光學(xué)材料的淺低溫拋光方法

光學(xué)材料的淺低溫拋光方法1統(tǒng)工藝方法已經(jīng)很難應(yīng)付了。對硬脆材料實行超周密加工并不斷的提前言現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所使用的硬脆材料，如單品硅、功能材料、陶瓷、寶石和部是很難的。近代剛剛趨于成熟的金剛石切削技術(shù)對此也無能為力。藝方法上又參加的工藝手段，由于科學(xué)的進(jìn)展對加工精度和外表質(zhì)量的要求愈來愈高，傳統(tǒng)工藝方法已經(jīng)很難應(yīng)付了。對硬脆材料實行超周密加工并不斷的提高加工精度，提高加工效率，是我們設(shè)法回避的問題，為此人們把不同的物理過程、不同的化學(xué)過程應(yīng)用于加工工藝中，如離子束加工是一種格外好的加工方法，離子束拋光可到達(dá)很高的水平，但這項技術(shù)的開展工作需要很多的資金投入和做深入的爭論工作。本文從另外角度考慮問題，從轉(zhuǎn)變加工環(huán)境溫度考慮問題。在金剛石超周密加工技術(shù)的進(jìn)展過程中，就有人爭論過金剛石低5，消滅了一些現(xiàn)象，例如在低溫條件下，金剛石可切削黑色金屬并獲得很好的外表質(zhì)量。那么，在低溫狀態(tài)下，對光學(xué)材料進(jìn)展拋光，又會產(chǎn)生哪些現(xiàn)象，是否能提高加工精度和加工效率，我們通過試驗作了肯定程度的探討，下面簡述之。低溫拋光的概念溫度是一個物理量，世界上的各種物質(zhì)在其所在的環(huán)境中都表現(xiàn)出具有肯定溫度，溫度的凹凸和物理熱有關(guān)，熱的本質(zhì)是物質(zhì)中的原子不斷振動的一種表現(xiàn)，溫度高表示其組成原子很混亂，低溫狀態(tài)下原子可以秩序井然。高溫可以到達(dá)很高的程度，原子的混亂不斷加大，物質(zhì)由固體變成液體，再由液體0K一般在300K左右，0℃是273K。低溫是指0℃以下，即273K以下的溫度范圍。自然界有低溫物質(zhì)和低溫環(huán)境，在試驗室獲得低溫要人工制冷，對我們搞低溫拋光來說，就是使被加工的光學(xué)材料和加工空間到達(dá)并保持所需的低溫。各種物質(zhì)在低溫環(huán)境中，隨冷凍深度的不同，物質(zhì)表現(xiàn)了不同的特性，在低溫應(yīng)用工程的爭論中，有人把環(huán)境溫度低到123K(一150℃)稱為普冷區(qū)，把123K到273．30～50℃的環(huán)境中進(jìn)展的，光學(xué)材料在低溫狀態(tài)下的加工特性是我們要爭論的，在低溫狀態(tài)下進(jìn)展光學(xué)拋光，要解決低溫狀態(tài)下的拋光模、工件和工藝過程的低溫環(huán)境等問題，由于冷凍深度較淺，所以我們叫這種拋光方法為淺低溫拋光。拋光模和拋光波拋光模層加工中承受低溫技術(shù)，最困難的事可能莫過于低溫磨削液了，由于找到一種在0℃5℃，非5℃時流淌性就很差了。我們始終在努力查找一種能避開這種困擾的方法，日本學(xué)者橫川和彥在爭論磨削技術(shù)的過程中，從改善加工環(huán)境的目的動身，提出了向加工區(qū)噴射冷空氣的想法，大森整做了冰凍砂輪試驗，這些都很有制造性對我們很有啟發(fā)。在光學(xué)冷加工中。中都離不開水，所以還是要在水上想方法。