光學(xué)冷加工知識(shí)科普大全
光學(xué)冷加工工藝
第1道：銑磨，是去除鏡片表面凹凸不平的氣泡和雜質(zhì),(約0.05-0.08)起到成型作用.
第2道 精磨，是將銑磨出來(lái)的鏡片將其的破壞層給消除掉,固定R值.
第3道 拋光，是將精磨鏡片再一次拋光,這道工序主要是把外觀做的更好。
第4道 清洗，是將拋光過(guò)后的鏡片將其表面的拋光粉清洗干凈.防止壓克.
第5道 磨邊，是將原有鏡片外徑將其磨削到指定外徑。
第6道 鍍膜，是將有需要鍍膜鏡片表面鍍上一層或多層的有色膜或其他膜
第7道 涂墨，是將有需要鏡片防止反光在其外袁涂上一層黑墨.
第8道 膠合，是將有2個(gè)R值相反大小和外徑材質(zhì)一樣的鏡片用膠將其聯(lián)合.
特殊工序:多片加工(成盤(pán)加工)和小球面加工(20跟軸)線(xiàn)切割
根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝，工序也會(huì)稍有出入，如涂墨和膠合的先后次序。
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玻璃鏡片拋光工藝
用拋光機(jī)和拋光粉或拋光液一起下進(jìn)行拋光要設(shè)定拋光時(shí)間,壓力等參數(shù). 拋光后要立即進(jìn)行清洗可浸泡,否則拋光粉會(huì)固化在玻璃上,會(huì)留有痕跡的.
1.拋光粉的材料
拋光粉通常由氧化鈰、氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、氧化鋯、氧化鉻等組份組成，不同的材料的硬度不同，在水中的化學(xué)性質(zhì)也不同，因此使用場(chǎng)合各不相同。氧化鋁和氧化鉻的莫氏硬度為9，氧化鈰和氧化鋯為7，氧化鐵更低。氧化鈰與硅酸鹽玻璃的化學(xué)活性較高，硬度也相當(dāng)，因此廣泛用于玻璃的拋光。
為了增加氧化鈰的拋光速度，通常在氧化鈰拋光粉加入氟以增加磨削率。鈰含量較低的混合稀土拋光粉通常摻有3-8的氟;純氧化鈰拋光粉通常不摻氟。
對(duì)ZF或F系列的玻璃來(lái)說(shuō)，因?yàn)楸旧碛捕容^小，而且材料本身的氟含量較高，因此應(yīng)選用不含氟的拋光粉為好。
2.氧化鈰的顆粒度
粒度越大的氧化鈰，磨削力越大，越適合于較硬的材料，ZF玻璃應(yīng)該用偏細(xì)的拋光粉。要注意的是，所有的氧化鈰的顆粒度都有一個(gè)分布問(wèn)題，平均粒徑或中位徑D50的大小只決定了拋光速度的快慢，而最大粒徑Dmax決定了拋光精度的高低。因此，要得到高精度要求，必須控制拋光粉的最大顆粒。
3. 拋光粉的硬度
拋光粉的真實(shí)硬度與材料有關(guān)，如氧化鈰的硬度就是莫氏硬度7左右，各種氧化鈰都差不多。但不同的氧化鈰體給人感覺(jué)硬度不同，是因?yàn)檠趸嫆伖夥弁ǔ閳F(tuán)聚體。當(dāng)然，有的拋光粉中加入氧化鋁等較硬的材料，表現(xiàn)出來(lái)的磨削率和耐磨性都會(huì)提高。
4. 拋光漿料的濃度
拋光過(guò)程中漿料的濃度決定了拋光速度,濃度越大拋光速度越高。使用小顆粒拋光粉時(shí)，漿料濃度因適當(dāng)調(diào)低
鏡片拋光
光學(xué)鏡片經(jīng)過(guò)研磨液細(xì)磨后，其表面尚有厚約 2–3 m 的裂痕層，要消除此裂痕層的方法即為拋光。拋光與研磨的機(jī)制一樣，唯其所使用的工具材質(zhì)與拋光液 (slurry) 不同，拋光所使用的材料有絨布 (cloth)、拋光皮 (polyurethane) 及瀝青 (pitch)，通常要達(dá)到高精度的拋光面，最常使用的材料為高級(jí)拋光瀝青。利用瀝青來(lái)拋光，是藉由瀝青細(xì)致的表面，帶動(dòng)拋光液研磨鏡片表面生熱，使玻璃熔化流動(dòng)，熔去粗糙的頂點(diǎn)并填平裂痕的谷底，逐漸把裂痕層除去。
