CN112658977A - 片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，包括如下步骤：S1：提供片状氧化镥激光晶体，提供平面研抛机；S2：在抛光盘上粘贴好聚氨酯抛光垫，将片状氧化镥激光晶体抛光，抛光时滴加一号抛光液；S3：将抛光盘上的聚氨酯抛光垫换成复合抛光垫，将片状氧化镥激光晶体抛光，抛光时滴加二号抛光液；S4：将片状氧化镥激光晶体下盘后翻转，重复步骤S2和S3；S5：利用乙二醇溶液清洗，并静止干燥；S6：置于恒温退火设备中进行退火，除去片状氧化镥激光晶体内部的残余应力。本发明采用化学机械抛光方法加工片状氧化镥激光晶体，抛光以后的片状氧化镥激光晶体表面具有粗糙度小、损伤低、残余应力低以及面型精度高等优异特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法。
背景技术
近年来，百万量级激光输出功率的固体激光器设备作为国家战略需求受到了越来越广泛的重视。这种设备以激光晶体作为增益介质，通过一系列功率放大增强技术实现高功率输出。片状氧化镥单晶以其具有良好的光学各向同性、低声子能量、高热导率、高损伤阈值，适中的受激发射截面等优势，成为了作为固体激光器增益介质的首选材料。当前固体激光器的激光功率大多局限于十几至几十千瓦，然而要突破百万量级的激光功率输出，必需突破制约激光晶体超精密表面形成的一些关键技术，加工制造出一种具有表面质量高、损伤低以及面型精度高的激光晶体作为固体激光器的增益介质。
一方面由于这种晶体材料的弹性极限非常接近于强度极限，在加工过程中施加于材料表明的载荷稍微大于材料本身的强度极限时就会发生脆性断裂，属于典型的硬脆晶体类难加工材料；另一方面由于当前技术条件限制，氧化镥激光晶体的大规模生长一直无法得到突破，致使材料本身无法持续性的用于实验与工业领域。目前针对片状氧化镥激光晶体的超精密加工还处于实验室探索研究阶段，对片状氧化镥激光晶体的超精密加工更是未见报道。
有鉴于此，有必要对现有的片状氧化镥激光晶体加工方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，以解决现有技术无法对片状氧化镥激光晶体进行超精密加工的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，包括如下步骤：
S1：提供片状氧化镥激光晶体，提供平面研抛机，所述平面研抛机包括载物盘和抛光盘，将片状氧化镥激光晶体粘接在载物盘上；
S2：在抛光盘上粘贴好聚氨酯抛光垫，将载物盘有片状氧化镥激光晶体的一面偏心倒置于聚氨酯抛光垫上，所述片状氧化镥激光晶体在随着载物盘的自转同时也随着载物盘在沿抛光盘半径方向摆动，此时抛光盘以相同的转动方向旋转以抛光，抛光时滴加一号抛光液；
S3：将抛光盘上的聚氨酯抛光垫换成复合抛光垫，将载物盘有片状氧化镥激光晶体的一面偏心倒置于复合抛光垫上，所述片状氧化镥激光晶体在随着载物盘的自转同时也随着载物盘在沿抛光盘半径方向摆动，此时抛光盘以相同的转动方向旋转以抛光，抛光时滴加二号抛光液；
S4：将片状氧化镥激光晶体下盘后翻转，然后重新粘接到载物盘上，重复步骤S2和S3，直至抛光至预定的材料余量；
S5：配置乙二醇溶液，将两面抛光完成后的片状氧化镥激光晶体置于超声设备中利用乙二醇溶液清洗，并静止干燥；
S6：将清洗完成后干燥后的片状氧化镥激光晶体置于恒温退火设备中进行退火，除去片状氧化镥激光晶体内部的残余应力。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中片状氧化镥激光晶体尺寸为 10mm×10mm～40mm×40mm的方形片或者
的圆形片，其均匀的粘接在载物盘上同一圆周上。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中的粘接方式为采用石蜡或黄蜡粘接。
作为本发明的进一步改进，步骤S2抛光时压力为15-50KPa，载物盘转速为30-70RPM，抛光盘转速与载物盘的转速一致，载物盘沿抛光盘半径方向的速度设置为正弦变化，抛光时间60-80min。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中载物盘沿抛光盘半径速度按
变化，A取5-20cm/s，T取10-20s。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中一号抛光液包括磨粒与液体，其中磨粒为二氧化硅，粒径为0.5-2um，浓度为0.05-0.08g/ml；液体包括基液、氧化剂、螯合剂，基液为去离子水，氧化剂为双氧水，含量为0.04-0.07g/ml，螯合剂为柠檬酸、氨基酸中的一种，含量为0.05-0.10g/ml。
