材料去除效率、提升加工表面质量。研究发现，通过等离子体氧化辅助抛光，表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.626 nm和0.480 nm；通过热氧化辅助抛光，表面粗糙度RMS和Ra分别达到0.920 nm和0.726 nm；在电化学氧化中，基于DealGrove模型计算得到的氧化速度为5.3 nm/s，电化学氧化辅助抛光后的表面粗糙度RMS和Ra分别是4428 nm和3.453 nm。氧化辅助抛光有助于烧结碳化硅加工工艺水平的提升，促进碳化硅零件在光学、陶瓷等领域的应用。
关键词：特种加工工艺；烧结碳化硅；氧化辅助抛光；表面粗糙度；材料去除效率
中图分类号：TH164；TB332文献标志码：A
Abstract：Oxidationassisted polishing is an important machining method for obtaining SiC parts with high precision. Through plasma oxidation， thermal oxidation， and anodic oxidation， soft oxide can be obtained on the RSSiC substrate. With the assistance of abrasive polishing to remove the oxide rapidly， the material removal rate can be increased and the surface quality can be improved. The research results indicate that the surface roughness rootmeansquare （RMS） and roughnessaverage （Ra） can reach 0.626 nm and 0.480 nm by plasma oxidationassisted polishing； in thermal oxidationassisted polishing， the RMS and Ra can be 0.920 nm and 0.726 nm； in anodic oxidation， the calculated oxidation rate is 5.3 nm/s based on DealGrove model， and the RMS and Ra are 4.428 nm and 3.453 nm respectively in anodic oxidationassisted polishing. The oxidationassisted polishing can be propitious to improve the process level in machining RSSiC， which would promote the application of SiC parts in optics and ceramics fields.
Keywords：nontraditional machining； RSSiC； oxidationassisted polishing； surface roughness； material removal rate
随着空间技术的不断发展，大口径、轻量化、高精度反射镜成为侦察监视系统、激光雷达系统、大型天文望远镜的关键部件，空间应用的特殊性对镜面材料提出了严格的要求。烧结碳化硅（RSSiC）由于具有机械硬度高、化学稳定性强、尺寸稳定性好、表面质量高、比刚度大、热变形系数小、抗辐照性能好、成本低等优点，成为制作空间反射镜和大型地基反射镜的理想材料，目前以碳化硅为主体材料的镜面已经在美国、欧州各国、日本和中国的许多空间光学系统中得到应用[14]。随着碳化硅烧结工艺的不断改进和制造成本的不断下降，其应用从小批量专门化的镜面材料向大批量规模化的陶瓷部件扩展，轴承、阀片、内衬、喷嘴、轮机叶片、热偶套管等碳化硅零件已经应用于机械、冶金、石油、化工等工业部门[57]。
河北科技大学学报2016年第5期沈新民，等：碳化硅零件氧化辅助抛光超精密加工的研究现状RSSiC作为典型的难加工材料，首先是因为其材料硬度大，加工去除效率低[4]。表1是常见材料的莫氏硬度对比，可以发现RSSiC的硬度次于金刚石，高于常用的抛光材料，因此其加工过程中材料去除效率低，尤其是在抛光阶段，由于不存在水解作用，其加工效率往往低于玻璃的1/10[8]。RSSiC难加工还因为其构成组分多，导致加工表面质量差[4]。RSSiC的制备工艺是在陶瓷先驱体中反应活性的碳与熔融硅反应生成新的碳化硅，新的碳化硅原位结合先驱体中原有的碳化硅颗粒，多余的硅填充其间的气孔，在1 500～1 600 ℃条件下最终形成100%致密的坯体。由烧结制备工艺可知，RSSiC包含碳化硅和硅两相[9]，图1 a）和图1 b）分别是用扫描电子显微镜（SEM）观测到的表面形貌和透射电子显微镜（TEM）观测到的截面形貌。由于碳化硅相与硅相的性质存在差异，直接加工RSSiC难以获得满足空间光学应用要求的高质量表面。
随着对RSSiC零件数量需求的增大和质量要求的提高，以氧化辅助抛光为代表的化学机械抛光技术成为研究领域的热点。根据氧化方法的不同，国内外学者先后开发了等离子体辅助抛光[10]、热氧化辅助抛光[11]、电化学辅助抛光[1213]、催化剂辅助蚀刻[14]、紫外线辅助抛光[15]等加工技术。相对于传统的磁流变抛光[16]、单点金刚石车削[17]、在线电解修整磨削[18]、离子束加工[19]、等离子体化学气化加工[20]、反应等离子体技术[21]等碳化硅零件加工方法，氧化辅助抛光具有系统结构简单、效率易控可调、表面光滑平顺等优势， 促进了碳化硅零件在光学、半导体、陶瓷等领域的应用[4]。
