浮法抛光超光滑表面加工技术.doc

资源描述

浮法抛光超光滑表面加工技术浮法抛光技术首先出现于日本，是加工超光滑表面的先进技术之一。本文介绍用浮法抛光加工超光滑表面的机械结构和加工过程，与传统的沥青抛光方法进行比较，分析材料去除机理。最后简单介绍我国研究浮法抛光技术的进展。 xflj 0CB"cL 正文 :\d<J< !m<!}r~ 一、浮法抛光技术的产生与现状 e`nL}V"h N)b O&fj 光学零件的加工基本包括切割成型、研磨、抛光三道工序；最终的光学表面质量由抛光决定，因此抛光是最重要的工序。通常高质量光滑表面的抛光是以沥青或纤维等弹性材料作磨盘，配以抛光液或研磨膏来达到技术要求。 -lsO;3 Rr> yL *( 近年来，光学及微电子学极大地推动了光学加工技术的发展。大规模或超大规模集成电路对所用基片(通常为硅、锗等材料)的表面精度提出了很高的要求；短波段光学的发展尤其是强激光技术的出现，对光学元件表面粗糙度的要求极为苛刻。表面粗糙度低于1nm rms的超光滑表面加工技术已成为光学及微电子学基础技术领域的重要课题。靠传统的经验依赖性的光学加工方法是不能满足日益发展的光学、电子学要求的。国内外已有许多科学家在探索加工高精度超光滑表面的各种技术。一般原子直径小于0.3nm，而超光滑表面微观起伏的均方根值为几个原子的尺寸，因此实现超光滑表面加工的关键在于实现表面材料原子量级的去除。 `'9xIq SDcC|J\L 1997年，日本大坂大学的难波义治教授发明了浮法抛光(Float Polishing)加工超光滑表面技术。通过使用这项技术，可使刚玉单晶的平面面形达到λ/20，表面粗糙度低于1nm Rz。1987年的研究报告表明，使用浮法技术进行多种材料的抛光实验，对φ180mm的工作，可以达到表面粗糙度优于o.2nm rms，平面度优于λ/20=0.03μm。 16yiteK]l k>s_oph}x' 目前在日本，浮法抛光技术应用很广泛，尤其是用于录音机、录像机或计算机的磁头生产；每年有2500万个磁头就是采用这项技术制造的。近年来，德国也在研究类似抛光技术。德国Ulm大学的欧威(O. Weis)研究表明，对白宝石材料的φ7mm的工件进行抛光，30分钟后达到表面粗糙度小于0.05nm的结果。 ~0-)py?h 3f:Q"Bpf 将浮法抛光样品与普通抛光样品比较可以发现浮法抛光有许多优点。普通沥青式抛光使用硬度大于工件的磨料，也可以获得所谓超光滑表面的粗糙度指标，但对磨盘的平面度的修正很有讲究，这影响到被抛光工件的面形。普通抛光后的工件，其边缘几何尺寸总不太好，经常有塌边或翘边现象；并且在高倍显微镜下可以看到表面有塑性畸变层。 (ncQ!0y' [.@PV8$4a 应用浮法抛光法技术获得的超光滑表面，不仅具有较好的表面粗糙度和边缘几何形状，而且抛光晶体面有理想完好的晶格，亚表面没有破坏层，并且由抛光引起的表面残余应力极小。 {^q)IEKp<* }^OC (|- 二、浮法抛光机的机械结构与抛光过程 Zl @Z} #4d>*tr 浮法抛光机的机械构造类似于定摆抛光机。在对工件进行浮法抛光前，被加工工件首先要进行预抛光，干燥。就可以浮法抛光。 n8 \B@I' ~Os !| 抛光过程中，抛光液随磨盘旋转；由于流体运动产生动压，工件与磨盘之间形成一层薄薄的液膜，使得工件浮在磨盘上旋转，保持软接触。液体旋转时的离心作用使抛光液中粒度稍大的颗粒被甩到四周，并渐渐沉到底部，这样夹在磨盘与工件间的液膜中的磨料越来越精细均匀；被加工光学表面越来越光滑，最后达到超光滑。 ~(nar(9 _],1$dj 工件的面形主要由磨盘面形决定，浮法抛光中，由于锡材料本身的特性，其硬度及流动性适中，在抛光中锡盘的磨损可以忽略，因而锡盘的平面度是很容易控制的；这样保证了工件面形的稳定性。传统抛光的经验性主要是由于沥青盘的抛光中变形决定的；使用锡盘后，这种经验性抛光就可以成为稳定抛光。 ;R +tga |nSmn\DU 三、浮法抛光的去除机理 LnJdb {n LQQ&KrtY<G 浮法抛光表面粗糙度可达到亚纳米量级，接近原子尺寸，工件材料的去除是原子水平上进行的。工件表面原子在磨料微粒的撞击作用下脱离工件主体，从而被去除。原子的去除过程，是磨料与工件在原子水平的碰撞、扩散、填补过程。 => EN0Ir+\ +UJzP3ei 四、磨料的选取 %[ciixRTpP X[C9URB 根据去除机理，利用外表面层与主体原子结合能的差异，任何材料都可作为磨料去除工件表层原子，可以获得无晶格错位与畸变的表面。 _BHlFExH 1" % d9 在进行浮法超光滑表面的抛光中，选择合适的材料作为磨料很重要。一般用于浮法抛光的磨料为粒度约7nm的SiO2微粉。 y_ ?2^|G Z<uC225x 综上所述，浮法抛光技术的关键在于： l[H^-:2h Rw)XS ZvM 高面形精度的锡盘，以此来保证工件面形的高精度。 Z:"Hj}o 粒度小于20nm的磨料，目的在于增大工件与磨盘的接触面积，增多磨料颗粒与工件表面的碰撞机会，达到原子量级去除的目的。 .SUBl 抛光液将工件和磨盘浸没，靠流体作用形成工件与磨盘间液膜，为磨料颗粒与工件的碰撞提供环境。 K8*$c<d6 　 !e 8w @OZqP " _g 五、我国的研究现状 bX '8 #GK v.ZG)7 长春光机所应用光学国家重点实验室，在短波段光学的带动下，从1992年开始研究浮法抛光技术，已研制出一台抛光原理样机，并进行了大量实验。目前对K9玻璃样片的抛光实验结果表明，表面粗糙度优于1nmRa。所使用磨料粒度约为25nm。有关实验正在继续进行，并且一台高精度的浮法抛光实验样机正在研制中。手工抛光基础知识手工抛光是用时间和经验而获得的一项技术。本章讨论手工抛光的一些基础知识。 Lt?"GZWQS 用沥青抛光光学表面称为光学抛光。沥青抛光模或抛光工具是用一种混合抛光材料制成的，在标准室温条件下，抛光层稍有塑性流动。抛光光学表面采用两种型式的沥青抛光模。第一种是网格型式，在大网格面上压制出更小的网格面形。第二种是带有粗槽线的整体型式。 X 1Pey H 沥青胶配方 ifG+Vx*F) 沥青胶的配方一般对同行是保密的，每一个光学技工都有其喜爱的沥青抛光胶的配方和方法。因此，并不限制他们在胶锅里混入些什么东西。管理人员和公司通常只坚持一个方针，就是要求每个新的光学技工采用标准的沥青胶配方。下面列出某些典型的抛光沥青胶的配方。 ?d;@O,Gm 按重量比： K#n'*1 D光学胶1磅（453.6g）加石蜡1盎司（28.35g） 8r xlL]"A D光学胶1磅加石蜡2盎司（抛光修整用） C)T> F D光学胶1.5磅加OZHINITE3/4盎司和松香柏油5盎司 lH7M4xww= D光学胶2磅加ZORPHALAC2磅 )AG D 2)号和3)号沥青抛光胶用于抛光冕牌玻璃、派勒克斯玻璃、窗玻璃和石英晶体。4)号沥青胶用于抛光稀土玻璃和火石玻璃。 a]v b6:{ ` 后来D.亨德里克斯根据一条简单规则把沥青胶配方划为类似化合物的混合物。例如，沥青胶中松香从松树得到，蓖麻油或亚麻仁油是植物油，故称为植物性混合物。D光学胶是从炼油厂得到的软沥青化合物混合而成的无机物或无机物的混合物。 >Ks3)rSgt 亨德里克斯研究了若干种沥青胶的配方： o~y72Y-@ 按重量比： +#-jP=' 无色透明松香5磅，蓖麻油6盎司。 &n@ qG 1 D光学胶2磅，亚麻仁油6盎司。 {X Dh] D光学胶2磅，松香柏油4盎司，蜂蜡1.5磅，加1～3匙松节油，然后调均匀。 eR8*Esi 采用的沥青配方是5磅无色透明的松香和6盎司松香柏油（液态），可以预先置好沥青胶以作准备用。佐贝尔（Zobal）牌号有软沥青胶和硬沥青胶。这种胶是透明的，加一些较软的胶可以使较硬的胶软化。万能虫胶供应公司（Brooklyn，NY）提供的No450中硬抛光胶是广泛使用的胶。