光学材料的浅低温抛光方法

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1、光学材料的浅低温抛光方法光学材料的浅低温抛光方法本文从另外角度考虑问题，从改变加工环境温度考虑问题。在金刚石超精密加工技术的发展过程中，就有人研究过金刚石低温切削技术5，出现了一些新现象，例如在低温条件下，金刚石可切削黑色金属并获得很好的表面质量。1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、宝石和光学玻璃等，对这些材料进行超精密加工，并获得很好的面形精度和超光滑表面部是很难的。近代刚刚趋于成熟的金刚石切削技术对此也无能为力。　　解决这些材料的加工问题还是不断改进的传统工艺方法，或是在传统工艺方法上又加入新的工艺手段，因为科学的发展对

2、加工精度和表面质量的要求愈来愈高，传统工艺方法已经很难应付了。对硬脆材料实行超精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非常好的加工方法，离子束抛光可达到很高的水平，但这项技术的开展工作需要很多的资金投入和做深入的研究工作。本文从另外角度考虑问题，从改变加工环境温度考虑问题。在金刚石超精密加工技术的发展过程中，就有人研究过金刚石低温切削技术5，出现了一些新现象，例如在低温条件下，金刚石可切削黑色金属并获得很好的表面质量。那么，在低温状态下，对光学材料进行抛

3、光，又会产生那些新现象，是否能提高加工精度和加工效率，我们通过实验作了一定程度的探讨，下面简述之。　　2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一定温度，温度的高低和物理热有关，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。高温可以达到很高的程度，原子的混乱不断加大，物质由固体变成液体，再由液体变成气体。而低温是有限的，-273.15℃是绝对温度零度，表示为0K因而常温一般在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

4、和低温环境，在实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达到并保持所需的低温。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，在低温应用工程的研究中，有人把环境温度低到123K(-150℃)称为普冷区，把123K到OK(-273.℃)称为深冷区。我们的工作是在零下-30～-50℃的环境中进行的，光学材料在低温状态下的加工特性是我们要研究的，在低温状态下进行光学抛光，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。　　3抛光模和抛光波　　3.

5、1抛光模层　　在切削加工中采用低温技术可用干切法，即切削时不加冷却液。在磨削加工中采用低温技术，最困难的事可能莫过于低温磨削液了，因为找到一种在0℃以下仍具有良好的流动性的磨削液绝非易事。一般水溶性磨削液在5℃，非水溶性磨削液在-5℃时流动性就很差了。我们一直在努力寻找一种能避开这种困扰的方法，日本学者横川和彦在研究磨削技术的过程中，从改善加工环境的目的出发，提出了向加工区喷射冷空气的想法，大森整做了冰冻砂轮实验，这些都很有创造性对我们很有启发。在光学冷加工中。　　水作为磨料的载体同时也是冷却剂，无论是散粒磨料还是固着磨料抛光中都离不开水，所以还是要在水

6、上想办法。　　传统的光学抛光一般使用铸铁盘，表面致以抛光模，敷料中最常用的是沥青，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形状，例如平面、凹球面和凸球面，然后在其表面上雕刻出纵横沟槽，形成许多个小方块，沟槽可以容纳磨料和抛光液，许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。若在低温下抛光，必需创造低温环境条件，包括把沥青盘或锡盘冷却到所要求的低温，然后进行低温下抛光，但低温下的沥青和锡会有那些新特点，是需要我们解决的问题，我们没有这样作。　　我们走的是另外一条路：把抛光

7、液冷冻在抛光盘上，形成一个冰的抛光模层，这样我们可以得到一个同样形状准确的抛光模层，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，可根据加工材料的不同调整冷冻深度来调整冰模层的硬度。　　3.2抛光波　　光学抛光中使用的磨料很多，例如Al2O3、CeO2、Gr2O3和SiO2等等，抛光使用的磨料粒度、磨料粒子的形状都直接影响抛光效果，磨粒的形状，不同磨料是不一样的，磨料粒度还是细的好，最好选用纳米(nm)级磨料，根据被抛光材料的不同，对表

8、面质量要求的不同，适当地选用不同种类、不同粒度的磨料。　　磨料加水形成的悬浮液，