CN111943526A - 抛光方法及应用、抛光装置、石英玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃抛光技术领域，尤其是涉及一种抛光方法及应用、抛光装置、石英玻璃。抛光方法包括：通过工作气体产生等离子体；通过产生的所述等离子体给石英玻璃表面加热；使得石英玻璃冷却。本发明还公开了一种抛光装置，用于对石英玻璃的表面进行抛光，本发明还公开了一种将高温等离子体作为石英玻璃的抛光工具的应用。本发明还公开了一种石英玻璃，通过上述方法加工生成。
Description
技术领域
本发明涉及石英玻璃抛光技术领域，尤其是涉及一种抛光方法及应用、抛光装置、石英玻璃。
背景技术
合成石英玻璃以其高纯度，高的透光性，低的热膨胀系数和耐高温等一系列优良的理化性能而成为重要的基础材料，广泛应用于激光核技术、航空航天、半导体集成电路、光电器件和精密仪器等高端电子技术领域。在石英器件的使用过程中，石英器件的表面平整度为较为重要的评判指标，所以如何处理石英器件，使得石英器件的表面较为光滑且具有较少的划痕就成为石英器件加工过程中的重要加工步骤。
现有技术中多采用机械抛光和化学机械抛光，但是机械抛光容易造成石英器件的亚表面损伤，影响石英器件的使用寿命，化学机械抛光会在加工后的石英器件上残留较多的颗粒物，难以被完全清洗干净。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种抛光方法及应用、抛光装置、石英玻璃，能够减少在石英玻璃表面形成划痕或难以清除的颗粒物的概率。
提供了一种抛光方法，其特征在于：
S1：通过工作气体产生等离子体；
S2：通过产生的等离子体给石英玻璃表面加热；
S3：使得石英玻璃冷却。
作为对上述技术方案的进一步补充，在步骤S1中，等离子体的产生方法为：向石英管的内管和外管中通入工作气体，向石英管输送电子，给感应线圈通电使得电子加速并碰撞工作气体，使得石英管内产生等离子体。
作为对上述技术方案的进一步补充，外管中工作气体的流量大于内管中工作气体的流量。
作为对上述技术方案的进一步补充，外管中工作气体的流量为13slm至18slm，内管中工作气体的流量为1.0slm至1.5slm。
作为对上述技术方案的进一步补充，在产生稳定的等离子体后，调整射频电源的功率至900W。
作为对上述技术方案的进一步补充，当等离子体给石英玻璃表面加热时，石英玻璃表面距离石英管的垂直距离为10cm至15cm。
作为对上述技术方案的进一步补充，工作气体为氩气或氦气。
本发明还提供了一种抛光装置，用于对石英玻璃的表面进行抛光，其特征在于，包括：
石英管，石英管包括内管和外管，内管的出口位于外管内，外管上包括输出端，输出端用于向外喷射等离子体；
第一管道和第二管道，第一管道与内管相连接，第一管道用于向内管输送工作气体，第二管道与外管相连接，第二管道用于向内管输送工作气体；
射频电源和感应线圈，感应线圈包围在输出端外侧对应出口的位置上，射频电源用于给感应线圈通电。
本发明还提供了一种将高温等离子体作为石英玻璃的抛光工具的应用。
本发明还提供了一种石英玻璃，由抛光方法加工而成。
有益效果：由于等离子的温度较高，能够达到玻璃的熔化温度，可以使得玻璃表面变为熔融状态，再通过熔融成液体的表层在表面张力的作用下发生原子簇的移动和重排，使得石英玻璃的表面可以形成较为平滑的平面，再通过等离子体在整个石英玻璃表面进行加热，使得整个石英玻璃的表面形成平滑的平面，这种抛光方式不容易在石英玻璃表面形成划痕，也不容易在石英玻璃表明形成难以清除的颗粒物。
附图说明
图1是本发明一种实施例的流程示意图；
图2是本发明一种实施例的结构示意图。
附图标记：气体存储装置201、开关202、第一管道203、第二管道204、流量控制器205、石英管206、内管207、外管208、架体209、出口210、射频电源211、匹配器212、输出端213、石英玻璃214、三轴平台215、夹具216、电火花发生器217和感应线圈218。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的加工原理为：
1、工作气体在通过一定的加工过程，可以产生等离子体，且产生的等离子体的温度可以达到6000-10000K，所以控制等离子体的产生，并通过等离子体给石英玻璃的表面加热，当石英玻璃表面的温度达到1700摄氏度时，石英玻璃的表面能够熔化。
2、熔化后的石英玻璃液体由于表面张力(在表面张力的作用下)，可以在熔化部位形成原子簇的重新排布，从而使得石英玻璃表层变得光滑，使得石英玻璃表面的粗糙度降低。
3、石英玻璃的导热性较差，所以当等离子体对石英玻璃表面加热时，其对石英玻璃表面以下的材料影响较小，可以有效的保护石英玻璃的内部结构。
