CN104588353B - 大尺寸kdp晶体表面磁-射流清洗装置及清洗工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置及清洗工艺。将与抛光液相溶的低分子化学溶剂加压后，注入磁性清洗装置，导流槽将清洗剂沿垂直KDP晶体表面的运动转化为平行KDP晶体表面的运动，避免了垂直于KDP晶体表面的冲击力引起KDP晶体表面产生裂纹、损伤。清洗过程中，清洗剂射流的冲蚀作用一方面加速清洗剂对抛光液的溶解，另一方面利用清洗剂射流的冲蚀动能去除KDP晶体表面被清洗剂溶解的抛光液和游离的铁粉等残留物；磁性清洗装置的磁力吸引附着在KDP晶体表面的铁粉，并且与清洗剂射流的冲蚀力共同作用将附着或嵌入KDP晶体表面的铁粉拔出、去除。

Description

大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置及清洗工艺
技术领域
本发明涉及一种大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置及清洗工艺。
背景技术
磷酸二氢钾(KDP)晶体由于具有各向异性、透过波长领域宽、激光损伤阈值高的特性，被广泛用于制造电光开关、电光调制器、高速摄影快门等电光元件。由于KDP晶体能够生长成数十厘米以上的超大型晶体，所以KDP晶体是唯一可用于激光核聚变光学系统倍频器件和Pockels盒的非线性光学材料。但其软、脆、易潮解以及对温度变化敏感等特点使其成为公认的难加工光学材料。目前，KDP晶体常用的加工工艺有：通过切割获得所需要的尺寸，通过精密车削、铣削、磨削等获得较高的平面度，通过表面抛光特别是磁流变抛光以获得较好的表面形貌。磁流变抛光是将由铁粉(粒径1-3μm)和大分子有机化合物组成的抛光液注入磁性抛光轮和KDP晶体表面之间，磁性抛光轮高速旋转，带动铁粉剪切去除晶体表面凸点以获得较好的表面形貌。但是磁流变抛光后晶体表面残留铁粉和抛光液，影响晶体的光学性能。目前，有关KDP晶体表面清洗方法和清洗技术的研究较少，国内清洗KDP晶体表面杂质的方法主要有两种，一种方法是利用“浸泡—吸干—擦拭”方法清洗，此方法对抛光液的清洗效果较好，对铁粉特别是嵌入晶体内部的铁粉去除困难，且效率低、效果差，清洗过程中表面容易引起损伤。另一种方法是离子束抛光去除晶体表面固体颗粒，其缺点是成本高，晶体表面抛光液清洗效果差。国外对KDP晶体清洗技术进行封锁，很少有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置及清洗工艺。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置，包括固定装置和清洗轮，固定装置为中空的柱体，中空的部分为第一清洗液通道；所述清洗轮由强力磁铁制成，包括第一横截面和第二横截面，所述清洗轮通过第一横截面的中部固定在所述固定装置一端的横截面上，清洗轮的中部也设有与固定装置上的第一清洗液通道共轴相通的第二清洗液通道。清洗轮的第二横截面设有与第二清洗液通道相通的导流槽，导流槽与第二清洗液通道之间的连接为弧形连接，所述导流槽以清洗轮的第二横截面的圆心为一端点，在清洗轮的第二横截面呈发散状分布。
优选的，所述固定装置和清洗轮一体成型；
优选的，所述导流槽至少为2条；
优选的，所述导流槽为沿清洗轮第二横截面径向的直线；
优选的，所述导流槽为曲线状。
本发明采用磁-射流技术清洗大尺寸KDP晶体表面，具体的清洗工艺包括如下步骤：
(1)将清洗装置上的固定装置安装在数控机床的主轴上，并且将KDP晶体固定在数控机床的工作台上；
(2)调整清洗装置的清洗轮与KDP晶体表面之间的间隙，间隙太小清洗过程中清洗轮损伤晶体表面，间隙太大，无法封住清洗剂形成射流；
(3)通过对清洗剂进行加压，使清洗剂注入清洗装置中，然后通过压力控制装置调节清洗剂的压力，达到最佳的清洗效果；压力太大，损伤晶体表面，压力太小，射流清洗效果差；
(4)启动数控机床，使清洗装置和KDP晶体之间相对旋转，并且通过调节数控机床来调节清洗装置和KDP晶体之间的相对转速，使达到最佳清洗效果；
(5)利用数控机床使清洗装置和KDP晶体表面之间作相对平面运动，这样可均匀清洗KDP晶体的整个表面。