瀝青，還有錫、絨布和聚氨脂等，教以瀝青的拋光盤可以做出一個準(zhǔn)確的外部幾何外形，例如平面、凹球面和凸球面，然后在其外表上雕刻出縱橫溝槽，形成很多個小方塊，溝槽可以容納磨料和拋光液，很多個小方塊和工件相接觸并相對作滑動運動，在磨料的作用下，形成對工件的切削運動，產(chǎn)生我們所要求的拋光效果。假設(shè)在低溫下拋光，必需制造低溫環(huán)境條件，包括把瀝青盤或錫盤冷卻到所要求的低溫，然后進(jìn)展低溫下拋光，但低溫下的瀝青和錫會有那些特點，是需要我們解決的問題，我們沒有這樣作。模層，這樣我們可以得到一個同樣外形準(zhǔn)確的拋光模層，例如一個平面的拋光模層。即和鑄鐵盤瀝青模層完全一樣的拋光模，它本身含有磨料類似固著磨料磨盤，當(dāng)冰模層和工件相接觸并做相對運動時，就產(chǎn)生切削運動，就產(chǎn)生拋光效果。同時，可依據(jù)加工材料的不同調(diào)整冷凍深度來調(diào)整冰模層的硬度。拋光波Al2O3CeO2、Gr2O3和SiO2(nm)級磨料，依據(jù)被拋光材料的不同，對外表質(zhì)量要求的不同，適當(dāng)?shù)剡x用不同種類、不同粒度的磨料。液可能呈弱堿性或弱酸性，pH腐蝕工件。懸浮液中要求磨料具有良好的分散性，不能結(jié)團(tuán)，所以要在懸浮液中參加分散劑。磨料粒度的均勻全都是比較難到達(dá)的，主要是限制大顆粒，防止外表被劃傷。時間過程應(yīng)盡量縮短，以防冷凍過程中磨料的沉積所造成冷凍后的冰拋光模層μmStokesμ為分散介質(zhì)粘度，δ，δ””””分別為顆粒和分散介質(zhì)密度。當(dāng)顆粒很小時，沉降速度很慢，例如顆粒半徑為1μm在不同的分散介生沉積現(xiàn)象。(nm)級磨料，理論上都屬于膠體顆粒，實際上總是懸浮在液體介質(zhì)中，沒有沉積作用。所以，我們可以制成顆粒均勻、分散性良好的低溫固體拋光模層。近年來進(jìn)展的溶膠——凝膠(Sol——Gel)技術(shù)給我們供給了所需SiO2低溫拋光試驗試驗是在常溫試驗室內(nèi)進(jìn)展的，拋光盤冰模層溫度在-30～-50℃之間，CO220℃左右，假設(shè)加工區(qū)不做溫度掌握，就在常溫下亦可進(jìn)展低溫拋光試驗，只是拋光的冰模層消耗的很快。Zerodtur、K9屬基鍍鎳層等。單晶硅片預(yù)加工后，被拋光的硅片的外表粗糙度Ra10nmRa＝14.87nm如圖1所示，然后進(jìn)展低溫拋光，主軸轉(zhuǎn)速250一300rpm，拋光約為Ra=3.03nm，Ra=2.98nm，Ra=1.29nm，如2微晶玻璃，Zerodur，K9ZerodurK9BK7，是一種常用的光學(xué)玻璃，國產(chǎn)的微晶玻璃近年來也得到了廣泛應(yīng)用，這些都是有代表性的常用的光學(xué)玻璃。低溫拋光試驗說明，對這些根本光學(xué)材抖，低溫拋光的效果都很好，外表粗糙度RanmA330mmλ/20。金屬基鍍鎳層金屬鏡常選用質(zhì)地輕的金屬，外表鍍銀拋光后作反射鏡用，鎳層拋光是光學(xué)的常見工藝，我們做了低溫拋光試驗。工件毛坯預(yù)處理后，Ra=2.11nm，然后做低溫拋光，我們分別在t＝40、100、150、210、390、500和560分鐘時對Ra＝1.73、1.34、1.12、0.88、0.73、0.68Ra4測量值。