光学镜片加工工艺--抛光

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1、光学镜片加工工艺 - 抛光目录光学冷加工工序-2玻璃镜片抛光工艺 -3镜片抛光-4光学冷加工工艺资料的详细描述-5模具机械抛光基本程序（对比）-7金刚砂-8光学清洗工艺-10镀膜过程中喷点、 潮斑 ( 花斑 ) 的成因及消除方法 -12光学镜片的超声波清洗技术 -14研磨或抛光对光学镜片腐蚀的影响-17抛光常见疵病产生原因及克服方法-23光学冷却液在光学加工中的作用-25光学冷加工生产操作3光学冷加工工序第 1道：铣磨 , 是去除镜片表面凹凸不平的气泡和杂质,( 约 0.05-0.08) 起到成型作用 .第 2道就是精磨工序 , 是将铣磨出来的镜片将其的破坏层给消除掉, 固定 R值.第 3 道

2、就是抛光工序 , 是将精磨镜片再一次抛光 , 这道工序主要是把外观做的更好。第 4 道就是清洗 , 是将抛光过后的镜片将其表面的抛光粉清洗干净. 防止压克 .第 5 道就是磨边 , 是将原有镜片外径将其磨削到指定外径。第 6 道就是镀膜 , 是将有需要镀膜镜片表面镀上一层或多层的有色膜或其他膜第 7 道就是涂墨 , 是将有需要镜片防止反光在其外袁涂上一层黑墨.第 8 道就是胶合 , 是将有 2 个 R值相反大小和外径材质一样的镜片用胶将其联合 . 特殊工序 : 多片加工 ( 成盘加工 ) 和小球面加工 (20 跟轴 ) 线切割根据不同的生产工艺，工序也会稍有出入，如涂墨和胶合的先后次序。玻璃镜

3、片抛光工艺用抛光机和抛光粉或抛光液一起下进行抛光要设定抛光时间, 压力等参数 .抛光后要立即进行清洗可浸泡, 否则抛光粉会固化在玻璃上, 会留有痕迹的 .1. 抛光粉的材料抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成，不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。氧化铝和氧化铬的莫氏硬度为 9，氧化铈和氧化锆为 7，氧化铁更低。氧化铈与硅酸盐玻璃的化学活性较高，硬度也相当，因此广泛用于玻璃的抛光。为了增加氧化铈的抛光速度，通常在氧化铈抛光粉加入氟以增加磨削率。铈含量较低的混合稀土抛光粉通常掺有38的氟；纯氧化铈抛光粉通常不掺光学冷加工生产操作4氟。

4、对ZF或F系列的玻璃来说， 因为本身硬度较小， 而且材料本身的氟含量较高，因此应选用不含氟的抛光粉为好。2. 氧化铈的颗粒度粒度越大的氧化铈，磨削力越大，越适合于较硬的材料，ZF玻璃应该用偏细的抛光粉。要注意的是，所有的氧化铈的颗粒度都有一个分布问题，平均粒径或中位径 D50的大小只决定了抛光速度的快慢，而最大粒径Dmax决定了抛光精度的高低。因此，要得到高精度要求，必须控制抛光粉的最大颗粒。3. 抛光粉的硬度抛光粉的真实硬度与材料有关，如氧化铈的硬度就是莫氏硬度 7左右，各种氧化铈都差 不多。但不同的氧化铈体给人感觉硬度不同，是因为氧化铈抛光粉通常为团聚体。当然，有的抛光粉中加入氧化铝等较硬

5、的材料，表现出来的磨削率和耐磨性都会提高。4. 抛光浆料的浓度抛光过程中浆料的浓度决定了抛光速度, 浓度越大抛光速度越高。使用小颗粒抛光粉时，浆料浓度因适当调低。镜片抛光光学镜片经过研磨液细磨后，其表面尚有厚约2 3 m 的裂痕层，要消除此裂痕层的方法即为抛光。抛光与研磨的机制一样，唯其所使用的工具材质与抛光液 (slurry)不同，抛光所使用的材料有绒布 (cloth) 、抛光皮 (polyurethane)及沥青 (pitch) ，通常要达到高精度的抛光面，最常使用的材料为高级抛光沥青。利用沥青来抛光，是藉由沥青细致的表面，带动抛光液研磨镜片表面生热，使玻璃熔化流动，熔去粗糙的顶点并填平裂

6、痕的谷底，逐渐把裂痕层除去。目前抛光玻璃镜片所使用的抛光粉以氧化铈 (CeO2) 为主，抛光液调配的比例依镜片抛光时期不同而有所不同，一般抛光初期与和抛光模合时使用浓度较高的抛光液，镜片表面光亮后，则改用浓度较稀的抛光液，以避免镜面产生橘皮光学冷加工生产操作5现象 ( 镜片表面雾化 ) 。抛光与研磨所用的运动机构相同，除了抛光的工具与工作液体不一样外，抛光时所需环境条件亦较研磨时严苛。一般抛光时要注意的事项如下：抛光沥青的表面与抛光液中不可有杂质，不然会造成镜面刮伤。抛光沥青表面要与镜片表面吻合，否则抛光时会产生跳动，因而咬持抛光粉而刮伤镜片表面。抛光前必须确定镜片表面是否有研磨后所留下的刮伤

7、或刺孔。抛光工具的大小与材质是否适当。沥青的软硬度与厚度是否适当。抛光的过程中必须随时注意镜片表面的状况及精度检查。透镜表面瑕疵的检查，因为检测的过程是凭个人视觉及方法来判断，所以检验者应对刮伤及砂孔的规范有深刻的认知，要经常比对刮伤与砂孔的标准样版，以确保检验的正确性。光学冷加工工艺资料的详细描述（工艺过程老化）1. 抛光粉1.1对抛光粉的要求a. 颗粒度应均匀，硬度一般应比被抛光材料稍硬；b. 抛光粉应纯洁，不含有可能引起划痕的杂质；c. 应具有一定的晶格形态和缺陷，并有适当的自锐性；d. 应具有良好的分散性和吸附性；e. 化学稳定性好，不致腐蚀工件。1.2抛光粉的种类和性能常用的抛光粉有