该公司也提供各种不同硬度和熔化范围的布尔根德（Burgundy）沥青胶。W.蒂查（Wn Dixon）和其公司（Newark，NJ）是又一家提供优质光学沥青胶的公司。有些进口沥青胶也是很好的并能保证质量。虽然没有各种配方的完整规格，但沥青胶是可以根据特殊需要而专门研制的。 ^R X=H+Foj 沥青胶硬度的测量 =x `Gd5 沥青胶硬度有几种测量方法。一般采用针入度计，该仪器在压有0.5kg铜重块的滑杆上固定一只直径为6mm的轴承钢球。在圆柱体滑杆上固定一只每英寸1000分到处圆度盘，5min以后读出轴承钢球穿入沥青胶的数值（见图3.1）。 71Uw 3z( 许多早期的光学技工用拇指甲以约为2～3磅的压力在1～2s钟内压入胶内，其它测量方法是仿效该法得到的。拇指甲压胶虽是一种粗略的方法，但可以设计出一只带有锐边的轮子，棒的支点到轮子的长度为10cm，棒上穿一个重为8盎司的铜重块，60s后测量轮子刀刃穿入沥青胶的宽度和深度（见图3.2）。 ]*"%]gU x (ljCWx 图3.1　测试抛光沥青胶硬度的典型沥青胶针入度装置 BU7QLGD Vf1z6_l79 图3.2　类似于拇指甲测试沥青胶硬度的另一种设计方案 2@cQg}C( 虽然采用加重块的穿入方法更为精确，但它的缺点是因沥青胶的雾气凝聚在测杆上，而使昂贵的千分表渐渐失去精度。 zq!yfkZ 机器抛光或手工抛光所采用的沥青胶的硬度是可以测量的。应该在室温70～72°F。抛光派勒克斯玻璃、石英晶体、冕牌玻璃和陶瓷玻璃时测量针入度的度盘读书应该为0.012～0.016in。具有这样针入度数值的胶对手工抛光棱镜及小平面是极为适用的。用于抛修非球面的沥青抛光胶的硬度为0.018～0.025in。用于火石玻璃的胶硬度为0.025～0.03in。对于稀土玻璃，例如EDF3，其硬度范围为0.03～0.04in。以上是对40h研细的巴塞特（Barnsite）和抛光粉的标准数值。 oEj 抛光胶的基本成分（例如松香、柏油、油脂或亚麻仁油）缓慢蒸发，并且抛光粉嵌入抛光模后，沥青抛光模就逐渐变硬。大多数已开好槽的沥青抛光模表面上还印有更细致的浅槽图案，可以用刀片重新按图案开出抛光模沟槽。 2'F\ |Y . 沥青抛光盘开槽 V+o^u`bz 手工抛光棱镜的沥青抛光模的制作方法如下：将缓慢熔化的5磅无色透明松香和6盎司松香柏油倒入熔化的松香中充分搅拌，待松香柏油充分软化或松香变硬时，加入沥青胶，使针入度值大约为0.014in。 ;elyh { k 同时做两只10in直径的抛光模，铝模厚度至少1in，接头直径1.5in或更大，以防止抛光模在连接螺旋上摇动。将两只夹模中的一只在煤气嘴下加热，一直加热到尚可以用手接触为止。然后用很小的力将夹模旋在立柱上。如果夹模是热的，会装得太紧，使大型抛光模取下来很费力气。夹模的四周用3/4in胶带纸粘贴，高出夹模表面1/2in。将半冷的沥青胶慢慢地从夹模中心倒入已加热的夹模上，沥青胶的厚度可以为1/16～3/8in，然后让抛光模慢慢地冷却到室温。 zu@LUZ1 用类似的方法制作第二只沥青抛光模，但是现在的沥青胶里含有胡桃壳的碎粒，将1杯半的胡桃壳碎粒慢慢地加入到1夸特熔化的沥青胶里面。 Rxca_0p 每只抛光模用3/4in铜条划出3/4in的方块。每个方块平面划出1/8in宽和约3/16in深的浅槽。沥青抛光模用单面刀片开槽。首次划槽完成后，最好先用洗涤水涂抹抛光模。然后在所有方格槽的另一侧切出浅槽，每切一次使凹槽切口的深度加深一次。右手拿刀片的人总是切割出凹槽的右边（反之为左手持刀者），为了改变切口方向，可把抛光盘转动180°。切割几次后，再用4in钟表刷子除去嵌入凹槽内的沥青碎屑。 t*#G}8z 9 必须用一只12in的铸铁平模压平开过槽的抛光模。模子在热水中加热，直到手尚能接触为止。抛光模上涂一层浓的抛光粉悬浮液，把加热的平模放在沥青抛光模上，横穿抛光模，推动几个圆动程，使抛光模的边缘压得与中心一样平。