CN109622503A - 一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法 - Google Patents

一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，通过预处理和先后在有机Ⅰ液、有机Ⅱ液中浸泡+超声结合的清洗方式，对腔体表面和孔内的松香蜡、保护漆进行有效去除；经过漂洗后，用水基Ⅰ液将剩余的有机污染物分解为易去除的小分子，同时将残留的抛光粉溶解成可溶的金属络合离子；然后再利用水基Ⅱ液将其他金属颗粒氧化为离子，溶解到溶液中而去除；最后通过无水乙醇脱水并配合高纯氮气+离子风枪吹干的方式，消除腔体表面静电，避免污染物的再吸附，实现了腔体光学加工后的高洁净度清洗。本发明未使用强酸或强碱，清洗后的光学表面不会改变其粗糙度和光洁度，能够满足激光陀螺谐振腔高密封性的装调要求，实现了对腔体的无损清洗。

Description

一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法
技术领域
本发明属于光学加工技术领域，涉及一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法。
背景技术
激光陀螺腔体加工是比较复杂的冷加工过程，需要的辅料品种多(如抛光胶、抛光粉、热溶胶，有机溶剂、保护涂料等)，为了去除加工辅料，获得洁净的光学表面，需要在光学加工后对激光陀螺腔体进行清洗。传统的光学清洗，如专利CN 106590974 A、CN 103721969A所述的清洗方法主要是为保证镜头成像质量、光学面镀膜质量的常规清洗,而激光陀螺腔体的清洗是为保证产品的真空性能、抗空间温度变化和振动冲击性能,腔体表面存在的任何污染物将降低其他零部件与腔体的附着力，影响谐振腔的高真空密封性，降低激光陀螺的使用寿命与精度，所以其清洗工艺对表面洁净度的要求远远高于传统工艺。
此外，激光陀螺腔体采用超低膨胀微晶玻璃作为本体材料，微晶玻璃由玻璃相和在玻璃相中均匀分布的微晶相组成，其主晶相中含有SiO2、A12O3、Li2O、MgO、P2O3等多种复杂组分，因此微晶玻璃对一般酸性及碱性清洗剂的化学稳定性差，如专利CN 107755388 A和CN 102517594 A等所述的无损于普通石英玻璃的清洗方法亦不适用于该种材料，因上述清洗工艺中用及的氢氟酸、氢氧化钠等清洗成分会对微晶表面造成腐蚀，破坏光滑表面的质量。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，在超净环境中，利用超声振动清洗设备及酸碱度适宜的高纯度清洗液，按照特定的清洗工艺过程，有效去除腔体加工中的各种辅料、污染物，获得高洁净度产品，同时保证光学表面不发生任何损伤。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其包括以下步骤：
S1：预处理：去除腔体表面保护膜，用热熔枪和棉签将腔体孔内松香蜡熔化同时擦出；
S2：有机Ⅰ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在有机Ⅰ液中，待腔体孔壁残留松香蜡软化后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S3：有机Ⅱ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在有机Ⅱ液中，待腔体表面保护漆软化后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S4：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S5：水基Ⅰ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在热的水基Ⅰ液中，待腔体表面抛光粉软化后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S6：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S7：水基Ⅱ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在热的水基Ⅱ液中，待腔体表面颗粒污垢彻底溶解后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S8：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S9：去离子水超声：将腔体放入热去离子水中超声；
S10：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S11：脱水：将无水乙醇倒淋在腔体表面和孔内；