8、氧化铈（CeO2）和氧化铁（ FeO3）。a.氧化铈抛光粉颗粒呈多边形，棱角明显，平均直径约2 微米，莫氏硬度光学冷加工生产操作678 级， 比重约为 7.3 。由于制造工艺和氧化铈含量的不同，氧化铈抛光粉有白色（含量达到98% 以上）、淡黄色、棕黄色等。b. 氧化铁抛光粉 俗称红粉，颗粒呈球形，颗粒大小约为 0.5 1 微米，莫氏硬度 47 级，比重约为 5.2 。颜色有从黄红色到深红色若干种。综上所述，氧化铈比红粉具有更高的抛光效率，但是对表面光洁度要求高的零件，还是使用红粉抛光效果较好。2. 抛光模层（下垫）材料 ) 常用的抛光模层材料有抛光胶和纤维材料。2.1抛光胶抛光胶又名抛光柏油，

9、是由松香、沥青以不同的组成比例配制而成，用于光学零件的精密抛光。2.2纤维材料在光学工件的抛光中，若对抛光面的面形精度（光圈）要求不高时，长采用呢绒、毛毡及其它纤维物质作为抛光模层的材料。3. 常用测试仪器光学零件的某些质量指标，如透镜的曲率半径、棱镜的角度，需要用专门的测试仪器来测量。常用的仪器有：光学比较侧角仪、激光平面干涉仪、球径仪和刀口仪等。4. 抛光在抛光过程中添加抛光液要适当。太少了参与作用能够的抛光粉颗粒减少，降低抛光效率。太多了，有些抛光粉颗粒并不参与工作，同时也带来大量液体使玻璃边面的温度下降，影响抛光效率。抛光液的浓度也要适当，浓度太低，即水分太多，参与工作的抛光粉颗粒减少

10、并使玻璃表面温度降低，因此降低抛光效率。浓度太高，即水分带少，影响抛光压力，抛光粉不能迅速散步均匀，导致各部压力不等，造成局部多磨，对抛光的光圈（条纹）质量有影响。而且单位面积压力减少，效率降低，抛光过程中产生的碎屑也不能顺利排除，使工件表面粗糙。一般是开始抛光时抛光液稍浓些，快完工时，抛光液淡些，添加次数少些， 这有利于提高抛光效率和光洁度。 另外，一般认为抛光液的酸度 （pH值）应控制在 6 8 之间，否则玻璃表面会被腐蚀，影响表面光洁度。光学冷加工生产操作7在抛光过程中检查光圈（条纹）时，如不合格，可以通过调整抛光机的转速和压力、工件与模具（抛光机下盘）的相对速度、相对位移、摆速和羞怯抛

11、光模层等方法进行修改。a. 提高主轴转速，能增加边缘部位与上模接触区域的抛光强度。经验证明，若速度过高，抛光表面温度升高， 从而使抛光模层硬度降低， 影响修改光圈 （条纹）的效果。b. 增加荷重以加大压力时，可提高整个抛光模和工件间接触区域的抛光强度，也将使抛光表面的温度升高，降低抛光模层的硬度。c. 加大铁笔（上盘主轴）的位移量，可使上盘的中间部位和下盘的边缘部位同时得到修整。d. 加大摆幅长度，增加摆轴速度会使上盘的中间部位和下盘的边缘部位加速抛光。e. 刮槽是减少开槽部分的压力承受面和摩擦面，因此抛光下盘在开槽部分的抛光效力降低。反之，未开槽部分的抛光效力有所增大。均匀开槽时，能使抛光下

12、盘的流动性适合与工件表面的曲率。同时，既能使抛光液含量增加，容易渗入抛光下盘面而增加抛光效力，又能减轻抛光机传动负荷。综上所述，为了控制和稳定抛光条件，工作场地应保持较为稳定的温度（ 25C左右）和湿度（相对湿度为 6070%）。模具机械抛光基本程序（对比）模具要想获得高质量的抛光效果，最重要的是要具备有高质量的油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况，如机械加工、电火花加工，磨加工等等。机械抛光的一般过程如下：（1）粗抛 经铣、电火花、磨等工艺后的表面可以选择转速在 35 00040 000 rpm 的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光。 常用的

13、方法有利用直径 3mm、 WA # 400 的轮子去除白色电火花层。然后是手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。一般的使用顺序为 #180 #240 #320 #400 #600 #800 #1000 。许多模具制造商为了节约时间而选择从 #400 开始。光学冷加工生产操作8（2）半精抛半精抛主要使用砂纸和煤油。砂纸的号数依次为： #400 #600 #800 #1000 #1200 #1500。实际上 #1500 砂纸只用适于淬硬的模具钢 （52HRC以上），而不适用于预硬钢，因为这样可能会导致预硬钢件表面烧伤。（3）精抛精抛主要使用钻石研磨膏。若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进

14、行研磨的话，则通常的研磨顺序是 9m（#1800） 6 m（ #3000）3m（ #8000）。9m的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除 #1200 和#1500 号砂纸留下的发状磨痕。接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为1m（#14000） 1/2 m（ #60000）1/4 m（#100000）。精度要求在 1m以上（包括 1 m）的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行。若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间。灰尘、烟雾，头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。金刚砂1891年，美国人阿切逊将粘土和焦炭混合后放在一个铁钵中，企图用电弧将碳转化为金刚石

15、。但结果是，在电极附近发现了闪闪发光的六方形晶体，它与天然金刚石的立方八面体不同。阿切逊认为这可能是碳和粘土中的氧化铝反应而生成的新化合物。由于自然界中有一种氧化铝矿物称为刚玉，于是他把碳和刚玉两个英文单词连起来作为这一新化合物的名称，中国学者将其译成“金刚砂”。后来人们知道这种化合物是由粘土中的二氧化硅与碳在高温下反应生成的碳化硅。晶胞为面心立方结构，每个晶胞含有4 个 C 原子 4 个 Si 原子。与金刚石结构类光学冷加工生产操作9似。碳化硅硬度仅次于金刚石、碳化硼和立方氮化硼，在无机材料中排行第四。目前已能通过热压烧结法制得高致密度的碳化硅。它具有很高的强度及良好的抗氧化性能，在高温下不

