CN112680111B - 一种玻璃用抛光液及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玻璃用抛光液，属于玻璃表面加工领域。本发明玻璃用抛光液包括以下含量的组分：抛光粉4‑10g/L，分散剂300‑315g/L，氧化腐蚀剂20‑120g/L，碱性腐蚀剂3‑15g/L，酸碱试剂0.1‑1g/L，余量为水；其中酸碱试剂为酸性试剂、碱性试剂中的至少一种，分散剂为聚二甲基硅氧烷。本发明玻璃用抛光液利用机械磨削与化学腐蚀的协同作用来减少传统抛光法产生的表面瑕疵，提升玻璃的表面质量，同时使用聚二甲基硅氧烷作为分散剂，以更好的提高抛光粉的分散性和防沉性，充分发挥抛光粉的机械磨削作用。

Description

一种玻璃用抛光液及其应用
技术领域
本发明属于玻璃表面加工领域，具体涉及一种玻璃用抛光液及其应用。
背景技术
目前，红外技术的研究方向及其应用已经成为现代光学技术发展的重要方向，且其又促进了红外材料技术的发展及进步。锗、硅、硫化锌、硒化锌、硫系玻璃等常见的红外光学晶体材料，是目前主要使用的光学材料，不仅种类有限，而且价格昂贵。硫系玻璃是一种具有优良的红外透过性能的特种玻璃材料，近年来，因其在光学方面的突出表现，受到广泛的关注。
硫系玻璃具有热差系数低、透过范围宽、透过率高、光学均匀性好、化学性能稳定及抗酸性强等优点，并且在中、远红外波段的折射率色散特性与硒化锌晶体材料相当，温度特性要远小于单晶锗，应用于光学设计中可有效降低甚至消除系统的色差和热差，是一种非常具有研究价值的红外光学材料。但是，在实际工程中，硫系玻璃(12.6-14.7)×10-6K-1和DLC膜(2-5)×10-6K-1两者间热膨胀系数不匹配，导致产生残余应力，过大残余应力会严重影响膜层附着力和界面力学性能，使得DLC膜极易发生脆性破裂或剥离。目前，硫系玻璃加工方法最常见的是传统抛光法，传统抛光法容易受加工辅料和材料特性的影响，抛光出来的产品存在较多表面缺陷，如厚度不均、抛光质量不理想等问题。通常采用抛光液来消除产品表面的这些缺陷。但目前抛光液的性能仍待优化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种玻璃用抛光液及其应用。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种玻璃用抛光液，包括以下含量的组分：抛光粉4-10g/L，分散剂300-315g/L，氧化腐蚀剂20-120g/L，碱性腐蚀剂3-15g/L，酸碱试剂0.1-1g/L，余量为水；其中所述酸碱试剂为酸性试剂、碱性试剂中的至少一种，所述分散剂为聚二甲基硅氧烷。
上述玻璃用抛光液，以抛光粉为磨料，并添加化学腐蚀剂(氧化腐蚀剂和碱性腐蚀剂)，利用机械磨削作用与化学腐蚀的协同作用，减少传统抛光法产生的表面瑕疵，提升玻璃(如硫系玻璃)的表面质量；同时使用特定含量的聚二甲基硅氧烷作为分散剂，以更好的提高抛光粉的分散性和防沉性，充分发挥抛光粉的机械磨削作用，在二甲基硅氧烷的作用下，抛光10min，甚至能将硫系玻璃的表面粗糙度降至0.440nm左右。
优选地，所述氧化腐蚀剂为重铬酸铵、双氧水、硝酸、浓硫酸(指质量分数大于或等于70％的硫酸溶液)中的至少一种。
优选地，所述碱性腐蚀剂为碳酸钠、石灰水、氢氧化钠、硅酸钠中的至少一种。
优选地，所述酸性试剂为柠檬酸、硫酸、醋酸中的至少一种。优选地，所述碱性试剂(即酸碱试剂中的碱性试剂)为氢氧化物。
优选地，所述氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化钾中的至少一种。
影响抛光液稳定性的重要因素是其酸碱性。为了确保抛光液酸碱性的稳定，会在其中加入酸碱试剂。通常用到的酸类试剂为柠檬酸、硫酸、醋酸等；常见的碱类试剂大多是氢氧化物，主要包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化钾等。
优选地，所述氧化剂为双氧水，所述碱性腐蚀剂为碳酸钠，所述酸碱试剂为柠檬酸。为了实现安全环保的目的，优先选用无毒无害的双氧水作为氧化剂。以双氧水作为氧化剂时，由于双氧水的分解速率较快，为保证溶液的酸碱性稳定及减慢双氧水的分解速率，优先选用柠檬酸和碳酸钠作为酸碱试剂。优选双氧水的质量浓度范围为27.5％-30％。
优选地，所述抛光粉为多晶钻石粉、氧化硅、氧化铈、氧化锆、氧化铬中的至少一种。进一步优选地，所述抛光粉为多晶钻石粉。
抛光粉的可选范围很广，通常采用多晶钻石粉、氧化硅、氧化铈、氧化锆、氧化铬中的至少一种。考虑到光学产品表面光洁度的要求较高，优先采用多晶钻石粉。
第二方面，本发明还提供了上述玻璃用抛光液的制备方法，包括以下步骤：将抛光粉和酸碱试剂溶于水中后，再将分散剂、碱性腐蚀剂溶液和氧化腐蚀剂，混合均匀，即得所述玻璃用抛光液。
第三方面，本发明还提供了上述玻璃用抛光液在玻璃表面加工中的应用。
优选地，所述玻璃表面加工为光学硫系玻璃表面加工。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)本发明在玻璃用抛光液中添加抛光粉和化学腐蚀剂，利用机械磨削与化学腐蚀的协同作用，减少传统抛光法产生的表面瑕疵，提升玻璃的表面质量；
(2)本发明使用聚二甲基硅氧烷作为分散剂，以更好的提高抛光粉的分散性和防沉性，充分发挥抛光粉的机械磨削作用。
附图说明
图1为经试验组1抛光液抛光处理后的硫系玻璃的光学表面缺陷分析图；
图2为经试验组2抛光液抛光处理后的硫系玻璃的光学表面缺陷分析图；
图3为经试验组3抛光液抛光处理后的硫系玻璃的光学表面缺陷分析图；
图4为经试验组4抛光液抛光处理后的硫系玻璃的光学表面缺陷分析图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
试验1：研究聚二甲基硅氧烷浓度对抛光效果的影响
试验组1：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：将1000mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉溶于该去离子水中，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
试验组2：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将769.45mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉和0.3g柠檬酸溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入169.65mL聚二甲基硅氧烷；
(3)沿容器壁加入36.56mL质量浓度15％的碳酸钠溶液；
(4)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
试验组3：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将624.81mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉和0.3g柠檬酸溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入314.29mL聚二甲基硅氧烷；
(3)沿容器壁加入36.56mL质量浓度15％的碳酸钠溶液；
(4)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
试验组4：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将442.42mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉和0.3g柠檬酸溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入496.68mL聚二甲基硅氧烷；
(3)沿容器壁加入36.56mL质量浓度15％的碳酸钠溶液；
(4)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
分别采用试验组1～4中的抛光液对直径25.4mm、厚度1.3mm的Ge-As-Se硫系玻璃的平片进行抛光处理，具体为：将硫系玻璃平片放到八轴高速抛光机上，采用抛光液进行抛光处理，抛光处理时不加压力，设定转速为20rpm，抛光时间为10分钟。各试验组所得硫系玻璃的光学表面缺陷如图1～4所示，表面粗糙度见表1。
表1
聚二甲基硅氧烷用量(单位mL) 表面粗糙度(Ra，单位nm)
0 0.935
169.65 0.92
314.29 0.44
496.68 0.905
由表1和图1～4可知，分别采用试验组1～4抛光液，对相同的硫系玻璃表面进行相同的抛光处理，发现试验组3抛光液减少硫系玻璃表面粗糙度的效果最好，表面缺陷也最少。
发明人在研究过程中发现：当抛光液除聚二甲基硅氧烷含量为300-315g/L，其他组分含量均同试验组3时，能使硫系玻璃表面粗糙度降低至0.44nm左右；当玻璃用抛光液包括以下含量的组分：粒度0.3μm的多晶钻石粉4-10g/L，聚二甲基硅氧烷300-315g/L，质量浓度27.5％的双氧水20-120g/L，碳酸钠3-15g/L，柠檬酸0.1-1g/L，余量为水时，对上述相同的Ge-As-Se硫系玻璃平片进行相同的抛光处理，抛光后表面粗糙度为0.44-0.92nm。
试验2：研究酸性试剂和碱性腐蚀剂对抛光效果的影响
试验组5：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将624.81mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉和0.3g质量浓度98％的浓硫酸溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入314.29mL聚二甲基硅氧烷；
(3)沿容器壁加入36.56mL质量浓度15％的碳酸钠溶液；
(4)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
试验组6：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将624.81mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉和0.3g柠檬酸溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入314.29mL聚二甲基硅氧烷；
(3)沿容器壁加入36.56mL质量浓度15％的氢氧化钠溶液；
(4)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
试验组7：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将661.37mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉和0.3g柠檬酸溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入314.29mL聚二甲基硅氧烷；
(3)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
试验组8：一种玻璃用抛光液，该玻璃用抛光液的制备方法包括以下步骤：
(1)将624.81mL去离子水装于容器中，再将4g粒度0.3μm的多晶钻石粉溶于该去离子水中；
(2)边搅拌边加入314.29mL聚二甲基硅氧烷；
(3)沿容器壁加入36.56mL质量浓度15％的碳酸钠溶液；
(4)边搅拌边加入24.34mL质量浓度27.5％的双氧水，搅拌均匀，即得该玻璃用抛光液。
分别采用试验组3以及试验组5～8中的抛光液对直径25.4mm、厚度1.3mm的Ge-As-Se硫系玻璃的平片(与试验1中相同)进行与试验1相同的抛光处理。结果见表2。
表2
Figure BDA0002857993080000061
Figure BDA0002857993080000071
发明人经过大量的试验发现，当抛光液以双氧水作为氧化腐蚀剂时，以柠檬酸作为酸碱试剂，以碳酸钠作为碱性腐蚀剂，能减慢双氧水的分解速度，显著改善抛光效果。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种玻璃用抛光液进行抛光处理光学硫系玻璃表面的方法，其特征在于，所述玻璃用抛光液包括以下含量的组分：抛光粉4-10g/L，分散剂300-315g/L，氧化腐蚀剂20-120g/L，碱性腐蚀剂3-15g/L，酸碱试剂0.1-1g/L，余量为水；其中，所述分散剂为聚二甲基硅氧烷，所述氧化腐蚀剂为双氧水，所述双氧水的质量浓度为27.5%，所述碱性腐蚀剂为碳酸钠，所述酸碱试剂为柠檬酸；采用抛光液进行抛光处理光学硫系玻璃表面的条件为：抛光处理时不加压力，设定转速为20rpm，抛光时间为10分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抛光粉为多晶钻石粉、氧化硅、氧化铈、氧化锆、氧化铬中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述抛光粉为多晶钻石粉。
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