[发明专利]紫外光诱导纳米颗粒胶体射流进行超光滑表面加工的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用紫外光诱导纳米颗粒胶体射流进行超光滑表面加工技术。 

背景技术

随着现代短波光学、强光光学、电子学及薄膜科学的发展，对元件提出超光滑表面的要求，要求表面粗糙度小于1nm Rms。具有较低的表面波纹度以及较高的面形精度；表面疵病与亚表面损伤尽可能减少，表面残余的加工应力极小；晶体表面具有完整的晶格结构，表面无晶格位错。 

由于纳米颗粒具有高比表面及和表面能，使得其在超光滑表面加工领域具有重要的应用。在先技术中，张飞虎、宋孝宗[1]等人在应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法(公开号CN101462256，公开日：2009.06.24)中提出了一种应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法。但是，先技术应用纳米胶体射流抛光元件表面的方法存在材料去除效率低的缺点。张勇[2]等人在胶体液流动压空化射流抛光装置及方法(公开号CN101670556，公开日：2010.03.17)提出利用空化射流的方法提高纳米颗粒胶体射流的材料去除率，但由于在射流过程中空化效应产生的随机性，以及空化点的高温高压特性，使得其加工去除特性及加工表面质量存在不可控因素。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于紫外光诱导纳米颗粒胶体射流进行超光滑表面加工的方法。 

本发明是紫外光诱导纳米颗粒胶体射流进行超光滑表面加工的方法，其步骤为： 

(1)选用波长在200-400nm的紫外光作为反应激励光源； 

(2)按特定成分及组分配制所需的纳米颗粒胶体，开启增压装置，对所配 制的纳米颗粒胶体进行加压； 

(3)打开紫外光源，调节紫外光聚焦系统，使紫外光束以平行光通过光-液耦合喷嘴后按所需光斑直径聚焦于光-液耦合喷嘴的喷嘴口。 

(4)开启控制开关，使纳米颗粒胶体进入光-液耦合喷嘴内，与通过光-液耦合喷嘴的紫外光束发生光-液耦合； 

(5)紫外光束耦合胶体射流束作用在工件表面，与工件表面发生光催化界面反应，控制工件运动，实现脆硬材料工件的超光滑表面加工。 

本发明利用在紫外光场与胶体射流动压场耦合作用下纳米颗粒(粒径在10nm-40nm之间)与加工表面间的光化学反应、界面化学反应以及胶体射流产生的剪切粘滞作用实现对工件表面材料的亚纳米级去除。在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流进行超光滑表面加工的过程中，紫外光的光化学作用对胶体射流中纳米颗粒与工件表面间的界面反应进行充分的激励和强化，从而很大程度提高材料表面原子的去除率，提高超光滑表面制造的效率。 

附图说明

图1为本发明紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统示意图，附图标记及对应名称为：图中1、计算机，2、纳米颗粒胶体容器，3、增压装置，4、控制开关，5、纳米颗粒胶体射流束，6、可调紫外光源，7、反射镜，8、平行紫外光束，9、光-液耦合喷嘴，10、紫外光耦合胶体射流束，11、工件，12、多自由度工作台，13、反应室，14、纳米颗粒胶体循环设备。 

图2为本发明的加工过程示意图，图中5、胶体射流束，8、平行紫外光束，9、光-液耦合喷嘴，10、紫外光耦合胶体射流束，11、工件，15、加工后的工件表面轮廓。 

具体实施方式

本发明紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工超光滑表面的方法，其中紫外光源为低压、中亚、高压汞灯或其他发射紫外光波段的设备，本方法所用紫外光的波长在200-400nm的范围内。加工过程中紫外光束光斑直径范围为0.1～2mm，紫外光束中心辐照强度在0.01-100mW/cm²的范围内可调。 

按质量百分比计，本方法所用的纳米颗粒胶体的组分为：无机纳米颗粒 0.5～20％、去离子水79～99％、pH值调节剂0.1～0.2％、表面活性剂0.2～0.5％。其中所述的无机纳米颗粒的粒径在10nm-40nm范围，无机纳米颗粒为纳米二氧化钛颗粒、纳米二氧化硅颗粒、纳米氧化铈颗粒、纳米氧化铝颗粒及上述无机纳米颗粒的配对组合等。pH值调节剂为碳酸钾，氢氧化钠等。表面活性剂为两性离子表面活性剂氨基酸型R-NH+2-CH2CH2COO-。