光学材料的浅低温抛光方法

光学材料的浅低温抛光方法1统工艺方法已经很难应付了。对硬脆材料实行超周密加工并不断的提前言现代科学技术所使用的硬脆材料，如单品硅、功能材料、陶瓷、宝石和部是很难的。近代刚刚趋于成熟的金刚石切削技术对此也无能为力。艺方法上又参加的工艺手段，由于科学的进展对加工精度和外表质量的要求愈来愈高，传统工艺方法已经很难应付了。对硬脆材料实行超周密加工并不断的提高加工精度，提高加工效率，是我们设法回避的问题，为此人们把不同的物理过程、不同的化学过程应用于加工工艺中，如离子束加工是一种格外好的加工方法，离子束抛光可到达很高的水平，但这项技术的开展工作需要很多的资金投入和做深入的争论工作。本文从另外角度考虑问题，从转变加工环境温度考虑问题。在金刚石超周密加工技术的进展过程中，就有人争论过金刚石低5，消灭了一些现象，例如在低温条件下，金刚石可切削黑色金属并获得很好的外表质量。那么，在低温状态下，对光学材料进展抛光，又会产生哪些现象，是否能提高加工精度和加工效率，我们通过试验作了肯定程度的探讨，下面简述之。低温抛光的概念温度是一个物理量，世界上的各种物质在其所在的环境中都表现出具有肯定温度，温度的凹凸和物理热有关，热的本质是物质中的原子不断振动的一种表现，温度高表示其组成原子很混乱，低温状态下原子可以秩序井然。高温可以到达很高的程度，原子的混乱不断加大，物质由固体变成液体，再由液体0K一般在300K左右，0℃是273K。低温是指0℃以下，即273K以下的温度范围。自然界有低温物质和低温环境，在试验室获得低温要人工制冷，对我们搞低温抛光来说，就是使被加工的光学材料和加工空间到达并保持所需的低温。各种物质在低温环境中，随冷冻深度的不同，物质表现了不同的特性，在低温应用工程的争论中，有人把环境温度低到123K(一150℃)称为普冷区，把123K到273．30～50℃的环境中进展的，光学材料在低温状态下的加工特性是我们要争论的，在低温状态下进展光学抛光，要解决低温状态下的抛光模、工件和工艺过程的低温环境等问题，由于冷冻深度较浅，所以我们叫这种抛光方法为浅低温抛光。抛光模和抛光波抛光模层加工中承受低温技术，最困难的事可能莫过于低温磨削液了，由于找到一种在0℃5℃，非5℃时流淌性就很差了。我们始终在努力查找一种能避开这种困扰的方法，日本学者横川和彦在争论磨削技术的过程中，从改善加工环境的目的动身，提出了向加工区喷射冷空气的想法，大森整做了冰冻砂轮试验，这些都很有制造性对我们很有启发。在光学冷加工中。中都离不开水，所以还是要在水上想方法。沥青，还有锡、绒布和聚氨脂等，教以沥青的抛光盘可以做出一个准确的外部几何外形，例如平面、凹球面和凸球面，然后在其外表上雕刻出纵横沟槽，形成很多个小方块，沟槽可以容纳磨料和抛光液，很多个小方块和工件相接触并相对作滑动运动，在磨料的作用下，形成对工件的切削运动，产生我们所要求的抛光效果。假设在低温下抛光，必需制造低温环境条件，包括把沥青盘或锡盘冷却到所要求的低温，然后进展低温下抛光，但低温下的沥青和锡会有那些特点，是需要我们解决的问题，我们没有这样作。模层，这样我们可以得到一个同样外形准确的抛光模层，例如一个平面的抛光模层。即和铸铁盘沥青模层完全一样的抛光模，它本身含有磨料类似固着磨料磨盘，当冰模层和工件相接触并做相对运动时，就产生切削运动，就产生抛光效果。同时，可依据加工材料的不同调整冷冻深度来调整冰模层的硬度。抛光波Al2O3CeO2、Gr2O3和SiO2(nm)级磨料，依据被抛光材料的不同，对外表质量要求的不同，适当地选用不同种类、不同粒度的磨料。液可能呈弱碱性或弱酸性，pH腐蚀工件。悬浮液中要求磨料具有良好的分散性，不能结团，所以要在悬浮液中参加分散剂。磨料粒度的均匀全都是比较难到达的，主要是限制大颗粒，防止外表被划伤。时间过程应尽量缩短，以防冷冻过程中磨料的沉积所造成冷冻后的冰抛光模层μmStokesμ为分散介质粘度，δ，δ””””分别为颗粒和分散介质密度。当颗粒很小时，沉降速度很慢，例如颗粒半径为1μm在不同的分散介生沉积现象。(nm)级磨料，理论上都属于胶体颗粒，实际上总是悬浮在液体介质中，没有沉积作用。所以，我们可以制成颗粒均匀、分散性良好的低温固体抛光模层。