CN108527013A - 一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺 - Google Patents

一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：将切割过的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，粗磨；加入精磨液，精磨；加入超精磨液，超精磨，获得蓝宝石超精磨料；将蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光，清洗，得到蓝宝石镜片，所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为1‑50nm的纳米二氧化硅15‑35％，MgF20.1‑1％，三乙醇胺油酸皂0.01‑1％，硅烷聚二乙醇醚0.2‑2％，六偏磷酸钠0.1‑2％，二甲基胺0.1‑3％，余量为去离子水。由该工艺生产的蓝宝石光学镜片，表面质量极高，表面粗糙度Ra值低至0.1nm。

Description

一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺
技术领域
本发明涉及蓝宝石研磨抛光技术领域，尤其涉及一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺。
背景技术
蓝宝石(Sapphire)俗称“刚玉”，又称白宝石。它是氧化铝的单晶形态，分子式为Al2O3，晶体结构为六方，晶格常数为a＝b＝0.4758nm，c＝1.2991nm。蓝宝石具有良好的光学、热学、介电性能和优良的力学性能，同时具有优良的化学稳定性和热稳定性能以及抗辐射性能，是一种综合性能优良的多功能晶体材料，而被广泛应用于精密仪器仪表、激光器的窗口和反射镜、半导体外延衬底材料、绝缘的集成芯片等。
蓝宝石的加工工艺基本流程为长晶、切片、研磨、抛光与清洗。蓝宝石的研磨抛光技术是制约其在光电领域发展的瓶颈问题之一，如何提高蓝宝石晶片的表面质量，已成为下一代蓝宝石研磨抛光所面临的关键问题。
发明内容
基于背景技术存在的问题，本发明提出了一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，由该工艺生产的蓝宝石光学镜片，表面质量极高，表面粗糙度Ra值低至0.1nm。
本发明提出了一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为2-3h，获得蓝宝石粗磨料；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为1-2h，获得蓝宝石精磨料；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为0.5-1h，获得蓝宝石超精磨料；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光0.5-1h，清洗，得到蓝宝石镜片，所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为1-50nm的纳米二氧化硅15-35％，MgF2 0.1-1％，三乙醇胺油酸皂0.01-1％，硅烷聚二乙醇醚0.2-2％，六偏磷酸钠0.1-2％，二甲基胺0.1-3％，余量为去离子水。
优选地，S1中，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为30-50um的金刚石18-40％，羟丙基纤维素0.01-1％，椰油酰单乙醇胺0.1-2％，余量为水。
优选地，S2中，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为5-20um的金刚石15-35％，羟丙基纤维素0.01-1％，椰油酰单乙醇胺0.1-2％，余量为水。
优选地，S3中，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为0.3-2um的金刚石15-30％，羟丙基纤维素0.01-1％，椰油酰单乙醇胺0.1-2％，余量为水。
优选地，S4中，所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为2-30nm的纳米二氧化硅16-30％，MgF2 0.2-0.9％，三乙醇胺油酸皂0.05-0.9％，硅烷聚二乙醇醚0.3-1.8％，六偏磷酸钠0.2-1.5％，二甲基胺0.2-2％，余量为去离子水。
优选地，S4中，所述抛光液的制备方法为：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌10-20min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌10-25min，最后加入六偏磷酸钠搅拌30-60min。
优选地，S4中，抛光压力为42-47kPa，转速为45-55r/min，抛光液流量为55-65mL/min。
本发明分三次研磨，在研磨工序中以金刚石、羟丙基纤维素、椰油酰单乙醇胺与水组成研磨液，控制磨料粒径的依次减小，逐次提高蓝宝石表面质量，获得较高的去除速度，提高加工效率，降低加工成本，有效去除表面凹陷、划痕等缺陷；控制研磨时间，避免研磨垫脱胶及过度耗损问题，并得到极小表面粗糙度，符合抛光要求；在抛光工序中，以粒径为1-50nm的纳米二氧化硅、MgF2、三乙醇胺油酸皂、硅烷聚二乙醇醚、六偏磷酸钠、二甲基胺和水组成抛光液，其中以纳米二氧化硅为磨料，同时将MgF2微粉作为固相反应催化剂加入到纳米二氧化硅磨料中，利用蓝宝石和纳米二氧化硅之间的固相反应，通过去除生成的软质反应层的方法，对蓝宝石晶片进行机械化学研磨抛光，在获得良好的表面加工质量的同时，提高蓝宝石晶片加工效率；加入适量的二甲基胺，提供碱性环境，从而加快蓝宝石和纳米二氧化硅之间的固相反应；通过加入三乙醇胺油酸皂减少了抛光液对蓝宝石晶片的过度腐蚀，使晶片表面不产生麻点和橘皮等过度腐蚀的缺陷，同时引入和三乙醇胺油酸皂具有协同作用的硅烷聚二乙醇醚，增加抛光液的腐蚀选择性，让抛光液均匀作用在蓝宝石晶片的表面，实现了在高效抛光的同时得以保证完好的表面质量；进一步通过加入六偏磷酸钠使抛光液形成稳定的胶体分散体系，促进蓝宝石晶片和抛光垫的充分润湿使抛光液在抛光垫和蓝宝石晶片之间稳定均匀地分布，这样可以平衡蓝宝石晶片表面各处的反应速率。由本发明工艺生产的蓝宝石光学镜片，表面质量极高，表面粗糙度Ra值低至0.1nm。