16、变形，可作为高温燃气轮机上的涡轮叶片，也可作耐磨的密封材料，还可作火箭尾喷管的喷嘴及轻质的防弹用品等。金刚砂， SiC，学名碳化硅。纯的是无色晶体。密度 3.06 3.20 。硬度很大，大约是莫氏 9 度。一般的是无色粉状颗粒。磨碎以后，可以作研磨粉，可制擦光纸，又可制磨轮和砥石的摩擦表面。由砂和适量的碳放在电炉中加强热制得。天然金刚砂又名石榴子石，系硅酸盐类矿物。经过水力分选，机械加工，筛选分级等方法制成的研磨材料。生产使用历史悠久，古代我国就有使用金刚砂研磨水晶玻璃，各种玉石的史例。十九世纪四十年代又远销东洋。分粗目，中目，细目三大类。其中粗目为黑红色，中目为淡红色，细目为红白色，各种目数

17、粒度均匀，颗粒形状均一，成棱叫角晶体，有锋利的边缘，磨削力高。供石材类工业研磨大理石及其它软质材料。玻璃类工业研磨玻璃毛边，电视机显像管，光学器械，镜片，棱镜，钟表用玻璃等。金属类工业喷砂，除锈，研磨。印刷工业研磨胶版，以及轻工业加工塑样，皮革，砂纸等用途。用途：（ 1）对硅片、光学镜头 、精密仪器仪表、抛光玻壳、玻璃器皿、陶瓷石料、皮革、 塑料、金属机件能提高光洁度（ 2）可喷砂切割，是制造砂轮、油石、砂布、砂的必须原料（ 3）可作为修筑高速公路路面、飞机跑道、耐磨橡胶、工业地坪 . 防滑油漆等尚佳的耐磨材料（ 4）可作化工、石油、制药、水处理过滤的介质和钻井泥浆加重剂。（ 5）对电镀、核污

18、染的防护具有良好的效果（ 6）是水洗厂牛仔服喷砂车间用砂 . 水切割行业优质的配砂天然金刚砂的磨削力略低于电炉白刚玉，但其任性强，具有介壳状段口之特性，其优点是磨件的光洁度高，砂痕少而浅。磨面细而均匀，可提高产品质量，为本品的独特之处。天然金刚砂的研磨时间短，效益高，价格低廉，可弥补寿命短的不足。光学冷加工生产操作10测定矿物的硬度，通常是把两种矿物对划，看那种矿物被划伤，以此来确定矿物的硬度。具体做法是选择 10种“标准矿物”，先用互相刻划的方法分别确定出 110个硬度等级，以后便用这些标准矿物来刻划待测矿物，通过比较来确定后者的硬度。硬度 1为最软，硬度 10为最硬。用这种方法测定的硬度，

19、按照提出此方法的科学家的姓氏，叫做“莫氏硬度” 。如果没有特别说明，谈到硬度，多半指的就是“莫氏硬度” 。另外也有用绝对标准来测定矿物的绝对硬度的方法，例如“努普硬度”。这种方法是在尖形金刚石的上方加上重量，用尖头挤压待测矿物，然后测量在矿物表面所形成的压痕的大小和所施加的压力（单位为千克/ 毫米 2 ，通常表示为“ HK”）。由于这种方法测出的是绝对硬度，所得的数值增加一倍，硬度也增加一倍。不过，这种测定硬度的方法对所测矿物有较大损伤，一般不大使用。钻石的硬度为 10光学清洗工艺影响清洗的因素：A，清洗工艺的技术关键：光学玻璃经过清洗后能否达到表面不留任何油污，污迹，表面光滑，水膜完好！B，

20、影响清洗后玻璃质量的因素及相应的解决方法：（ 1）玻璃本身的质量及被污染的情况，主要为：表面有霉点，气泡，划伤等，在机械处理中，如：研磨，搽试，测应力时，人为导致的污染情况不一；（ 2）清洗剂的选择其能动及温度，水质；国际上应用最广的清洗剂为 CFC-113，四氯化炭， 1-1-1 三氯乙烷（简称 ODS）等，此类清洗剂对臭氧层有破坏， 属于非环保性清洗剂； 我们采用非 ODS的水类碱性清洗剂，主要由水，碱，表面活性剂，防锈材料组成，化学式 C3H8，具有侧链的环状烯烃，具有较强的溶油能力；特点：低毒，不燃，清洗成本低等特点；（ 3）溶液的浓度直接影响清洗度的大小；光学冷加工生产操作11通常清

21、洗液的 PH值一般在 8.5-12 之间，若 PH值大于 10，侧表面活性物质作用要削弱，当 PH值大于 12时，侧清洁度下降。在实际使用中发现当溶液浓度过大，超过 15%，清洗效果不好，不易漂洗，而浓度约为4%-7%时，侧清洗效果较佳。（ 4）溶液温度及浸泡时间也同样影响去污效率；当温度上升，溶液的反应速度也上升，污染物的粘度下降，便于污染物脱离，但溶液的稳定度下降。实际发现溶液温度 50度，浸泡 30分钟后，清洗效果最好！（ 5）在清洗过程中，还应注意必须使用纯水或去离子水，若使用自来水等硬水侧很难除去玻璃上的油污，且水中所含的 Ca,Na离子等杂质会在烘干后的玻璃表面形成一层白色雾状膜，

