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近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所精密光學(xué)制造與檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室魏朝陽(yáng)研究員團(tuán)隊(duì)在碳化硅表面飛秒激光改性提升拋光效率研究方面取得進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)飛秒激光對(duì)預(yù)涂有Si粉的RB-SiC表面進(jìn)行改性，能夠獲得結(jié)合強(qiáng)度為55.46 N的表面改性層。且改性后的RB-SiC的表面僅經(jīng)過(guò)4.5小時(shí)的拋光，即可得到表面粗糙度Sq 為4.45 nm的光學(xué)表面，與直接研磨拋光相比，拋光效率提高了3倍以上。該研究成果拓展了RB-SiC的表面改性方法，并且激光的可控性和該方法的簡(jiǎn)單性，使得它可以用于復(fù)雜輪廓的RB-SiC表面改性處理。相關(guān)成果發(fā)表在Applied Surface Science（《應(yīng)用表面科學(xué)》）上。

RB-SiC作為一種碳化硅陶瓷，具有優(yōu)異的性能，已成為輕型大型望遠(yuǎn)鏡光學(xué)部件（尤其是大尺寸和復(fù)雜形狀反射鏡）最優(yōu)秀、最可行的材料之一。但是RB-SiC作為一種典型的高硬度、復(fù)相材料，在燒結(jié)過(guò)程中液態(tài)Si與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，有15%-30%的殘余硅留在坯體中。而這兩種材料拋光性能的差異，在表面精密拋光過(guò)程中會(huì)在SiC相和Si相組分的交界處形成微臺(tái)階，容易發(fā)生衍射，不利于獲得高質(zhì)量的拋光表面，給后續(xù)的拋光帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 研究摘要圖

針對(duì)上述問(wèn)題，研究提出了一種飛秒激光表面改性預(yù)處理方法，利用飛秒激光對(duì)預(yù)涂有硅粉的RB-SiC表面進(jìn)行改性，不僅可以解決由于兩相拋光性能差異而引起的表面散射問(wèn)題，而且可以有效地降低RB-SiC基體的拋光難度，提升拋光效率。研究結(jié)果表明，RB-SiC表面預(yù)涂Si粉在飛秒激光作用下被氧化，并且隨著氧化逐漸深入界面，改性層與RB-SiC基體形成鍵合。通過(guò)優(yōu)化激光掃描參數(shù)來(lái)調(diào)整氧化深度，獲得了結(jié)合強(qiáng)度為55.46 N的高質(zhì)量改性層。該改性層相較于RB-SiC基體更易于拋光，使得預(yù)處理后的RB-SiC表面粗糙度可以在短短幾個(gè)小時(shí)的拋光中降低到Sq 4.5 nm，與RB-SiC基體的磨料拋光相比，拋光效率提高了3倍以上。此外，該方法操作簡(jiǎn)單、對(duì)RB-SiC基體表面輪廓的要求低，可以應(yīng)用于更復(fù)雜的RB-SiC表面，并顯著提高拋光效率。

圖2 改性層拋光前后表面粗糙度及3D形貌