CN101362925A - 抛光光学元件的复配抛光粉及制备方法和抛光工艺 - Google Patents

Abstract

本发明抛光光学元件的复配抛光粉及制备方法以及抛光工艺属于光学元件的抛光用的消耗性材料以及制备方法，以及用该抛光粉的抛光工艺。抛光粉由按重量比为0.5份～3.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成，三氧化二铬粉的粒度为0.05～0.10微米，三氧化二铝粉的粒度为0.05～0.10微米。抛光工艺包括1)上光学元件的抛光模、2)填抛光粉、3)放上镜盘、4)固定镜盘、5)摩擦抛光。抛光模是由按重量比为500份的抛光沥青，和20～200份的三氧化二铝粉组成；该抛光工艺中用本发明的抛光粉和抛光模对硒化锌光学元件的抛光可达表面光洁度可达到20－10以上。

Description

抛光光学元件的复配抛光粉及制备方法和抛光工艺

技术领域

本发明属于光学元件的抛光用的消耗性材料以及制备方法，以及用该抛光粉的抛光工艺，尤其是该抛光工艺还涉及的抛光模。

背景技术

硒化锌精密光学元件是一种用于红外材料领域的精密光学元件，此种精密光学元件尤其适合应用于尖端科技(如夜视、寻的、导航等)、国防领域(武器、国家安全系统等)、激光领域(大功率激光器等)等。

在硒化锌精密光学元件的抛光过程中，要加入抛光粉，现在人们都是用三氧化二铝粉或其它如三氧化二铁或三氧化二铬某一种粉末，即采用单一磨料即单一抛光粉进行抛光，申请人用三氧化二铝粉或其它某一种粉末对硒化锌光学元件的抛光达不到优良的抛光效果。可能是单一磨料在抛光摩擦中，抛光粉的粉粒之间流动性或硬软性不能互补。

在对硬度不大的硒化锌光学元件的抛光过程中，抛光模的软硬度也是提高抛光质量的重要因素。

目前，国内加工硒化锌光学元件主要采用传统光学元件加工工艺。特别是在抛光过程中，大多数生产单位采用抛光沥青制成沥青抛光模(盘)对硒化锌光学元件进行抛光。抛光沥青的硬度直接决定抛光模的硬度，高硬度的抛光沥青制成的抛光模有较高的硬度，能够有效保证硒化锌的光学加工的面形平整；但由于硒化锌材质较软，如果用与之硬度不匹配的沥青抛光模，就会在硒化锌光学元件表面产生大量的抛光擦痕，严重影响硒化锌光学元件的光洁度等加工质量。所以现有技术用沥青抛光模对硒化锌光学元件进行抛光有技术缺陷。另外，现在有抛光玻璃用的抛光模的结合剂是聚氨酯，用聚氨酯加入固体磨料粉(常用氧化铈、氧化锆)制成复合抛光模材料，但聚氨酯加入固体磨料粉的复合抛光模材料只适合高硬度材料如玻璃等的高速抛光用。而要对材质较软的硒化锌获得高精度的光学元件，聚氨酯加入固体磨料粉的复合抛光模材料制成的抛光模达不到高精度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能减少抛光划痕，提高光洁度的在抛光物和被抛光物摩擦间隔中加入的抛光粉以及制备方法；本发明还提供用这种抛光粉的抛光工艺，以及这种抛光工艺涉及的抛光模。

光学元件的复配抛光粉，由按重量比为0.5份～3.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成，三氧化二铬粉的粒度为0.05～0.10微米，三氧化二铝粉的粒度为0.05～0.10微米。本光学元件的复配抛光粉是在抛光过程中，用于填入在抛光模与被抛光物之间，起润化、流动、摩擦抛光作用的粉状固形物。现有技术在抛光时，填入在抛光模与被抛光物之间的抛光粉都只用三氧化二铬粉、三氧化二铝粉、三氧化二铁粉的某一种，仅用一种抛光粉的缺点是单一抛光粉的硬度和被抛光物的硬度不匹配，容易产生抛光擦痕，而本发明用三氧化二铬粉和三氧化二铝粉这两种抛光粉后，经对比实验，现有技术只用一种抛光粉对硒化锌光学元件加工的光洁度为40-20，而用本发明用的光学元件的复配抛光粉对硒化锌光学元件加工的光洁度为10-5，可见本发明用的光学元件的复配抛光粉明显优于现有技术的抛光粉。

