WC、SiC光学模压模具的大气等离子体化学加工方法

摘要

WC、SiC光学模压模具的大气等离子体化学加工方法，属于光学模压模具的大气等离子体化学加工方法。它解决了SiC、WC材料的光学模压模具加工成型后，采用磨削及抛光工艺进行加工存在的加工效率低、表面质量差、会产生亚表层损伤使模具的使用寿命降低的问题。本方法通过向等离子体发生器的阴极和阳极之间通入等离子体气体、反应气体和氧气的混合物，并在阴极和阳极上施加射频功率信号，使两个电极之间产生等离子体放电后，将WC或SiC光学模压模具的欲加工表面置于等离子体射流区域发生化学反应，实现对加工成型后的SiC、WC材料的光学模压模具的光学表面加工。本发明用作对WC、SiC光学模压模具表面的光学加工。

主权项

1、一种WC、SiC光学模压模具的大气等离子体化学加工方法，实现本方法的装置由等离子体发生器(1)、射频电源(2)、阻抗匹配器(3)、冷却水泵(4)、等离子体气体瓶(5)、反应气体瓶(6)、第一流量控制器(7)、第二流量控制器(8)、气体混合室(9)、输气管(10)、氧气瓶(11)和第三流量控制器(12)组成，等离子体发生器(1)包括相互平行或同轴套装的阴极(1-1)和阳极(1-2)，阴极(1-1)和阳极(1-2)的外表面分别镀有绝缘膜，阴极(1-1)和阳极(1-2)的内部空腔分别通过管路连通冷却水泵(4)的一个出口，阴极(1-1)和阳极(1-2)分别对应连接经阻抗匹配器(3)阻抗匹配后的射频电源(2)的负极和正极，与气体混合室(9)连通的输气管(10)的出口端位于阴极(1-1)和阳极(1-2)相对所形成的区域内，等离子体气体瓶(5)通过第二流量控制器(8)连通气体混合室(9)，反应气体瓶(6)通过第一流量控制器(7)连通气体混合室(9)，氧气瓶(11)通过第三流量控制器(12)连通气体混合室(9)；其特征在于加工的步骤为：步骤一、打开冷却水泵(4)，使等离子体发生器(1)的阴极(1-1)和阳极(1-2)的内部空腔通入循环冷却水；步骤二、预热射频电源(2)、第一流量控制器(7)、第二流量控制器(8)和第三流量控制器(12)，预热时间为5-10分钟；步骤三、完成预热后，打开等离子体气体瓶(5)、反应气体瓶(6)和氧气瓶(11)，等离子体气体瓶(5)中等离子体气体为He或Ar，反应气体瓶(6)中反应气体为含氟气体，通过第一流量控制器(7)、第二流量控制器(8)和第三流量控制器(12)分别调节等离子体气体、反应气体和氧气的流量，等离子体气体的流量为1升/分钟～40升/分钟，反应气体和氧气与等离子体气体的流量比为1∶10～1∶1000；步骤四、当等离子体发生器(1)的阴极(1-1)和阳极(1-2)之间充满等离子体气体、反应气体和氧气的混合气体后，启动射频电源(2)，逐步增加射频电源(2)的输出功率，使输出功率达到200W～800W，同时控制反射功率为零，在射频电源(2)工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使阴极(1-1)和阳极(1-2)之间有一个稳定的等离子体气体放电区域，呈放电状态的等离子体气体随着混合气体的通入，在等离子体发生器(1)的出口处形成等离子体射流；将WC或SiC光学模压模具的欲加工表面置于等离子体射流区域内让其发生化学反应，形成的模具表面具有准高斯曲面形状，截面曲线具有如下形式：$f\left(x\right)=-a{e}^{-x^2/c}$单位时间加工出的模具的高斯曲面函数为：$f(x,y)=-a{e}^{-(x^2+y^2)/c}$式中x：模具加工截面最低点的垂线与模具原始平面的交点为原点的横坐标；y：模具加工截面最低点的垂线与模具原始平面的交点为原点的纵坐标；a、c：高斯曲面参数；根据模具的初始形状及最终要达到的形状要求计算模具表面材料的去除量，依靠卷积定理解算驻留时间函数，模具表面材料的去除量满足以下公式1：$h(x,y)=f(x,y)*g(x,y)=\int \int -a{e}^{-(u^2+v^2)/c}g(x-u,y-v)\mathrm{dudv}---1$式中g(x，y)：驻留时间函数；u、v：是在数学中做卷积时引入的量；将公式1进行傅里叶变换得到公式2：H(ωx，ωy)＝F(ωx，ωy)·G(ωx，ωy)， 2将公式2变形得到公式3：G(ωx，ωy)＝H(ωx，ωy)/F(ωx，ωy)， 3对公式3进行傅里叶逆变换，得到驻留时间函数g(x，y)；由驻留时间函数g(x，y)确定WC或SiC光学模压模具在等离子体射流区域驻留的时间，由WC或SiC光学模压模具的粗成型加工、精密成型加工、超精密面型修整或超光滑面型加工的要求选择或阶梯式重复步骤三和步骤四完成对WC或SiC光学模压模具的面型加工。