作为本发明的进一步改进，步骤S3抛光压力为15-30KPa，载物盘转速为 60-100RPM，抛光时间为30-40min。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中复合抛光垫为聚氨酯抛光垫IC1000 和SUBA400抛光垫搭接而成，聚氨酯抛光垫放置在SUBA400抛光垫上面， SUBA400抛光垫粘贴在抛光盘上。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中二号抛光液包括磨粒和液体，其中磨粒为硅溶胶，粒径为30-50nm，浓度为0.04-0.05g/ml；液体包括基液、氧化剂、螯合剂，基液为去离子水，氧化剂为双氧水，含量为0.04-0.07g/ml，螯合剂为柠檬酸、氨基酸中的一种，含量为0.05-0.10g/ml。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中二号抛光液的液体还包括电解质，电解质为Na2O溶液，用以将二号抛光液浓度调整到pH值9-10。
本发明的有益效果是：本发明采用化学机械抛光方法加工片状氧化镥激光晶体，分别对片状氧化镥激光晶体进行粗抛和精抛，填补了对片状氧化镥激光晶体进行超精密加工的空白，采用上述工艺抛光以后的片状氧化镥激光晶体表面具有粗糙度小、损伤低、残余应力低以及面型精度高等优异特性；此外在粗抛和精抛过程中所研制的第一抛光液和第二抛光液绿色环保，废液易于生物降解，不会造成污染。
附图说明
图1是本发明的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法的片状氧化镥激光晶体安置在载物盘上的结构示意图；
图2是本发明的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1和图2所示，本发明提供一种片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，包括如下步骤：
S1：提供片状氧化镥激光晶体1，提供平面研抛机，所述平面研抛机包括载物盘2和抛光盘，将片状氧化镥激光晶体1粘接在载物盘2上；本实施例中，每一载物盘2上放置有四个片状氧化镥激光晶体1，四个所述片状氧化镥激光晶体1呈环形阵列设置；
S2：在抛光盘上粘贴好聚氨酯抛光垫，将载物盘2有片状氧化镥激光晶体1 的一面偏心倒置于聚氨酯抛光垫上，所述片状氧化镥激光晶体1在随着载物盘2 的自转同时也随着载物盘2在沿抛光盘半径方向摆动，此时抛光盘以相同的转动方向旋转以抛光，抛光时滴加一号抛光液；
S3：将抛光盘上的聚氨酯抛光垫换成复合抛光垫，将载物盘2有片状氧化镥激光晶体1的一面偏心倒置于复合抛光垫上，所述片状氧化镥激光晶体1在随着载物盘2的自转同时也随着载物盘2在沿抛光盘半径方向摆动，此时抛光盘以相同的转动方向旋转以抛光，抛光时滴加二号抛光液；
S4：将片状氧化镥激光晶体下盘后翻转，然后重新粘接到载物盘2上，重复步骤S2和S3，直至抛光至预定的材料余量；
S5：配置乙二醇溶液，将两面抛光完成后的片状氧化镥激光晶体1置于超声设备中利用乙二醇溶液清洗，并静止干燥；
S6：将清洗完成后干燥后的片状氧化镥激光晶体1置于恒温退火设备中进行退火，除去片状氧化镥激光晶体内部的残余应力。
步骤S1中的粘接方式为采用石蜡或黄蜡粘接。
步骤S1中片状氧化镥激光晶体1尺寸为10mm×10mm～40mm×40mm的方形片或者
的圆形片，其均匀的粘接在载物盘2上同一圆周上，即呈环形中心设置。
步骤S2抛光时压力为15-50KPa，载物盘2转速为30-70RPM，抛光盘转速与载物盘2的转速一致，载物盘2沿抛光盘半径方向的速度设置为正弦变化，这样可以使得每一片状氧化镥激光晶体1抛光时间相等，本实施例中，抛光时间设定为60-80min。
步骤S2中载物盘2沿抛光盘半径速度按
变化，A取5-20cm/s，T 取10-20s。
步骤S2中一号抛光液包括磨粒与液体，其中磨粒为二氧化硅，粒径为 0.5-2um，浓度为0.05-0.08g/ml；液体包括基液、氧化剂、螯合剂，基液为去离子水，氧化剂为双氧水，含量为0.04-0.07g/ml，螯合剂为柠檬酸、氨基酸中的一种，含量为0.05-0.10g/ml。
步骤S3抛光压力为15-30KPa，载物盘2转速为60-100RPM，抛光时间为 30-40min。
步骤S3中复合抛光垫为聚氨酯抛光垫IC1000和SUBA400抛光垫搭接而成，聚氨酯抛光垫放置在SUBA400抛光垫上面，SUBA400抛光垫粘贴在抛光盘上。
所述步骤S3中二号抛光液包括磨粒和液体，其中磨粒为硅溶胶，粒径为 30-50nm，浓度为0.04-0.05g/ml；液体包括基液、氧化剂、螯合剂，基液为去离子水，氧化剂为双氧水，含量为0.04-0.07g/ml，螯合剂为柠檬酸、氨基酸中的一种，含量为0.05-0.10g/ml。
