高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法和系统与流程

本发明涉及离子束抛光，具体地，涉及一种高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法和系统。

背景技术：

1、硫化锌材料硬度较低且脆性大，是一种宽禁带(3.72ev)ⅱ-ⅵ族半导体材料，在近红外(1～3μm)、中红外(3～5μm)、远红外(8～12μm)等多个光谱波段具有较高的光学透过率，且有适中的机械性能、热学性能和化学稳定性。硫化锌红外硫系玻璃材料是导弹整流罩、保形光窗、红海外制导视窗、红外透镜等的首选材料，且cvd(chemical vapordeposition)-zns在8～12μm光谱波段范围内具有优异的红外透过性，在红外光学领域广泛应用于红外光学制导导引头、光电探测雷达、机载光电吊舱。

2、采用切削加工易引起表面凹坑和裂纹，降低表面质量，同时切削加工会造成较大的亚表层损伤厚度；采用磨削加工方式易产生划痕，造成亚表面损伤，影响材料表面光洁度、性能和使用寿命；而采用传统研抛方式进行硫化锌光窗加工，加工效率低且对于具有复杂形状的光窗形状难以保证加工表面精度。

3、相较于上述几种硫化锌的加工方法，离子束抛光具有以下优点：离子束抛光是一种高确定性、非接触式、原子量级别的光学加工技术，具有面形收敛快、加工精度高、无边缘效应和亚面表损伤；离子束抛光形成的去除函数稳定，形状为高斯形。

4、离子束加工多光谱硫化锌窗口的技术问题在于：①加工多光谱硫化锌窗口时离子束抛光工艺参数的研究(加工距离、气体流量、射频功率、束电压、加速电压、中和电压等)；②根据多光谱硫化锌窗口的面形数据仿真计算驻留时间并生成nc代码；③根据多光谱硫化锌窗口的面形数据计算不同束径下加工硫化锌的迭代次数。

5、专利文献cn115403384a公开了一种多光谱硫化锌的制备方法，包含以下步骤：将标准硫化锌件进行光学抛光加工；在硫化锌件表面上镀制ag+zns混合膜、ag膜和al2o3膜；对镀膜的硫化锌件进行热等静压处理：温度750-950℃，压力130-200mpa；将处理后的硫化锌件双面精磨，去除表面镀膜，得到多光谱硫化锌。然而该专利无法完全解决目前存在的技术问题，也无法满足本发明的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法和系统。

2、根据本发明提供的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，包括：

3、步骤1：采用环抛机对多光谱硫化锌毛胚进行加工，得到多光谱硫化锌光学窗口样件；

4、步骤2：采用激光干涉仪测量样件的面形数据；

5、步骤3：将样件的面形数据导入仿真软件，计算得到离子束加工的nc代码；

6、步骤4：在洁净台内对样件进行清洁处理、非加工面保护和样件装夹；将夹具安装于副真空室的运动机构并移动至主真空室内；

7、步骤5：启动离子束抛光设备的离子源，待离子源运行一段时间后稳定；

8、步骤6：采用宽束径离子束进行粗加工；

9、步骤7：采用窄束径离子束进行精加工；

10、步骤8：加工完成后取出硫化锌样件，待其降至室温后采用激光干涉仪测量样件的面形，得到高精度多光谱硫化锌光学窗口样件。

11、优选地，所述步骤1包括：

12、设置环抛机工艺参数：主轴转速：10rpm；工件环转速：15rpm；抛光垫选用聚氨酯沟槽形，抛光液采用5um氧化铝液，直到去除沙面；

13、设置环抛机工艺参数：主轴转速：2.5rpm；工件环转速：4rpm；抛光垫选用聚氨酯沟槽形，抛光液采用1um氧化铝液，抛光直到振幅pv≤2λ、有效值rms≤1λ，λ＝632.8nm，且平行差≤6″。

14、优选地，所述步骤2包括：调节激光干涉仪背景条纹至零条纹，平行差θ计算数学表达式为：

15、

16、式中，λ为单色光波长；n为被测光学元件折射率；l为被测光学元件的口径大小；n为干涉场l范围内干涉条纹数目；

17、将样件固定在激光干涉仪被测样件位置；

18、激光干涉仪检测软件上做掩膜后，点击测量得到多光谱硫化锌窗口样件面形数据文件.dat。

19、优选地，所述步骤3包括：将激光干涉仪测量得到多光谱硫化锌窗口样件面形数据文件.dat导入metropro软件，设置完所需要加工的口径，然后保存为.xyz面形数据文件；以.xyz面形数据文件为初始面形，通过matlab软件仿真得到离子束抛光机加工驻留时间及nc加工代码。

