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光学材料的浅低温抛光方法

发布时间:2023-03-09

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(一150℃)称为普冷区,把123K到OK(一273. ℃)称为深冷区。我们的工作是在零下一30~一50℃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 3.1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℃,非水溶性磨削液在一5℃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,所以还是要在水上想办法。

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