CN113684461A - 一种具有面形修正能力的sic反射镜表面改性工艺方法 - Google Patents
一种具有面形修正能力的sic反射镜表面改性工艺方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113684461A CN113684461A CN202110936830.5A CN202110936830A CN113684461A CN 113684461 A CN113684461 A CN 113684461A CN 202110936830 A CN202110936830 A CN 202110936830A CN 113684461 A CN113684461 A CN 113684461A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface shape
- workpiece
- deposited
- aperture
- deposition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012986 modification Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000004048 modification Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 30
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 claims description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/10—Glass or silica
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，解决了目前对碳化硅的整体加工效率低下，加工面形精度要求高的问题，其技术方案要点是通过在待改性工件与靶材之间放置一个具有孔径的遮挡板，根据测量得到的需要增加的面形量和单位淀积函数，计算改性膜层驻留时间分布，通过对工件的运动轨迹进行规划，进行工件表面改性层面形可控沉积，本发明的一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，可实现局部可控沉积，有效减低改性前工件面形的精度要求，减少粗抛光加工时间，提高了整体加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜沉积技术，特别涉及一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法。
背景技术
随着空间科学研究的迅猛发展，涉及深空探测、天文光学及对地观测等领域的研究已成为发达国家的一个主要研究目标。同步卫星、探测卫星、大型望远镜等一系列空间光学遥感器的问世，为人类探索宇宙提供了科学依据。而光学系统是整个空间光学遥感器最重要组成部分，SiC材料凭借其优异的物理特性和机械特性，已经成为空间用大口径反射镜基底的首选材料之一。但由于其陶瓷多微孔结构的特点，直接抛光后的SiC基底反射镜表面光学散射较大，无法满足高质量空间光学系统的应用需求。为解决这一矛盾，就必须要对SiC基底反射镜进行表面改性，提高其表面的光学质量，以满足空间光学系统对高分辨率的迫切要求。所谓SiC基底表面改性就是要在SiC基底表面镀制一层结合牢固且抛光性能良好的相当厚度的致密改性层，覆盖住基底表面缺陷，然后再对致密改性层进行光学精密抛光，以达到获得较高质量的光学表面的目的。SiC基底反射镜表面改性常用的一种方法是通过物理气相沉积(PVD)的办法在基底表面沉积一层Si改性层。
目前常见的物理气相沉积(PVD)方法均是基体材料上均匀沉积一层改性层，改性后的表面面形几乎和原基体材料面形相同，因此，为了减少改性后的光学精密抛光任务量，一般要求SiC材料改性前的面形精度在1/10λ(λ＝632.8nm)量级，而且，由于SiC材料本身硬度大，抛光效率低，如此高的初始面形精度要求极大增加了SiC反射镜粗抛光的加工时间，从而从整体上限制了SiC反射镜的加工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，可实现局部可控沉积，减少粗抛光加工时间，提高了整体加工效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，包括有以下步骤：
S1、测量获取工件的面形函数记为P，理想面形为W，计算获得实际面形误差为E＝P-W，待淀积面形量为H＝W-P+t，其中t为整体平移量，t＞0；
S2、选择具有孔径的遮挡板放置于待改性工件前，根据待淀积面形量H的空间周期选择对应合适孔径的遮挡板、镀膜工艺参数，计算获取遮挡板孔径对应的单位淀积函数轮廓R；
S3、选择合适的沉积策略，根据待淀积面形量H和单位淀积轮廓R，计算获取驻留时间分布T；
S4、根据驻留时间分布T，设置工件的运动轨迹策略；
S5、根据设定的运动轨迹策略和镀膜工艺参数，对工件进行表面改性沉积；
S6、检测表面改性后的面形，若不符合设定合格标准，则重复步骤S1-S5；反之，结束加工。
作为优选，综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过具有孔径的遮挡板设置，可实现工件表面的局部可控增材，通过结合对工件的运动轨迹和沉积驻留时间的规划设定，可实现工件表面改性层面形可控沉积；
通过局部可控沉积，能极大减低改性前工件面形的精度要求，可减少碳化硅反射镜粗抛光的加工时间，进而可提高整体碳化硅反射镜的加工效率；
且通过局部可控沉积，可减小沉积层的厚度，进而降低镀膜应力，提高镀膜结合力。
附图说明
图1为本方法的流程示意图；
图2为工件、靶材及遮挡板之间的结构关系示意图。
图中：1、工件；2、遮挡板；3、靶材高速粒子；4、靶材。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
根据一个或多个实施例，公开了一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，如图1及图2所示，包括有以下步骤：
S1、测量获取工件的面形函数，记为P，理想面形方程为W，计算获得实际面形误差为E＝P-W，待淀积面形量为H＝W-P+t；其中，t为整体平移量，t＞0，确保淀积面形量待淀积面形量H中最小值大于0。
对于t的取值，优选为使得待淀积面形量H中的最小值范围为0-5μm之间。
S2、选择具有孔径的遮挡板放置于待改性工件前，根据待淀积面形量H的空间周期选择对应合适孔径的遮挡板及设置镀膜工艺参数，计算获取遮挡板孔径对应的单位淀积函数轮廓R。遮挡板孔径的直径一般应该小于待淀积面形量H空间周期的平均波长。
S3、根据待淀积面形量H和单位淀积轮廓R，计算获取驻留时间分布T。
沉积策略首先采用孔径和工件口径相同的遮挡板进行遮挡，并在整个工件表面均匀沉积一层厚度为待淀积面形量H中最小值的改性层；再根据待淀积面形量H的空间周期，按照遮挡板孔径逐渐递减的顺序逐步更换遮挡板进行对应沉积处理。遮挡板放置于工件和靶材之间，在镀膜系统的作用下，靶材高速粒子通过遮挡板的孔径在工件对应表面进行沉积改性。
具体的，遮挡板孔径做成一系列的标准工具，和镀膜机做成标准可更换装夹方式，通过专用的接口形式进行更换。孔径的选择根据沉淀面形量的空间周期来选择，孔径大小略小于对应的空间周期遮挡板的孔径根据面形H的空间波长，一般H是有不同波长的面形组成，首先波长的大小，由波长大的开始，依次递减，孔径的大小一般应小于对应的修形的空间波长。