抛光时，把上述三氧化二铬粉和三氧化二铝粉混合均匀得复配抛光粉。使用时将复配抛光粉加水调成悬浮液，按重量比，复配抛光粉5份～10份，水100份。复配抛光粉的水悬浮液就可直接加入抛光模表面的开槽中，作为抛光用的磨料使用。由于三氧化二铬粉磨料莫氏硬度较高，和三氧化二铝粉相同，而且三氧化二铬粉颗粒圆滑，不易产生划痕。三氧化二铝粉粒度分布范围窄，硬度高，磨削力强，是一种性能良好，普遍适用的抛光研磨材料。因此，采用两种抛光粉混合的抛光磨料，对于提高表面质量有明显的好处。

在抛光时，抛光模表面倒入本发明光学元件的复配抛光粉的加水悬浮液，按每平方厘米填入光学元件的复配抛光粉0.1毫克～0.6毫克。

优选本发明光学元件的复配抛光粉，由按重量比为1.0份～2.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成。

最优选本发明由按重量比为1.5份三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成。

光学元件的复配抛光粉的制备方法，按重量配方比，把三氧化二铬粉和三氧化二铝粉混合均匀制得复配抛光粉。使用时，按重量比复配抛光粉5份～10份，加100份水混成悬浮液使用。可见制备和使用光学元件的复配抛光粉非常简单。

用上述任何一种具体配方光学元件的复配抛光粉对被抛光的光学元件进行抛光的抛光工艺，包括以下步骤：

(1)上光学元件的抛光模：用螺纹连接把光学元件的抛光模固定在磨床主轴上；光学元件的抛光模是由按重量比为500份的抛光沥青，和20～200份的三氧化二铝粉组成；抛光沥青是55#～82#抛光沥青，三氧化二铝粉的粒度为0.50～2.00微米；

(2)填入光学元件的复配抛光粉：将按重量比复配抛光粉5-10份，加水100份，把光学元件的复配抛光粉加干净水调成悬浮液，在抛光模表面倒入光学元件的复配抛光粉悬浮液，按每平方厘米填入光学元件的复配抛光粉0.1毫克～0.6毫克；

(3)放上镜盘：把镜盘轻轻放在抛光模上，用手来回平推镜盘3～4次，保证镜盘与抛光模表面相吻合；

(4)固定镜盘：用铁笔头压在镜盘上的固定孔内，再加上合适荷重；

(5)摩擦抛光：开启磨床，磨床主轴的转速为60转～70转/分，抛光模表面对被抛光元件的压力为10克～50克/每平方厘米。

上述抛光工艺中用的光学元件的抛光模，优选的光学元件的抛光模，其特征在于：抛光沥青是68#～73#号抛光沥青。最优选的光学元件的抛光模，其特征在于：抛光沥青是64#抛光沥青。

本发明使用的抛光沥青质量标准是：常温状态为固体，在68℃～72℃条件下开始熔化成液体。

本发明最佳使用的抛光沥青是美国环球光学有限公司生产提供的914CP抛光沥青，即64#抛光沥青。64#抛光沥青在常温下是固体，在高于熔点(68℃～72℃)条件下是液体。三氧化二铝粉是三氧化二铝粉。

64#抛光沥青硬度软，通过加入三氧化二铝粉作为固着磨料来调节抛光沥青的强度。加入本发明重量比例的三氧化二铝粉能够对64#抛光沥青的强度有所提高，保证64#抛光沥青制成的抛光模面形不容易改变。三氧化二铝粉固着在抛光沥青中，增强了对硒化锌光学元件的磨削作用，在不断磨削的过程中，三氧化二铝粉始终保持自锐状态，能够有效抛光硒化锌光学元件。

