藍(lán)寶石具有高硬度（莫氏硬度9）、優(yōu)異的耐腐蝕性以及良好的光學(xué)和機(jī)械性能,因此廣泛應(yīng)用于固態(tài)激光器,精密抗摩擦軸承,紅外窗口,半導(dǎo)體芯片基板等高科技領(lǐng)域。隨著科技迅猛的發(fā)展,對藍(lán)寶石表面平整度要求越來越高,而化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是目前普遍的表面加工技術(shù),是公認(rèn)的可以實(shí)現(xiàn)全局平坦化拋光方法,所以用化學(xué)機(jī)械拋光對藍(lán)寶石表面的超精密拋光成為研究的熱點(diǎn)。在CMP中,拋光漿料和拋光磨料扮演著重要角色,對藍(lán)寶石的拋光質(zhì)量有直接的影響。本文研究了將氧化鋁磨料分散于硅溶膠中獲得了穩(wěn)定性及拋光性能均較好的拋光漿料。采用均相沉淀法制備出粒徑分別為320nm、500nm、1.0μm左右的球形氧化鋁磨料,采用直接沉淀法制備出粒徑320nm的不規(guī)則形貌的氧化鋁磨料,并將不同粒徑、形貌的氧化鋁對藍(lán)寶石進(jìn)行拋光,得出粒徑為1.0μm的球形氧化鋁具有較佳的拋光效果。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）等手段對樣品的形貌、物象等進(jìn)行表征。通過Zeta電位對拋光漿料的分散穩(wěn)定性進(jìn)行檢測,通過原子力顯微鏡（AFM）對藍(lán)寶石拋光前后的表面粗糙度進(jìn)行檢測。主要結(jié)果如下:將氧化鋁磨料分散在硅溶膠中,體系的穩(wěn)定

聚焦超聲換能器的使用特點(diǎn),提出了一種新型磨料流拋光加工方法,即采用凹球殼聚焦超聲振動的方式在拋光液中產(chǎn)生聚焦磨料流拋光光學(xué)材料。先對聚焦超聲振動換能器的聲壓場進(jìn)行了測量,證明了聲壓場具有顯著的聚焦特性,其中聲壓的值出現(xiàn)在焦距90 mm處;然后設(shè)計實(shí)驗,利用該裝備對碳化硅試件進(jìn)行了拋光。結(jié)果表明:這一方法可以對光學(xué)材料進(jìn)行拋光處理,不僅可以降低表面粗糙度和提高表面質(zhì)量,而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的磨料水射流拋光系統(tǒng)更加簡單,沒有管路、噴嘴損耗等。

采用霧化施液化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）的方法,以材料去除速率和表面粗糙度為評價指標(biāo),選取適合硒化鋅拋光的磨料,通過單因素實(shí)驗對比CeO2、SiO2和Al2O3三種磨料的拋光效果。結(jié)果顯示:采用Al2O3拋光液可以獲得的材料去除率,為615.19nm/min,而CeO2和SiO2磨料的材料去除率分別只有184.92和78.56nm/min。進(jìn)一步分析磨料粒徑對實(shí)驗結(jié)果的影響規(guī)律,表明100nm Al2O3拋光后的表面質(zhì)量,粗糙度Ra僅為2.51nm,300nm Al2O3的去除速率,達(dá)到1 256.5nm/min,但表面存在嚴(yán)重缺陷,出現(xiàn)明顯劃痕和蝕坑。在相同工況條件下,與傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械拋光相比,精細(xì)霧化拋光的去除速率和表面粗糙度與傳統(tǒng)拋光相近,但所用拋光液量約為傳統(tǒng)拋光的1/8,大大提高了拋光液的利用率。

隨著光學(xué)、光電子學(xué)及數(shù)碼產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展，K9玻璃已在諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于K9玻璃屬于硬脆材料，在加工過程中極易發(fā)生脆性破壞，傳統(tǒng)加工技術(shù)難以獲得超光滑高質(zhì)量的表面。近年來，固結(jié)磨料化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)以其工藝可控性強(qiáng)、加工效率高、加工成本低以及綠色環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注。本文采用顯微硬度方法分析了化學(xué)機(jī)械研拋中研拋液對K9玻璃表層硬度的影響，采用失重法對固結(jié)磨料研拋K9玻璃的材料去除過程中的機(jī)械與化學(xué)作用進(jìn)行了分離，利用正交實(shí)驗的方法研究分析了各加工參數(shù)對K9玻璃研磨和拋光的材料去除率及三維輪廓表面粗糙度影響，優(yōu)化K9玻璃的研磨拋光工藝。本文所完成的主要工作和研究成果如下：（1）研究了研拋液對K9玻璃的化學(xué)作用采用去離子水和研拋液分別浸泡K9玻璃，測量并比較浸泡后K9的維氏硬度和壓痕對角線長度，根據(jù)所測數(shù)值進(jìn)一步計算出K9玻璃表面生成的變質(zhì)層厚度，驗證了研拋液對K9玻璃的化學(xué)作用和變質(zhì)層厚度隨浸泡時間的變化規(guī)律。研究表明：研拋液對K9玻璃有比較劇烈的化學(xué)作用，可以在K9玻璃表面形成變質(zhì)層，隨著浸泡時間的延長變質(zhì)層的厚度逐漸增加但增加趨勢逐漸減緩