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文献速递丨Nd:YAG陶瓷材料研究,超声波清洗解决抛光残留

时间:2026.07.17 来源 : 点击次数:57次


从手术室精准无创的激光手术刀,到工厂高精度的激光焊接、切割设备,再到航空航天极端环境下的光学系统,当下众多高端激光技术的落地应用,都离不开一种核心基础材料——透明激光陶瓷。


相较于传统激光晶体、激光玻璃,透明激光陶瓷凭借性能可调、制备效率高、可大尺寸成型、掺杂均匀等突出优势,已然成为新一代固体激光材料的研究热点。


而在众多透明激光陶瓷体系中,Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)陶瓷凭借优异的光学性能、热学性能与力学稳定性,适配高能激光窗口、深海耐压光学器件、航空航天极端工况光学系统等高端场景,是目前应用最广泛的高功率固体激光器件基材。


但是性能出众的Nd:YAG陶瓷,却有着典型的硬脆材料加工短板。例如Nd:YAG陶瓷加工时进行化学机械抛光(CMP)产生的残留微量抛光液杂质,就会直接干扰后续的表面精度检测与性能分析,造成检测数据偏差,更会严重影响Nd:YAG激光陶瓷的透光性、稳定性,降低成品器件的使用寿命与应用精度。因此,抛光后的高效、无损洁净清洗,是保障材料性能的必要工序。


针对这一痛点,哈尔滨商业大学郭少龙团队在《航空精密制造技术》期刊发表专项研究论文,聚焦Nd:YAG陶瓷CMP抛光后残留清洗难题,验证了超声波清洗技术的适配性与高效性,成功确定标准化最优清洗工艺,为行业解决残留污染问题提供了可靠的技术依据。

01

研究方法:梯度时长对照试验

实验以CMP化学机械抛光后的成品Nd:YAG陶瓷样品为实验对象,采用超声波k8凯发旗舰开展工艺优化探究。


通过梯度时长清洗方案,采用原子力显微镜(AFM)对三次清洗前后的陶瓷表面进行观测,直观对比不同清洗时长下的杂质残留去除效果,精准筛选适配Nd:YAG陶瓷的无损清洗工艺。


02

实验结论:15min超声波清洗实现洁净达标

实验结果清晰验证,超声波清洗对Nd:YAG陶瓷抛光残留具备优异的去除效果,且洁净度随时长增加稳步提升,无二次损伤风险:


清洗5min:表面大部分残留被去除,但仍存在微量杂质,无法满足精密使用标准;


累计清洗10min:残留杂质尺寸大幅缩减,表面洁净度显著提升,但未完全洁净;


累计清洗15min:陶瓷表面抛光液残留基本完全清除,表面洁净度达标,且陶瓷基体无损伤、光学性能无衰减。


最终团队确定最优清洗方案:采用超声波清洗机,对CMP抛光后的Nd:YAG陶瓷持续清洗15分钟,即可实现高效、无损洁净处理。

03

实验意义:超声清洗工艺助力Nd:YAG陶瓷应用

该实验有效攻克了Nd:YAG陶瓷超精密加工的难题,解决了困扰行业的抛光液残留污染问题。一方面,消除了残留杂质对表面检测的干扰,精准保障激光陶瓷器件的光学性能与使用稳定性。另一方面,超声波清洗工艺设备通用、操作简单、适配性强,可直接落地于实验室研发与工业化批量生产,形成标准化、可复制的精密清洗流程。


该研究不仅完善了Nd:YAG激光陶瓷的超精密加工工艺体系,补齐了精密制造短板,更为高端激光陶瓷材料的产业化、规模化应用提供了关键技术支撑,对航空航天、医疗精密器械、高端工业激光设备等领域的技术迭代具有重要推动意义。


 深那台式静音超声波清洗机 


深那台式静音超声波清洗机专为科研实验室设计,采用40kHz高频超声波空化技术,通过微小气泡爆破产生的冲击力彻底去除精密器材表面的残留试剂、油脂和颗粒污染物。


设备运行噪音约60分贝,不干扰实验室工作环境,配备数字定时、温度调节、液位监控等功能,保障使用安全,清洗高效均匀且不损伤精密器材,广泛应用于化学、生物、医学等科研领域。


文献参考:[1]郭少龙,刘宇宏,李阳.Nd:YAG陶瓷化学机械抛光后清洗试验研究[J].航空精密制造技术,2026,62(3)45-46+50.

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