20、优选地，所述步骤4包括：

21、在洁净台内用丙酮对多光谱硫化锌窗口样件进行擦拭，确保加工表面光洁度良好；

22、用高温胶带对多光谱硫化锌样件非加工面进行粘贴；

23、移动小车上方有样件夹具，将多光谱硫化锌固定在夹具上进把小车推至离子束抛光设备的副腔初，把夹具翻转挂在运动导轨上并移动到加工位置进行固定。

24、优选地，所述步骤5包括：

25、先用机械泵将主腔体真空度抽到低于20pa后，关闭机械泵打开分子泵；

26、将真空室压力抽到低于0.01pa，设置并打开离子束设备加工参数，打开并设置氩气流量为10sccm，进行离子源的起弧点火；

27、离子源打开后，预热30min以上。

28、优选地，所述步骤6包括：采用大束径进行粗加工，其工艺参数为：离子束流电压1100v，射频功率110w，加速电压200v，氩气流量7sccm，加工距离30mm。

29、优选地，所述步骤7包括：采用小束径进行精加工，其工艺参数为：离子束流电压900v，射频功率70w，加速电压100v，氩气流量7sccm，加工距离40mm。

30、优选地，所述步骤8确认得到的多光谱硫化锌窗口样件的面形为：在通光口径内，样件透射波前pv≤0.5λ，任意中50mm范围内透射波前振幅pv≤λ/10、有效值rms≤λ/50，λ＝632.8nm，且平行差≤l"。

31、根据本发明提供的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光系统，采用所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法。

32、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

33、(1)本发明采用了离子束抛光技术作为一种高确定性、非接触式、原子量级别的加工技术，能有效的避免硫化锌加工时产生划痕、凹坑、裂纹、造成亚表面损伤等问题；

34、(2)本发明采用抛光机获得多光谱硫化锌窗口，结合大束径离子束进行粗加工以及小束径离子束进行精修，最终使其抛光表面达到纳米级，大幅提高多光谱硫化锌材料表面质量；尤其适用于高精度多光谱硫化锌窗口的抛光处理。

技术特征：

1.一种高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤1包括：

3.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤2包括：调节激光干涉仪背景条纹至零条纹，平行差θ计算数学表达式为：

4.根据权利要求3所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤3包括：将激光干涉仪测量得到多光谱硫化锌窗口样件面形数据文件.dat导入metropro软件，设置完所需要加工的口径，然后保存为.xyz面形数据文件；以.xyz面形数据文件为初始面形，通过matlab软件仿真得到离子束抛光机加工驻留时间及nc加工代码。

5.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤4包括：

6.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤5包括：

7.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤6包括：采用大束径进行粗加工，其工艺参数为：离子束流电压1100v，射频功率110w，加速电压200v，氩气流量7sccm，加工距离30mm。

8.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤7包括：采用小束径进行精加工，其工艺参数为：离子束流电压900v，射频功率70w，加速电压100v，氩气流量7sccm，加工距离40mm。

9.根据权利要求1所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法，其特征在于，所述步骤8确认得到的多光谱硫化锌窗口样件的面形为：在通光口径内，样件透射波前pv≤0.5λ，任意中50mm范围内透射波前振幅pv≤λ/10、有效值rms≤λ/50，λ＝632.8nm，且平行差≤l"。

10.一种高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光系统，其特征在于，采用权利要求1至9中任一项所述的高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法。

技术总结本发明提供了一种高效率多光谱硫化锌窗口的离子束抛光方法和系统，采用环抛机对多光谱硫化锌毛胚进行加工，得到多光谱硫化锌光学窗口样件；采用激光干涉仪测量样件的面形数据；将测量样件得到的面形数据导入仿真软件计算得到离子束加工的NC代码；在净化台内对样件进行清洁处理、非加工面保护和样件装夹；将夹具安装于副真空室的运动机构并移动至主真空室内；启动离子束抛光设备的离子源，待离子源运行一定的设定时间后稳定；采用宽束径进行粗加工；采用窄束径进行精加工；加工完成后取出样件，待其降至室温后采用激光干涉仪测量样件的面形。采用该方法可大幅提高多光谱硫化锌材料表面质量，得到高精度多光谱硫化锌光学窗口样件。技术研发人员：朱蓓蓓,秦琳,陈肖,梅子进,蔡根,吴宇航,李汉阳受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2