目前拋光玻璃鏡片所使用的拋光粉以氧化鈰 (CeO2) 為主，拋光液調(diào)配的比例依鏡片拋光時(shí)期不同而有所不同，一般拋光初期與和拋光模合時(shí)使用濃度較高的拋光液，鏡片表面光亮后，則改用濃度較稀的拋光液，以避免鏡面產(chǎn)生橘皮現(xiàn)象 (鏡片表面霧化)。
拋光與研磨所用的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相同，除了拋光的工具與工作液體不一樣外，拋光時(shí)所需環(huán)境條件亦較研磨時(shí)嚴(yán)苛。一般拋光時(shí)要注意的事項(xiàng)如下：
拋光瀝青的表面與拋光液中不可有雜質(zhì)，不然會(huì)造成鏡面刮傷。
拋光瀝青表面要與鏡片表面吻合，否則拋光時(shí)會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)，因而咬持拋光粉而刮傷鏡片表面。
拋光前必須確定鏡片表面是否有研磨后所留下的刮傷或刺孔。
拋光工具的大小與材質(zhì)是否適當(dāng)。
瀝青的軟硬度與厚度是否適當(dāng)。
拋光的過(guò)程中必須隨時(shí)注意鏡片表面的狀況及精度檢查。透鏡表面瑕疵的檢查，因?yàn)闄z測(cè)的過(guò)程是憑個(gè)人視覺(jué)及方法來(lái)判斷，所以檢驗(yàn)者應(yīng)對(duì)刮傷及砂孔的規(guī)范有深刻的認(rèn)知，要經(jīng)常比對(duì)刮傷與砂孔的標(biāo)準(zhǔn)樣版，以確保檢驗(yàn)的正確性。
光學(xué)冷加工工藝資料的詳細(xì)描述(工藝過(guò)程老化)
1. 拋光粉
1.1 對(duì)拋光粉的要求
a. 顆粒度應(yīng)均勻，硬度一般應(yīng)比被拋光材料稍硬;
b. 拋光粉應(yīng)純潔，不含有可能引起劃痕的雜質(zhì);
c. 應(yīng)具有一定的晶格形態(tài)和缺陷，并有適當(dāng)?shù)淖凿J性;
d. 應(yīng)具有良好的分散性和吸附性;
e. 化學(xué)穩(wěn)定性好，不致腐蝕工件。
1.2 拋光粉的種類(lèi)和性能
常用的拋光粉有氧化鈰(CeO2)和氧化鐵(FeO3)。
a. 氧化鈰拋光粉 顆粒呈多邊形，棱角明顯，平均直徑約2微米，莫氏硬度7～8級(jí)， 比重約為7.3。由于制造工藝和氧化鈰含量的不同，氧化鈰拋光粉有白色(含量達(dá)到98% 以上)、淡黃色、棕黃色等。
b. 氧化鐵拋光粉 俗稱(chēng)紅粉，顆粒呈球形，顆粒大小約為0.5～1微米，莫氏硬度4～7 級(jí)，比重約為5.2。顏色有從黃紅色到深紅色若干種。
綜上所述，氧化鈰比紅粉具有更高的拋光效率，但是對(duì)表面光潔度要求高的零件，還是使用紅粉拋光效果較好。
2. 拋光模層(下墊)材料 )常用的拋光模層材料有拋光膠和纖維材料。
2.1 拋光膠
拋光膠又名拋光柏油，是由松香、瀝青以不同的組成比例配制而成，用于光學(xué)零件的精密拋光。
2.2 纖維材料
在光學(xué)工件的拋光中，若對(duì)拋光面的面形精度(光圈)要求不高時(shí)，長(zhǎng)采用呢絨、毛氈及其它纖維物質(zhì)作為拋光模層的材料。
3. 常用測(cè)試儀器
光學(xué)零件的某些質(zhì)量指標(biāo)，如透鏡的曲率半徑、棱鏡的角度，需要用專(zhuān)門(mén)的測(cè)試儀器來(lái)測(cè)量。常用的儀器有：光學(xué)比較側(cè)角儀、激光平面干涉儀、球徑儀和刀口儀等。
4. 拋光
在拋光過(guò)程中添加拋光液要適當(dāng)。太少了參與作用能夠的拋光粉顆粒減少，降低拋光效率。太多了，有些拋光粉顆粒并不參與工作，同時(shí)也帶來(lái)大量液體使玻璃邊面的溫度下降，影響拋光效率。拋光液的濃度也要適當(dāng)，濃度太低，即水分太多，參與工作的拋光粉顆粒減少并使玻璃表面溫度降低，因此降低拋光效率。濃度太高，即水分帶少，影響拋光壓力，拋光粉不能迅速散布均勻，導(dǎo)致各部壓力不等，造成局部多磨，對(duì)拋光的光圈(條紋)質(zhì)量有影響。而且單位面積壓力減少，效率降低，拋光過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑也不能順利排除，使工件表面粗糙。一般是開(kāi)始拋光時(shí)拋光液稍濃些，快完工時(shí)，拋光液淡些，添加次數(shù)少些，這有利于提高拋光效率和光潔度。另外，一般認(rèn)為拋光液的酸度(pH值)應(yīng)控制在6～8之間，否則玻璃表面會(huì)被腐蝕，影響表面光潔度。