22、污染玻璃；（ 6）玻璃经清洗后需漂洗，漂洗后的清洁度，除与清洁剂的漂洗性和清洗液中的清洁剂浓度有关外，还与漂洗工序的多少，漂洗供水量的大小，温度及循环使用的纯水是否干净有关；（ 7）清洗环境的清洁程度；（ 8）清洗后的干燥工艺及温度：应尽量保证玻璃垂直，可在玻璃下垫陶瓷柱，避免烘干后玻璃下沿有水印；烘箱温度控制在 70度左右，时间在 20分钟左右。若温度过高，会在玻璃边角上产生花纹。光学冷加工生产操作12镀膜过程中喷点、潮斑( 花斑 ) 的成因及消除方法真空镀膜的过程中有时会产生喷点及潮斑( 花斑 ) ，这些喷点、潮斑 ( 花斑 ) 极大的影响了薄膜的品质，降低产品的合格率。本文将对喷点、潮斑

23、(花斑)的形成原因以及消除方法作一探讨。一喷点形成的原因镀膜过程中产生喷点主要有以下几种原因:1. 镀膜材料纯度不高，含杂质较多 , 预熔过程中无法将这些杂质去除 , 蒸镀过程中杂质溅上工件表面形成喷点。2. 材料较为潮湿 , 预熔时电子枪光斑不能将表面的材料全部熔化 , 在蒸镀过程中也容易产生喷点 ( 这种情况在用国产电子枪镀制 MgF2及一些直接升华的材料时较易发生 ) 。3. 镀膜前对材料进行预熔时不够充分 , 蒸镀过程中材料里的细小颗粒溅上工件表面形成喷点。4. 镀膜过程中 , 电子枪束流过大引起的材料飞溅产生的喷点。二潮斑形成的原因 :1.清洗液配比不好, 含有较多水份 , 清洗后工

24、件表面留有残迹, 镀膜后形成花光学冷加工生产操作13斑。2. 镀制两个面以上的工件时 , 一面镀制完成 , 清洗第二面时 , 镀制完的一面受到污染 , 在第二面镀膜后形成花斑。3. 工件本身含有的水份（工件白片制作过程细解） , 在蒸镀前的烘烤过程中逸出 , 蒸镀后形成潮斑。4. 镀膜夹具在烘烤过程中会有水汽以及其它废气排出 , 蒸镀后在工件表面形成潮斑且对镀膜后的光学特性产生影响。针对以上喷点、潮斑 ( 花斑 ) 的成因 , 在生产中采取了以下一些措施以消除喷点、潮斑 ( 花斑):1. 选择可靠的材料供应商 , 并对购买的每批材料在投入使用前先做一测试 , 判定材料的可靠性。2. 规范材料的

25、领用、保管 ,( 干燥缸 , 干燥剂 ) 保证材料不受潮 , 材料性质无变化。3. 规范镀膜操作 , 严格执行预熔、蒸镀的操作规程。蒸镀前的材料预熔一定要彻底 , 镀制某些较厚的膜层时可以采用多次预熔的方法消除喷点。4. 规范清洗操作 , 加强清洗后的检查 , 提高清洗质量 , 消除因清洗而产生的潮斑(花斑)。5. 调整烘烤温度 , 消除烘烤原因产生的潮斑。6. 规范镀膜夹具的管理。 每次投入使用前 , 夹具需要先经过清洗、 烘烤 (300 度,3小时以上 ) 才能投入生产。7. 设计镀膜夹具时 , 尽量采用在真空室内放气量小的材料 , 同时可采取夹具表面镀 Ni 的方法降低夹具的放气量 ,

26、消除由此产生的潮斑 ( 花斑 ) 。通过以上这些措施 , 镀膜过程中产生的喷点、潮斑 ( 花斑 ) 可以得到非常有效的控制。光学冷加工生产操作14光学镜片的超声波清洗技术在光学冷加工中，镜片的清洗主要是指镜片抛光后残余抛光液、黏结剂、保护性材料的清洗；镜片磨边后磨边油、玻璃粉的清洗；镜片镀膜前手指印、口水圈以及各种附着物的清洗。传统的清洗方法是利用擦拭材料（纱布、无尘纸）配合化学试剂（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段进行手工清擦。这种方法费时费力，清洁度差，显然不适应现代规模化的光学冷加工行业。这迫使人们寻找一种机械化的清洗手段来代替。于是超声波清洗技术逐步进入光学冷加工行业并大显

27、身手，进一步推动了光学冷加工业的发展。超声波清洗技术的基本原理，大致可以认为是利用超声场产生的巨大作用力，在洗涤介质的配合下，促使物质发生一系列物理、化学变化以达到清洗目的的方法。当高于音波（ 2840khz）的高频振动传给清洗介质后，液体介质在高频振动下产生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互间的碰撞、合并、消亡的过程中，可使液体局部瞬间产生几千大气压的压强，如此大的压强使得周围的物质发生光学冷加工生产操作15一系列物理、化学变化。这种作用称为空化作用 ：1. 空化作用可使物质分子的化池键断裂，引起各种物理变化（溶解、吸附、乳化、分散）和化学变化（氧化、还原、分解、化合）等。2. 当空腔泡的固有频

28、率和超声频率相等时，可产生共振，共振的空腔泡内聚集了大量的热能，这种热能足以使周围物质化学键断裂而引起物理、化学变化。3. 当空腔泡形成时，两泡壁间因产生极大的电位差而引起放电，致使腔内气泡活化进而引起周围物质的活化，从而使物质发生物理、化学变化。超声场为清洗提供了巨大的能量，但还需化学洗剂作为介质。一般将化学洗剂分为两类，一类是有机溶剂，主要是根据相似相溶的化学原理，对有机物如：黏结剂（沥青、松香等） 、保护性材料（沥青、树脂等） 、磨边润滑油进行溶解。在光学洗净中，最初用三氯乙烯、芳香烃、氟里昂等作为清洗剂，这类物质虽然溶解性强，但有的易挥发，毒性大，有的对大气臭氧层有破坏作用，被逐步禁用