S12：干燥：用连接高纯氮气瓶的离子风枪对腔体吹气，直至腔体表面和孔内无水乙醇彻底风干。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，针对激光陀螺腔体光学加工后的污染源来源和种类，通过预处理和先后在有机Ⅰ液、有机Ⅱ液中浸泡+超声结合的清洗方式，对腔体表面和孔内的松香蜡、保护漆进行有效去除；经过漂洗后，利用水基Ⅰ液的酸性、氧化性将剩余的有机污染物分解为易去除的小分子，同时将残留的抛光粉溶解成可溶的金属络合离子；然后再借助水基Ⅱ液的碱性和氧化性将其他金属颗粒氧化为离子，溶解到溶液中而去除；最后通过无水乙醇脱水并配合高纯氮气+离子风枪吹干的方式，消除腔体表面静电，避免污染物的再吸附，实现了腔体光学加工后的高洁净度清洗。与目前常用的光学元件清洗方法相比，本发明的优点是对腔体清洗的洁净度高，清洗方法安全、高效、环保，同时避免使用易对微晶玻璃造成腐蚀的强酸或强碱，清洗后的光学表面不会改变其粗糙度和光洁度，能够满足激光陀螺谐振腔高密封性的装调要求，实现了对腔体光学表面的无损清洗。
附图说明
图1本发明的清洗方法流程图；
图2 Nikon工具显微镜观察清洗前激光陀螺腔体光学加工后表面状态图；
图3 Nikon工具显微镜观察本发明清洗方法清洗后的腔体表面状态图；
图4 Zygo数字波面干涉仪测试清洗前激光陀螺腔体光学加工后表面图像；
图5 Zygo数字波面干涉仪测试本发明清洗方法清洗后激光陀螺腔体表面图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法通过以下技术途径实现的，包括以下步骤：
S1：预处理：去除腔体表面保护膜，用热熔枪和棉签将腔体孔内松香蜡熔化同时擦出；
S2：有机Ⅰ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在有机Ⅰ液中一定时间，待腔体孔壁残留松香蜡软化后，放置在超声波清洗机中超声一定时间；
S3：有机Ⅱ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在有机Ⅱ液中一定时间，待腔体表面保护漆软化后，放置在超声波清洗机中超声一定时间；
S4：漂洗：用热的去离子水冲洗腔体；
S5：水基Ⅰ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在热的水基Ⅰ液中一定时间，待腔体表面抛光粉软化后，放置在超声波清洗机中超声一定时间；
S6：漂洗：用热的去离子水冲洗腔体；
S7：水基Ⅱ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在热的水基Ⅱ液中一定时间，待腔体表面颗粒污垢彻底溶解后，放置在超声波清洗机中超声一定时间；
S8：漂洗：用热的去离子水冲洗腔体；
S9：去离子水超声：将腔体放入热的去离子水中超声一定时间；
S10：漂洗：用热的去离子水冲洗腔体；
S11：脱水：将无水乙醇倒淋在腔体表面和孔内；
S12：干燥：用连接高纯氮气瓶的离子风枪对腔体吹气，直至腔体表面和孔内无水乙醇彻底风干。
如上所述步骤S2中有机Ⅰ液的成分为120#溶剂汽油、四氯化碳、异丙醇中的一种；浸泡时间为60min～120min；超声时间为5min～10min。
如上所述步骤S3中有机Ⅱ液的成分为丙酮、乙醇、乙醚中的一种或多种，任意配比均可；浸泡时间为60min～120min；超声时间为5min～10min。
如上所述步骤S5中腔体表面抛光粉为氧化铈、氧化铝、氧化铁、氧化锌、碳酸钙中任意一种；水基Ⅰ液的成分由弱酸、氧化剂、去离子水按体积百分比比例(0.1～0.4)：(0.05～0.2)：1混合组成，其中弱酸为醋酸、酒石酸、柠檬酸中的一种，氧化剂为H2O2、重铬酸钾中的一种；溶液温度为40℃～60℃；浸泡时间为2min～10min；超声时间为2min～10min。
如上所述步骤S7中水基Ⅱ液的成分由弱碱、氧化剂、去离子水按质量百分比比例(0.01～0.2)：(0.1～0.4)：1混合组成，其中弱碱为二甲胺、三乙胺、单乙醇胺、NH4OH中的一种，氧化剂为H2O2；溶液温度为40℃～60℃；浸泡时间为2min～10min；超声时间为2min～10min。
如上所述步骤S9中超声时间为5min～10min。
如上所述步骤S4、S6、S8、S9、S10中去离子水的温度为40℃～80℃。
如上所述步骤S4～S10中去离子水纯度为EW-Ⅰ级或EW-Ⅱ级。
如上所述步骤S2、S3、S5、S7、S9中所用超声波清洗机的超声频率为40kHz或68kHz。
如上所述步骤S11中无水乙醇为MOS级或纯度更优级。
如上所述步骤S12中高纯氮气纯度为99.999％或纯度更优级。
实施例
激光陀螺腔体用二氧化铈抛光粉抛光后，按如下步骤进行清洗：
(1)徒手撕掉腔体表面保护膜，用热熔枪将腔体孔内松香蜡吹软化，同时用棉签将熔化后的松香蜡擦出；
(2)将腔体浸泡在航空汽油中，浸泡60min后腔体孔壁残留松香蜡变软化，将盛有腔体的航空汽油放置在超声波清洗机中超声6min，超声频率为40kHz；
(3)取出腔体，将腔体浸泡在丙酮中，浸泡60min后腔体表面保护漆变软化，将盛有腔体的丙酮放置在超声波清洗机中超声6min，超声频率为40kHz；
(4)取出腔体，用50℃的去离子水冲洗腔体；
(5)将醋酸、H2O2、去离子水按比例0.4：0.1：1混合配制成水基Ⅰ液，将腔体浸泡在45℃的水基Ⅰ液中，浸泡5min后腔体表面抛光粉软化，将盛有腔体的水基Ⅰ液放置在超声波清洗机中超声3min，超声频率为40kHz；
(6)取出腔体，用50℃的去离子水冲洗腔体；
(7)将NH4OH、H2O2、去离子水按比例0.05：0.1：1混合配制成水基Ⅱ液，将腔体浸泡在55℃的水基Ⅱ液中，浸泡5min后腔体表面颗粒污垢彻底溶解，将盛有腔体的水基Ⅱ液放置在超声波清洗机中超声3min，超声频率为68kHz；
(8)取出腔体，用50℃的去离子水冲洗腔体；
(9)将腔体放置在70℃的去离子水中，超声8min；
(10)取出腔体，用70℃的去离子水冲洗腔体；
(11)将MOS级无水乙醇倒淋在腔体上，使表面和孔内均被乙醇润湿；
(12)用连接纯度为99.999％高纯氮气瓶的离子风枪对腔体吹气，直至腔体表面和孔内彻底风干。
实施效果分析：
分别用Nikon工具显微镜观察激光陀螺腔体清洗前、后的光学表面，如附图2和图3所示，可见经过本清洗方法清洗的腔体表面无任何残留的松香蜡、保护漆、抛光粉、颗粒及其他印痕，表面洁净度优。参阅图4和图5，用Zygo干涉仪测试的清洗前、后表面轮廓图，可见清洗后表面的粗糙度与清洗前相比基本无变化，清洗过程没有对表面造成物理及化学损伤，说明本清洗方法实现了对腔体的高效、高洁净度的无损清洗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预处理：去除腔体表面保护膜，用热熔枪和棉签将腔体孔内松香蜡熔化同时擦出；
S2：有机Ⅰ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在有机Ⅰ液中，待腔体孔壁残留松香蜡软化后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S3：有机Ⅱ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在有机Ⅱ液中，待腔体表面保护漆软化后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S4：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S5：水基Ⅰ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在热的水基Ⅰ液中，待腔体表面抛光粉软化后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S6：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S7：水基Ⅱ液浸泡+超声清洗：将腔体浸泡在热的水基Ⅱ液中，待腔体表面颗粒污垢彻底溶解后，放置在超声波清洗机中超声清洗；
S8：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S9：去离子水超声：将腔体放入热去离子水中超声；
S10：漂洗：用热去离子水冲洗腔体；
S11：脱水：将无水乙醇倒淋在腔体表面和孔内；
S12：干燥：用连接高纯氮气瓶的离子风枪对腔体吹气，直至腔体表面和孔内无水乙醇彻底风干。
2.如权利要求1所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S2中有机Ⅰ液的成分为120#溶剂汽油、四氯化碳、异丙醇中的一种；浸泡时间为60min～120min；超声时间为5min～10min。
3.如权利要求2所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S3中有机Ⅱ液的成分为丙酮、乙醇、乙醚中的一种或多种，任意配比均可；浸泡时间为60min～120min；超声时间为5min～10min。
4.如权利要求3所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S5中腔体表面抛光粉为氧化铈、氧化铝、氧化铁、氧化锌、碳酸钙中任意一种；水基Ⅰ液的成分由弱酸、氧化剂、去离子水按体积百分比比例(0.1～0.4)：(0.05～0.2)：1混合组成，其中弱酸为醋酸、酒石酸、柠檬酸中的一种，氧化剂为H2O2、重铬酸钾中的一种；溶液温度为40℃～60℃；浸泡时间为2min～10min；超声时间为2min～10min。
5.如权利要求4所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S7中水基Ⅱ液的成分由弱碱、氧化剂、去离子水按质量百分比比例(0.01～0.2)：(0.1～0.4)：1混合组成，其中弱碱为二甲胺、三乙胺、单乙醇胺、NH4OH中的一种，氧化剂为H2O2；溶液温度为40℃～60℃；浸泡时间为2min～10min；超声时间为2min～10min。
6.如权利要求5所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S9中超声时间为5min～10min。
7.如权利要求6所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S4、S6、S8、S9、S10中去离子水的温度为40℃～80℃。
8.如权利要求7所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S4～S10中去离子水纯度为EW-Ⅰ级或EW-Ⅱ级。
9.如权利要求8所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S2、S3、S5、S7、S9中所用超声波清洗机的超声频率为40kHz或68kHz。
10.如权利要求9所述的激光陀螺腔体光学加工后的无损清洗方法，其特征在于，所述步骤S11中无水乙醇为MOS级或纯度更优级，所述步骤S12中高纯氮气纯度为99.999％或纯度更优级。
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