在拋光過(guò)程中檢查光圈(條紋)時(shí)，如不合格，可以通過(guò)調(diào)整拋光機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力、工件與模具(拋光機(jī)下盤(pán))的相對(duì)速度、相對(duì)位移、擺速和修整拋光模層等方法進(jìn)行修改。
a.提高主軸轉(zhuǎn)速，能增加邊緣部位與上模接觸區(qū)域的拋光強(qiáng)度。經(jīng)驗(yàn)證明，若速度過(guò)高，拋光表面溫度升高，從而使拋光模層硬度降低，影響修改光圈(條紋)的效果。
b.增加荷重以加大壓力時(shí)，可提高整個(gè)拋光模和工件間接觸區(qū)域的拋光強(qiáng)度，也將使拋光表面的溫度升高，降低拋光模層的硬度。
c.加大鐵筆(上盤(pán)主軸)的位移量，可使上盤(pán)的中間部位和下盤(pán)的邊緣部位同時(shí)得到修整。
d.加大擺幅長(zhǎng)度，增加擺軸速度會(huì)使上盤(pán)的中間部位和下盤(pán)的邊緣部位加速拋光。
e.刮槽是減少開(kāi)槽部分的壓力承受面和摩擦面，因此拋光下盤(pán)在開(kāi)槽部分的拋光效力降低。反之，未開(kāi)槽部分的拋光效力有所增大。均勻開(kāi)槽時(shí)，能使拋光下盤(pán)的流動(dòng)性適合與工件表面的曲率。同時(shí)，既能使拋光液含量增加，容易滲入拋光下盤(pán)面而增加拋光效力，又能減輕拋光機(jī)傳動(dòng)負(fù)荷。
綜上所述，為了控制和穩(wěn)定拋光條件，工作場(chǎng)地應(yīng)保持較為穩(wěn)定的溫度(25°C左右)和濕度(相對(duì)濕度為60～70%)。
研磨或拋光對(duì)光學(xué)鏡片腐蝕的影響
光學(xué)玻璃腐蝕是伴隨著光學(xué)玻璃拋光及拋光下盤(pán)以后的全過(guò)程,它受拋光粉及拋光用水的酸堿度以及拋光液使用時(shí)間延續(xù)趨于呈堿性及周?chē)h(huán)境中潮濕空氣、酸性氣體等因素影響而產(chǎn)生的一種化學(xué)腐蝕。因此,可以認(rèn)為光學(xué)玻璃腐蝕是一個(gè)化學(xué)過(guò)程,如果僅僅停留在拋光下盤(pán)以后,采用若干防護(hù)措施,顯然是不夠的。應(yīng)在拋光過(guò)程中就采取必要的防護(hù)措施。
ZF、ZBaF、LaK等光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中及拋光下盤(pán)以后的腐蝕問(wèn)題,長(zhǎng)期以來(lái)一直影響著這些光學(xué)玻璃零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中穩(wěn)定性課題的研究和生產(chǎn)實(shí)驗(yàn),研制并篩選出比較理想的光學(xué)玻璃拋光添加劑;即在這些化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃拋光液中,添加適當(dāng)?shù)膒H值調(diào)節(jié)劑及表面穩(wěn)定劑,減少了ZK、ZF、ZBaF、LaK等系列化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中的腐蝕問(wèn)題,顯著提高了拋光表面質(zhì)量和合格率,并進(jìn)一步提高了光學(xué)玻璃零件加工的效率和效益及其工藝技術(shù)水平.
