SIPM macht Fortschritte bei der Femtosekunden-Lasermodifikation von Siliziumkarbidoberflächen, um die Forschung zur Poliereffizienz zu verbessern

Kürzlich hat das Team von Wei Chaoyang im Precision Optical Manufacturing and Testing Center Laboratory des Shanghai Institute of Optical Precision Machinery der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Fortschritte bei der Untersuchung der Femtosekundenlasermodifikation von Siliziumkarbidoberflächen zur Verbesserung der Poliereffizienz erzielt. Es wurde festgestellt, dass durch die Oberflächenmodifikation von mit Si-Pulver vorbeschichtetem RB-SiC durch einen Femtosekundenlaser eine Oberflächenmodifikationsschicht mit einer Bindungsfestigkeit von 55,46 N erhalten werden kann. Die Oberflächenmodifikationsschicht kann auch durch einen Femtosekundenlaser modifiziert werden, um die Poliereffizienz zu verbessern . Die modifizierte RB-SiC-Oberfläche kann nur 4,5 Stunden lang poliert werden, um eine optische Oberfläche mit einer Oberflächenrauheit Sq von 4,45 nm zu erhalten, was mehr als dreimal effizienter ist als direktes Polieren. Die Ergebnisse erweitern die Methode zur Oberflächenmodifikation von RB-SiC, und die Steuerbarkeit des Lasers und die Einfachheit der Methode ermöglichen den Einsatz zur Oberflächenmodifikation von RB-SiC mit komplexen Konturen. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in Applied Surface Science veröffentlicht.

RB-SiC hat sich als Siliziumkarbidkeramik mit hervorragenden Eigenschaften zu einem der hervorragendsten und praktischsten Materialien für leichte und große optische Teleskopkomponenten entwickelt, insbesondere für große und komplex geformte Spiegel. Allerdings weist RB-SiC als typisches hochhartes, komplexphasiges Material 15 % -30 % Restsilizium im Rohling auf, wenn flüssiges Si während des Sinterprozesses chemisch mit C reagiert. Und der Unterschied in den Poliereigenschaften dieser beiden Materialien führt während des Oberflächenpräzisionspolierprozesses zu Mikrostufen an der Verbindung von SiC-Phasen- und Si-Phasenkomponenten, die anfällig für Beugung sind und der Erzielung hochwertiger polierter Oberflächen nicht förderlich sind und stellt eine große Herausforderung für das anschließende Polieren dar.

Um die oben genannten Probleme anzugehen, schlägt die Studie eine Vorbehandlungsmethode zur Oberflächenmodifikation mit einem Femtosekundenlaser vor, bei der ein Femtosekundenlaser zur Modifizierung der mit Siliziumpulver vorbeschichteten RB-SiC-Oberfläche verwendet wird, wodurch nicht nur das Problem der Oberflächenstreuung aufgrund der unterschiedlichen Oberflächen gelöst wird die Polierleistung der beiden Phasen, sondern reduziert auch effektiv die Schwierigkeit des Polierens und verbessert die Effizienz des Polierens des RB-SiC-Substrats. Die Ergebnisse zeigen, dass das vorbeschichtete Si-Pulver auf der RB-SiC-Oberfläche unter der Wirkung eines Femtosekundenlasers oxidiert wird und die Oxidation allmählich tiefer in die Grenzfläche eindringt und die modifizierte Schicht eine Bindung mit dem RB-SiC-Substrat eingeht. Durch Optimierung der Laserscan-Parameter zur Anpassung der Oxidationstiefe wurde eine hochwertige modifizierte Schicht mit einer Bindungsfestigkeit von 55,46 N erhalten. Die modifizierte Schicht lässt sich im Vergleich zum RB-SiC-Substrat leichter polieren, sodass die Oberflächenrauheit des vorbehandelten RB-SiC in nur wenigen Polierstunden auf 4,5 nm Quadratmillimeter reduziert werden kann, was im Vergleich zu mehr als dreimal effizienter ist das abrasive Polieren des RB-SiC-Substrats. Darüber hinaus können die einfache Bedienung und die geringen Anforderungen an das Oberflächenprofil des RB-SiC-Substrats des Verfahrens auf komplexere RB-SiC-Oberflächen angewendet werden und die Poliereffizienz erheblich verbessern.