通过以下方式对清洗剂进行加压：空压机产生压缩空气，使气液增压泵将清洗液箱中的液体带到蓄能器中，蓄能保压，通过调节压力控制阀的开度来调节清洗剂的压力。
优选的，所述清洗剂为低分子有机溶剂；
优选的，所述低分子有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮和乙醚中的一种或者几种的混合溶液；
优选的，所述清洗装置的清洗轮与KDP晶体表面之间的间隙(h)调整范围为：0.02-0.5mm；
优选的，所述清洗装置的转速范围为：0-200rpm；
优选的，所述清洗装置的平面运动速度的调整范围为：0-500m/min。
优选的，所述步骤(4)中，KDP晶体静止，清洗装置在数控机床主轴的带动下相对于KDP晶体旋转；
优选的，所述步骤(5)中，KDP晶体在数控机床的带动下相对于清洗装置作平面运动；
优选的，所述清洗剂的压力调整范围为：0-10MPa；
KDP晶体磁流变抛光后表面主要残留抛光液和铁粉，抛光液是二乙二醇丁醚，抛光后，抛光液形成薄膜附着在晶体表面；铁粉有的被抛光液粘附在晶体表面，有的在抛光压力下嵌入晶体表面。
该发明的清洗机理是：将与抛光液相溶的低分子化学溶剂加压后，注入磁性清洗装置，清洗轮的下表面设有导流槽，导流槽将清洗剂沿垂直KDP晶体表面的运动转化为平行KDP晶体表面的运动，并在KDP晶体表面形成清洗剂射流，避免了垂直于KDP晶体表面的冲击力引起KDP晶体表面产生裂纹、损伤。清洗过程中，清洗剂溶解抛光液，使抛光液在KDP晶体表面的附着力降低，同时使被抛光液粘附在KDP晶体表面的铁粉处于游离状态；清洗剂射流的冲蚀作用一方面加速清洗剂对抛光液的溶解，另一方面利用清洗剂射流的冲蚀动能去除KDP晶体表面被清洗剂溶解的抛光液和游离的铁粉等残留物；磁性清洗装置的磁力吸引附着在KDP晶体表面的铁粉，并且与清洗剂射流的冲蚀力共同作用将附着或嵌入KDP晶体表面的铁粉拔出、去除。
本发明的有益技术效果为：
本发明在不损伤KDP晶体表面抛光质量的前提下，采用磁、射流及化学去除相结合的方式，去除晶体表面残留物，为大尺寸KDP晶体磁流变抛光表面提供一种可靠、高效的残留物去除技术。
附图说明
图1为本发明的大尺寸KDP晶体清洗原理示意图；
图2为本发明清洗装置的结构示意图；
图3为KDP晶体磁流变抛光表面图；
图4为清洗后KDP晶体表面图。
其中，1、清洗装置，2、清洗剂射流，3、KDP晶体，4、导流槽。
具体实施方式
本发明应用于中国工程物理研究院KDP晶体磁流变抛光后表面清洗，结合附图详细描述本发明的实施过程。
由图1和图2可知，一种大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置1，包括固定装置和清洗轮，固定装置为中空的圆柱体，中空的部分为第一清洗液通道；所述清洗轮由强力磁铁制成，包括第一横截面和第二横截面，所述清洗轮通过第一横截面的中部固定在所述固定装置一端的横截面上，清洗轮的中部也设有与固定装置上的第一清洗液通道共轴相通的第二清洗液通道。清洗轮的第二横截面设有与第二清洗液通道相通的导流槽4，导流槽4与第二清洗液通道之间的连接为弧形连接，所述导流槽4以清洗轮的第二横截面的圆心为一端点，在清洗轮的第二横截面呈发散状分布，所述导流槽为曲线状。
用于清洗的大尺寸KDP晶体的尺寸为120╳120╳40mm，所述清洗装置的清洗轮的直径为30mm。
本发明采用磁-射流技术清洗大尺寸KDP晶体表面，由于KDP晶体尺寸较大，采用清洗轮旋转，KDP晶体静止的清洗工艺。
具体的清洗工艺包括如下步骤：
(1)将清洗装置上的固定装置安装在数控机床的主轴上，并且将KDP晶体固定在数控机床的工作台上；
(2)调整清洗装置的清洗轮与KDP晶体表面之间的间隙为0.1mm；
(3)空压机产生压缩空气，使气液增压泵将清洗液箱中的液体带到蓄能器中，蓄能保压，然后通过压力控制开关将压力设定在0.2MPa，使清洗剂注入清洗装置中；
(4)启动数控机床，使清洗装置旋转，并且调节清洗装置的转速为120rpm；
(5)利用数控机床带动KDP晶体相对于清洗装置作平面运动，调节KDP晶体的平面运动速率为300m/min。清洗时间为5分钟。