一、引言
光學(xué)玻璃腐蝕是伴隨著光學(xué)玻璃拋光及拋光下盤(pán)以后的全過(guò)程,它受拋光粉及拋光用水的酸堿度以及拋光液使用時(shí)間延續(xù)趨于呈堿性及周?chē)h(huán)境中潮濕空氣、酸性氣體等因素影響而產(chǎn)生的一種化學(xué)腐蝕。因此,可以認(rèn)為光學(xué)玻璃腐蝕是一個(gè)化學(xué)過(guò)程,如果僅僅停留在拋光下盤(pán)以后,采用若干防護(hù)措施,顯然是不夠的。應(yīng)在拋光過(guò)程中就采取必要的防護(hù)措施。隨著中高檔光學(xué)儀器需求量的增加,ZK、ZF、ZBaF、 LaK等化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃應(yīng)用比較普遍,因此,光學(xué)玻璃在加工過(guò)程中的腐蝕問(wèn)題,顯得更為突出。光學(xué)玻璃的腐蝕是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。依照光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中的化學(xué)作用這一基本思路,除選擇合理的工藝參數(shù)外,對(duì)光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題采取積極的防護(hù)措施:即在拋光液中添加適當(dāng)?shù)膒H值調(diào)節(jié)劑和表面穩(wěn)定劑,為光學(xué)玻璃拋光創(chuàng)造一個(gè)良好的工藝條件;再在拋光下盤(pán)以后,采取若干防護(hù)措施,提高化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃防腐蝕的可靠性,基本上可解決與光學(xué)玻璃加工相伴而行的化學(xué)腐蝕問(wèn)題,取得較好的效果。
二、光學(xué)玻璃腐蝕及其表象光學(xué)玻璃的耐水性及耐周?chē)h(huán)境酸、堿等不同介質(zhì)的侵蝕,主要取決于光學(xué)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性,這與不同光學(xué)玻璃組成結(jié)構(gòu)及SiO2的含量有關(guān)。但在光學(xué)玻璃拋光過(guò)程中的腐蝕,更直接原因則是受拋光液的酸、堿性的影響;拋光下盤(pán)以后,則是受周?chē)睗窨諝饧皫嵝詺怏w等因素的影響。玻璃的水解作用,可以看成是水與玻璃表面硅酸鹽發(fā)生水合和水解作用反應(yīng),使玻璃表面堿金屬或堿土金屬離子置換出來(lái),結(jié)果在玻璃表面形成硅酸凝膠、氫氧化物、碳酸鹽等。即Na2SiO3+2H2O=H2SiO3+2NaOH
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
BaSiO3+2H2O=H2SiO3+Ba(OH)2
溶液呈現(xiàn)堿性時(shí)形成的硅酸凝膠薄膜減緩水的侵蝕作用。但硅酸凝膠薄膜往往呈多孔狀或因龜裂而產(chǎn)生裂紋,于是富集在溶液中的堿就會(huì)進(jìn)一步侵蝕玻璃的網(wǎng)絡(luò)體,使玻璃結(jié)構(gòu)遭到破壞。如果SiO2含量高,形成的硅氧四面體[SiO4]相互連接程度大,鍵數(shù)多,鍵能強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,不易被水侵蝕。因此,SiO2含量高的光學(xué)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性就好;反之SiO2含量低,而堿金屬或堿土金屬氧化物含量高的光學(xué)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性就差,極易被腐蝕。