(本試驗因當(dāng)時測試儀器故障沒連續(xù)作)比照試驗為了評價低溫拋光的優(yōu)劣，我們做了同一工件材料、用同樣粒度磨料，目前常用的瀝青盤拋光和低溫拋光的比照試驗。單晶硅片：毛坯的粗糙度Ra=12.04nm主軸轉(zhuǎn)速60rpm經(jīng)過16小時拋光后工件外表到達(dá)Ra=3.16nm，如圖5度水平。金屬基鍍鎳層：試驗說明瀝青盤常規(guī)工藝的去除率高于低溫拋光的去除率，粗糙度亦能到達(dá)同樣量級。光效果，拋光效率也比較高的試驗結(jié)果，我們認(rèn)為：速是受到限制的，否則磨料外溢，反而效果不好。時，未熔化的冰中所含的磨粒還有固著磨料的切削作用，直到磨粒脫落。所效果和去除率都比較好。30～50℃。拋光過程中，拋光模盤、工件都在我們?nèi)藶橹圃炷莻€小低溫空間內(nèi)，但工件和冰鎮(zhèn)層的接觸面上，由于生熱而形成的某種高溫，復(fù)原了拋光波的液體狀態(tài)，拋光液對工件的水解作用照常進(jìn)展，水解作用有利于材料的去除，所以和常規(guī)拋光一樣，低溫拋光同樣是機(jī)械化學(xué)拋光。材料去除率測定事，由于光學(xué)拋光在一段工藝過程之后，外表去除量甚小，這勢必要求測試儀器具有格外高的區(qū)分率和很嚴(yán)格的測量重復(fù)性，這對承受常規(guī)方法無疑是格外困難的。難波在他們的拋光試驗中承受了努氏(Knoop)硬度計來測量去除率，HaderWeisμm)量級的平滑的溝槽的方14，即在每次拋光后，用輪廓儀去測量溝槽深度的變化進(jìn)而計算出材料被拋光的去除率。我們依據(jù)我們的條件，低溫拋光材料去除率的測定是在MVK—E型顯微硬度計上進(jìn)展的。(Hv)其測頭為金字塔式136℃，當(dāng)以不同負(fù)荷壓材料時，被測材料外表形成一個有肯定深度的四方棱錐形的孔。所以，我們在拋光的樣件上先壓上四方棱錐形孔的壓痕，每次拋光后，測量錐孔對角線長度的變化，就可求得錐孔深度的變化，最終換算出拋光材料的去除率。設(shè)對角線長度為di，四方形錐孔的邊長為ai，則每次拋光后的錐孔高度為所以，測量每次拋光操作后的di就可相應(yīng)計算出hi，就可求出其變化，如圖6所示，最終計算出材料的去除率。di，共十個點作統(tǒng)計平均值。1.顯微硬度計的壓痕是很淺的，但材料的變形使壓痕后在邊緣處有隆起消滅，所以，在第一次開頭計量前，必需把隆起去掉。2.MVK—E顯微鏡400×，位移刻度格值為1μm，di1μm，以削減視值誤差，同時，還壓出不同深度的壓痕作校準(zhǔn)之11.52nm/min14.54×10-3mm3／min。一組金屬基鍍銀層工件低溫拋光測得材料的去除高度0.2nm/min的常規(guī)瀝青模層拋光試驗，結(jié)果是瀝青模盤拋光金屬基鍍鎳層的去除高度、去除率都比冰模層低溫拋光高。另一方面，瀝青盤拋光微晶玻璃的去除高度、去除率都不及低溫拋光。這一結(jié)果是很好玩的。都很低，因而能拋出超光滑外表。光學(xué)材料拋光的去除串，在轉(zhuǎn)速、擺角及壓力本變的狀況下，仍是一個變數(shù)而不是常數(shù)，例如，當(dāng)由一種磨料更換為另一種磨料時，或磨料由粗變細(xì)時，剛開頭時測得的去除率和以后測得的去除率不一樣。結(jié)論在常規(guī)光學(xué)工藝中加上溫度效應(yīng)，利用拋光波加水冷凍結(jié)冰，形成“固從對幾種常用的光學(xué)材料的拋光效果來