29、。现国内多采用一些上述物质的改进产品或某些碳氢化合物做溶剂。目前使用较多的另一类清洗剂是以表面活性剂为主要成分的水基清洗剂，其清洗原理简单地说是由于表面活性剂的分子结构中同时含有亲油基的亲水基，具有极性和结构不对称的特点。正是这种特点使得它能极大降低水溶液的表面张力，使物体表面易于润湿，表面污物易于被溶解，分散在清洗液中而达到洗涤的目的。超声波清洗就是在液体清洗介质中，利用超声场产生的巨大能量，通过物理、化学的综合作用而达到洗净目的的一种洗净手段。那么，在光学冷加工中，超声波清洗是如何实现洗净目的的呢？一般来说，清洗工艺主要以干燥的方式命名，如 ipa 工艺，是指利用 ipa （异丙醇）蒸汽进

30、行脱水干燥的清洗工艺，纯水工艺是指利用热纯水慢提拉或冷纯水甩干的方式进行干燥的清洗工艺。当然，还有其他的命名方式。经过不断的变化、发展，光学冷加工中的清洗工艺主要以 ipa 工艺和纯水工艺为主。ipa 工艺包括四个流程：洗涤、漂洗、脱水、干燥。因为洗涤过程分溶剂清洗和水基清洗，所以有不同的工艺：有先进行溶剂清洗、溶剂蒸汽干燥再进行水基清洗；也有先进行溶剂清洗，再用乳化剂溶解溶剂，再进行水基清洗的。显然，后者在流程上更流畅、紧凑，对设备要求也光学冷加工生产操作16简单。经过洗涤后的镜片表面不会有结合牢固的污垢，仅可能有一些清洗剂和松散污垢的混合物。我们知道，无机光学玻璃是一种过冷的熔融态物质，没

31、有固定的分子结构，它的结构式可描述为二氧化硅和某些金属氧化物形成的网状结构。其骨架结构为键能很大的硅氧共价键，外围是键能小、易断裂的氧与金属离子形成的离子键。在洗涤时，由于超声场和化学洗剂的共同作用，某些硅氧键含量少或者外围键能特别小的的材料易于在清洗过程中发生变化而导致洗涤效果不良。所以，选择性能温和的洗剂、合适的洗剂浓度、温度、超声功率、洗涤时间对保证镜片的清洗质量十分重要。利用流水将洗涤后镜片表面的洗剂和污物溶解、排除的过程称为漂洗。影响漂洗效果的因素有以下几个：洗剂的漂清性能，漂洗水的纯度、温度以及流动性、超声波频率等。一般在40khz 时，在常温下，电导率为0.1 s/m 的纯水可以

32、保证漂洗的要求。经过漂洗后的镜片表面的洁净度应和漂洗水洁净度一致。当它进入ipa 后，虽然 ipa能和纯水进行无限度的相混溶，但在超声波的作用下，这种混溶能进行得更快速、彻底，从而使得镜片表面的状态和混溶后ipa相同。这一过程称为脱水。所以影响脱水的主要因素是ipa的纯度、超声波频率、脱水时间。一般ipa的最低浓度要高于97%。脱水后的镜片进入ipa蒸汽槽干燥。蒸汽槽的结构大体如下：槽体下部为ipa 液体，四周是高沸点油加热腔，上部是由若干圈冷凝管围绕成的冷凝区，冷凝管内是由冷水机提供的循环冷水，镜片由链条驱动的托架带动在干燥槽内运行。干燥的原理及过程如下：蒸汽槽ipa在高温油的加热下沸腾，蒸

33、汽向上进入冷凝区，在冷凝区形成浓度、温度相对稳定的蒸汽区，脱水后表面附有液体ipa的镜片进入蒸汽区时， 蒸汽区的蒸汽在低温的镜片表面冷凝液化，冲刷镜片表面，如同 淋浴 ，当镜片表面温度和蒸汽温度相同时，已不再附有液态ipa，而全转化为 ipa 。此时，镜片在托架的带动下上升回到冷凝区，在这一过程中，由于温度的渐低，镜片表面ipa 蒸汽冷凝液化，液化的ipa 一部分在表面张力和重力的作用下离开镜片，一部分在夹具散热时挥发离开镜片表面，经以上过程后，镜片表面得到干燥。由此可见，影响干燥的因素很多：ipa 的纯度、干燥光学冷加工生产操作17位置、链条的提升速度、冷水机的水温、冷凝行程的长短、干燥时间

34、、夹具材料、形状的选用等等。以上是 ipa 工艺的四个流程简介，纯水工艺由三个流程组成：洗涤、漂洗、干燥。洗涤和漂洗与 ipa 工艺相同，不再重复。区别在于干燥。干燥分两种情况，热纯水慢提拉和冷纯水甩干。电阻率大于 15mm纯水在某一高温下，表面张力能达到最大，漂洗后的镜片浸入其中，表面不被润湿，在倾斜慢提拉离开时，由于极大的表面张力。纯水迅速在表面收缩成球形离开镜片，脱水后的镜片在过滤的热风下而达到干燥。所以，水的纯度、温度、慢提拉速度、工件的倾斜度、热风的洁净度对干燥的影响非常大。冷纯水甩干的工艺很简单：经过纯水漂洗后的镜片放入离心甩干机中，在工件取得平衡时，启动甩干机，利用离心分离的原理

35、将镜片表面的纯水分离达到干燥，对要求不高的镜片能取得满意效果，且能节省 ipa 和场地。但对甩干机的平衡性能要求很高。以上是对光学冷加工中超声波清洗工艺的一些简介，实现工艺的载体是设备，一台设计合理、性能稳定的超声波清洗机能充分发挥超声波清洗工艺的特长。研磨或抛光对光学镜片腐蚀的影响光学玻璃腐蚀是伴随着光学玻璃抛光及抛光下盘以后的全过程, 它受抛光粉及抛光用水的酸碱度以及抛光液使用时间延续趋于呈碱性及周围环境中潮湿空气、酸性气体等因素影响而产生的一种化学腐蚀。因此, 可以认为光学玻璃腐蚀是一个化学过程, 如果仅仅停留在抛光下盘以后, 采用若干防护措施, 显然是不够的。应在抛光过程中就采取必要的