近年来进展的溶胶——凝胶(Sol——Gel)技术给我们供给了所需SiO2低温抛光试验试验是在常温试验室内进展的，抛光盘冰模层温度在-30～-50℃之间，CO220℃左右，假设加工区不做温度掌握，就在常温下亦可进展低温抛光试验，只是抛光的冰模层消耗的很快。Zerodtur、K9属基镀镍层等。单晶硅片预加工后，被抛光的硅片的外表粗糙度Ra10nmRa＝14.87nm如图1所示，然后进展低温抛光，主轴转速250一300rpm，抛光约为Ra=3.03nm，Ra=2.98nm，Ra=1.29nm，如2微晶玻璃，Zerodur，K9ZerodurK9BK7，是一种常用的光学玻璃，国产的微晶玻璃近年来也得到了广泛应用，这些都是有代表性的常用的光学玻璃。低温抛光试验说明，对这些根本光学材抖，低温抛光的效果都很好，外表粗糙度RanmA330mmλ/20。金属基镀镍层金属镜常选用质地轻的金属，外表镀银抛光后作反射镜用，镍层抛光是光学的常见工艺，我们做了低温抛光试验。工件毛坯预处理后，Ra=2.11nm，然后做低温抛光，我们分别在t＝40、100、150、210、390、500和560分钟时对Ra＝1.73、1.34、1.12、0.88、0.73、0.68Ra4测量值。(本试验因当时测试仪器故障没连续作)比照试验为了评价低温抛光的优劣，我们做了同一工件材料、用同样粒度磨料，目前常用的沥青盘抛光和低温抛光的比照试验。单晶硅片：毛坯的粗糙度Ra=12.04nm主轴转速60rpm经过16小时抛光后工件外表到达Ra=3.16nm，如图5度水平。金属基镀镍层：试验说明沥青盘常规工艺的去除率高于低温抛光的去除率，粗糙度亦能到达同样量级。光效果，抛光效率也比较高的试验结果，我们认为：速是受到限制的，否则磨料外溢，反而效果不好。时，未熔化的冰中所含的磨粒还有固着磨料的切削作用，直到磨粒脱落。所效果和去除率都比较好。30～50℃。抛光过程中，抛光模盘、工件都在我们人为制造那个小低温空间内，但工件和冰镇层的接触面上，由于生热而形成的某种高温，复原了抛光波的液体状态，抛光液对工件的水解作用照常进展，水解作用有利于材料的去除，所以和常规抛光一样，低温抛光同样是机械化学抛光。材料去除率测定事，由于光学抛光在一段工艺过程之后，外表去除量甚小，这势必要求测试仪器具有格外高的区分率和很严格的测量重复性，这对承受常规方法无疑是格外困难的。难波在他们的抛光试验中承受了努氏(Knoop)硬度计来测量去除率，HaderWeisμm)量级的平滑的沟槽的方14，即在每次抛光后，用轮廓仪去测量沟槽深度的变化进而计算出材料被抛光的去除率。我们依据我们的条件，低温抛光材料去除率的测定是在MVK—E型显微硬度计上进展的。(Hv)其测头为金字塔式136℃，当以不同负荷压材料时，被测材料外表形成一个有肯定深度的四方棱锥形的孔。所以，我们在抛光的样件上先压上四方棱锥形孔的压痕，每次抛光后，测量锥孔对角线长度的变化，就可求得锥孔深度的变化，最终换算出抛光材料的去除率。设对角线长度为di，四方形锥孔的边长为ai，则每次抛光后的锥孔高度为所以，测量每次抛光操作后的di就可相应计算出hi，就可求出其变化，如图6所示，最终计算出材料的去除率。di，共十个点作统计平均值。1.显微硬度计的压痕是很浅的，但材料的变形使压痕后在边缘处有隆起消灭，所以，在第一次开头计量前，必需把隆起去掉。2.MVK—E显微镜400×，位移刻度格值为1μm，di1μm，以削减视值误差，同时，还压出不同深度的压痕作校准之11.52nm/min14.54×10-3mm3／min。一组金属基镀银层工件低温抛光测得材料的去除高度0.2nm/min的常规沥青模层抛光试验，结果是沥青模盘抛光金属基镀镍层的去除高度、去除率都比冰模层低温抛光高。另一方面，沥青盘抛光微晶玻璃的去除高度、去除率都不及低温抛光。这一结果是很好玩的。都很低，因而能抛出超光滑外表。光学材料抛光的去除串，在转速、摆角及压力本变的状况下，仍是一个变数而不是常数，例如，当由一种磨料更换为另一种磨料时，或磨料由粗变细时，刚开头时测得的去除率和以后测得的去除率不一样。结论在常规光学工艺中加上温度效应，利用抛光波加水冷冻结冰，形成“固从对几种常用的光学材料的抛光效果来