本發明涉及碳化硅方鏡技術領域，尤其涉及一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法。

背景技術：

碳化硅方鏡主要用于集成電路硅片光刻機工件臺。光刻過程片工件臺要完成步進運動、掃描運動、對準運動、調平調焦運動、上下片等運動，為保證每個運動都要求有高靈敏度和高精度，方鏡上安裝有相互獨立互不干擾的多基準信號，通過雙頻干涉儀器實現閉環控制和在線測量。因此方鏡是一個結構復雜，約束條件多的高精度光學零件。

碳化硅具有較小的熱膨脹系數，較高的導熱系數、耐熱沖擊和彈性模量而常被用作光學器件；但由于碳化硅的莫氏硬度達到9.2-9.5級，僅次于金剛石，所以燒結后的碳化硅方鏡很難加工，不適宜大去除量加工，因此碳化硅方鏡的許多特征均需在素坯狀態下完成加工。凹槽結構是碳化硅方鏡中一個典型的難加工特征，凹槽結構直徑大、底部薄，并且底部下面是中空的減重結構，碳化硅方鏡素坯抗彎強度低(≤25MPa)，刀具切削素坯時會產生振動，容易導致凹槽加工時出現損傷，因此凹槽結構一般在燒結完成后再加工，直接影響產品生產效率。

技術實現要素：

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，用以解決現有加工方法加工效率低，加工過程容易產生損傷的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法包括以下步驟：

步驟1、將石蠟填充到碳化硅方鏡素坯的減重腔的中空部分；

步驟2、使用數控加工中心進行凹槽的加工；

步驟3、對加工后的碳化硅方鏡素坯進行烘烤，直至石蠟全部脫除。

步驟1中，填充用石蠟由復合石蠟與松香按質量比10:1-5:1配置而成，填充體積大于減重腔體積的一半。

復合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸10g-20g、硬脂酸60g-80g、花生酸10g-20g、聚丙烯2g-5g、聚乙烯8g-15g、蜂蠟30g-60g；

精煉石蠟為58#精煉石蠟、60#精煉石蠟按任意質量比混合。

復合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸16.6g、硬脂酸62.5g、花生酸14.9g、聚丙烯3.3g、聚乙烯9.2g、蜂蠟49.5g；

精煉石蠟為58#精煉石蠟、60#精煉石蠟按質量比1：3混合。

步驟2中，數控加工中心使用Φ10-Φ12mm的聚晶金剛石銑刀，且采用螺旋方式進刀。

步驟2中，初始的進給量為1200mm/min，進刀量為0.1mm，進給量及進刀量隨著加工的進行逐漸減小，且均與凹槽底部的厚度成正比，最終進給量減小至600mm/min，進刀量減小至0.05mm。

步驟3中，烘烤的溫度為100-120℃，石蠟脫除過程中溫度需緩慢升高至烘烤溫度，且升溫速率應保持3-5℃/min。

步驟3中，回收脫除的石蠟，并重復利用。

使用該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法加工成形的碳化硅方鏡，該碳化硅方鏡底部具有復雜的減重結構，正面設有凹槽，凹槽直徑大于Φ378mm，深度大于5mm，底部厚度小于等于6mm，底部距離減重腔上表面中空距離大于60mm，要求加工精度±0.2mm。本發明有益效果如下：

1.本發明通過將石蠟填充到碳化硅方鏡素坯的減重腔的中空部分，降低刀具加工碳化硅素坯時產生的振動，提高了碳化硅方鏡素坯加工成品率。

2.利用本發明可將碳化硅方鏡凹槽結構在素坯階段成型，有效降低了燒成后碳化硅方鏡的加工量，提高生產效率。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為碳化硅方鏡減重結構示意圖；