36、防护措施。、等光学玻璃在抛光过程中及抛光下盘以后的腐蚀问题 , 长期以来一直影响着这些光学玻璃零件的加工质量和生产效率。通过对光学玻璃在抛光过程中稳定性课题的研究和生产实验, 研制并筛选出比较理想的光学玻璃抛光添加剂; 即在这些化学稳定性差的光学玻璃抛光液中, 添加适当的值调节剂及表面稳定剂, 减少了、等系列化学稳定性差的光学玻璃在抛光过程中的腐蚀问题, 显著提高了抛光表面质量和合格率 , 并进一步提高了光学玻璃零件加工的效率和效益及其工艺技术水平.光学冷加工生产操作18一、引言光学玻璃腐蚀是伴随着光学玻璃抛光及抛光下盘以后的全过程 , 它受抛光粉及抛光用水的酸碱度以及抛光液使用时间延续趋于呈

37、碱性及周围环境中潮湿空气、酸性气体等因素影响而产生的一种化学腐蚀。因此 , 可以认为光学玻璃腐蚀是一个化学过程 , 如果仅仅停留在抛光下盘以后 , 采用若干防护措施 , 显然是不够的。应在抛光过程中就采取必要的防护措施。随着中高档光学仪器需求量的增加 , 、等化学稳定性差的光学玻璃应用比较普遍 , 因此 , 光学玻璃在加工过程中的腐蚀问题 , 显得更为突出。光学玻璃的腐蚀是一个化学过程。依照光学玻璃在抛光过程中的化学作用这一基本思路, 除选择合理的工艺参数外 , 对光学玻璃在抛光过程中产生腐蚀问题采取积极的防护措施:即在抛光液中添加适当的值调节剂和表面稳定剂 , 为光学玻璃抛光创造一个良好的工

38、艺条件 ; 再在抛光下盘以后 , 采取若干防护措施 , 提高化学稳定性差的光学玻璃防腐蚀的可靠性 , 基本上可解决与光学玻璃加工相伴而行的化学腐蚀问题 , 取得较好的效果。二、光学玻璃腐蚀及其表象光学玻璃的耐水性及耐周围环境酸、碱等不同介质的侵蚀 , 主要取决于光学玻璃化学稳定性 , 这与不同光学玻璃组成结构及 2 的含量有关。但在光学玻璃抛光过程中的腐蚀 , 更直接原因则是受抛光液的酸、碱性的影响 ; 抛光下盘以后 , 则是受周围潮湿空气及带酸性气体等因素的影响。玻璃的水解作用 , 可以看成是水与玻璃表面硅酸盐发生水合和水解作用反应 , 使玻璃表面碱金属或碱土金属离子置换出来 , 结果在玻璃

39、表面形成硅酸凝胶、氢氧化物、碳酸盐等。即 2 3+2 2 = 2 3+22 + 2= 2 3+2 3+2 2 = 2 3+ ( )2溶液呈现碱性时形成的硅酸凝胶薄膜减缓水的侵蚀作用。但硅酸凝胶薄膜往往呈多孔状或因龟裂而产生裂纹 , 于是富集在溶液中的碱就会进一步侵蚀玻璃的网络体 , 使玻璃结构遭到破坏。如果 2 含量高 , 形成的硅氧四面体 4 相互连接程度大 , 键数多 , 键能强 , 网络结构坚固 , 不易被水侵蚀。因此 , 2 含量高的光学玻璃化学稳定性就好 ; 反之 2 含量低 , 而碱金属或碱土金属氧化物含量高的光学玻璃化学稳定性就差 , 极易被腐蚀。腐蚀的结果 : 轻则光学冷加工生

40、产操作19改变玻璃表面组成 , 产生氢氧化物、硅酸凝胶 , 甚至碳酸盐的覆盖物 ; 重则玻璃的网络结构遭到腐蚀破坏。这里以腐蚀现象严重的 6、 3 等光学玻璃为例 : 6、 3 这两种光学玻璃 2 的含量均在 30%左右 , 同时耐水性差、的含量大大超过一般光学玻璃 , 它本身的组成结构就决定其化学稳定性差。 6 光学玻璃的含量高达 65%以上 , 玻璃的耐水性显著降低 , 这就可能在抛光过程中受水或抛光下盘以后受潮湿空气侵蚀 , 其表面则有 ( )2 生成。即 3+ 2 = ( )2+ 2 3 ( )2 是一个很弱的碱 , 或者说是一个两性化合物, 在水中溶解度极小 , 属微溶性化合物 ,

41、水解溶液中 - 离子很少。因此 , 玻璃遇水后腐蚀缓慢 , 情况并不严重 ; 但受还原性物质 3 的影响 , 这类高铅玻璃表面出现“铅膜” , 玻璃表面呈昏暗的雾状膜 . 3 光学玻璃的含量高达 46%以上 , 11 光学玻璃的含量高达 48 9%, 这些玻璃的耐水性显著降低 , 这就可能在抛光过程中受水或抛光下盘以后吸收带有酸性气体的潮湿空气而受到侵蚀 , 使 +离子产生易溶于水或酸性的物质 ; 这类玻璃水解时有 ( )2 生成。 3+ 2 2= ( )2+ 2 3 ( )2+ 2 3( 2+ 2)= 3+ 2 2 ( )2 是一个比 ( )2 更强的碱 , 在水中溶解度也比 ( )2 较大

42、 , 这就意味着、 的玻璃水解溶液中有大量的- 离子存在 ,而 - 离子对玻璃网络体中的 - 键进行亲核 + -进攻,使键断裂。同时 , 玻璃水解后氢氧化物吸收空气中或水中的2, 则生成碳酸盐 2 + 2= 3+2这时和3 溶液也构成对玻璃的腐蚀 , 特别是由于 3 的反常现象 , 对玻璃的腐蚀更为严重 , 并破坏玻璃立体的网络结构。同时 , 在抛光过程中由于玻璃的不断水解 , 产生出来的碱使抛光液的值不断上升 , 化学稳定性差的光学玻璃使抛光液的值上升更快 , 有时甚至达到值 8 5 9 的平衡值。抛光液呈碱性后有大量的 - 离子存在 , 也就产生前述的 - 离子对玻璃网络结构中的 - 键的