腐蝕的結(jié)果:輕則改變玻璃表面組成,產(chǎn)生氫氧化物、硅酸凝膠,甚至碳酸鹽的覆蓋物;重則玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到腐蝕破壞。這里以腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的ZF6、ZBaF3等光學(xué)玻璃為例: ZF6、ZBaF3這兩種光學(xué)玻璃SiO2的含量均在30%左右,同時(shí)耐水性差PbO、BaO的含量大大超過(guò)一般光學(xué)玻璃,它本身的組成結(jié)構(gòu)就決定其化學(xué)穩(wěn)定性差。ZF6光學(xué)玻璃的PbO含量高達(dá)65%以上,玻璃的耐水性顯著降低,這就可能在拋光過(guò)程中受水或拋光下盤(pán)以后受潮濕空氣侵蝕,其表面則有Pb(OH)2生成。即
PbSiO3+H2O=Pb(OH)2+H2SiO3
Pb(OH)2是一個(gè)很弱的堿,或者說(shuō)是一個(gè)兩性化合物,在水中溶解度極小,屬微溶性化合物,水解溶液中OH-離子很少。因此,ZF玻璃遇水后腐蝕緩慢,情況并不嚴(yán)重;但受還原性物質(zhì)NaSiO3的影響,這類(lèi)高鉛玻璃表面出現(xiàn)“鉛膜”,玻璃表面呈昏暗的霧狀膜.ZBaF3光學(xué)玻璃的BaO含量高達(dá)46%以上,ZK11光學(xué)玻璃的BaO含量高達(dá)48 9%,這些玻璃的耐水性顯著降低,這就可能在拋光過(guò)程中受水或拋光下盤(pán)以后吸收帶有酸性氣體的潮濕空氣而受到侵蝕,使Ba++離子產(chǎn)生易溶于水或酸性的物質(zhì);這類(lèi)玻璃水解時(shí)有Ba(OH)2生成。
BaSiO3+ 2H2O=Ba(OH)2+H2SiO3
Ba(OH)2+H2CO3(H2O+CO2)=BaCO3+ 2H2O
Ba(OH)2是一個(gè)比Ca(OH)2更強(qiáng)的堿,在水中溶解度也比 Ca(OH)2較大,這就意味著ZK、LaK的玻璃水解溶液中有大量的OH-離子存在,而OH-離子對(duì)玻璃網(wǎng)絡(luò)體中的Si-O鍵進(jìn)行親核Siδ+Oδ- OH-進(jìn)攻,使SiO鍵斷裂。同時(shí),玻璃水解后氫氧化物吸收空氣中或水中的CO2,則生成碳酸鹽2NaOH+CO2=NaCO3+H2O這時(shí)NaOH和NaCO3溶液也構(gòu)成對(duì)玻璃的腐蝕,特別是由于NaCO3的反常現(xiàn)象,對(duì)玻璃的腐蝕更為嚴(yán)重,并破壞玻璃立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí),在拋光過(guò)程中由于玻璃的不斷水解,產(chǎn)生出來(lái)的堿使拋光液的pH值不斷上升,化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃使拋光液的pH值上升更快,有時(shí)甚至達(dá)到pH值8 5～9的平衡值。拋光液呈堿性后有大量的OH-離子存在,也就產(chǎn)生前述的OH-離子對(duì)玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的Si-O鍵的親核進(jìn)攻,使SiO鍵斷裂,玻璃主體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞,造成玻璃的嚴(yán)重腐蝕。如前所述,水對(duì)玻璃的腐蝕過(guò)程中把玻璃中的堿金屬或堿土金屬離子置換出來(lái),在生成氫氧化物的同時(shí)玻璃表面也生成硅酸凝膠或碳酸鹽等。它們?cè)诓ＡП砻嫘纬刹灰?guī)則的厚薄不均的干涉薄膜或斑痕,在反射光下有的形狀與顏色像飄浮在水面上的“油斑”,有的似天空中灰薄云層的“暗斑”“水印”或“灰路子”“白斑”等等。