多光谱硫化锌高表面质量CMP工艺参数优化研究

任佳曈; 秦琳; 朱蓓蓓; 蔡根; 楚建宁; 张楚鹏; 陈肖

doi:10.37188/OPE.20253318.2868

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多光谱硫化锌高表面质量CMP工艺参数优化研究

现代应用光学 | 更新时间：2025-10-28

- 多光谱硫化锌高表面质量CMP工艺参数优化研究
- Optimization of process parameters of multi-spectral ZnS CMP with high surface quality
- 光学精密工程 2025年33卷第18期页码：2868-2881
- 作者机构：
  
  1.现代制造质量工程湖北省重点实验室，湖北工业大学，湖北武汉 430068
  2.上海航天控制技术研究所，上海 201109
- 作者简介：
  
  [ "任佳曈（2000-），女，山西晋中人，湖北工业大学机械工程学院研究生在读，主要从事超精密加工与装备研究。E-mail：rjiatong89@163.com" ]
  [ "陈肖（1987-），男，湖北荆州人，博士，教授，硕士生导师，2011年、2014年于华中科技大学分别获得硕士、博士学位，主要从事超精密制造方面的研究。E-mail： chenxiao1987jz@163.com" ]
- 基金信息：
  
  硬脆光学元件激光辅助超精密加工机理与工艺(IMETKF2023008);现代制造质量工程湖北省重点实验室开放基金资助(KFJJ-2022006);博士科研启动基金(XJ2024001101)
- DOI：10.37188/OPE.20253318.2868
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- CSTR：32169.14.OPE.20253318.2868
- 收稿：2025-07-10，
  
  修回：2025-07-29，
  
  纸质出版：2025-09-25
- 稿件说明：
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任佳曈,秦琳,朱蓓蓓等.多光谱硫化锌高表面质量CMP工艺参数优化研究[J].光学精密工程,2025,33(18):2868-2881.

REN Jiatong,QIN Lin,ZHU Beibei,et al.Optimization of process parameters of multi-spectral ZnS CMP with high surface quality[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(18):2868-2881.
任佳曈,秦琳,朱蓓蓓等.多光谱硫化锌高表面质量CMP工艺参数优化研究[J].光学精密工程,2025,33(18):2868-2881. DOI： 10.37188/OPE.20253318.2868. CSTR： 32169.14.OPE.20253318.2868.

REN Jiatong,QIN Lin,ZHU Beibei,et al.Optimization of process parameters of multi-spectral ZnS CMP with high surface quality[J].Optics and Precision Engineering,2025,33(18):2868-2881. DOI： 10.37188/OPE.20253318.2868. CSTR： 32169.14.OPE.20253318.2868.

摘要

针对多光谱硫化锌难以在化学机械抛光中获得高表面质量的问题，本文围绕抛光过程中样品平面度与表面粗糙度的协同优化开展实验研究。首先通过单因素实验确定抛光时间，磨粒种类、抛光盘转速与抛光压力的合理取值及范围，在此基础上采用响应曲面法设计实验，引入灰色关联法分析各参数及其交互作用对表面形貌的影响。实验结果表明：抛光盘转速是影响表面质量的主导因素，其次为抛光压力和磨粒粒径。通过模型优化确定最优工艺参数为：磨粒粒径0.5 μm，抛光盘转速55 rpm，抛光压力16 N。在此条件下进行工艺验证，工件表面平面度PV达112.49 nm，粗糙度Sa降至1.11 nm，表面形貌均匀且缺陷较少。通过优化CMP工艺参数可实现多光谱硫化锌表面高精度与高质量的协同控制，为其在高性能光学器件中的应用提供技术支持。

Abstract

In order to solve the problem that it was difficult to obtain high surface quality of multi-spectral ZnS in chemical-mechanical polishing （CMP）， this paper focused on the synergistic optimization of flatness and surface roughness to carry out experimental research. Through single-factor experiments， the optimal values and ranges for polishing time， abrasive type， rotational speed of the polishing disc， and polishing pressure were determined. Subsequently， response surface methodology was employed to design the experimental framework， and grey relational analysis was introduced to investigate the influence of these parameters and their interactions on surface morphology. The results show that the speed of polishing disk is the dominant factor affecting the surface quality， followed by polishing pressure and grain size. The optimum process parameters were determined by model optimization： abrasive grain size of 0.5 μm， polishing disc speed of 55 rpm， and polishing pressure of 16 N. Under these conditions， the process was validated， and the surface flatness of the workpiece reached 112.49 nm， the roughness was reduced to 1.11 nm， and the surface morphology was uniform with fewer defects. The synergistic control of high precision and high quality of multi-spectral ZnS surfaces can be achieved by optimizing the CMP process parameters， providing technical support for its application in high-performance optical devices.

关键词

Keywords

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