43、亲核进攻 , 使键断裂 , 玻璃主体的网络结构受到破坏 , 造成玻璃的严重腐蚀。如光学冷加工生产操作20前所述 , 水对玻璃的腐蚀过程中把玻璃中的碱金属或碱土金属离子置换出来 , 在生成氢氧化物的同时玻璃表面也生成硅酸凝胶或碳酸盐等。它们在玻璃表面形成不规则的厚薄不均的干涉薄膜或斑痕 , 在反射光下有的形状与颜色像飘浮在水面上的“油斑” , 有的似天空中灰薄云层的“暗斑” “水印”或“灰路子” “白斑”等等。这些薄膜或斑痕表象各异 , 叫法不同 , 但都是光学玻璃抛光表面受水、酸、碱等介质不同程度侵蚀的结果。据认为 : 青色斑点是基于玻璃表面各种金属离子 ( 如 +、 +、 +等) 的逸出而形

44、成不规则的多孔性的硅酸薄膜 , 有时也有极小量的各种金属离子盐类的微晶。由于表面厚度的不均匀性产生不同的干涉颜色 , 甚至呈现彩虹色膜。而白色斑点则是基于玻璃表面各种金属离子( 如 +、 +、 +、 +、 +等 ) 逸出形成硅酸薄膜的同时, 还有大量的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等微小结晶生成。当把玻璃表面的白斑去掉以后 , 它下面则又可以看到青斑了。可以认为 : 光学玻璃在抛光过程中或抛光下盘以后 , 在它表面出现的油膜或斑点是由于玻璃受水或其它介质侵蚀而在玻璃表面产生的硅酸凝胶、氢氧化物、碳酸盐等的覆盖物。就其本质而言 , 这是一种化学腐蚀现象。三、光学玻璃在抛光过程中的防护措施根据以上讨论

45、, 光学玻璃受腐蚀的程度 , 可以归结为 : 光学玻璃的组成结构 , 构成玻璃材料本身的化学稳定性及当时所处的环境 , 即接触的水、酸、碱等介质这两个主要因素。而要改变光学玻璃组成结构 , 以改善其物理化学性能 , 势必影响其光学性能 , 这就失去采用此类玻璃的实际意义了。只有在加工过程中改善其外部条件才是可行的。在抛光过程中由于抛光液的酸碱性或抛光液使用时间的延续抛光液呈碱性等情况, 都是可能的。依照光学玻璃在抛光过程的化学作用的基本观点 , 认为抛光液的值呈现弱酸性和中性对玻璃的腐蚀甚小 , 有利于提高抛光速率和表面粗糙度 ; 但随着抛光过程的延续 , 抛光液连续使用时间过长 , 其抛光液

46、的 值呈上升趋势 , 即呈现碱性。这是因为玻璃中的碱金属或碱土金属离子不断溶入抛光液。高速抛光的抛光液循环使用比较明显。即使古典法抛光、用毛笔蘸点抛光液后的残液不断带进抛光液中 , 其抛光液的值也是上升趋势。抛光液值的变化, 特别是抛光液值的升高对玻璃抛光是十分不利的。实际生产中通常选用的抛光液值在67 之间 , 有利于玻璃的水解 , 有较高的抛光速率 ; 但也因光学玻璃的材光学冷加工生产操作21质而有所不同。因此, 选择合适的抛光液添加剂, 使抛光液的值在较长时间里维持在适当的范围内, 以保证光学玻璃抛光的正常进行是防止光学玻璃在抛光过程中受腐蚀的一个重要措施。为了保证光学零件抛光表面的质量

47、, 对那些耐酸性差的光学玻璃 , 把抛光液的值调节在7 8 之间。如含较高的光学玻璃 , 它耐酸性较差 , 即钡玻璃的耐碱性较好, 所以在弱碱性的抛光液中进行抛光比较合适。对那些耐碱性较差的光学玻璃, 把抛光液的值调在6 6 5之间。如含量较高的光学玻璃耐碱性较差, 但耐酸性好 , 所以在呈弱酸性的抛光液中抛光比较合适。 以及含 2 较高的光学玻璃 , 它耐碱性较差 , 而耐水性、耐酸性较好 , 其抛光液的值调在 67 之间比较合适。无论冕牌光学玻璃还是火石光学玻璃其抛光液的值处于 5 8 6 8 之间都有较高的抛光速率。当抛光液值高于 7 5 以后 , 抛光速率明显下降。这是因为抛光液呈弱酸

48、性时 , 有利于玻璃的水解进行 ; 其值升高以后 , 甚至达到水解平衡值 , 玻璃的水解速度减慢 , 硅酸胶体易于稳定不利于抛光。这是因为 : 抛光液呈弱酸性时 , 有利于水解进行 , 即玻璃中的 +、 +、 +等离子与水中的 +离子发生交换反应 , 这时玻璃的水解反应对抛光速率起了特殊的促进作用 ; 当抛光液值偏碱性时 , 玻璃中碱金属的 +、 +等离子和碱土金属 +、 +等离子不易从玻璃中析出 , 而阻碍玻璃的水解反应 , 并直接影响硅酸胶体的稳定性。因为硅胶易溶于碱性溶液 , 在碱性溶液中就能较稳定的形成胶体状态。但硅胶不易溶于酸性溶液 , 这使硅酸胶体虽结成大颗粒沉淀 , 这样无疑是对

49、抛光不利的。所以抛光液的值高时 , 则硅胶稳定 , 不利于抛光。为了使抛光液的值稳定在一个合适的范围内 , 3?62、 3?7 2、 3?6 2、 ( 3)3 ?6 2、 ( 3)2 ?6 2都有使弱碱性溶液恢复至中性和弱酸性的能力 , 其中 3?6 2和 3?7 2、 ( 3)2 ?62的效果都很好。 在外界碱量大大超过稳定剂中和碱量的情况下, 它们仍能控制抛光液的值在中性附近。混合氯化稀土( 3?62) 加入抛光液中 , 它不断水解产生 +离子 , 中和了玻璃水解而产生的 -, 水解平衡后产生多余的 +离子 , 因而使得抛光液的值维持在中性或弱酸性。锌盐 ( ( 3)2 ?6 2 ) 或铝

