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光學材料拋光技術

光學材料拋光技術

    現代科學技術所使用的硬脆材料,如單品硅、功能材料、陶瓷、寶石和光學玻璃等,對這些材料進行超精密加工,并獲得很好的面形精度和超光滑表面部是很難的。近代剛剛趨于成熟的金剛石切削技術對此也無能為力。


    解決這些材料的加工問題還是不斷改進的傳統工藝方法,或是在傳統工藝方法上又加入新的工藝手段,因為科學的發展對加工精度和表面質量的要求愈來愈高,傳統工藝方法已經很難應付了。對硬脆材料實行超精密加工并不斷的提高加工精度,提高加工效率,是我們設法回避的問題,為此人們把不同的物理過程、不同的化學過程應用于加工工藝中,如離子束加工是一種非常好的加工方法,離子束拋光可達到很高的水平,但這項技術的開展工作需要很多的資金投入和做深入的研究工作。本文從另外角度考慮問題,從改變加工環境溫度考慮問題。在金剛石超精密加工技術的發展過程中,就有人研究過金剛石低溫切削技術5,出現了一些新現象,例如在低溫條件下,金剛石可切削黑色金屬并獲得很好的表面質量。那么,在低溫狀態下,對光學材料進行拋光,又會產生那些新現象,是否能提高加工精度和加工效率,我們通過實驗作了一定程度的探討,下面簡述之。


2低溫拋光的概念


溫度是一個物理量,世界上的各種物質在其所在的環境中都表現出具有一定溫度,溫度的高低和物理熱有關,熱的本質是物質中的原子不斷振動的一種表現,溫度高表示其組成原子很混亂,低溫狀態下原子可以秩序井然。高溫可以達到很高的程度,原子的混亂不斷加大,物質由固體變成液體,再由液體變成氣體。而低溫是有限的,—273.15℃是絕對溫度零度,表示為0K因而常溫一般在300K左右,0℃是273K。低溫是指0℃以下,即273K以下的溫度范圍。自然界有低溫物質和低溫環境,在實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材料和加工空間達到并保持所需的低溫。各種物質在低溫環境中,隨冷凍深度的不同,物質表現了不同的特性,在低溫應用工程的研究中,有人把環境溫度低到123K(一150℃)稱為普冷區,把123K到OK(一273. ℃)稱為深冷區。我們的工作是在零下一30~一50℃的環境中進行的,光學材料在低溫狀態下的加工特性是我們要研究的,在低溫狀態下進行光學拋光,要解決低溫狀態下的拋光模、工件和工藝過程的低溫環境等問題,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。


3 拋光模和拋光波


3.1拋光模層


在切削加工中采用低溫技術可用干切法,即切削時不加冷卻液。在磨削加工中采用低溫技術,最困難的事可能莫過于低溫磨削液了,因為找到一種在0℃以下仍具有良好的流動性的磨削液絕非易事。一般水溶性磨削液在5℃,非水溶性磨削液在一5℃時流動性就很差了。我們一直在努力尋找一種能避開這種困擾的方法,日本學者橫川和彥在研究磨削技術的過程中,從改善加工環境的目的出發,提出了向加工區噴射冷空氣的想法,大森整做了冰凍砂輪實驗,這些都很有創造性對我們很有啟發。在光學冷加工中。


水作為磨料的載體同時也是冷卻劑,無論是散粒磨料還是固著磨料拋光中都離不開水,所以還是要在水上想辦法。




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