這些薄膜或斑痕表象各異,叫法不同,但都是光學(xué)玻璃拋光表面受水、酸、堿等介質(zhì)不同程度侵蝕的結(jié)果。據(jù)認(rèn)為:青色斑點(diǎn)是基于玻璃表面各種金屬離子(如K+、Na+、Ca++等)的逸出而形成不規(guī)則的多孔性的硅酸薄膜,有時(shí)也有極小量的各種金屬離子鹽類(lèi)的微晶。由于表面厚度的不均勻性產(chǎn)生不同的干涉顏色,甚至呈現(xiàn)彩虹色膜。而白色斑點(diǎn)則是基于玻璃表面各種金屬離子(如K+、Na+、Ca++、Ba++、Pb++等)逸出形成硅酸薄膜的同時(shí),還有大量的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽等微小結(jié)晶生成。當(dāng)把玻璃表面的白斑去掉以后,它下面則又可以看到青斑了?？梢哉J(rèn)為:光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中或拋光下盤(pán)以后,在它表面出現(xiàn)的油膜或斑點(diǎn)是由于玻璃受水或其它介質(zhì)侵蝕而在玻璃表面產(chǎn)生的硅酸凝膠、氫氧化物、碳酸鹽等的覆蓋物。就其本質(zhì)而言,這是一種化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。
三、光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中的防護(hù)措施根據(jù)以上討論,光學(xué)玻璃受腐蝕的程度,可以歸結(jié)為:光學(xué)玻璃的組成結(jié)構(gòu),構(gòu)成玻璃材料本身的化學(xué)穩(wěn)定性及當(dāng)時(shí)所處的環(huán)境,即接觸的水、酸、堿等介質(zhì)這兩個(gè)主要因素。而要改變光學(xué)玻璃組成結(jié)構(gòu),以改善其物理化學(xué)性能,勢(shì)必影響其光學(xué)性能,這就失去采用此類(lèi)玻璃的實(shí)際意義了。只有在加工過(guò)程中改善其外部條件才是可行的。在拋光過(guò)程中由于拋光液的酸堿性或拋光液使用時(shí)間的延續(xù)拋光液呈堿性等情況,都是可能的。依照光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程的化學(xué)作用的基本觀點(diǎn),認(rèn)為拋光液的pH值呈現(xiàn)弱酸性和中性對(duì)玻璃的腐蝕甚小,有利于提高拋光速率和表面粗糙度;但隨著拋光過(guò)程的延續(xù),拋光液連續(xù)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),其拋光液的 pH值呈上升趨勢(shì),即呈現(xiàn)堿性。這是因?yàn)椴Ａе械膲A金屬或堿土金屬離子不斷溶入拋光液。高速拋光的拋光液循環(huán)使用比較明顯。即使古典法拋光、用毛筆蘸點(diǎn)拋光液后的殘液不斷帶進(jìn)拋光液中,其拋光液的pH值也是上升趨勢(shì)。拋光液pH值的變化,特別是拋光液pH值的升高對(duì)玻璃拋光是十分不利的。實(shí)際生產(chǎn)中通常選用的拋光液pH值在6～7之間,有利于玻璃的水解,有較高的拋光速率;但也因光學(xué)玻璃的材質(zhì)而有所不同。因此,選擇合適的拋光液添加劑,使拋光液的pH值在較長(zhǎng)時(shí)間里維持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),以保證光學(xué)玻璃拋光的正常進(jìn)行是防止光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中受腐蝕的一個(gè)重要措施。為了保證光學(xué)零件拋光表面的質(zhì)量,對(duì)那些耐酸性差的光學(xué)玻璃,把拋光液的pH值調(diào)節(jié)在7～8之間。