光学制造技术第5章 光学工艺材料

第五章光学工艺材料第一节粗磨、精磨的磨料及磨具一磨料磨料是研磨零件所用的材料，是具有棱角、一定硬度和韧性的粉状或粒状物质。散粒磨料（金刚砂、人造刚玉）固着磨料（金刚石磨轮、金刚石丸片）（一）对磨料的一般要求1.硬度要比玻璃硬，硬度越高，工艺性能越好；2.韧性要好，不会因磨削压力而使磨料破坏；3.自锐性好，随磨削压力产生的碎削，应成多角；4.熔点应比玻璃高，磨削发热，磨料尖端不致熔化；5.粒度均匀一致，一个粒度牌号的磨料颗粒，大小要受限；6.化学稳定性要好，不允许对被加工物和辅料起反应。（二）散粒磨料的种类1.天然磨料：由天然矿物加工而成，常用的天然矿物有金刚石(C)、刚玉(Al2O3)和乐山金刚砂(3FeO.Al2O3.3SiO2)。2.人造磨料：人造磨料是由人工冶炼而制得的研磨材料。主要品种有人造刚玉、碳化硅、碳化硼和人造金刚石等。其中人造刚玉是应用最广泛的一种磨料，几乎占全部人造磨料用量的65%以上。（三）磨料的代号和粒度磨料名称天然金刚砂棕刚玉白刚玉单晶刚玉微晶刚玉铬刚玉锆刚玉黑碳化硅绿碳化硅铈碳化硅碳化硼人造金刚石天然金刚石代号

GZGBGDGWGGGATHTLTSTPJRJT磨料的粒度：1、以一英寸长度上的筛网上孔的数目命名，8-280#2、以被测颗粒宽度来确定磨料尺寸。磨料的代号和粒度中国原联邦德国、瑞士美国、日本原苏联标称号公称尺寸(μm)标称号公称尺寸(μm)标称号公称尺寸(μm)标称号公称尺寸(μm)46400-315D500400-60036600A50500-63060315-250D350300-40046424A40400-50070250-200D250200-30054360A32315-40080200-160D150120-20060320A25250-315100160-125D10080-12070250A20200-250120125-100D7060-8080220A16160-200150100-80D5038-6090180A12125-16018080-63D3018-38100140A10100-12524063-50D159-18120120A880-10028050-40D75-915095A663-80W4040-28D32-519085A550-63W2828-20

22070A440-50W2020-14

24060AM4028-40W1414-10

28050AM2820-28W1010-7

32042AM2014-20W77-5

40038AM1410-14W55-3.5

60030AM107-10W3.53.5-2.5

70022AM75-7W2.52.5-1.5

100015AM53-5W1.51.5-1

150010AM31-3二金刚石磨具将磨料用结合剂粘结在一起，做成具有一定形状的磨削工具。（一）磨具的结构：金刚石层（结合剂+磨料）

过渡层（结合剂）基体（铜、铝或钢）（二）结合剂的种类和代号：陶瓷结合剂A树脂结合剂S橡胶结合剂X青铜结合剂Q电镀金属结合剂D（三）磨具的硬度指在静止状态时，磨粒间结合的强度。表现为磨具在工作中受到外力作用时，磨粒从磨具中脱落的快慢程度。等级代号分为14级。（四）常用的磨轮形状及代号（五）一般砂轮的特征书写顺序代号或参数GB80#ZR1SP400×40×203意义磨料粒度硬度结合剂砂轮形状外径厚度孔径（六）金刚石砂轮的浓度是指1cm3的体积内所含金刚石的克拉数，共分５个等级。浓度名称25%50%75%100%150%金刚石含量（克拉/cm3）1.12.23.34.46.6（七）金刚石磨具的特征书写顺序代号或参数JR-1100#Y1Q100NH40×55×33×3×7意义磨料粒度硬度结合剂浓度砂轮形状外径厚度孔径金刚石环宽金刚石层厚（八）金刚石磨具的种类金刚石磨轮金刚石成型磨金刚石锯片金刚石丸片第二节抛光粉１、对抛光粉的基本要求粒度均匀一致；较高的纯度；良好的分散性和吸附性；粉末颗粒有一定的晶格形态，破碎时形成锐利的尖角，以提高抛光效率；合适的硬度和比重，和水有很好的浸润性和悬浮性。2、抛光粉的种类常用的玻璃抛光粉有Fe2O3（红粉），氧化铈-稀土氧化物CeO2，氧化锆ZrO2三类，他们可以单独或混合使用。抛光能力依次为：CeO2、ZrO2、Fe2O3对于塑料、晶体等光学材料，则可以选用氧化锡（SnO2），氧化锌（ZnO），碳酸钙（CaCO3），碳黑（C）等软质抛光粉。3、几种抛光粉的物理性能