完成这些动作后开槽并进一步压制小方格。这道工序可用一块更细网格或塑料窗帘来完成。把抛光液浸湿的网格用力贴合在抛光模上，再放上加热的铸铁平模。必须注意抛光模上所压出的槽深度应小于格线直径的一半。如果压得太深，当网格从沥青抛光模上取下时，会发现凸起的小方块从抛光模主体上撕裂下来。然后，抛光模必须再开一次槽，以除去流入槽中的沥青胶。图3.3所示为沥青抛光模。 2WKy_E k:k> ?jZ` 图3.3　压制了小方块的手工抛光和机器抛光的开槽抛光模 +nHAfjQ{ 用模压平板控制抛光模的面形 :t)Lfx+2 抛光模应冷却几个小时。大多数光学技工喜欢用表面质量为4个波长或小于4个波长的光滑平模在机器上压制抛光模，在主轴转速为30r/min、摆臂摆速为20r/min和1/3直径的动程条件下抛光10min。 ]T?C.$oL] 用派勒克斯玻璃压平模控制抛光模的表面形状。将抛光模压成所要求的形状需要三块派勒克斯玻璃。如果每块派勒克斯玻璃的两面均可利用，则做成了六块压平模的系列。第一块玻璃板的一个面的平面面形可以凸2个波长，而另一面为凹2个波长。第二块派勒克斯玻璃的一面的平面度可凸3～4个波长，而另一面可能为凹3～4个波长。第三块派勒克斯玻璃一面的平面度可为凸6～8个波长，而另一面可为凹6～8个波长。每块派勒克斯玻璃必须作上记号，表示面形的波长偏离量是凹的还是凸的。要压出凸面形的抛光模必须用凹的压平模；凹面形的抛光模必须用凸的压平板。 *? _BFT}O 整体式抛光模 _!KCud 这种型式抛光模用的抛光胶称为中硬（稍软）沥青胶。用针入度计测量的硬度测量值范围是5min以内为0.025～0.030in。现列举几种典型沥青胶配方如下： hxzMzoK# 按重量比： QzX_z `p No835的中等布尔根德沥青2磅，达光学质量的松香2磅。 T'>(SLrKb 佐贝尔软沥青2磅，佐贝尔硬沥青2磅。 $\p<O No850软抛光布尔根德沥青2磅，达光学质量的松香2磅。 Umi^]Ye 可以制备许多种不通的沥青胶。瑞士软沥青（gregoly）No.55和No.64是其中的一种。整体式抛光模一般是小直径的，典型规格是：工件直径2in，抛光模直径4in；工件直径3in，抛光模直径5in；工件直径4in，抛光模直径6in。抛光模上沥青胶层的厚度约1/4in。用刀片无规则地开出浅槽，穿过抛光模纵横方向浅槽宽度为1/4in、深为1/32in。有些操作者喜欢在抛光盘中心挖一个1/4in的小孔，以使抛光时沥青胶向中心流动（见图3.4，图中表示在整体式抛光模上所刮出的浅槽图形）。 $a qtta [3l9&X- 图3.4　手工抛光小平面时的整体式抛光模，用小刀 x%0Ro?Wo 制作一组浅的径向线形槽，由压平板控制抛光模面形 )_> ~/w 用网格抛光模作手工抛光 _y3,f$ 用熟石膏上盘的平面镜盘抛光时，采用不掺有胡桃壳的抛光模；而一般的细磨与抛光应用加胡桃壳的抛光模。在后一种情况下，细磨表面抛光时必须加上5～6磅的压力。较硬的沥青抛光模与较软的沥青抛光模相比更易保持面形。 <3.J/`*A 手工抛光技术建立在一些易于掌握的基本原则的基础上。用平滑的铸铁盘在抛光模上运动，使抛光粉嵌新抛光模而将面形变凸。用平板压制两只抛光模以前，最好用稍为浸湿的钟表刷子涂沫抛光粉而压制沥青抛光模的时间取取决于压平板的重量。如果采用多方面的预防措施，可以把压平板在抛光模上放过夜。首先用抛光粉稍湿润一下抛光模；再把压板放在抛光模上。（注意观察整个沥青胶表面是否压住）；最后用12.5mm的胶带纸封住压板及沥青抛光模，使水分不易向四周流出。沥青胶不易向四周流出。 \B*4+8BAx 从抛光模上取下凹的压板，这时抛光模表面是凸的。用钟表刷子湿润抛光模网格面的顶部，并涂布沉淀的抛光粉，用两手在抛光模的中心牢靠地拿住棱镜。