该发明的清洗机理是：将与抛光液相溶的低分子化学溶剂加压后，注入清洗装置1，清洗轮的下表面设有导流槽4，导流槽4将清洗剂沿垂直KDP晶体3表面的运动转化为平行KDP晶体表面的运动，并在KDP晶体表面形成清洗剂射流2，避免了垂直于KDP晶体3表面的冲击力引起KDP晶体3表面产生裂纹、损伤。清洗过程中，清洗剂溶解抛光液，使抛光液在KDP晶体3表面的附着力降低，同时使被抛光液粘附在KDP晶体3表面的铁粉处于游离状态；清洗剂射流2的冲蚀作用一方面加速清洗剂对抛光液的溶解，另一方面利用清洗剂射流2的冲蚀动能去除KDP晶体3表面被清洗剂溶解的抛光液和游离的铁粉等残留物；清洗装置1的磁力吸引附着在KDP晶体3表面的铁粉，并且与清洗剂射流2的冲蚀力共同作用将附着或嵌入KDP晶体3表面的铁粉拔出、去除。
由于抛光液是二乙二醇丁醚，清洗剂选择与之相溶的低分子量有机溶剂：无水乙醇。
二乙二醇丁醚和无水乙醇的特性如表1所示。
表1二乙二醇丁醚与乙醇特性
由图3可知，KDP晶体3经过磁流变抛光以后，在其表面会有很多残留物，由图4可知，经过磁流变抛光的KDP晶体3利用本发明的清洗装置和清洗工艺进行清洗以后，KDP晶体3表面的残留物明显减少。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种大尺寸KDP晶体表面磁-射流清洗装置，其特征在于：包括固定装置和清洗轮，所述固定装置为中空的柱体，中空的部分为第一清洗液通道；所述清洗轮由强力磁铁制成，包括第一横截面和第二横截面，所述清洗轮通过第一横截面的中部固定在所述固定装置一端的横截面上，所述清洗轮的中部也设有与所述固定装置上的第一清洗液通道共轴相通的第二清洗液通道；所述清洗轮的第二横截面设有与所述第二清洗液通道相通的导流槽，所述导流槽与所述第二清洗液通道之间的连接为弧形连接，所述导流槽以所述清洗轮的第二横截面的圆心为一端点，在所述清洗轮的第二横截面呈发散状分布。
2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于：所述固定装置和所述清洗轮一体成型。
3.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于：所述导流槽至少为2条。
4.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于：所述导流槽为沿所述清洗轮的第二横截面径向的直线。
5.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于：所述导流槽为曲线状。
6.利用所述权利要求1所述的清洗装置的进行清洗的清洗工艺，包括如下步骤：
(1)将清洗装置上的固定装置安装在数控机床的主轴上，并且将KDP晶体固定在数控机床的工作台上；
(2)调整清洗装置的清洗轮的下表面与KDP晶体表面之间的间隙；
(3)通过对清洗剂进行加压，使清洗剂注入清洗装置中，通过调节压力控制装置来调节清洗剂的压力；
(4)启动数控机床，使清洗装置和KDP晶体之间相对旋转，并且通过调节数控机床来调节清洗装置和KDP晶体之间的相对转速；
(5)利用数控机床使清洗装置和KDP晶体表面之间作相对平面运动，并且通过调节数控机床来调节清洗装置和KDP晶体之间的相对平面运动速率。
7.根据权利要求6所述的清洗工艺，其特征在于：所述清洗剂为低分子有机溶剂，所述低分子有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮和乙醚中的一种或者是几种的混合溶液。
8.根据权利要求6所述的清洗工艺，其特征在于：所述清洗装置的清洗轮与KDP晶体表面之间的间隙调整范围为：0.02-0.5mm，所述清洗装置和KDP晶体之间的相对转速范围为：0-200rpm，所述清洗装置和KDP晶体之间的相对平面运动速率的调整范围为：0-500m/min。
9.根据权利要求6所述的清洗工艺，其特征在于：所述步骤(4)中，KDP晶体静止，清洗装置在数控机床主轴的带动下相对于KDP晶体旋转。
10.根据权利要求6所述的清洗工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，KDP晶体在数控机床的带动下相对于清洗装置作平面运动。
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