光学制造术第2章粗磨精磨抛光part2.ppt

第2章 粗磨 精磨 抛光 《光学加工》 Optical Fabrication 课程公共邮箱：hfutof@126.com 2.3 抛光 概述 光学零件的抛光是获得光学表面的最主要工序。其目的：一是去除精磨的破坏层，达到规定的表面质量要求；二是精修页型，达到图纸要求的光圈和局部光圈，最后形成透明规则的表面 抛光的过程十分复杂。并且对抛光机理未形成普遍的理论。 抛光机转速、压力、抛光模和抛光剂质量等都对抛光效率和零件有重要的影响。 2.3.1抛光机理 概述 迄今为止，对抛光的本质仍然没一个统一的看法。但大致可以归纳为三种理论：机械磨削理论、化学作用理论和热的表面流动理论。 抛光机转速、压力、抛光模和抛光剂质量等都对抛光效率和零件有重要的影响。 关于抛光的本质的三种基本假说，概述如下： 一.机械磨削理论 机械磨削理论认为：抛光是研磨的继续，其本质与研磨是相同的，都是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面进行微小切削作用的结果。由于抛光是用较细颗粒的抛光剂，所以微小的切削作用可以在分子大小范围内进行 一.机械磨削理论理 其主要实验依据如下： (一)抛光后的零件质量明显减轻 零件抛光后质量明显减轻。通过实验测得，被抛掉的玻璃颗粒尺寸平均为1～1·2nm。 (二)抛光表面有起伏层和机械划痕 用氧化铈抛光时，零件表面凸凹层厚度为30～90nm；用氧化铁抛光，凸凹层要20～90nm .用电子显微镜观察玻璃表面发现：每平方厘米的抛光表面有3万至7万条深为0.008-0.070微米的微痕，约占抛光总面积的10％～20％。综上说明，抛光是机械作用的过程。 (三)抛光剂的粒度和硬度对抛光效率的影响 抛光剂直接作用于玻璃表面，其粒度和硬度对机械磨削作用都有重要影响 实验表明 一.机械磨削理论 光粉粒度直径在一定范围内，粒度愈大，抛光速率愈高抛光速率与颗粒大小成正比。抛光剂硬度愈高，抛光速率愈高，如目前广泛使用的氧化铈抛光粉(Ce0。)比氧化铁 (红粉)的硬度高，所以前者比后者的抛光速率高2～3倍。 (四)抛光速率与压力、速度成线性关系 在抛光过程中，压力和相对速度在一定限度内，抛光速率与压力、速度近似成线性关系。因此，通过增加压力和转速可以显著提高抛光速率，高速抛光就是依此发展而来。 一.机械磨削理论 (五)磨料也能用作抛光剂 磨料很细而且加工压力很小时，也能作为抛光剂。如碳化硼(B4C)和刚玉(Al2O3)，本属磨料，但其粒度直径为0.5μm左右时，也能用于玻璃抛光。 综上可以说明，抛光过程机械磨削作用是基本的。但抛光的本质并不仅仅是微小切削作用，其理由是： (1)如果抛光仅仅是机械磨削过程，那么，抛光速率应与玻璃硬度有关，愈软的玻璃，抛光愈快，反之亦然。可是，这个结论不适用于硅酸盐玻璃ZK9和所有硼酸盐玻璃(仅研究18种玻璃)。 (2)机械磨削理论，尽管得到普遍承认，但它不能解释各种化学因素对抛光速率所声生的重要影响． 二.化学作用理论 二、化学作用理论 化学说认为：抛光过程是在玻璃表层、抛光剂、抛光模和水的作用下．发生错综复杂的化学过程，主要是玻璃表面发生的水解过程。 纯粹的化学理论，力图把抛光过程都归结于化学作用，这当然是不全面的，但水解作用确实存在于抛光过程的始终，并起重要作用。 (一)抛光介质水对玻璃的侵蚀作用 1．玻璃的亲水性 光学玻璃的表面结构和内部结构并不相同。表面结构往往处于不稳定状态，这是由于表面上每个金属阳离子所需要的氧离子数得不到满足，就出现不平衡，产生表面力。这个力决定了玻璃表面的张力和吸湿性，而最普遍最容易吸引的便是水。实验表明，水分子与玻璃表面的亲和力是相当大的，要从玻璃表面消除水迹，需要800~C的高温。因此，处于室温下的玻璃表面，很容易吸附空气中的水分。况且，光学零件在加工过程中，时刻在与水接触，这更加剧了水对玻璃的侵蚀作用——水解作用。 二.化学作用理论 (一)抛光介质水对玻璃的侵蚀作用 2·玻璃的水解反应 许多学者在研究水对玻璃的侵蚀作用时，基本观点是一致的，认为水与玻璃表面的硅酸盐产生水解反应，结果玻璃表面的碱金属或碱土金属溶解出来，生成氢氧化物，使溶液成碱性。同时玻璃表面形成硅酸凝胶层，从而减缓了水的侵蚀作用。但由于硅胶层往往是多孔的或因龟裂而产生裂纹，于是在水溶液中OH-就会进一步侵蚀玻璃的网络内体。 硅酸凝胶层，在正常情况下，硅酸凝胶层能保护玻璃表面，大大减缓侵蚀速度。但在抛光粉的作用下，胶层不断被刮去，露出新的表面又被水解如此往复循环，构成抛光过程。因此，水解作用是非常重要的。如果用其他介质代替水时，抛光速度显著下降，这是由于这些介质不能进行水解反应。此外，水能使抛光粉均匀分布在抛光膜的工作表面上，同时水还有良好的冷却和洗涤作用 二.化学作用理论 (二)光学玻璃