如果光学零件细磨得很好，抛光模在纵横两个方向采用Z字形动程并加上5~6磅压力，则能抛去全部砂眼并达到1/8条纹的质量。这时抛光动程方向与抛光模槽形方向成45°，动程数平均每分钟30~40次。此速度似乎是慢的，但光学表面抛光时间的缩短正比于所加的压力值，故很少采用增加每分钟的动程数。因为动程数的增加使被加工光学表面在沥青抛光模上跳动，以致引起塌边。抛光5min以后就应检查表面的光学质量。 XW[A+1i 光学表面的潜热发散出来后，由凹面渐渐变为平面。如果被检面为凸面，则需要继续抛光，约加3～4抛光液，有可能使表面变为凹面。当镜盘提起来时必须注意，每次新加抛光液时，不能总加在同一侧，否则将导致该侧塌边。加两次或更多次的抛光液后，如果表面仍然向凸的方向发展，就说明原来细磨得不好。 k')%.bkq 第一次加抛光液后，光学表面可能出现凹的面形。此时应立刻减少压力到2～3磅，并降低抛光模的Z字形动程的频率。加几次抛光液后，如果没有使表面凹度减少，则用两个波长的凸压板改变沥青抛光模的面形，使其变为凹面。一般压制抛光模15～20min。为加速压型过程，在压板上加一块10磅的铅块并用纸片相垫以防止划伤压板。应强调的是在抛修到凸面和凹面以前，必须对所有细磨光学表面教学预抛光。 XJ"JWRA8& 如果继续用这只抛光模抛光许多表面时，必须记住：在抛光过程中抛光模凸面度渐渐下降，如果抛光模是凹的，则反之亦然，加工结果是渐渐地朝更凹的方向发展。 G a?a]jt 抛光时如果光学表面没有麻点、砂眼、亮道子和划痕，则应减轻压重。如果表面是凹面，则压重大约减至2磅或更小。如果有抛不掉的亮道子存在，则开始时最好不用掺有胡桃壳的抛光模。本书作者喜欢用两个波长的压板压软的抛光模，用这种软抛光模来抛光光学表面，不采用每分钟20次相同Z字形动程，来获得光学表面的质量。 *P%0T w 用平晶检验抛光表面的表面质量将在第四章介绍。应注意的是：在加工工件以前必须仔细地分析每个抛光表面。假如能用抛光方法获得改善，则镜片不必再重磨。 C65:T8%x 抛光棱镜和其它矩形表面的光学元件时，通常带有象散。多半光学元件长度方向是表面形状是凹的，宽度方向是凸的。这称之为马鞍形曲面。若将棱镜旋转45度，并加压在最高角落处就可得到校正。另一种普通的表面缺陷是腹部突出或凹进的‘飞鸟图案’。这个意思是如果中心低（凹），则中间带区为高（凸）而边部塌边；如果中心高，则中间带区低而边缘翘边。 rt-q1!.L<B 校正中间或中心区域高的表面，要在该区域局部加压并将光学零件稍移移向抛光片盘边缘（见图3.5a和b），而且必须在短时间内仔细完成操作当棱镜相应高带区域变小时，则在棱镜凸面四周用双手加压，以较慢速率在抛光模上平滑该棱镜表面。交换棱镜中心与边缘的压力并增加速率，用更短的工字形抛光动程来校正第二种或相反的表面形状。 FC6JiBuq <(HM5Ac5FN 图3.5棱镜抛光的典型倾斜面形偏差下面部分表示校正凹包的方法。 c*PoX^+ 当棱镜或光学零件的面形得到改善时，经常在角隅附近发现小的凸包（称为谷粒）。这种谷粒常常是顽固的，不能单独用加压法消除。许多有经验的操作者借助于手指修整法，用得最多的是大姆指或中指 C8. 2U1Q 。修整10秒以后，将棱镜角隅搁置一边，过5min钟使潜热释放而达到正常温度。这种局部修整棱镜的方法，会导致某些不规则面形，因此必须用较软抛光模以慢行程和轻压力抛光`修整面形，因此必须用较软抛光模以慢行程和轻压力抛光`修整面形。软抛光模用面形为两个波长的压板成型。 GwYf'S)CqN 提示 0M(S+j_I" 抛光模禄始时都象是锉刀的形状，在光学表面上会产局部效应，直到小网格方块变为相当大的平台时，才能完成光学表面的抛光。 sc] ]Sn?| 石膏上盘加工玻璃表面，尽管有些操作者用带胡桃壳的抛光模，但还必须用不加胡桃壳的沥表抛光模以抛光`修整较高质量的光学表面。 9 x?p tk+0 抛光时，决不允许在抛光边缘处加抛光液，而应在抛光的中心处或每次换一个新的地方加抛光液。 @i`'^W6 采用z字形动程时，至少要通过抛光模两次，并在中心处结束。当围绕抛光盘四周改变位置时，不能在抛光模中心用力旋转棱镜，因为这样常导致表面一直是凹的。 lk^|ax7 穿过抛光模并与抛光模上的大槽线近似成45度方向抛光时，只有四个位置可作为动程起点的位置。 u@ W] 应该用3in玻璃研碎器研平新的抛光粉，研碎器带有三个波长以内平面度的平面。平面在抛光模上作旋转运动，用一只稍湿的钟表刷子在凹槽里添加新的抛光粉。 Yo;&k/ 在沥青抛光模上若抛光粉稀薄则使棱镜或光学零件表面与沥青模紧贴，可能产生凹面；而浓的抛光粉则使光学零件抛成为凸面。 n5"7m 在由凸压板形成的凹沥青抛光模上抛光光学元件或棱镜时可以减少表面凹的程度；反之，用凹压板形成的凸抛光模来抛光棱镜或光学零件时可以减少光学表面凸的程度。 ^# zh;h/ 抛光模一次双一次地开槽及修乔边缘，均应重新修整成锐边，并一边高速旋转一边用单面刀片修整整体式抛光模的边缘，必须熟练地细心地用双手拿稳刀片，并且不要对沥青胶层进刀太深。 qly4<S 采用整体式抛光模的操作者应有一些“柱墩”，三个一组已足够，其直径为1-3in，并用下班环氧树脂做成呈小三角形的三分之一in的短手柄。 pAy`OW%9. 当抛光凹面有困难时，通常可在抛光模中间放一个柱墩，在沥青抛光模上便钻出一个凹坑，于是较低层的沥青就流向抛光模中央的凹坑里，导致抛光模在该区域为凹的，使抛光作用减小。柱墩的尺寸取决于被抛光光学无件的凹凸程度。 0 ?Wza nin 当较细网格槽熔没时，需重新修乔或压制网格抛光模。 1,mG 在抛光机上用铸铁平模抛压旋转中的抛光模，可把沥青抛光模上呈网格状的小方块压平，用压板压过一但也可以达到此目的。 G!U|O 6.用整体式抛光模作手工抛光 qqL={#5 用熟石膏上盘或其它一些上盘方法已经粗抛光过的光学表面通常用整体式抛光模整修成形。这种光学表面存在象散，而且表面质量最好只有1-2个波长。 c=!e3c(? 被加工的光学零件直径一般不大于4in。大尺寸光学零件最好用网格式抛光模修整成形。但这并不意味着如果采用某种措施就可以在整体式抛光模上抛光。因为吸附力使光学表面与抛光模紧密接触，因而使较大表面加工发生困难。 1kWA\ 一般用面形压板面型的整体抛光模形成一个平坦的面形。最好用1-4个波长的凸压板作补偿，在整体式抛光模上压出凹的面形。把压板放在抛光模上以前必须在整个抛光盘直么上用干抛光粉慢慢地擦几下，然后吹掉剩余物。 1B/f6G7? 如果用铅锤将压板向下敲压，则在短时间内（大约5min）可获得平面面形。移支压板后，检验抛光过的表面，并确定表面的形状。如果是凹表面，则用乔刀在中心挖一个小孔，从中心到边缘刮十条或更多条么向线。然后把直么大约为整体抛光模直径四分之一的小研平器将浸湿的抛光粉研平直到有清晰的光津出现。如果工件直么小，则把光这零件放在抛光模中心，并用一只手住；如果工件直么大，则用两手抓住。整个操作过程中，各操作者经常有扬不同，有的欢喜一只因定椿柱加工零件；而另一些则欢喜在困定椿柱上装一个小轴，用一只手加手加工光学零件，而用另一只手旋转转轴，这是一种流行的方法。因为加工零件时，操作人员可以坐着。另一种不同的方法是慢慢旋转抛光机的主轴（即1r/min），用两手抓住工件加工。 .TfE H[g 如果光学表面是凹的，则工件穿过模直径一半，以每秒三个动程速率按z字形运动，然后再反向运动，光学零件上压力是变化的。如果光学表面有两个波长，有时从抛光模上取下光学零件停抛一下是一种好办法。抛光时，操作者要保持两个工作表面的附着力及内聚力。加工凸面需要用不同的方法。压板面形通常仅凸1个波长，将抛光模压出凹的面形。抛光模压形以后，在抛光模中心开出小孔，并在两个方向上划槽，构成一毓正方形。用一只小研碎器，在湿抛光粉上工作，使它保持一定的平面性，决不允许存在太大的象散或变凸。