如含BaO較高的光學(xué)玻璃,它耐酸性較差,即鋇玻璃的耐堿性較好,所以在弱堿性的拋光液中進(jìn)行拋光比較合適。對(duì)那些耐堿性較差的光學(xué)玻璃,把拋光液的pH值調(diào)在6～6 5之間。如ZnO含量較高的光學(xué)玻璃耐堿性較差,但耐酸性好,所以在呈弱酸性的拋光液中拋光比較合適。以及含TiO2較高的光學(xué)玻璃,它耐堿性較差,而耐水性、耐酸性較好,其拋光液的pH值調(diào)在6～7之間比較合適。無(wú)論冕牌光學(xué)玻璃還是火石光學(xué)玻璃其拋光液的pH值處于5 8～6 8之間都有較高的拋光速率。當(dāng)拋光液pH值高于7 5以后,拋光速率明顯下降。這是因?yàn)閽伖庖撼嗜跛嵝詴r(shí),有利于玻璃的水解進(jìn)行;其pH值升高以后,甚至達(dá)到水解平衡值,玻璃的水解速度減慢,硅酸膠體易于穩(wěn)定不利于拋光。這是因?yàn)?拋光液呈弱酸性時(shí),有利于水解進(jìn)行,即玻璃中的Na+、K+、Ca++等離子與水中的H+離子發(fā)生交換反應(yīng),這時(shí)玻璃的水解反應(yīng)對(duì)拋光速率起了特殊的促進(jìn)作用;當(dāng)拋光液pH值偏堿性時(shí),玻璃中堿金屬的 Na+、K+等離子和堿土金屬Ca++、Mg++等離子不易從玻璃中析出,而阻礙玻璃的水解反應(yīng),并直接影響硅酸膠體的穩(wěn)定性。因?yàn)楣枘z易溶于堿性溶液,在堿性溶液中就能較穩(wěn)定的形成膠體狀態(tài)。但硅膠不易溶于酸性溶液,這使硅酸膠體雖結(jié)成大顆粒沉淀,這樣無(wú)疑是對(duì)拋光不利的。所以?huà)伖庖旱膒H值高時(shí),則硅膠穩(wěn)定,不利于拋光。為了使拋光液的pH值穩(wěn)定在一個(gè)合適的范圍內(nèi),ReCl3?6H2O、CeCl3?7H2O、 NdCl3?6H2O、La(NO3)3?6H2O、Zn(NO3)2?6H2O都有使弱堿性溶液恢復(fù)至中性和弱酸性的能力,其中ReCl3?6H2O和CeCl3?7H2O、Zn(NO3)2?6H2O的效果都很好。在外界堿量大大超過(guò)穩(wěn)定劑中和堿量的情況下,它們?nèi)阅芸刂茠伖庖旱膒H值在中性附近?；旌下然⊥?ReCl3?6H2O)加入拋光液中,它不斷水解產(chǎn)生H+離子,中和了玻璃水解而產(chǎn)生的OH-,水解平衡后產(chǎn)生多余的H+離子,因而使得拋光液的pH值維持在中性或弱酸性。鋅鹽(Zn(NO3)2?6H2O)或鋁鹽加入拋光液中,它不僅提高了玻璃的拋光效率,它維護(hù)拋光液呈中性作用。除水解產(chǎn)生的H+離子外,還有一個(gè)重要作用,就是鋅鹽或鋁鹽在拋光液中有可溶性碳酸鹽時(shí),可促使鋅鹽或鋁鹽的完全水解,生成相應(yīng)的氫氧化物,
其反應(yīng)為Zn+CO2+H2O= Zn(OH)2↓+CO2
而Zn(OH)2是一個(gè)兩性化合物,當(dāng)拋光液呈酸性時(shí),表現(xiàn)為弱堿性;當(dāng)拋光液呈堿性時(shí),則表現(xiàn)為酸性,能起到自動(dòng)調(diào)節(jié)pH值的作用。這時(shí)由于有下列平衡Zn+++2OH-堿性Zn(OH)2=2H+酸性+ZnO=2Al++++3OH-堿性Al(OH)3=H+酸性+AlO-2+H2O并且它們更具應(yīng)用的廣泛性,在拋光液中加入一定量的鋅鹽或鋁鹽能使拋光液的pH值接近中性,保持拋光液pH值的穩(wěn)定性。同時(shí),當(dāng)拋光液呈現(xiàn)堿性時(shí)有ZnO=2或AlO-2存在,還能抑制堿性溶液對(duì)光學(xué)玻璃的侵蝕作用,并提高了拋光效率,是光學(xué)玻璃拋光的良好添加劑。