S4、根据驻留时间分布T，设置工件的运动轨迹策略；
具体的，根据工件的面形图纸，设置工件坐标系原点，一般为工件正中心，通过数控系统对刀装置模块，确定遮挡板孔径的中心相对工件中心的相对位置关系，通过数控系统选择栅格扫描轨迹或者螺旋扫描轨迹，根据计算得到的驻留时间分布，驱动工件或者遮挡板进行相对位置的移动，使得遮挡板孔径在需要沉积面形厚的地方停留时间比其他地方驻留长一点，依次类推，得到厚度不一的沉淀面形。
S5、根据设定的运动轨迹策略和镀膜工艺参数，对工件进行表面改性沉积；具体的镀膜工艺参数可以为常规镀膜工艺热蒸发、溅射、离子镀中的任意一种。
S6、检测表面改性后的面形，若不符合设定合格标准，则重复上述步骤；反之，结束加工。将检测获取的实际面形误差作为检测判断依据，其中合格标准为面形误差E小于工艺设定的数值X，即当E＝P-W<X,即为合格。
具有一定孔径大小的遮挡板的设置，可实现工件表面的局部可控增材，通过结合对工件的运动轨迹和沉积驻留时间的规划设定，可实现工件表面改性层面形可控沉积。通过局部可控沉积，能极大减低改性前工件面形的精度要求，提高整体碳化硅反射镜的加工效率。且通过局部可控沉积，可减小沉积层的厚度，进而降低镀膜应力，提高镀膜结合力。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (4)
1.一种具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，其特征是，包括有以下步骤：
S1、测量获取工件的面形函数记为P，理想面形为W，计算获得实际面形误差为E＝P-W，待淀积面形量为H＝W-P+t，其中t为整体平移量，t＞0；
S2、选择具有孔径的遮挡板放置于待改性工件前，根据待淀积面形量H的空间周期选择对应孔径的遮挡板、镀膜工艺参数，计算获取遮挡板孔径对应的单位淀积函数轮廓R；
S3、设定沉积策略，根据待淀积面形量H和单位淀积轮廓R，计算获取驻留时间分布T；
S4、根据驻留时间分布T，设置工件的运动轨迹策略；
S5、根据设定的运动轨迹策略和镀膜工艺参数，对工件进行表面改性沉积；
S6、检测表面改性后的面形，若不符合设定合格标准，则重复步骤S1-S5；反之，结束加工。
2.根据权利要求1所述的具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，其特征是，沉积策略具体为：
先采用孔径与工件口径相同的遮挡板，在整个工件表面均匀沉积一层厚度为待淀积面形量H中最小值的改性层；
根据待淀积面形量H的空间周期，按照遮挡板孔径递减顺序逐步替换遮挡板。
3.根据权利要求2所述的具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，其特征是：所述整体平移量t确定所述待淀积面形量H的最小值，整体平移量t取值范围为0-5μm之间。
4.根据权利要求1所述的具有面形修正能力的SIC反射镜表面改性工艺方法，其特征是：所述镀膜工艺参数为热蒸发、溅射和离子镀中的一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110936830.5A CN113684461A (zh) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | 一种具有面形修正能力的sic反射镜表面改性工艺方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110936830.5A CN113684461A (zh) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | 一种具有面形修正能力的sic反射镜表面改性工艺方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113684461A true CN113684461A (zh) | 2021-11-23 |
Family
ID=78580043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110936830.5A Pending CN113684461A (zh) | 2021-08-16 | 2021-08-16 | 一种具有面形修正能力的sic反射镜表面改性工艺方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113684461A (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1168980A (en) * | 1965-12-29 | 1969-10-29 | Perkin Elmer Corp | Surface Finishing of Optical Elements |
| CN1480744A (zh) * | 1997-05-16 | 2004-03-10 | 保谷株式会社 | 具有抗反射膜的塑料光学器件以及用来使抗反射膜的厚度均一的机构 |
| JP2005321565A (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Canon Inc | 光学素子の製造方法 |
| JP2007098438A (ja) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Canon Inc | イオンビーム加工方法及び加工装置 |
| CN101261511A (zh) * | 2008-03-31 | 2008-09-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 离子束抛光工艺中面形收敛精度的控制方法 |
| CN101898324A (zh) * | 2010-07-28 | 2010-12-01 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 高陡度镜面的离子束抛光方法 |
| CN102501180A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-06-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 对轻质反射镜压印效应误差的修正方法 |
| US20170198387A1 (en) * | 2014-06-03 | 2017-07-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Evaporation apparatus and evaporation method |
| CN108468029A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-31 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 用于碳化硅光学镜面改性与面形提升的磁控溅射扫描方法 |
| CN108555729A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-09-21 | 复旦大学 | 光学镜片小磨头光学加工中的边缘误差控制方法 |
| CN113021121A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-06-25 | 南京施密特光学仪器有限公司 | 碳化硅反射镜改性加工与检测控制系统及方法 |
-
2021
