理样机，并进行了大量实验。当前对K9玻璃样片抛光实验成果表白，表面粗糙度优于1nmRa。所使用磨料粒度约为25nm。关于实验正在继续进行，并且一台高精度浮法抛光实验样机正在研制中。
（来源：《光学技术》1995年第3期）
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