50、盐加入抛光液中 , 它不仅提高了玻璃的抛光效率 , 它维护抛光液呈中性作用。除水解产生的 +离子外 , 还有一个重要作用 , 就是锌盐或光学冷加工生产操作22铝盐在抛光液中有可溶性碳酸盐时 , 可促使锌盐或铝盐的完全水解 , 生成相应的氢氧化物 ,其反应为 + 2+2 = ( )2 + 2而 ( )2 是一个两性化合物 , 当抛光液呈酸性时 , 表现为弱碱性 ; 当抛光液呈碱性时 , 则表现为酸性 , 能起到自动调节值的作用。这时由于有下列平衡 +2 - 碱性 ( )2=2 +酸性 + =2 +3 - 碱性 ( )3= +酸性 + -2+ 2并且它们更具应用的广泛性, 在抛光液中加入一定量的锌

51、盐或铝盐能使抛光液的值接近中性 , 保持抛光液值的稳定性。同时 , 当抛光液呈现碱性时有 =2 或 -2 存在 , 还能抑制碱性溶液对光学玻璃的侵蚀作用 , 并提高了抛光效率 , 是光学玻璃抛光的良好添加剂。四、光学玻璃抛光下盘后的处理玻璃对水的亲和力大, 表面吸湿性强 , 最容易吸收的便是水。特别是刚刚抛光下盘后的光学玻璃表面留有不饱和化学键 , 具有很高的活性 , 极易吸收水份并与之发生反应。所以微量的水份及酸性气体对玻璃表面是十分有害的 , 化学稳定性差的光学玻璃对此非常敏感。这与在酸性条件下进行抛光的情况是截然不同的。玻璃的吸湿性很强 , 因此 , 刚抛光下盘后的光学零件应立即用无水的

52、乙醇、乙醚混合液擦拭干净 , 并在红外灯下烘干 , 涂上有机硅增水膜层 , 烘干固化后再涂上中性保护漆。无水乙醇收敛玻璃表面水份的能力较强 , 有无水乙醚的存在也极易挥发 ; 烘干后 , 除去玻璃表面的湿存水 , 否则即使很高的烘烤温度也难以除去玻璃表面的水份。硅有机化合物或其单体能在玻璃表面形成有机基团和硅氧烷群结合的有机硅氧薄膜和聚合硅氧膜 2 。 在玻璃表面产生一定的烷基定向效应 , 形成一种有机硅氧膜。这种憎水膜可以借助于玻璃硅有机化合物的公共硅氧键而联结起来 , 起到屏障保护作用。即玻璃表面光学玻璃抛光下盘后使用的憎水膜 , 一般为三烷基氧基硅烷 3 ( ), 使亲水的玻璃表面改变成

53、憎水的玻璃表面 , 阻止空气中的水份或酸性气体的侵蚀。基于以上机理 , 采用十二烷基三甲氧基硅烷 (49# 防雾剂 ) 配成适当浓度的无水乙醚溶液作为光学零件的防腐蚀材料 . 十二烷基三甲氧基硅烷经逐步水解缩合 , 产生如下反应 12 25 ( 3)3 + 2 1225 +3 3光学冷加工生产操作23它具有长链的烷基1225 , 有一定的定向效应, 能在玻璃表面形成紧密的烷基覆盖层。同时也具有硅醇结构 , 能与玻璃表面起化学反应 , 经充分交联使膜层牢固的结合起来 , 有效的阻止空气中的水份或酸性气体的侵蚀。光学玻璃抛光下盘以后涂中性保护漆。除有上述的补充作用外, 主要是为了保护玻璃抛光表面免

54、受擦伤。但一般保护漆具有酸性( 如虫胶漆 ) 或溶剂具有毒性 ( 如苯、香蕉水等 ) 或腐蚀玻璃或对操作人员有害。我们研制的中性保护漆避免了上述缺点。它是以热塑性酚醛树脂为成膜物质 , 添加聚乙烯醇缩丁醛和硅有机化合物以改善酚醛树脂的脆性和吸湿性。用无水乙醇为溶剂, 配制成适当浓度 ,便于涂敷和成膜 , 形成膜层对玻璃抛光表面有较好的附着性和防护能力 , 并便于清洗。 _hq.R)r 0h五、结束语从玻璃的腐蚀机理出发 , 依照光学玻璃在抛光过程中的化学作用 , 对、等化学稳定性差的光学玻璃在其抛光液中添加适当的值调节剂及表面稳定剂 , 在抛光过程中抑制玻璃腐蚀的可能性。使这几种光学玻璃抛光表

55、面一次合格率从 0% 10%左右分别提高到 75% 85%左右。即使在高温高湿条件下 , 其一次合格率也能稳定在 75%以上。同时提高抛光速率近 2 倍 ; 并提高玻璃抛光表面的粗糙度及“亮度” 。抛光下盘以后 , 可存放数天或 10 多天时间 , 便于零件运转和下道工序加工。在抛光下盘以后 , 再作若干补充防护措施 , 更为可靠。这项有理论、有实践、可操作的对化学稳定性差光学玻璃抛光过程中的防护措施 , 进一步提高了光学冷加工的效率和效益及其工艺技术水平。抛光常见疵病产生原因及克服方法印迹1) 抛光模与镜盘吻合不好出现油斑痕迹2) 玻璃化学稳定性不好3) 水珠、抛光液、口水沫等未及时擦拭干净克服方法1) 选用合适的抛光胶 , 修刮或对改 ( 聚胺脂 ) 抛光模使之吻合2) 抛光中产生的印迹可以选用适当的添加剂; 而完工后产生的印迹可