聚焦超声换能器的使用特点,提出了一种新型磨料流抛光加工方法,即采用凹球壳聚焦超声振动的方式在抛光液中产生聚焦磨料流抛光光学材料。先对聚焦超声振动换能器的声压场进行了测量,证明了声压场具有显著的聚焦特性,其中声压的值出现在焦距90 mm处;然后设计实验,利用该装备对碳化硅试件进行了抛光。结果表明:这一方法可以对光学材料进行抛光处理,不仅可以降低表面粗糙度和提高表面质量,而且系统结构比传统的磨料水射流抛光系统更加简单,没有管路、喷嘴损耗等。

采用不同粒径的W28和W7碳化硼（B4C）磨料对蓝宝石晶片进行研磨和化学机械抛光。研究了不同粒径的B4C磨料对蓝宝石晶片研磨和化学机械抛光后的移除率、粗糙度、平坦度、弯曲度、翘曲度等参数的影响。结果表明:W28和W7的磨料有不同的研磨和抛光性能,在相同的加工条件下,使用W28的B4C磨料,移除速率较快,但研磨所得蓝宝石晶片的损伤层较深,单面抛光20μm不足以去除其损伤层,抛光后表面划痕较多,粗糙度较大（Ra=1.319 nm,Rt=2.584 nm）,表面有明显起伏;而W7磨料的移除速率慢,研磨时间长,在单面抛光移除20μm后其损伤层全部移除,抛光所得蓝宝石晶片平坦度略佳,抛光表面平整,粗糙度较小（Ra=0.194 nm,Rt=0.361 nm）,无明显起伏,表面质量相对较高,适于精修平坦度。

采用雾化施液化学机械抛光（CMP）的方法,以材料去除速率和表面粗糙度为评价指标,选取适合硒化锌抛光的磨料,通过单因素实验对比CeO2、SiO2和Al2O3三种磨料的抛光效果。结果显示:采用Al2O3抛光液可以获得的材料去除率,为615.19nm/min,而CeO2和SiO2磨料的材料去除率分别只有184.92和78.56nm/min。进一步分析磨料粒径对实验结果的影响规律,表明100nm Al2O3抛光后的表面质量,粗糙度Ra仅为2.51nm,300nm Al2O3的去除速率,达到1 256.5nm/min,但表面存在严重缺陷,出现明显划痕和蚀坑。在相同工况条件下,与传统化学机械抛光相比,精细雾化抛光的去除速率和表面粗糙度与传统抛光相近,但所用抛光液量约为传统抛光的1/8,大大提高了抛光液的利用率。

随着光学、光电子学及数码产品的蓬勃发展，K9玻璃已在诸多领域得到了广泛的应用。由于K9玻璃属于硬脆材料，在加工过程中极易发生脆性破坏，传统加工技术难以获得超光滑高质量的表面。近年来，固结磨料化学机械抛光技术以其工艺可控性强、加工效率高、加工成本低以及绿色环保等一系列优点受到越来越多的关注。本文采用显微硬度方法分析了化学机械研抛中研抛液对K9玻璃表层硬度的影响，采用失重法对固结磨料研抛K9玻璃的材料去除过程中的机械与化学作用进行了分离，利用正交实验的方法研究分析了各加工参数对K9玻璃研磨和抛光的材料去除率及三维轮廓表面粗糙度影响，优化K9玻璃的研磨抛光工艺。本文所完成的主要工作和研究成果如下：（1）研究了研抛液对K9玻璃的化学作用采用去离子水和研抛液分别浸泡K9玻璃，测量并比较浸泡后K9的维氏硬度和压痕对角线长度，根据所测数值进一步计算出K9玻璃表面生成的变质层厚度，验证了研抛液对K9玻璃的化学作用和变质层厚度随浸泡时间的变化规律。研究表明：研抛液对K9玻璃有比较剧烈的化学作用，可以在K9玻璃表面形成变质层，随着浸泡时间的延长变质层的厚度逐渐增加但增加趋势逐渐减缓