研平器必须在凸2个波长的平模上进行。 'P,<G3/p, 抛光粉研碎以后，抛光模具有和的光泽用大约2的压力加工光学零件，穿过孔径的z字形动程，频率为5次每秒。 0`]b.H4 有些操作者欢喜用海棉除去所有研碎的散料抛光粉。然后在抛光前在抛光模上滴几滴水，因而可保持边缘不塌边。如果边缘边，则可将散粒抛光粉保留在抛光模上。 N{& ZS]?m 正如早已指出的，象散曲面是抛光中常出现的学学表面。还有一种称之为马鞍形面，因为在一个方向上为凸面；而在另一个方向上，则是凹的。应找出最高点的位置，在该区域上使用最大压力，并需用缓慢的z字动程。通常接近边缘的四个角上总有凸包存在。除去这种凸包是困难的，只能用大姆指及中指局部修整法对这种凸包作仔细的个别修饰。 lo/<:2;jPN 在抛光模重新工作以前，操作者对光学表面缺陷作仔细观是很重要的。若光学表面有四分之一波长或更少误差时，则会出现两种或更多种的表面缺陷。如果表面凸2-3个波长，则立即可判断，不必再等待光学零件发散完它所吸收的热，凸的表面总是比凹的表面变平的程度差一些。 z7\W{$ 加工下班或晶体需要特殊的夹具因为由于抛光热产生更大的表面面形变化，这点我们没有讨论。而特殊夹具主要用来防止光学零件吸收潜热。塑料夹具与薄片状光学材料间必须夹进一块橡皮垫块（见图3.6）。感谢石英与下班制造棱镜及单个制造的薄片，通常要着手套零件，全程铊从手上吸收的热量达到最小。国家标准:光学零件表面疵病+手工抛光基础知识 1 主题内容与适用范围 ; bgSW6 本标准规定了光学零件表面疵病术语、代号、换算、标志、密集和试验方法。 ~B+}=#S>] 本标准适用于光学零件抛光表面的检验。 Kxb?\dM; 2 术语、代号 .J@H:#+ 2．1　表面疵病B <XTeolO92 　表面疵病系指麻点、擦痕、开口气泡、破点及破边。 bkSYB<OzVZ 2．2　级数　J e6)_ZJ 级数J表征表面疵病大小，M的数值即为J。 |TI{"Q 其中，M为表面疵病的面积mm2。 zHU<s `&u 正方形表面疵病级数J是以mm为单位的边长数值。 D{Iw=@D Z 2．3　个数G @$ I;q G为允许的表面疵病数目。 =8j[[4O- 3 换算 'PCFYk 换算系指较大级数的表面疵病允许用若干个具有较小级数的表面疵病来代替，其面积之和不超过原级数的表面疵病面积，但不允许将表面疵病换算为多于40个较小级数的表面疵病。 7G.>z6>k 根据需要，表面疵病也可以不允许换算（见4.1.2条）。 n)_d>yL8* 表面疵病级数与疵病个数换算系数按表1。 "u~Q10s K9{b:D2lE r3o,yG!vl' _0 (=n ft=@R,B 中华人民共和国机械电子工业部1989-02-28批准　　　　　　　　　　　1990-01-01实施 VSo:'craU jldzyS 疵病个数 2E+hqTg4 换算系数 1 2.5 6.3 16 40 !B(Ts-|R 级数J 0.004 -- -- -- -- A)1u_ 0.0063 0.004 -- -- -- ;/ \TdB 0.010 0.0063 0.004 -- -- p3 (iNhdj 0.016 0.010 0.0063 0.004 -- bj%fqS5 BB 0.025 0.016 0.010 0.0063 0.0040 ]G)uZB9 0.04 0.025 0.016 0.010 0.0063 j9'nt Hc 0.063 0.040 0.025 0.016 0.010 8>a)n?} 0.10 0.063 0.040 0.025 0.016 K4T'1NKw.