上述任何一种光学元件的抛光模的制备方法，其制备步骤如下：

(1)加热熔化抛光沥青：把常温状态为固体的抛光沥青置于温度为68℃～80℃条件下，把固体抛光沥青熔化成液体抛光沥青；

(2)混均：在68℃～80℃条件下，向液体抛光沥青中加入三氧化二铝粉，搅拌混合均匀，获得抛光沥青与三氧化二铝粉混合液；

(3)固化：把抛光沥青与三氧化二铝粉混合液倾倒在平整模板上，自然冷却固化，获得光学元件的抛光模。

为增加抛光模表面存储抛光粉的量，还进行下述第(4)步骤：

(4)开掘储磨料槽：在已固化的抛光模表面开槽，槽深度1mm～3mm，槽宽1mm～2mm；槽用于储存抛光过程中的抛光粉。

一般应在已固化的光学元件的抛光模表面开多条槽。多条槽可以是圆形、方形，但优选为菱形。

本发明光学元件的抛光模的优点：

本发明光学元件的复配抛光粉的优点：经申请人多次实验证明，用本发明复配抛光粉的水悬浮液抛光硒化锌光学元件的光洁度可达10-5，而单用三氧化二铬粉的水悬浮液或三氧化二铝粉的水悬浮液光洁度只有40-20。其原因是单一抛光粉的硬度和被抛光物的硬度不匹配，容易产生抛光擦痕；复合抛光粉中的三氧化二铬粉颗粒圆滑，不易产生划痕，三氧化二铝粉粒度分布范围窄，硬度高，磨削力强；在抛光过程中，复合抛光粉性能互补，加工出光洁度达到10-5的硒化锌元件。

现用的抛光沥青制成的抛光模硬度为6(莫氏硬度)，本发明的光学元件的抛光55#～82#抛光沥青硬度为4(莫氏硬度)。抛光沥青对硒化锌光学元件进行抛光精度一般最高达到40/20，用本发明的光学元件的抛光模对硒化锌光学元件进行高精度抛光，抛光精度达到10/5以上。可见，对硒化锌光学元件进行抛光，本发明的光学元件的抛光模明显优于抛光沥青抛光模。如果仅用64#抛光沥青制备抛光模，64#抛光沥青模硬度为4(莫氏硬度)，则抛光盘的面形在加工过程中不能保持面形。在500重量份64#抛光沥青加入20～200重量份的三氧化二铝粉后，本发明的光学元件的抛光模面形在加工过程中能保持3λ/φ100mm(λ＝632.8nm)。而且在固化的64#抛光沥青模表面凸出的三氧化二铝粉一般只有该粒度三氧化二铝粉粒度直径的1/5到3/5，减少了对被抛光物即硒化锌光学元件磨削的磨料粒径，而固化在64#抛光沥青模表面的三氧化二铝粉凸出部分不会产生抛光粉游离的问题，又达到提高了抛光速度目的，产生又快又好的抛光效果。所以，在64#抛光沥青加入三氧化二铝粉的意义是：获得适合对硒化锌光学元件进行高精度抛光的抛光模，保持平整度可达3λ/φ100mm(λ＝632.8nm)，减少抛光模对硒化锌光学元件的不良磨损，提高抛光光洁度精度可达10/5，还明显减少抛光时间，节约生产成本。

本发明提供的光学元件的复配抛光粉、光学元件的抛光模最适合用于对硒化锌光学元件进行高精度面形和高精度光洁度抛光，但不限只用于对硒化锌光学元件进行抛光，也可用于对其它光学元件进行抛光，特别是用于基本同于硒化锌光学元件硬度的其它光学元件进行高精度面形和高精度光洁度抛光。

本发明所称的三氧化二铬粉是江西省如东九厂提供的粒度0.05um的抛光粉。六方晶系，绿色粉末，纯度≥99％。相同技术参数的三氧化二铬粉可用于本发明。

本发明所称的三氧化二铝粉是上海元成光学辅料有限公司提供的粒度0.05um的抛光粉。三方晶系，白色粉末，纯度≥99.5％。相同技术参数的三氧化二铝粉可用于本发明。

本发明所称的抛光模与其它文献记载的抛光盘同意义。

本发明所称的抛光精度与其它文献记载的抛光精度同意义。

本发明的光学元件的抛光模，和光学元件的复配抛光粉可用于现有硒化锌光学元件抛光工艺，或其它光学元件抛光工艺。

本发明所指的64#抛光沥青可用上海元成光学辅料有限公司代理提供的64#抛光沥青，熔点68～72℃。本发明所指的64#抛光沥青最佳使用美国环球光学有限公司生产的914CP抛光沥青即64#抛光沥青，熔点68～72℃。

由于申请人提供的独特成分和配比制成的光学元件的复配抛光粉、抛光模，使得抛光加工硒化锌光学元件的成效明显提高。目前，国内外用传统光学加工方法加工出的硒化锌光学元件表面光洁度最高只能达到美军标40-20的要求，而用申请人提供的独特成分和配比的抛光模以及其它技术，可使抛光硒化锌光学元件表面光洁度达到10/5以上，明显提高了加工精度。同时，也能保证硒化锌光学元件的加工精度。

