浮法拋光技術(shù)首先出現(xiàn)于日本，是加工超光滑表面的先進(jìn)技術(shù)之一。本文介紹用浮法拋光加工超光滑表面的機(jī)械結(jié)構(gòu)和加工過程，與傳統(tǒng)的瀝青拋光方法進(jìn)行比較，分析材料去除機(jī)理。最后簡單介紹我國研究浮法拋光技術(shù)的進(jìn)展。
　　
　　一、浮法拋光技術(shù)的產(chǎn)生與現(xiàn)狀
　　
　　光學(xué)零件的加工基本包括切割成型、研磨、拋光三道工序；最終的光學(xué)表面質(zhì)量由拋光決定，因此拋光是最重要的工序。通常高質(zhì)量光滑表面的拋光是以瀝青或纖維等彈性材料作磨盤，配以拋光液或研磨膏來達(dá)到技術(shù)要求。
　　
　　近年來，光學(xué)及微電子學(xué)極大地推動(dòng)了光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展。大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路對(duì)所用基片(通常為硅、鍺等材料)的表面精度提出了很高的要求；短波段光學(xué)的發(fā)展尤其是強(qiáng)激光技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)光學(xué)元件表面粗糙度的要求極為苛刻。表面粗糙度低于1nm rms的超光滑表面加工技術(shù)已成為光學(xué)及微電子學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的重要課題?？總鹘y(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)依賴性的光學(xué)加工方法是不能滿足日益發(fā)展的光學(xué)、電子學(xué)要求的。國內(nèi)外已有許多科學(xué)家在探索加工高精度超光滑表面的各種技術(shù)。一般原子直徑小于0.3nm，而超光滑表面微觀起伏的均方根值為幾個(gè)原子的尺寸，因此實(shí)現(xiàn)超光滑表面加工的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)表面材料原子量級(jí)的去除。
　　
　　1997年，日本大坂大學(xué)的難波義治教授發(fā)明了浮法拋光(Float Polishing)加工超光滑表面技術(shù)。通過使用這項(xiàng)技術(shù)，可使剛玉單晶的平面面形達(dá)到λ/20，表面粗糙度低于1nm Rz。1987年的研究報(bào)告表明，使用浮法技術(shù)進(jìn)行多種材料的拋光實(shí)驗(yàn)，對(duì)φ180mm的工作，可以達(dá)到表面粗糙度優(yōu)于o.2nm rms，平面度優(yōu)于λ/20=0.03μm。
　　
　　目前在日本，浮法拋光技術(shù)應(yīng)用很廣泛，尤其是用于錄音機(jī)、錄像機(jī)或計(jì)算機(jī)的磁頭生產(chǎn)；每年有2500萬個(gè)磁頭就是采用這項(xiàng)技術(shù)制造的。近年來，德國也在研究類似拋光技術(shù)。德國Ulm大學(xué)的歐威(O. Weis)研究表明，對(duì)白寶石材料的φ7mm的工件進(jìn)行拋光，30分鐘后達(dá)到表面粗糙度小于0.05nm的結(jié)果。
　　
　　將浮法拋光樣品與普通拋光樣品比較可以發(fā)現(xiàn)浮法拋光有許多優(yōu)點(diǎn)。普通瀝青式拋光使用硬度大于工件的磨料，也可以獲得所謂超光滑表面的粗糙度指標(biāo)，但對(duì)磨盤的平面度的修正很有講究，這影響到被拋光工件的面形。普通拋光后的工件，其邊緣幾何尺寸總不太好，經(jīng)常有塌邊或翹邊現(xiàn)象；并且在高倍顯微鏡下可以看到表面有塑性畸變層。
　　
　　應(yīng)用浮法拋光法技術(shù)獲得的超光滑表面，不僅具有較好的表面粗糙度和邊緣幾何形狀，而且拋光晶體面有理想完好的晶格，亞表面沒有破壞層，并且由拋光引起的表面殘余應(yīng)力極小。
　　
　　二、浮法拋光機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與拋光過程
　　
　　浮法拋光機(jī)的機(jī)械構(gòu)造類似于定擺拋光機(jī)。在對(duì)工件進(jìn)行浮法拋光前，被加工工件首先要進(jìn)行預(yù)拋光，干燥。就可以浮法拋光。
　　
　　拋光過程中，拋光液隨磨盤旋轉(zhuǎn)；由于流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)壓，工件與磨盤之間形成一層薄薄的液膜，使得工件浮在磨盤上旋轉(zhuǎn)，保持軟接觸。液體旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心作用使拋光液中粒度稍大的顆粒被甩到四周，并漸漸沉到底部，這樣夾在磨盤與工件間的液膜中的磨料越來越精細(xì)均勻；被加工光學(xué)表面越來越光滑，最后達(dá)到超光滑。
　　
　　工件的面形主要由磨盤面形決定，浮法拋光中，由于錫材料本身的特性，其硬度及流動(dòng)性適中，在拋光中錫盤的磨損可以忽略，因而錫盤的平面度是很容易控制的；這樣保證了工件面形的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)拋光的經(jīng)驗(yàn)性主要是由于瀝青盤的拋光中變形決定的；使用錫盤后，這種經(jīng)驗(yàn)性拋光就可以成為穩(wěn)定拋光。
　　
　　三、浮法拋光的去除機(jī)理
　　
　　浮法拋光表面粗糙度可達(dá)到亞納米量級(jí)，接近原子尺寸，工件材料的去除是原子水平上進(jìn)行的。工件表面原子在磨料微粒的撞擊作用下脫離工件主體，從而被去除。原子的去除過程，是磨料與工件在原子水平的碰撞、擴(kuò)散、填補(bǔ)過程。
　　
　　四、磨料的選取
　　
　　根據(jù)去除機(jī)理，利用外表面層與主體原子結(jié)合能的差異，任何材料都可作為磨料去除工件表層原子，可以獲得無晶格錯(cuò)位與畸變的表面。
　　
　　在進(jìn)行浮法超光滑表面的拋光中，選擇合適的材料作為磨料很重要。一般用于浮法拋光的磨料為粒度約7nm的SiO2微粉。
　　
　　綜上所述，浮法拋光技術(shù)的關(guān)鍵在于：
　　
　　高面形精度的錫盤，以此來保證工件面形的高精度。
　　
　　粒度小于20nm的磨料，目的在于增大工件與磨盤的接觸面積，增多磨料顆粒與工件表面的碰撞機(jī)會(huì)，達(dá)到原子量級(jí)去除的目的。
　　
　　拋光液將工件和磨盤浸沒，靠流體作用形成工件與磨盤間液膜，為磨料顆粒與工件的碰撞提供環(huán)境。
　　
　　五、我國的研究現(xiàn)狀
　　
　　長春光機(jī)所應(yīng)用光學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在短波段光學(xué)的帶動(dòng)下，從1992年開始研究浮法拋光技術(shù)，已研制出一臺(tái)拋光原理樣機(jī)，并進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。目前對(duì)K9玻璃樣片的拋光實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面粗糙度優(yōu)于1nmRa。所使用磨料粒度約為25nm。有關(guān)實(shí)驗(yàn)正在繼續(xù)進(jìn)行，并且一臺(tái)高精度的浮法拋光實(shí)驗(yàn)樣機(jī)正在研制中。