三氧化二铁氧化铈氧化锆分子式Fe2O3CeO2ZrO2外观深红色至褐色粉末白色至黄红色粉末白色至黄色或棕色粉末相对密度5.1-5.37-7.35.7-6.2熔点（0C）1560-1570约26002700-2715莫氏硬度5-76-85.5-6.5晶粒的平均尺寸(μm)0.2-1.00.5-40.25-0.7颗粒外形近似球形边缘、有絮状物成多边形、边缘清晰

结晶体系斜方立方单斜点阵结构刚玉点阵萤石点阵

4、抛光粉的评价指标颗粒大小抛光粉是以微粒大小来分类的。代号1#2#3#4#5#粒度尺寸（μm）不大于1μm1-56-1011-2021-30硬度悬浮性颜色颗粒结构5、添加剂

使用抛光粉抛光玻璃零件时，常常要在抛光液中加入适量的添加剂，这样不仅可以提高抛光效率，还可以改善表面质量。常用的添加剂成分及含量：氧化铈水添加剂三氯化铈稀土氯化物稀土硝酸盐0.5-201000.23-2.25

0.5-20100

0.5-5

1-60100

0.5-10

以硝酸锌、硫酸锌、氯化锌等锌盐作为各类抛光液通用的添加剂。使用时，最好将pH值调节在4-5之间。其中，硝酸锌效果最好，硫酸锌次之，氯化锌较差。抛光粉水锌盐备注1-601000.5-2

25050013-40

250（氧化铈）50013-40（硫酸锌）另加入40硝酸铈250（氧化铈）50013-40（氯化锌）

第三节抛光膜层材料抛光模由磨具基体（金属材料）和抛光膜层两部分组成。抛光膜层直接与加工表面接触，起承载抛光粉粒子的作用，同时还参与抛光过程的物理、化学作用。一、对抛光膜层材料的要求1、具有微孔结构；能够吸附、存贮抛光粉2、具有良好的吻合性；保证零件的加工精度3、具有良好的耐磨性；长期保持面形精度4、具有良好的耐热性；保证膜层不变形5、成型收缩小，老化期长，吸水性能好；保持加工过程稳定6、有一定的粘性；能牢固粘附在基体上7、能溶于一般有机溶剂中；便于清洗二、抛光膜层材料的种类1、聚氨酯抛光片存在微孔结构，吸附能力强。抛光效率高，光圈稳定，但零件容易塌边。2、抛光圆片（固着磨料抛光片）将抛光粉剂结合成小圆片，再按一定的分布规律粘在抛光模基体上的模具。以此抛光，不用加抛光液，而抛光效率提高5倍以上。优点：生产效率高，操作方便；光圈质量稳定，表面粗糙度好；加工安全，环境清洁；适用面广，可用于单块或成盘加工。几种固着磨料抛光片的成分：序号配方工艺1环氧（200当量的22酚A）77%乙二撑三胺（固化剂）6%金刚石微粉（平均直径12微米）17%

2环氧E-12、古马龙树脂。总计小于10%氧化铈（纯度99%以上）>90%

3酚醛树脂氧化铈（纯度99%以上）300目粒度1000C压制固化24小时3、抛光柏油第四节粘结材料一、对粘结材料的要求（一）

良好的粘结性；（二）

适当的软化点，良好的热稳定性；（三）

良好的化学稳定性；（四）

具有适当的脆性；（五）

成分均匀，无有害硬粒杂质；（六）易溶解于有机溶剂，不易溶于水和油。二、常用粘结材料刚性上盘粘结材料蜂蜡、石蜡弹性上盘粘结材料火漆石膏主要用于棱镜的精磨、抛光三、保护材料