所述步骤S3中二号抛光液的液体还包括电解质，电解质为Na2O溶液，用以将二号抛光液浓度调整到pH值9-10。
本发明采用化学机械抛光方法加工片状氧化镥激光晶体1，分别对片状氧化镥激光晶体1进行粗抛和精抛，填补了对片状氧化镥激光晶体1进行超精密加工的空白，采用上述工艺抛光以后的片状氧化镥激光晶体1表面具有粗糙度小、损伤低、残余应力低以及面型精度高等优异特性；此外在粗抛和精抛过程中所研制的第一抛光液和第二抛光液绿色环保，废液易于生物降解，不会造成污染。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：所述片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法包括如下步骤：
S1：提供片状氧化镥激光晶体，提供平面研抛机，所述平面研抛机包括载物盘和抛光盘，将片状氧化镥激光晶体粘接在载物盘上；
S2：在抛光盘上粘贴好聚氨酯抛光垫，将载物盘有片状氧化镥激光晶体的一面偏心倒置于聚氨酯抛光垫上，所述片状氧化镥激光晶体在随着载物盘的自转同时也随着载物盘在沿抛光盘半径方向摆动，此时抛光盘以相同的转动方向旋转以抛光，抛光时滴加一号抛光液；
S3：将抛光盘上的聚氨酯抛光垫换成复合抛光垫，将载物盘有片状氧化镥激光晶体的一面偏心倒置于复合抛光垫上，所述片状氧化镥激光晶体在随着载物盘的自转同时也随着载物盘在沿抛光盘半径方向摆动，此时抛光盘以相同的转动方向旋转以抛光，抛光时滴加二号抛光液；
S4：将片状氧化镥激光晶体下盘后翻转，然后重新粘接到载物盘上，重复步骤S2和S3，直至抛光至预定的材料余量；
S5：配置乙二醇溶液，将两面抛光完成后的片状氧化镥激光晶体置于超声设备中利用乙二醇溶液清洗，并静止干燥；
S6：将清洗完成后干燥后的片状氧化镥激光晶体置于恒温退火设备中进行退火，除去片状氧化镥激光晶体内部的残余应力。
2.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S1中片状氧化镥激光晶体尺寸为10mm×10mm～40mm×40mm的方形片或者
的圆形片，其均匀的粘接在载物盘上同一圆周上。
3.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S1中的粘接方式为采用石蜡或黄蜡粘接。
4.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S2抛光时压力为15-50KPa，载物盘转速为30-70RPM，抛光盘转速与载物盘的转速一致，载物盘沿抛光盘半径方向的速度设置为正弦变化，抛光时间60-80min。
5.根据权利要求4所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S2中载物盘沿抛光盘半径速度按
变化，A取5-20cm/s，T取10-20s。
6.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S2中一号抛光液包括磨粒与液体，其中磨粒为二氧化硅，粒径为0.5-2um，浓度为0.05-0.08g/ml；液体包括基液、氧化剂、螯合剂，基液为去离子水，氧化剂为双氧水，含量为0.04-0.07g/ml，螯合剂为柠檬酸、氨基酸中的一种，含量为0.05-0.10g/ml。
7.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S3抛光压力为15-30KPa，载物盘转速为60-100RPM，抛光时间为30-40min。
8.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S3中复合抛光垫为聚氨酯抛光垫IC1000和SUBA400抛光垫搭接而成，聚氨酯抛光垫放置在SUBA400抛光垫上面，SUBA400抛光垫粘贴在抛光盘上。
9.根据权利要求1所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：步骤S3中二号抛光液包括磨粒和液体，其中磨粒为硅溶胶，粒径为30-50nm，浓度为0.04-0.05g/ml；液体包括基液、氧化剂、螯合剂，基液为去离子水，氧化剂为双氧水，含量为0.04-0.07g/ml，螯合剂为柠檬酸、氨基酸中的一种，含量为0.05-0.10g/ml。
10.根据权利要求9所述的片状氧化镥激光晶体化学机械抛光方法，其特征在于：所述步骤S3中二号抛光液的液体还包括电解质，电解质为Na2O溶液，用以将二号抛光液浓度调整到pH值9-10。
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