参照图1和图2，作为本发明的一种实施例，本发明公开了一种基于电感耦合等离子体的石英玻璃214的抛光方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：结合图1和图2，首先向石英管206的内管207和外管208中都通入工作气体，内管207中的工作气体用于产生等离子体，当内管207中的工作气体从内管207的出口210流出且进入到外管208中时，通电火花发生器217通过导体向石英管206中输送电子，过射频电源211给感应线圈218通电，通过感应线圈218产生的磁场使得电子加速移动，并对工作气体产生碰撞，使得刚刚从内管207出口210处流向外管208的工作气体被电子碰撞并电离，从而产生等离子体；外管208中的工作气体的流量大于内管207中工作气体的流量，这种方式使得，在内管207的出口210处产生的等离子体会被外管208中的工作气体带动向如图1所示的下方移动，从而使得等离子体从石英管206的输出端213向外喷出。在本结构中，外管208中的工作气体具有两个作用：1、外管208中的气体的流量较大，能够带动在外管208中产生的等离子体向石英管206外喷出；2、通过外管208中的气体给石英管206降温。
当输出端213产生强光后，表明已经产生了稳定了等离子体，此时关闭电火花发生器217。
步骤二：将待抛光的石英玻璃214放置在石英管206的输出端213下方，使得通过从输出端213喷出的等离子体对石英玻璃214的表面进行加热至石英玻璃214表面熔化。由于当石英玻璃214表面熔化时，形成液体的玻璃表面由于液体表面张力，导致石英玻璃214熔化层的原子簇移动并重新排布，能够形成较为平整的光滑表面，从而形成对石英玻璃214局部的抛光效果。
步骤三：采用步骤二的方法对整个石英玻璃214的表面进行加热，使得整个石英玻璃214的表面均进行抛光，并重复该步骤三次到四次，使得整个石英玻璃214的表面形成较为光滑的平面。
步骤四；完成步骤三后，将石英玻璃214冷却，然后采用去离子水超声震荡清洗后再采用高纯度氮气进行吹干，用于清除石英玻璃214表面在空气中吸附的颗粒物。
作为对上述实施例的补充，外管中所述工作气体的流量为13slm至18slm，内管中所述工作气体的流量为1.0slm至1.5slm。这种设置的有益效果为：1、内管207中工作气体的流量能够产生稳定的等离子体；2、外管208中的工作气体可以带动生成的等离子体向石英管206外喷出，对石英玻璃214进行加热。作为一种实施例，外管208中工作气体的流量为18slm，内管207中工作气体的流量为1.0slm。
作为对上述实施例的补充，在上述步骤中，工作气体可以为氩气或氦气。
作为对上述实施例的补充，在步骤一中，当产生稳定的等离子体后，可以将射频电源211的功率调整到900W，此时产生的等离子体能够将石英玻璃214表面加热至高于熔点，使得石英玻璃214的表面被熔化。
作为对上述实施例的补充，在步骤二中，石英玻璃214的表面距离输出端213的距离为10至15厘米，该设置可以使得等离子体在对石英玻璃214的加热过程中发挥更大的能效。作为一种实施例，该距离为12厘米。
作为对上述实施例的补充，射频电源211通过匹配器212后与感应线圈218相连接，用以调节阻抗。
本发明还提供了一种抛光装置，作为抛光装置的一个实施例，抛光装置包括气体存储装置201、石英管206、第一管道203、第二管道204和三轴平台215，架体209对石英管206进行夹持和限位，石英管206包括内管207和外管208，内管207和外管208都用于通入工作气体，且内管207的长度短于外管208的长度，使得通入内管207的气体可以在流出内管207的出口210时流入外管208。第一管道203的一端与气体存储装置201相连接，另一端与内管207相连接，用于向内管207输送工作气体，第二管道204的一端与气体存储装置201相连接，另一端与外管208相连接，用于向外管208输送工作气体，第一管道203和第二管道204均与流量控制器205相连接，用于控制位于第一管道203和第二管道204中的工作气体的流量。
流量控制器205的作用是：使得进入内管207和外管208中的工作气体为设定值。
外管208的外侧上临近内管207的出口210处的位置包裹有感应线圈218，该感应线圈218与射频电源211相连接，通过射频电源211能够给感应线圈218通电。
本实施例还把包括电火花发生器217，电火花发生器217通过导体与石英管206相连接。
本实施例还包括三轴平台215，三轴平台215位于石英管206的输出端213的下方，三轴平台215用于带动石英玻璃214进行X轴、Y轴和Z轴方向的运动。该结构的有益效果为：可以带动石英玻璃沿着设定的扫描轨迹移动，使得等离子体均匀扫描到石英玻璃的整个表面。
作为对上述实施例的补充，三轴平台215临近石英管206的输出端213的一侧上设有夹具216，该夹具216用于对石英玻璃214进行定位和夹持。
