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光學鏡片拋光工藝及研磨

2018-06-14 13:14:39

天文望遠鏡廠家發現光學鏡片經過研磨液細磨后,其表面尚有厚約2–3m的裂痕層,要消除此裂痕層的方法即為拋光。拋光與研磨的機制一樣,唯其所使用的工具材質與拋光液(slurry)不同,拋光所使用的材料有絨布(cloth)、拋光皮(polyurethane)及瀝青(pitch),通常要達到高精度的拋光面,最常使用的材料為高級拋光瀝青。

利用瀝青來拋光,是藉由瀝青細致的表面,帶動拋光液研磨鏡片表面生熱,使玻璃熔化流動,熔去粗糙的頂點并填平裂痕的谷底,逐漸把裂痕層除去。目前拋光玻璃鏡片所使用的拋光粉以氧化鈰(CeO2)為主,拋光液調配的比例依鏡片拋光時期不同而有所不同,一般拋光初期與和拋光模合模時使用濃度較高的拋光液,鏡片表面光亮后,則改用濃度較稀的拋光液,以避免鏡面產生橘皮現象(鏡片表面霧化)。

拋光與研磨所用的運動機構相同,除了拋光的工具與工作液體不一樣外,拋光時所需環境條件亦較研磨時嚴苛。一般拋光時要注意的事項如下:拋光瀝青的表面與拋光液中不可有雜質,不然會造成鏡面刮傷。拋光瀝青表面要與鏡片表面吻合,否則拋光時會產生跳動,因而咬持拋光粉而刮傷鏡片表面。

拋光前必須確定鏡片表面是否有研磨后所留下的刮傷或刺孔。拋光工具的大小與材質是否適當。瀝青的軟硬度與厚度是否適當。拋光的過程中必須隨時注意鏡片表面的狀況及精度檢查。透鏡表面瑕疵的檢查,因為檢測的過程是憑個人視覺及方法來判斷,所以檢驗者應對刮傷及砂孔的規范有深刻的認知,要經常比對刮傷與砂孔的標準樣版,以確保檢驗的正確性。                 光學鏡片       

研磨工藝及清洗     

研磨是光學玻璃生產中決定其加工效率和表面質量(外觀和精度)的重要工序。研磨工序中的主要污染物為研磨粉和瀝青,少數企業的加工過程中會有漆片。其中研磨粉的型號各異,一般是以二氧化鈰為主的堿金屬氧化物。根據鏡片的材質及研磨精度不同,選擇不同型號的研磨粉。在研磨過程中使用的瀝青是起保護作用的,以防止拋光完的鏡面被劃傷或腐蝕。

研磨后的清洗設備大致分為兩種:  一種主要使用有機溶劑清洗劑,另一種主要使用半水基清洗劑。 

(1)有機溶劑清洗采用的清洗流程如下:    

有機溶劑清洗劑(超聲波)-水基清洗劑(超聲波)-市水漂洗-純水漂洗-IPA(異丙醇)脫水-IPA慢拉干燥。        

有機溶劑清洗劑的主要用途是清洗瀝青及漆片。以前的溶劑清洗劑多采用三氯乙烷或三氯乙烯。由于三氯乙烷屬ODS(消耗臭氧層物質)產品,目前處于強制淘汰階段;而長期使用三氯乙烯易導致職業病,而且由于三氯乙烯很不穩定,容易水解呈酸性,因此會腐蝕鏡片及設備。對此,國內的清洗劑廠家研制生產了非ODS溶劑型系列清洗劑,可用于清洗光學玻璃;并且該系列產品具備不同的物化指標,可有效滿足不同設備及工藝條件的要求。比如在少數企業的生產過程中,鏡片表面有一層很難處理的漆片,要求使用具備特殊溶解性的有機溶劑;部分企業的清洗設備的溶劑清洗槽冷凝管較少,自由程很短,要求使用揮發較慢的有機溶劑;另一部分企業則相反,要求使用揮發較快的有機溶劑等。          

水基清洗劑的主要用途是清洗研磨粉。由于研磨粉是堿金屬氧化物,溶劑對其清洗能力很弱,所以鏡片加工過程中產生的研磨粉基本上是在水基清洗單元內除去的,故而對水基清洗劑提出了極高的要求。以前由于國內的光學玻璃專用水基清洗劑品種較少,很多外資企業都選用進口的清洗劑。而目前國內已有公司開發出光學玻璃清洗劑,并成功地應用在國內數家大型光學玻璃生產廠,清洗效果完全可以取代進口產品,在腐蝕性(防腐性能)等指標上更是優于進口產品。 

對于IPA(異丙醇)慢拉干燥,需要說明的一點是,某些種類的鏡片干燥后容易產生水印,這種現象一方面與IPA的純度及空氣濕度有關,另一方面與清洗設備有較大的關系,尤其是雙臂干燥的效果明顯不如單臂干燥的好,需要設備廠家及用戶注意此點。


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