- 0.16 0.10 0.063 0.04 0.025 T*XT?6hT 0.25 0.16 0.10 0.063 0.04 GQI~U_<jt 0.40 0.25 0.16 0.10 0.063 =brZu-S 0.63 0.40 0.25 0.16 0.10 fa# 1K9\ 1.0 0.63 0.40 0.25 0.16 4(_XdE> 1.6 1.0 0.63 0.40 0.25 ^hwG ^|| 2.5 1.6 1.0 0.63 0.40 32@OWw_e/ 4.0 2.5 1.6 1.0 0.63 5|T.`H%3 6.3 4.0 2.5 1.6 1.0 <&M3`F## 10 6.3 4.0 2.5 1.6 u`g2i Fp'F\A 注：　①　表面疵病原级数个数乘疵病个数换算系数等于换算后的级数个数(结果应化为整数)。 5 ;8_w , ② 级数公比数为1.6,疵病个数换算系数公比数为2.5。 i&:qYX8ib ③ 级数小于0.004和擦痕宽度小于0.001mm的疵病不作考核. J@6/CB[ ④ 开口气泡和破点均当作麻点处理。 tYVj,cAcB *:x^FQ2e i&/5" IW LJ2?&# 4 标志 ;M1#j|m0 4．1 一般标志 >,un.$ 4．1．1 表面疵病的代号为B，其值由G×J表示。表面疵病一般标为为B/G×J。 rEwI+ 4．1．2 不允许换算的表面疵病，其值加括号（　），见图1。 AP&4u{ 表面疵病B/G×J用引出线在图中表示。见图1。 "1J1Cf{jB 4．1．3　对表面疵病如有特殊要求，可在技术文件中另行规定。 Be<i'g 4．2　分区的标志 & =y7ev.N 分区系指光学零件表面疵病要求不同的区域。对有分区要求的圆形零件和非圆形零件，图上划出范围并标志尺寸。范围线用细实线，见图2和图3。 v|}TS641 F-j|7(s7 #X2A+| : ;px5X"\6 6Dj]]\ve| 4．3　擦痕 DY*(xH 　　　除已定疵病外，如允许有任意长度的擦痕，则应在表面疵病一般标志后附加标注符号C、擦痕的数目和允许最大宽度的数值，一般标志与擦痕标志之间用分号（；）分开（见表2）。 L<XHTP-_ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2　　　　　　　　　　　　　（单位：mm） =V%:Tz3Wf B/3×0.25；C2×0.01 带有任意长度擦痕的表面疵病标志 *)<2;=\ B 表面疵病代号 0zNw6oI 3 未换算的表面疵病数 JZv?D3dK8 0.25 级数 32\mj?*1y C 任意长度的擦痕符号 G_S"E&t 2 允许擦痕数 }Yp90dd 0.01 允许擦痕宽度 ??SbQ<CF u>%`.%|e<y 4．4　破边 T%HRisv 4．4．1　零件表面有效孔径以外的破边，若不影响零件在镜框中的牢固性、密封性和成像质量，则允许存在，但发展性的破边不允许存在。 rOAy@" 4．4．2　破边的标志是在表面疵病一般标志后附加标注符号P和破边的径向尺寸。一般标志与破边标志之间用分号（；）分开（见表3）。 E)PZ }`. <7D(WAx e l:'w>RY 　表3　　　　　　　　　　　　　（单位：mm） URD ~nDs+L B/8×0.4；P　0.5 带有破边的表面疵病标志 c1%d>x B 表面疵病代号 T`FxC#5 8 未换算的表面疵病数 eXvLTY-@k 0.4 级数 C ^fO i P 破边符号 y';goBH;j} 0.5 破边径向尺寸 o+R+9S2X 5　密集 a^ D8. 　表面疵病不允许密集,在4%的检验面积范围内(在圆形检查区相应于1/5直径范围内),不超过2个表面疵病数或不超过经换算后的1/5表面疵病数。 yja\/Xg* 22avk>d) 6　试验方法 7WMM*+/n+ 　检查时应以黑色屏幕为背景，光源为36V、60～108W的普通白炽灯泡，在透射光或反射光下用4×～10×放大镜观察。 "SWf PV-d 　在观察时允许朝任意方向转动零件，但在确定疵病大小时，应以透射光为准（不包括棱镜和一面磨毛一面抛光的零件）。

展开阅读全文