SIPM czyni postępy w modyfikacji laserem femtosekundowym powierzchni węglika krzemu w celu usprawnienia badań nad efektywnością polerowania

Niedawno zespół Wei Chaoyanga w laboratorium Precyzyjnego Centrum Produkcji i Testowania Optyki w Szanghajskim Instytucie Optycznych Maszyn Precyzyjnych Chińskiej Akademii Nauk poczynił postępy w badaniach nad modyfikacją laserem femtosekundowym powierzchni węglika krzemu w celu poprawy wydajności polerowania. Stwierdzono, że modyfikacja powierzchni RB-SiC wstępnie powleczonego proszkiem Si za pomocą lasera femtosekundowego pozwala uzyskać warstwę modyfikującą powierzchnię o sile wiązania 55,46 N. Warstwę modyfikującą powierzchnię można również modyfikować laserem femtosekundowym w celu poprawy wydajności polerowania . Zmodyfikowaną powierzchnię RB-SiC można polerować zaledwie przez 4,5 godziny, uzyskując powierzchnię optyczną o chropowatości powierzchni Sq wynoszącej 4,45 nm, co jest ponad trzykrotnie skuteczniejsze niż polerowanie bezpośrednie. Uzyskane wyniki rozszerzają metodę modyfikacji powierzchni RB-SiC, a sterowalność lasera i prostota metody pozwalają na zastosowanie jej do modyfikacji powierzchni RB-SiC o skomplikowanych konturach. Powiązane wyniki opublikowano w czasopiśmie Applied Surface Science.

RB-SiC, jako ceramika z węglika krzemu o doskonałych właściwościach, stała się jednym z najlepszych i najbardziej możliwych materiałów do produkcji lekkich i dużych elementów optycznych teleskopów, szczególnie do zwierciadeł o dużych rozmiarach i skomplikowanych kształtach. Jednakże RB-SiC, jako typowy materiał o złożonej fazie, o wysokiej twardości, zawiera 15%-30% resztkowego krzemu w półwyrobze, gdy ciekły Si reaguje chemicznie z C podczas procesu spiekania. Różnica we właściwościach polerskich tych dwóch materiałów utworzy mikrostopnie na styku fazy SiC i składników fazy Si podczas procesu precyzyjnego polerowania powierzchni, który jest podatny na dyfrakcję i nie sprzyja uzyskaniu wysokiej jakości polerowanych powierzchni i stanowi duże wyzwanie dla późniejszego polerowania.

Aby rozwiązać powyższe problemy, w pracy zaproponowano metodę obróbki wstępnej modyfikacji powierzchni laserem femtosekundowym, która wykorzystuje laser femtosekundowy do modyfikacji powierzchni RB-SiC pokrytej proszkiem krzemowym, co nie tylko rozwiązuje problem rozpraszania powierzchni ze względu na różnicę w wydajność polerowania obu faz, ale także skutecznie zmniejsza trudność polerowania i poprawia skuteczność polerowania podłoża RB-SiC. Wyniki pokazują, że wstępnie pokryty proszek Si na powierzchni RB-SiC ulega utlenieniu pod działaniem lasera femtosekundowego, a wraz ze stopniowym wnikaniem utleniania w głąb powierzchni międzyfazowej zmodyfikowana warstwa tworzy wiązanie z podłożem RB-SiC. Optymalizując parametry skanowania laserowego w celu dostosowania głębokości utlenienia uzyskano wysokiej jakości modyfikowaną warstwę o sile wiązania 55,46 N. Zmodyfikowana warstwa jest łatwiejsza w polerowaniu w porównaniu z podłożem RB-SiC, co pozwala na zmniejszenie chropowatości powierzchni poddanej obróbce wstępnej RB-SiC do 4,5 nm w ciągu zaledwie kilku godzin polerowania, co jest ponad trzykrotnie bardziej efektywne w porównaniu do polerowanie ścierne podłoża RB-SiC. Ponadto prosta obsługa metody i niskie wymagania dotyczące profilu powierzchni podłoża RB-SiC pozwalają na zastosowanie jej do bardziej złożonych powierzchni RB-SiC i znacząco poprawiają skuteczność polerowania.