作为一种实施例，该夹具216采用保温材料制成，该结构的有益效果为：1、通过夹具216的保温特性，使得更多的热量可以保留在被加热的石英玻璃214上，能够更有效的利用能量；2、通过夹具216的保温特性，降低传导到三轴平台215上的热量，对三轴平台215进行保护。
上述结构的使用方法为：
首先打开气体存储装置201的开关202，给第一管道203和第二管道204通气，然后通过流量控制器205使得流入外管208中的工作气体的流量大于流入内管207中的工作气体的流量。
然后打开射频电源211，然后开启电火花发生器217，向石英管206内输送电子，通过匹配器212调整阻抗后给感应线圈218通电，通过感应线圈218产生的磁场使得电子加速，快速移动的电子和工作气体碰撞，使得工作气体电离，产生等离子体，待发现石英管206的输出端213产生强光后，即产生稳定的等离子体后，关闭电火花发生器217。
此时将石英玻璃214放置在夹具216上，通过三轴平台215调整石英玻璃214的位置，使得石英玻璃214正好位于输出端213的下方，使得从输出端213喷出的等离子体对石英玻璃214进行加热，从而使得石英玻璃214的表面进行熔化。
然后通过三轴平台215的移动，使得石英玻璃214相对输出端213进行移动，使得从输出端213喷出的等离子体对玻璃上的各个部位进行加热，从而使得各个部分都发生熔化和原子簇的重组，使得石英玻璃214的表面粗糙度降低。
本发明还提供了一种将高温等离子体作为石英玻璃的抛光工具的应用。通过高温等离子体的高温，可以将石英玻璃的表面熔化，通过熔化后的石英玻璃液体由于表面张力作用，可以在熔化部位形成原子簇的重新排布，从而使得石英玻璃表层变得光滑，使得石英玻璃表面的粗糙度降低，达到抛光的效果。
本发明还提供了一种石英玻璃，该石英玻璃能够通过上述的抛光方法加工而成。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (10)
1.一种抛光方法，其特征在于：
S1：通过工作气体产生等离子体；
S2：通过产生的所述等离子体给石英玻璃表面加热；
S3：使得石英玻璃冷却。
2.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，在步骤S1中，所述等离子体的产生方法为：向石英管的内管和外管中通入所述工作气体，向所述石英管输送电子，给感应线圈通电使得电子加速并碰撞所述工作气体，使得所述石英管内产生等离子体。
3.根据权利要求2所述的抛光方法，其特征在于，所述外管中所述工作气体的流量大于所述内管中所述工作气体的流量。
4.根据权利要求3所述的抛光方法，其特征在于，所述外管中所述工作气体的流量为13slm至18slm，所述内管中所述工作气体的流量为1.0slm至1.5slm。
5.根据权利要求2所述的抛光方法，其特征在于，在产生稳定的所述等离子体后，调整射频电源的功率至900W。
6.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，当所述等离子体给所述石英玻璃表面加热时，所述石英玻璃表面距离所述石英管的垂直距离为10cm至15cm。
7.根据权利要求1所述的抛光方法，其特征在于，所述工作气体为氩气或氦气。
8.一种抛光装置，用于对石英玻璃的表面进行抛光，其特征在于，包括：
石英管，所述石英管包括内管和外管，所述内管的出口位于所述外管内，所述外管上包括输出端，所述输出端用于向外喷射等离子体；
第一管道和第二管道，所述第一管道与所述内管相连接，所述第一管道用于向所述内管输送工作气体，所述第二管道与所述外管相连接，所述第二管道用于向所述内管输送工作气体；
射频电源和感应线圈，所述感应线圈包围在所述输出端外侧对应所述出口的位置上，所述射频电源用于给所述感应线圈通电。
9.一种将高温等离子体作为石英玻璃的抛光工具的应用。
10.一种石英玻璃，其特征在于，由权利要求1至6中任意一项所述的抛光方法加工而成。
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| Title |
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| 伍艺龙: ""等离子体抛光机理的研究"", 《中国硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117735824A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 南方科技大学 | 一种微透镜的制作方法、微透镜及其制作系统 |
| CN117735824B (zh) * | 2024-02-19 | 2024-05-07 | 南方科技大学 | 一种微透镜的制作方法、微透镜及其制作系统 |
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