圖2為碳化硅方鏡凹槽結構示意圖；

圖3為碳化硅方鏡剖面圖

具體實施方式

下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。

一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法包括以下步驟：

步驟1、將石蠟填充到碳化硅方鏡素坯的減重腔的中空部分；

步驟2、使用數控加工中心進行凹槽的加工；

步驟3、對加工后的碳化硅方鏡素坯進行烘烤，直至石蠟全部脫除。

步驟1中，填充用石蠟由復合石蠟與松香按質量比10:1-5:1配置而成，本實施例中采用8：1，填充體積大于所述減重腔體積的一半，其目的在于增加凹槽底部支撐，降低刀具加工碳化硅素坯時產生的振動。

復合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸10g-20g、硬脂酸60g-80g、花生酸10g-20g、聚丙烯2g-5g、聚乙烯8g-15g、蜂蠟30g-60g。本實施例中復合石蠟的原料為每1kg精煉石蠟加入：棕櫚酸13、硬脂酸72g、花生酸16g、聚丙烯4.0g、聚乙烯12g、蜂蠟55g。在石蠟中添加少量硬脂酸、棕櫚酸、花生酸可以有效的增加復合石蠟的硬度，使復合石蠟更易于機械加工；加入聚丙烯和聚乙烯可以同時增加復合石蠟的硬度和韌性，使復合石蠟的減震效果更佳明顯；加入蜂蠟，除了能增加韌性之外，還能使符合石蠟表面更佳光滑，保證加工后的精度和交底的粗糙度。

精煉石蠟為58#精煉石蠟、60#精煉石蠟按任意質量比混合，本實施例中采用58#精煉石蠟、60#精煉石蠟等質量混合。

步驟2中，數控加工中心使用Φ10mm的聚晶金剛石銑刀，且采用螺旋方式進刀，選擇此直徑范圍的聚晶金剛石刀具是基于對刀具的切削力和產品加工效率的綜合考慮。

步驟2中，初始的進給量為1200mm/min，進刀量為0.1mm，進給量及進刀量隨著加工的進行逐漸減小，且均與凹槽底部的厚度成正比，最終進給量減小至600mm/min，進刀量減小至0.05mm。加工進行過程中，凹槽底部厚度逐漸減少，采用加工伊始設定的進給量和吃刀量會加大凹槽底部的振動，此時減小進給量及吃刀量，可降低凹槽底部振動，避免碳化硅方鏡素坯凹槽加工過程中產生損傷。

步驟3中，烘烤的溫度為100℃，石蠟脫除過程中升溫速率應保持3-5℃/min至設定溫度，溫度過高會導致碳化硅方鏡素坯開裂。

步驟3中，回收脫除的石蠟，并重復利用。

使用該碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法加工成形的碳化硅方鏡，該碳化硅方鏡設有凹槽，凹槽直徑大于Φ378mm，深度大于5mm，底部厚度小于等于6mm，底部距離減重腔上表面中空距離大于60mm，要求加工精度±0.2mm。

利用本發明的方法對某一碳化硅方鏡素坯進行加工，具體如下：

首先完成碳化硅方鏡素坯減重腔部分的加工，減重腔里面的碎屑必須用吸塵器全部抽干凈，將石蠟加熱至100℃熔化成液體，先加入少量石蠟液體，待凝固后再次加入，重復此操作直到加入石蠟體積占減重腔體積的一半以上，即可停止操作。

其次選擇Φ10mm的聚晶金剛石銑刀，方鏡素坯凹槽加工時，開始采用螺旋方式進刀以1200mm/min進給量，0.1mm的吃刀量進行加工，加工至4mm深時，進給量調整為600mm/min，吃刀量調整為0.05mm進行加工，中間過程可在此范圍內進行調節。

最后碳化硅方鏡素坯全部特征加工完成后，置于可設定程序的烘箱中，設定升溫速率5℃/min至100℃保溫2小時將石蠟脫除，脫除的石蠟可重復使用。

綜上所述，本發明實施例提供了一種碳化硅方鏡素坯凹槽加工方法，利用本發明的加工方法可將方鏡素坯加工過程中的成品率提高至95％以上，減少燒結后碳化硅方鏡的加工量，生產效率可提高3-5倍。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。