- 2021-08-16 CN CN202110936830.5A patent/CN113684461A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1168980A (en) * | 1965-12-29 | 1969-10-29 | Perkin Elmer Corp | Surface Finishing of Optical Elements |
| CN1480744A (zh) * | 1997-05-16 | 2004-03-10 | 保谷株式会社 | 具有抗反射膜的塑料光学器件以及用来使抗反射膜的厚度均一的机构 |
| JP2005321565A (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Canon Inc | 光学素子の製造方法 |
| JP2007098438A (ja) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Canon Inc | イオンビーム加工方法及び加工装置 |
| CN101261511A (zh) * | 2008-03-31 | 2008-09-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 离子束抛光工艺中面形收敛精度的控制方法 |
| CN101898324A (zh) * | 2010-07-28 | 2010-12-01 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 高陡度镜面的离子束抛光方法 |
| CN102501180A (zh) * | 2011-10-26 | 2012-06-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 对轻质反射镜压印效应误差的修正方法 |
| US20170198387A1 (en) * | 2014-06-03 | 2017-07-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Evaporation apparatus and evaporation method |
| CN108555729A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-09-21 | 复旦大学 | 光学镜片小磨头光学加工中的边缘误差控制方法 |
| CN108468029A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-08-31 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 用于碳化硅光学镜面改性与面形提升的磁控溅射扫描方法 |
| CN113021121A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-06-25 | 南京施密特光学仪器有限公司 | 碳化硅反射镜改性加工与检测控制系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10605966B2 (en) | Enhanced performance metallic based optical mirror substrates | |
| CN108468029B (zh) | 用于碳化硅光学镜面改性与面形提升的磁控溅射扫描方法 | |
| Abernathy et al. | Exploration of co-sputtered Ta2O5–ZrO2 thin films for gravitational-wave detectors | |
| Risse et al. | Novel TMA telescope based on ultra precise metal mirrors | |
| O'Dell et al. | Toward large-area sub-arcsecond x-ray telescopes II | |
| Pareschi et al. | Status of the technologies for the production of the Cherenkov Telescope Array (CTA) mirrors | |
| Li et al. | Advanced optical manufacturing technologies | |
| CN113655592B (zh) | 一种大口径高精度光学元件膜层应力形变调控方法 | |
| CN113684461A (zh) | 一种具有面形修正能力的sic反射镜表面改性工艺方法 | |
| CN105132881B (zh) | 一种用于大口径曲率半径比透镜的光学薄膜膜系设计方法 | |
| EP2890551A1 (en) | Holding device and method for coating optical element | |
| O'Dell et al. | Toward large-area sub-arcsecond x-ray telescopes | |
| Hudec et al. | Czechoslovak replica X-ray mirrors for astronomical applications | |
| EP3488272A1 (en) | Optical elements with stress-balancing coatings | |
| US20200132894A1 (en) | Support for reflective optical element | |
| CN111500985B (zh) | 一种用于低应力全介质光学薄膜的制备方法 | |
| US20200110203A1 (en) | Reflective optical element | |
| CN113684451A (zh) | 一种碳化硅光学镜片的增材面形修正装置 | |
| Romaine et al. | Improved release coatings for electroformed x-ray optics | |
| Yamazaki et al. | Neutron Focusing by a Kirkpatrick–Baez Type Super-Mirror | |
| Venugopal et al. | Optical System | |
| Kim et al. | Special section guest editorial: ultraprecision optics fabrication and characterization | |
| CN110551979B (zh) | 一种碳化硅表面改性方法 | |
| Gurgew et al. | Characterization of NiC multilayer coating stress for x-ray optic applications | |
| Romaine et al. | Application of multilayer coatings to replicated substrates |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211123 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |