CN114789378B - 一种表面超高损伤阈值的抛光加工装置及方法 - Google Patents
一种表面超高损伤阈值的抛光加工装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种表面超高损伤阈值的抛光加工装置及方法,该方法在于,将玻璃工件粘结在粘结盘上,选用纳米级磁流变抛光液作为磨料悬浮液,以一定的压力注入抛光容器主体中,在玻璃工件与微孔结构抛光模之间存在液膜,驱动粘结盘使得悬浮在纳米级磁流变抛光液的玻璃工件以一定速率进行旋转,同时,利用垂直方向的磁场驱动抛光液进行缓慢蠕动,使得玻璃工件在长时间内进行切向蠕动摩擦以进行抛光。本发明将机械抛光与磁流变抛光相互结合,经过长时间的切向蠕动摩擦抛光,达到去除光学亚表面损伤的目的,抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,并进一步在抛光模的表面沿着磁场方向开横线阵列槽,方便抛光液在磁场的作用下,沿磁场方向定向运动。
Description
技术领域
本发明属于光学产品的加工领域,特别的,涉及一种表面超高损伤阈值的抛光加工方法。
背景技术
光学玻璃是无机高分子凝聚态物质,在光学磨削过程中亚表面损伤只有亚表面裂纹和表面或亚表面残余应力两种形式。传统的光学加工采用研磨、抛光的工艺路线,其对加工过程中产生的亚表面损伤难于精确测量和去除,Meanpace提到磨削过程引入的亚表面损伤深度约为膜料粒度的3倍,而对散料磨料损伤深度是磨粒粒度的1-1.8倍,这一部分亚表面损伤层极大的降低了光学产品的损伤阈值,而这一点在深紫外光学领域显得格外重要。
具体的,目前,抛光工艺采用机械化学抛光方法,存在重力压抛光产品,光学产品和抛光液在重力的切削压力下,表面存在亚表面损伤破坏层,无法去除,导致损伤极低。而传统的磁流变抛光方式为磁流变液在强磁场下单方向高速运动,这样加工的表面运动产生线性的微观划伤,降低了激光的损伤阈值,但是如果仅仅只是减弱磁场,降低磁流变的加工速度,磁流变液就会掉下来,起不到抛光的作用。
因此,如何克服现有技术存在的缺陷,结合各种抛光方法的优点,并提高整体的抛光效率,实现一种表面超高损伤阈值的抛光加工成为现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种在机械抛光中,结合磁流变抛光,使得纳米级磨料液在垂直方向上利用磁场带动下缓慢蠕动,并进一步的通过高压注入的磨料液的方式保证磁场带动的效果,利用长时间的切向蠕动摩擦抛光,达到去除光学亚表面损伤的目的,加工后的表面粗糙度优于2埃,激光损伤阈值大大提高。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种表面超高损伤阈值的抛光加工装置,包括:
粘结盘,其下部粘结有待加工的至少一个玻璃工件,并在上部的旋转轴的带动下可旋转的运动;
抛光容器主体,在中部具有凹陷部,在所述凹陷部的表面具有微孔结构抛光模,所述粘结盘放入凹陷部,与所述微孔结构抛光模相对,并在所述粘结盘的所述玻璃工件与所述微孔结构抛光模之间具有一定的间隙,以容纳磨料悬浮液并形成液膜,所述抛光容器主体与粘结盘以密封的方式进行连接;
在所述抛光容器主体的周边具有一个或者多个注入孔,以注入所述磨料悬浮液;
在所述微孔结构抛光模的下部具有磁场发生器,
在所述抛光容器主体内还具有流动管,所述流动管的开口分别位于所述微孔结构抛光模表面的两端,并包围所述磁场发生器,使得所述磨料悬浮液能够在所述磁场发生器的带动下发生流动。
可选的,所述微孔结构抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,表面沿着磁场方向开横线阵列槽。
可选的,所述粘结盘的高度可调,从而调整所述粘结盘与所述微孔结构抛光模之间的间距。
本发明进一步公开了一种表面超高损伤阈值的抛光加工方法,包括如下步骤:
将玻璃工件粘结在粘结盘上,选用纳米级磁流变抛光液作为磨料悬浮液,通过注入孔以一定的压力注入抛光容器主体中,在粘结盘的玻璃工件与微孔结构抛光模之间存在液膜,驱动粘结盘使得悬浮在纳米级磁流变抛光液的玻璃工件以一定速率进行旋转,同时,利用垂直方向的磁场驱动纳米级磁流变抛光液进行缓慢蠕动,使得所述玻璃工件在长时间内进行切向蠕动摩擦以进行抛光。
可选的,所述纳米级的磁流变抛光液具体为:按照总体积为纳米级羟基铁粉5~25%,纳米级抛光颗粒2~20%,电阻率大于15M的溶剂40~80%。
可选的,所述纳米级羟基铁粉的粒径为10~200nm,纳米级抛光颗粒的粒径10~200nm。
可选的,所述溶剂为纯水或者无水有机溶剂,所述纳米级抛光颗粒为纳米级氧化铈、纳米级钻石粉或纳米级氧化铁,在所述纳米级磁流变抛光液加入pH值调节剂,调节后的pH的值在7~10之间。
可选的,所述液膜的厚度为1~50微米,和/或纳米级磁流变抛光液注入的压力2~15bar。
可选的,所述微孔结构抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,表面沿着磁场方向开横线阵列槽。
可选的,所述玻璃工件在水平方向50~300rpm速率旋转,所述磁场强度为10~50mT,使得所述磁流变抛光液能够按照20~300rpm的速率进行蠕动。
综上,本发明具有如下的优点:
1、将机械抛光与磁流变抛光相互结合,不采用传动的高速磁流变抛光,使得纳米级磨料液在垂直方向上利用磁场带动下缓慢蠕动,经过长时间的切向蠕动摩擦抛光,达到去除光学亚表面损伤的目的。
2、在抛光容器中注入高压,降低玻璃工件与抛光模之间的距离,进一步提高光学表面的切向去除效率。
3、抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,并进一步在抛光模的表面沿着磁场方向开横线阵列槽,方便抛光液在磁场的作用下,沿磁场方向定向运动。
附图说明
图1是根据本发明具体实施例的表面超高损伤阈值的抛光加工装置的剖面图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为:
101、玻璃工件;102、磨料悬浮液;103、微孔结构抛光模;104、流动管;105、抛光容器主体;106、粘结盘;107、注入孔;108、磁场发生器;109、旋转轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明主要在于:将机械抛光与磁流变抛光结合,且不采用传动的高速磁流变抛光,使得纳米级磨料液在垂直方向上利用磁场带动下缓慢蠕动,密封抛光容器,并注入高压,使得磁场带动效果更优,经过长时间的切向蠕动摩擦抛光,达到去除光学亚表面损伤的目的。
具体的,参见图1,示出了根据本发明的表面超高损伤阈值的抛光加工装置,包括:
粘结盘106,其下部粘结有待加工的至少一个玻璃工件101,并在上部的旋转轴109的带动下可旋转的运动;
抛光容器主体105,在中部具有凹陷部,在所述凹陷部的表面具有微孔结构抛光模103,所述粘结盘106放入凹陷部,与所述微孔结构抛光模103相对,并在所述粘结盘106的所述玻璃工件101与所述微孔结构抛光模103之间具有一定的间隙,以容纳磨料悬浮液102并形成液膜,所述抛光容器主体105与粘结盘106以密封的方式进行连接;
在所述抛光容器主体105的周边具有一个或者多个注入孔107,以注入所述磨料悬浮液102;
在所述微孔结构抛光模103的下部具有磁场发生器108,
在所述抛光容器主体105内还具有流动管104,所述流动管104的开口分别位于所述微孔结构抛光模103表面的两端,并包围所述磁场发生器108,使得所述磨料悬浮液102能够在所述磁场发生器108的带动下发生流动。
进一步的,所述磁场发生器108的磁场强度能够根据磨料悬浮液102的具体情况,例如配方和配比进行选择,使得所述磨料悬浮液102按照20~300rpm的速率进行流动。
在本发明的具体实施例中,所述磁场强度可以为10~50mT。
在本发明中,所述磁场发生器可以为环形磁场,也可以为扇形磁场。
进一步可选的,所述微孔结构抛光模103采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,表面沿着磁场方向开横线阵列槽,方便抛光液在磁场的作用下,沿磁场方向定向运动。
所述粘结盘106的高度可调,从而调整所述粘结盘106与所述微孔结构抛光模103之间的间距,使得所述粘结盘106与所述微孔结构抛光模103之间的液膜具有一定的厚度,所述液膜的厚度优选为1~50微米。
因此,伴随着粘结盘106自身的旋转,磨料悬浮液102的液膜能够在磁场发生器108作用下,通过流动管104在垂直方向上利用磁场带动下缓慢的蠕动,玻璃工件101在长时间的切向蠕动摩擦抛光作用下,达到去除光学亚表面损伤的目的,表面粗糙度优于2埃,激光损伤阈值大大提高。
在本发明适用的磨料悬浮液102为纳米级的磁流变抛光液。
对光学产品和抛光垫之间的距离进行适当的选择,减少间距,使得液膜的厚度优选为1~50微米,将增强光学表面的切向去除效率。
进一步的,在注入孔017中施加一定的压力,以增强磁场对于磨料悬浮液102的带动,从而进一步增加光学表面的切向去除效率,所述压力优选为2~15bar。
本发明进一步公开了一种表面超高损伤阈值的抛光加工方法,能够适用于本发明公开的表面超高损伤阈值的抛光加工装置,
在本发明中的玻璃工件101可以为光学玻璃或者晶体材料,首先采用传统的方法先加工,加工好表面的光洁度和面形,此时,玻璃工件101表面存在亚损伤层。
该方法具体为:玻璃工件101粘结在粘结盘106上,选用纳米级的磁流变抛光液通过注入孔107以一定的压力注入抛光容器主体105中,在粘结盘的玻璃工件101与微孔结构抛光模103之间存在液膜,驱动粘结盘使得悬浮在纳米级磁流变抛光液的玻璃工件101以一定速率旋转,同时,利用垂直方向的磁场驱动纳米级磁流变抛光液进行缓慢蠕动,磁场强度的设置使得能够带动磁流变抛光液进行蠕动,使得所述玻璃工件在长时间内进行切向蠕动摩擦以进行抛光。
进一步可选的,所述纳米级的磁流变抛光液具体为:按照总体积为纳米级羟基铁粉5~25%,纳米级抛光颗粒2~20%,电阻率大于15M的溶剂40~80%。
所述纳米级羟基铁粉的粒径为10~200nm,纳米级抛光颗粒的粒径10~200nm。
所述溶剂可以为纯水或者无水有机溶剂,所述纳米级抛光颗粒可以为纳米级氧化铈、纳米级钻石粉或纳米级氧化铁。在所述纳米级的磁流变抛光液可以加入pH值调节剂,调节后的pH的值在7~10之间。
所述液膜的厚度为1~50微米,所述压力2~15bar,减少间距,增加2~15bar的压力能更好的增加光学表面的切向去除效率。
所述微孔结构抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,表面沿着磁场方向开横线阵列槽,方便抛光液在磁场的作用下,沿磁场方向定向运动。
所述玻璃工件101的旋转为在水平方向50~300rpm速率旋转。
进一步的,所述磁场强度为10~50mT,使得所述磁流变抛光液能够按照20~300rpm的速率进行蠕动。
在本发明中,工作时间可以根据所要抛光的玻璃工件和所希望达到的效果进行选择,例如,可以为10-30小时,但本发明不以此为限。
通过本发明制备的玻璃工件表面粗糙度优于2埃,激光损伤阈值大大提高。
综上,本发明具有如下的优点:
1、将机械抛光与磁流变抛光相互结合,不采用传动的高速磁流变抛光,使得纳米级磨料液在垂直方向上利用磁场带动下缓慢蠕动,经过长时间的切向蠕动摩擦抛光,达到去除光学亚表面损伤的目的。
2、在抛光容器中注入高压,降低玻璃工件与抛光模之间的距离,进一步提高光学表面的切向去除效率。
3、抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,并进一步在抛光模的表面沿着磁场方向开横线阵列槽,方便抛光液在磁场的作用下,沿磁场方向定向运动。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (6)
1.一种表面超高损伤阈值的抛光加工装置,其特征在于,包括:
粘结盘,其下部粘结有待加工的至少一个玻璃工件,并在上部的旋转轴的带动下可旋转的运动;
抛光容器主体,在中部具有凹陷部,在所述凹陷部的表面具有微孔结构抛光模,所述粘结盘放入凹陷部,与所述微孔结构抛光模相对,并在所述粘结盘的所述玻璃工件与所述微孔结构抛光模之间具有一定的间隙,以容纳磨料悬浮液并形成液膜,所述抛光容器主体与粘结盘以密封的方式进行连接;
在所述抛光容器主体的周边具有一个或者多个注入孔,以注入所述磨料悬浮液;
在所述微孔结构抛光模的下部具有磁场发生器,
在所述抛光容器主体内还具有流动管,所述流动管的开口分别位于所述微孔结构抛光模表面的两端,并包围所述磁场发生器,使得所述磨料悬浮液能够在所述磁场发生器的带动下发生流动;
所述磨料悬浮液为纳米级的磁流变抛光液,所述液膜的厚度为1~50微米,所述纳米级磁流变抛光液注入的压力2~15bar,所述磁场强度为10~50mT,
驱动粘结盘使得悬浮在纳米级磁流变抛光液的玻璃工件以一定速率进行旋转,利用垂直方向的磁场驱动纳米级磁流变抛光液进行缓慢蠕动,使得所述玻璃工件在长时间内进行切向蠕动摩擦以进行抛光;
其中,所述玻璃工件为光学玻璃或者晶体材料,所述玻璃工件的表面存在亚损伤层。
2.根据权利要求1所述的抛光加工装置,其特征在于,
所述微孔结构抛光模采用微孔结构的聚氨酯或者绒布,表面沿着磁场方向开横线阵列槽。
3.根据权利要求1所述的抛光加工装置,其特征在于
所述粘结盘的高度可调,从而调整所述粘结盘与所述微孔结构抛光模之间的间距。
4.根据权利要求1所述的抛光加工装置,其特征在于:
所述纳米级的磁流变抛光液具体为:按照总体积为纳米级羟基铁粉5~25%,纳米级抛光颗粒2~20%,电阻率大于15M的溶剂40~80%。
5.根据权利要求4所述的抛光加工装置,其特征在于:
所述纳米级羟基铁粉的粒径为10~200nm,纳米级抛光颗粒的粒径10~200nm。
6.根据权利要求4所述的抛光加工装置,其特征在于:
所述溶剂为纯水或者无水有机溶剂,所述纳米级抛光颗粒为纳米级氧化铈、纳米级钻石粉或纳米级氧化铁,在所述纳米级磁流变抛光液加入pH值调节剂,调节后的pH的值在7~10之间。
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