具体实施方式

实施例1、光学元件的复配抛光粉以及制备方法

选用三氧化二铬粉的粒度为0.05微米，三氧化二铝粉的粒度为0.05微米。光学元件的复配抛光粉配方以及制备方法为，按重量比将为0.5份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉混合均匀得复配抛光粉。

使用时将复配抛光粉加水调成悬浮液，按重量比，复配抛光粉5.0份，水100份。复配抛光粉的水悬浮液就可直接注入到抛光膜表面的开槽中，作为抛光用的磨料使用。由于磨料和水不相溶，出现磨料沉降现象属正常。

实施例2、光学元件的复配抛光粉以及制备方法

选用三氧化二铬粉的粒度为0.10微米，三氧化二铝粉的粒度为0.10微米。光学元件的复配抛光粉配方以及制备方法为，按重量比将为1.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉混合均匀得复配抛光粉。

使用时将复配抛光粉加水调成悬浮液，按重量比，复配抛光粉10.0份，水100份。复配抛光粉的水悬浮液就可直接注入到抛光膜表面的开槽中，作为抛光用的磨料使用。由于磨料和水不相溶，出现磨料沉降现象属正常。

实施例3、光学元件的复配抛光粉以及制备方法

选用三氧化二铬粉的粒度为0.08微米，三氧化二铝粉的粒度为0.08微米。光学元件的复配抛光粉配方以及制备方法为，按重量比将为2.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉混合均匀得复配抛光粉。

使用时将复配抛光粉加水调成悬浮液，按重量比，复配抛光粉7.0份，水100份。复配抛光粉的水悬浮液就可直接注入到抛光膜表面的开槽中，作为抛光用的磨料使用。由于磨料和水不相溶，出现磨料沉降现象属正常。

实施例4、光学元件的复配抛光粉以及制备方法

选用三氧化二铬粉的粒度为0.05～0.10微米，三氧化二铝粉的粒度为0.05～0.10微米。光学元件的复配抛光粉配方以及制备方法为，按重量比将为3.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉混合均匀得复配抛光粉。

使用时将复配抛光粉加水调成悬浮液，按重量比，复配抛光粉8.0份，水100份。复配抛光粉的水悬浮液就可直接注入到抛光膜表面的开槽中，作为抛光用的磨料使用。由于磨料和水不相溶，出现磨料沉降现象属正常。

实施例5、用光学元件的复配抛光粉的抛光工艺

用光学元件的复配抛光粉的抛光工艺包括以下步骤：

(1)上光学元件的抛光模：用螺纹连接把光学元件的抛光模固定在磨床主轴上；光学元件的抛光模是由按重量比为500份的抛光沥青，和20～200份的三氧化二铝粉组成；抛光沥青是55#～82#抛光沥青，三氧化二铝粉的粒度为0.50～2.00微米；

(2)填入光学元件的复配抛光粉：先把光学元件的复配抛光粉加干净水调成悬浮液，在抛光模表面倒入光学元件的复配抛光粉悬浮液，按每平方厘米填入光学元件的复配抛光粉0.1毫克～0.6毫克；

(3)放上镜盘：把镜盘轻轻放在抛光模上，用手来回平推镜盘，保证镜盘与抛光盘相吻合；

(4)固定镜盘：用铁笔头压在镜盘上的固定孔内，在加上合适荷重；

(5)摩擦抛光：开启磨床，磨床主轴的转速为60转～70转/分，抛光模表面对被抛光元件的压力为10克～50克/每平方厘米。

上述光学元件的抛光模采用美国环球光学有限公司生产提供的914CP抛光沥青，即64#抛光沥青，软化温度68～80℃，采用三氧化二铝粉的粒度为0.80微米。光学元件的抛光模按重量比为500份的抛光沥青，和50份的三氧化二铝粉。