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为3h，获得蓝宝石粗磨料，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为30um的金刚石40％，羟丙基纤维素0.01％，椰油酰单乙醇胺2％，余量为水；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为2h，获得蓝宝石精磨料，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为5um的金刚石35％，羟丙基纤维素0.01％，椰油酰单乙醇胺2％，余量为水；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为1h，获得蓝宝石超精磨料，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为0.3um的金刚石30％，羟丙基纤维素0.01％，椰油酰单乙醇胺2％，余量为水；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光1h，清洗，得到蓝宝石镜片，抛光压力为42kPa，转速55r/min，抛光液流量为55mL/min；
所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为1nm的纳米二氧化硅35％，MgF20.1％，三乙醇胺油酸皂1％，硅烷聚二乙醇醚0.2％，六偏磷酸钠2％，二甲基胺0.1％，余量为去离子水；
所述抛光液的制备：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌10min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌25min，最后加入六偏磷酸钠搅拌30min。
实施例2
一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为2h，获得蓝宝石粗磨料，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为50um的金刚石18％，羟丙基纤维素1％，椰油酰单乙醇胺0.1％，余量为水；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为1h，获得蓝宝石精磨料，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为20um的金刚石15％，羟丙基纤维素1％，椰油酰单乙醇胺0.1％，余量为水；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为0.5h，获得蓝宝石超精磨料，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为2um的金刚石15％，羟丙基纤维素1％，椰油酰单乙醇胺0.1％，余量为水；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光0.5h，清洗，得到蓝宝石镜片，抛光压力为47kPa，转速为45r/min，抛光液流量为65mL/min；
所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为50nm的纳米二氧化硅15％，MgF2 1％，三乙醇胺油酸皂0.01％，硅烷聚二乙醇醚2％，六偏磷酸钠0.1％，二甲基胺3％，余量为水；
所述抛光液的制备：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌20min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌10min，最后加入六偏磷酸钠搅拌60min。
实施例3
一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为3h，获得蓝宝石粗磨料，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为30um的金刚石40％，羟丙基纤维素0.01％，椰油酰单乙醇胺2％，余量为水；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为2h，获得蓝宝石精磨料，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为5um的金刚石35％，羟丙基纤维素0.01％，椰油酰单乙醇胺2％，余量为水；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为1h，获得蓝宝石超精磨料，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为0.3um的金刚石30％，羟丙基纤维素0.01％，椰油酰单乙醇胺2％，余量为水；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光1h，清洗，得到蓝宝石镜片，抛光压力为47kPa，转速为45r/min，抛光液流量为65mL/min；
所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为2nm的纳米二氧化硅30％，MgF20.2％，三乙醇胺油酸皂0.9％，硅烷聚二乙醇醚0.3％，六偏磷酸钠1.5％，二甲基胺0.2％，余量为水；
所述抛光液的制备：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌10min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌25min，最后加入六偏磷酸钠搅拌30min。
实施例4
一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为2h，获得蓝宝石粗磨料，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为50um的金刚石18％，羟丙基纤维素1％，椰油酰单乙醇胺0.1％，余量为水；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为1h，获得蓝宝石精磨料，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为20um的金刚石15％，羟丙基纤维素1％，椰油酰单乙醇胺0.1％，余量为水；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为0.5h，获得蓝宝石超精磨料，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为2um的金刚石15％，羟丙基纤维素1％，椰油酰单乙醇胺0.1％，余量为水；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光0.5h，清洗，得到蓝宝石镜片；抛光压力为47kPa，转速为45r/min，抛光液流量为65mL/min；