常规保护涂料：假漆（虫胶漆）假漆的酒精溶液呈酸性（pH值为4~6），且漆膜的透水性大，因此，对化学稳定性差的玻璃很不适用。磨边过程中的保护时要求不影响对心。入库的零件的保护是要求能很方便地除去保护胶。常用粘结、保护材料的性能和用途种类主要成分性能用途蜂蜡软脂酸蜂蜡酯和蜡酸的混合物淡黄色至褐黄色固体。不溶与水，易溶与热乙醇、乙醚、氯仿、苯和四氯化碳。蜡层厚度中等。粗磨、粘结、刻度保护蜡、抛光层膜的成分石蜡固体石蜡烃的混合物易溶与汽油、丙酮、苯。蜡层较薄、熔点较低。粗磨翻胶粘结胶条蜡松香、固体古马龙和蜡类的混和物粘结强度高，耐温性好，能溶与一般有机溶剂中。粗磨胶条粘结石膏水泥熟石膏和水泥熟石膏与水1：1搅匀，5分钟内固结成白色致密的硬块，但体积膨胀，所以加入水泥。棱镜精磨抛光上盘火漆松香、沥青和中性填料松香和水泥起粘结作用；填料提高强度和硬度精磨抛光粘结胶磨边胶松香、虫胶不溶与水，易溶与乙醇、乙醚、丙酮、苯、松节油及油类，有一定的粘结能力、化学稳定性、热稳定性。定心磨边粘结胶第五节冷却液一冷却液的作用（一）冷却作用；（二）清洗作用；（三）润滑作用；（四）化学作用。

二对冷却液的要求1.粘度低；2.化学稳定性好，PH接近7；3.导热性好，比热大；4.具有防锈作用；5.洗涤性好，不起泡沫。三冷却液的种类

（一）

切削油类(粗磨)切削油类以矿物油为主体，可加入油性添加剂和防锈添加剂等。切削油类的特点是：润滑性好，防锈性能好。它的缺点是：冷却作用差；清洗作用差；易于着火；环境污染。（二）乳化液类(精磨)乳化液类是由矿物油与水在乳化剂作用下形成的一种稳定的乳化液。乳化液分为两大类：水包油型和油包水型。光学加工中主要用水包油型。首先配成乳化油，即母液，再将母液用水冲淡20倍至50倍后使用。优点：清洗效果好；冷却效率高；润滑和防锈性能好。缺点：制备困难，污染严重。（三）水溶液类(抛光)以水为主体，含有某些化学药品的溶液。优点：冷却清洗效果好。缺点：防锈性能差第六节清洗材料一、对清洗材料的要求：1.对被清洗物有良好的溶解能力；2.对零件的腐蚀性小；3.对光学零件清洗后的后续工艺没有影响；

4.对操作者健康毒害小。二、光学加工中常用的几种清洗材料（有机溶剂）名称分子式外观沸点（0C）凝固点（0C）自燃温度（0C）密度（g/cm3）(200C)无水乙醇C2H5OH无色液体78.5-110.54000.789乙醚(C2H5)2O无色液体34.6-116.31880.714溶剂汽油

无色或淡黄色120~200

230~2600.795丙酮CH3COCH3无色液体56.5-94.35000.792苯C6H6无色液体80.15.5（熔）5800.879三氯乙烯CHClCCl2无色液体86.7-73不燃1.465石油醚

无色液体30~90

0.675四氯化碳CCl4无色液体76.70-23不燃1.595二硫化碳CS2无色液体46.25-108.61241.260三、超声波清洗当清洗液有毒、人员短缺或超净要求时。1.清洗原理(机械和化学作用的综合过程)；2.清洗工艺。CX-1型超声波清洗工艺第一槽：三氯乙烯清洗清洗液加热到40-60℃，主要是清洗零件上的粘结材料如火漆、蜡、胶和其他脏物。三氯乙烯可用蒸馏法净化。第二槽：肥皂水溶液清洗洗掉零件上的油污、保护漆、玻璃粉等。液温40-60℃。清洗液约3天换一次。第三槽：净水清洗液温控制在30-40℃，槽内用流动的清水把零件表面赃物、肥皂水等冲走，以提高后面的清洗效果。第四槽：乙醇溶液清洗清洗零件的保护漆、油污和其他赃物。槽内设有回型冷凝管，以降低酒精温度，减少挥发。第五槽：乙醇喷淋清洗清洗残留脏物和水，并进一步脱脂。第六槽：三氯