TU Berlin

Fachgebiet Mikro- und FeingeräteRSAlion - Optimierung diamant-zerspanter RSA-Al501–Oberflächen für optische Anwendungen durch prozessintegrierte Ionenstrahlbearbeitung (DFG 452333040)

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RSAlion - Optimierung diamant-zerspanter RSA-Al501–Oberflächen für optische Anwendungen durch prozessintegrierte Ionenstrahlbearbeitung

Ausgangssituation

Die Ultrapräzisionszerspanung ist ein seit mehreren Jahrzehnten etablierter Prozess zur Herstellung von Metalloptiken, welcher stetig optimiert wurde. Jedoch sind selbst heutzutage die erreichbaren Rauheiten und Formabweichungen unzureichend, um hocheffiziente Optiken für Wellenlängenbereiche im VIS-UV und kürzer bereitzustellen. Durch die Möglichkeit zur Bearbeitung von Metalloptiken durch ionenstrahlbasierte Techniken wurde in den letzten Jahren, neben der mechanischen Politur, eine Prozesskette aus Ultrapräzisionszerspanung mit anschließender Ultrapräzisions-Ionenstrahlbearbeitung etabliert, welche das Erreichen dieser Ziele ermöglicht. Die Wechselwirkungsprozesse der jeweiligen Oberflächenentstehungsmechanismen der Fertigungsverfahren innerhalb der Prozesskette sind hinsichtlich der resultierenden Oberflächenentstehung jedoch auch heute nicht hinreichend bekannt und lassen somit keine ausreichende Vorhersage der Prozessergebnisse zu. Insbesondere bei der zukünftig als notwendig erachtete Nachbearbeitung mikrostrukturierter Optiken, wie hybridoptischen Elementen für miniaturisierte spektrometrische Systeme, gewinnt ein grundlegendes Verständnis der Oberflächenentstehung innerhalb dieser Prozesskette zunehmend an Bedeutung, um die gesetzten Ziele hinsichtlich Form- und Feingestalt sowie den Erhalt der Struktur gleichermaßen erreichen zu können.

Ziel

Gesamtziel des Vorhabens ist die Fertigung von Metalloptiken für den VIS-UV Bereich durch eine Prozesskette aus Ultrapräzisionszerspanung und nachfolgender Ionenstrahlbearbeitung. Arbeitshypothese des Projektes ist die Annahme, dass die durch die Ultrapräzisionszerspanung erzeugten Veränderungen in der Randzone Einfluss auf die Ionenstrahlprozesse nehmen.
Es sollen grundlegende Erkenntnisse über die Werkstoffeigenschaften der Aluminiumlegierung RSA-501 nach der spanenden Bearbeitung mit geometrisch definierten und undefinierten Diamantwerkzeugen sowie deren Auswirkungen auf Ionenstrahlbasierte Glättungs- und Abtragverfahren zu erlangt werden. Hieraus werden Prozessstrategien und -parameter zur Formkorrektur und Oberflächenglättung mittels Ionenstrahlbearbeitung von RSA-501 abgeleitet. Die Erzeugung der stetigen und unstetigen Geometrien mittels Ultrapräzisionszerspanung ermöglicht derzeit Rauheitswerte der Blazeflanken im Bereich Rq > 2nm. Durch die im Projekt gewonnen Erkenntnisse wird erwartet, dass, insbesondere durch die Untersuchungen der Wechselwirkung von Ionenstrahl mit der Oberfläche, Rauheitswerte unter Rq < 0,5 nm bei Formabweichungen < 2 nm realisiert werden können.

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