上述光学元件的抛光模的制备方法，其制备步骤如下：

(1)加热熔化抛光沥青：把常温状态的64#抛光沥青置于68℃～80℃条件下20分钟，恒温继续加热约10分钟，直至把固态抛光沥青熔化成液态抛光沥青；

(2)混均：在68℃～80℃条件下，液态抛光沥青中加入三氧化二铝粉，并用玻棒不断搅拌约5分钟直至二者混合均匀，获得抛光沥青与三氧化二铝粉混合液；

(3)固化：把平整基板放在水平台面上，再把抛光沥青与三氧化二铝粉混合液倾倒在平整基板上，自然冷却固化，获得光学元件的抛光模；抛光沥青与三氧化二铝粉混合液在平整平整上的厚度10mm～30mm。平整基板用铝材料制成，铝基板的外径为φ180mm，厚约15mm。抛光铝基板表面清洗干净，用宽度约40mm的厚牛皮纸沿着抛光铝基板外径方向缠绕一周，并用细铁丝固定，保证厚牛皮纸高出抛光铝垫板15～35mm；

(4)开掘储磨料槽：用齿锯在抛光模表面上开槽。槽深度1mm～3mm，宽1mm～2mm；槽用于储存抛光过程中的抛光粉。抛光模表面上开出边长约为10mm的多个菱形槽框。槽有利于抛光模上容纳适量的抛光粉，槽还能带走抛光过程中磨削出的材质的微粉，能够有效进行抛光模和抛光材料的散热，保证抛光过程中对加工材料的面形要求。到此，生产可使用的本发明光学元件的抛光模制备完成。

实施例6、用光学元件的复配抛光粉的抛光工艺中的第二种光学元件的抛光模以及制备方法

采用55#抛光沥青，软化温度50～65℃，采用三氧化二铝粉的粒度为0.50微米。光学元件的抛光模按重量比为500份的抛光沥青，和100份的三氧化二铝粉混合固化而成。光学元件的抛光模的制备方法同于实施例5。

实施例7、用光学元件的复配抛光粉的抛光工艺中的第三种光学元件的抛光模以及制备方法

采用73#抛光沥青，软化温度65～80℃，采用三氧化二铝粉的粒度为1.50微米。光学元件的抛光模按重量比为500份的抛光沥青，和150份的三氧化二铝粉混合固化而成。光学元件的抛光模的制备方法同于实施例5。

实施例8、用光学元件的复配抛光粉的抛光工艺中的第四种光学元件的抛光模以及制备方法

采用82#抛光沥青，软化温度70～85℃，采用三氧化二铝粉的粒度为2.00微米。光学元件的抛光模按重量比为500份的抛光沥青，和200份的三氧化二铝粉混合固化而成。光学元件的抛光模的制备方法同于实施例5。

Claims (7)

1、光学元件的复配抛光粉，由按重量比为0.5份～3.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成，三氧化二铬粉的粒度为0.05～0.10微米，三氧化二铝粉的粒度为0.05～0.10微米。

2、根据权利要求1所述的光学元件的复配抛光粉，其特征在于：由按重量比为1.0份～2.0份的三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成。

3、根据权利要求1所述的光学元件的复配抛光粉，其特征在于：由按重量比为1.5份三氧化二铬粉，和1.0份的三氧化二铝粉组成。

4、根据权利要求1或2或3所述的光学元件的复配抛光粉的制备方法，按重量配方比，把三氧化二铬粉和三氧化二铝粉混合均匀制得复配抛光粉。

5、用权利要求1或2或3所述的光学元件的复配抛光粉的抛光工艺，包括以下步骤：

(1)上光学元件的抛光模：用螺纹连接把光学元件的抛光模固定在磨床主轴上；光学元件的抛光模是由按重量比为500份的抛光沥青，和20～200份的三氧化二铝粉组成；抛光沥青是55#～82#抛光沥青，三氧化二铝粉的粒度为0.50～2.00微米；

(2)填入光学元件的复配抛光粉：先把光学元件的复配抛光粉加干净水调成悬浮液，在抛光模表面倒入光学元件的复配抛光粉悬浮液，按每平方厘米填入光学元件的复配抛光粉0.1毫克～0.6毫克；

(3)放上镜盘：把镜盘轻轻放在抛光模上，用手来回平推镜盘3～4次，保证镜盘与抛光模表面相吻合；

(4)固定镜盘：用铁笔头压在镜盘上的固定孔内，再加上合适荷重；

(5)摩擦抛光：开启磨床，磨床主轴的转速为60转～70转/分，抛光模表面对被抛光元件的压力为10克～50克/每平方厘米。

6、根据权利要求5所述的光学元件的复配抛光粉的抛光工艺，其特征在于：抛光沥青是68#～73#号抛光沥青。

7、根据权利要求5所述的光学元件的复配抛光粉的抛光工艺，其特征在于：抛光沥青是64#抛光沥青。