所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为30nm的纳米二氧化硅16％，MgF20.9％，三乙醇胺油酸皂0.05％，硅烷聚二乙醇醚1.8％，六偏磷酸钠0.2％，二甲基胺2％，余量为水；
所述抛光液的制备：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌20min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌10min，最后加入六偏磷酸钠搅拌60min。
实施例5
一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为2h，获得蓝宝石粗磨料，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为35um的金刚石20％，羟丙基纤维素0.5％，椰油酰单乙醇胺1％，余量为水；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为1h，获得蓝宝石精磨料，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为10um的金刚石20％，羟丙基纤维素0.5％，椰油酰单乙醇胺1％，余量为水；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为0.5h，获得蓝宝石超精磨料，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为0.4um的金刚石20％，羟丙基纤维素0.5％，椰油酰单乙醇胺1％，余量为水；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光0.7h，清洗，得到蓝宝石镜片，抛光压力为47kPa，转速为45r/min，抛光液流量为65mL/min；
所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为10nm的纳米二氧化硅25％，MgF20.5％，三乙醇胺油酸皂0.6％，硅烷聚二乙醇醚1％，六偏磷酸钠0.8％，二甲基胺0.9％，余量为水；
所述抛光液的制备：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌10min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌25min，最后加入六偏磷酸钠搅拌30min。
实施例6
一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为2-3h，获得蓝宝石粗磨料；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为1-2h，获得蓝宝石精磨料；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为0.5-1h，获得蓝宝石超精磨料；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光0.5-1h，清洗，得到蓝宝石镜片，所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为1-50nm的纳米二氧化硅15-35％，MgF2 0.1-1％，三乙醇胺油酸皂0.01-1％，硅烷聚二乙醇醚0.2-2％，六偏磷酸钠0.1-2％，二甲基胺0.1-3％，余量为去离子水。
实验例1
检测实施例1-6得到的蓝宝石镜片的表面粗糙度Ra，结果显示Ra值均低至0.1nm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓝宝石光学镜片的磨抛制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将切割好的蓝宝石晶片放入研磨机中，加入粗磨液，研磨，研磨时间为2-3h，获得蓝宝石粗磨料；
S2、将S1中获得的蓝宝石粗磨料放入研磨机中，加入精磨液，研磨，研磨时间为1-2h，获得蓝宝石精磨料；
S3、将S2中获得的蓝宝石精磨料放入研磨机中，加入超精磨液，研磨，研磨时间为0.5-1h，获得蓝宝石超精磨料；
S4、将S3中获得的蓝宝石超精磨料放置在抛光机上，加入抛光液，抛光0.5-1h，清洗，得到蓝宝石镜片，所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为1-50nm的纳米二氧化硅15-35％，MgF2 0.1-1％，三乙醇胺油酸皂0.01-1％，硅烷聚二乙醇醚0.2-2％，六偏磷酸钠0.1-2％，二甲基胺0.1-3％，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的磨抛制作工艺，其特征在于，S1中，所述粗磨液按重量百分比组成为：粒径为30-50um的金刚石18-40％，羟丙基纤维素0.01-1％，椰油酰单乙醇胺0.1-2％，余量为水。
3.根据权利要求1或2所述的磨抛制作工艺，其特征在于，S2中，所述精磨液按重量百分比组成为：粒径为5-20um的金刚石15-35％，羟丙基纤维素0.01-1％，椰油酰单乙醇胺0.1-2％，余量为水。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磨抛制作工艺，其特征在于，S3中，所述超精磨液按重量百分比组成为：粒径为0.3-2um的金刚石15-30％，羟丙基纤维素0.01-1％，椰油酰单乙醇胺0.1-2％，余量为水。
5.根据权利要求1-4任一项所述的磨抛制作工艺，其特征在于，S4中，所述抛光液按重量百分比组成为：粒径为2-30nm的纳米二氧化硅16-30％，MgF20.2-0.9％，三乙醇胺油酸皂0.05-0.9％，硅烷聚二乙醇醚0.3-1.8％，六偏磷酸钠0.2-1.5％，二甲基胺0.2-2％，余量为去离子水。
6.根据权利要求5所述的磨抛制作工艺，其特征在于，S4中，所述抛光液的制备方法为：将粒径为2-30nm的纳米二氧化硅颗粒和MgF2均匀分散于去离子水中，然后加入二甲基胺，搅拌10-20min后，加入三乙醇胺油酸皂和硅烷聚二乙醇醚，搅拌10-25min，最后加入六偏磷酸钠搅拌30-60min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的磨抛制作工艺，其特征在于，S4中，抛光压力为42-47kPa，转速为45-55r/min，抛光液流量为55-65mL/min。
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