四、光學(xué)玻璃拋光下盤(pán)后的處理玻璃對(duì)水的親和力大,表面吸濕性強(qiáng),最容易吸收的便是水。特別是剛剛拋光下盤(pán)后的光學(xué)玻璃表面留有不飽和化學(xué)鍵,具有很高的活性,極易吸收水份并與之發(fā)生反應(yīng)。所以微量的水份及酸性氣體對(duì)玻璃表面是十分有害的,化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃對(duì)此非常敏感。這與在酸性條件下進(jìn)行拋光的情況是截然不同的。玻璃的吸濕性很強(qiáng),因此,剛拋光下盤(pán)后的光學(xué)零件應(yīng)立即用無(wú)水的乙醇、乙醚混合液擦拭干凈,并在紅外燈下烘干,涂上有機(jī)硅增水膜層,烘干固化后再涂上中性保護(hù)漆。無(wú)水乙醇收斂玻璃表面水份的能力較強(qiáng),有無(wú)水乙醚的存在也極易揮發(fā);烘干后,除去玻璃表面的濕存水,否則即使很高的烘烤溫度也難以除去玻璃表面的水份。硅有機(jī)化合物或其單體能在玻璃表面形成有機(jī)基團(tuán)和硅氧烷群結(jié)合的有機(jī)硅氧薄膜和聚合硅氧膜[SiO2]n。O SiRROSiRRO 在玻璃表面產(chǎn)生一定的烷基定向效應(yīng),形成一種有機(jī)硅氧膜。這種憎水膜可以借助于玻璃硅有機(jī)化合物的公共硅氧鍵而聯(lián)結(jié)起來(lái),起到屏障保護(hù)作用。即SiROOOSiROOSiROO玻璃表面光學(xué)玻璃拋光下盤(pán)后使用的憎水膜,一般為三烷基氧基硅烷[R3Si(OR′)],使親水的玻璃表面改變成憎水的玻璃表面,阻止空氣中的水份或酸性氣體的侵蝕?；谝陨蠙C(jī)理,采用十二烷基三甲氧基硅烷(49#防霧劑)配成適當(dāng)濃度的無(wú)水乙醚溶液作為光學(xué)零件的防腐蝕材料.十二烷基三甲氧基硅烷經(jīng)逐步水解縮合,產(chǎn)生如下反應(yīng)C12H25Si(OCH3)3 +nH2OC12H25SiOHOHOH+3CH3OH它具有長(zhǎng)鏈的烷基C12H25—,有一定的定向效應(yīng),能在玻璃表面形成緊密的烷基覆蓋層。同時(shí)也具有SiOHOHOH硅醇結(jié)構(gòu),能與玻璃表面起化學(xué)反應(yīng),經(jīng)充分交聯(lián)使膜層牢固的結(jié)合起來(lái),有效的阻止空氣中的水份或酸性氣體的侵蝕。光學(xué)玻璃拋光下盤(pán)以后涂中性保護(hù)漆。除有上述的補(bǔ)充作用外,主要是為了保護(hù)玻璃拋光表面免受擦傷。但一般保護(hù)漆具有酸性(如蟲(chóng)膠漆)或溶劑具有毒性(如苯、香蕉水等)或腐蝕玻璃或?qū)Σ僮魅藛T有害。我們研制的中性保護(hù)漆避免了上述缺點(diǎn)。它是以熱塑性酚醛樹(shù)脂為成膜物質(zhì),添加聚乙烯醇縮丁醛和硅有機(jī)化合物以改善酚醛樹(shù)脂的脆性和吸濕性。用無(wú)水乙醇為溶劑,配制成適當(dāng)濃度,便于涂敷和成膜,形成膜層對(duì)玻璃拋光表面有較好的附著性和防護(hù)能力,并便于清洗。 _hq.R)r 0h
五、結(jié)束語(yǔ)
從玻璃的腐蝕機(jī)理出發(fā),依照光學(xué)玻璃在拋光過(guò)程中的化學(xué)作用,對(duì)ZK、ZF、ZBaF、LaK等化學(xué)穩(wěn)定性差的光學(xué)玻璃在其拋光液中添加適當(dāng)?shù)膒H值調(diào)節(jié)劑及表面穩(wěn)定劑,在拋光過(guò)程中抑制玻璃腐蝕的可能性。使這幾種光學(xué)玻璃拋光表面一次合格率從0%～10%左右分別提高到75%～85%左右。即使在高溫高濕條件下,其一次合格率也能穩(wěn)定在75%以上。同時(shí)提高拋光速率近2倍;并提高玻璃拋光表面的粗糙度及“亮度”。拋光下盤(pán)以后,可存放數(shù)天或10多天時(shí)間,便于零件運(yùn)轉(zhuǎn)和下道工序加工。在拋光下盤(pán)以后,再作若干補(bǔ)充防護(hù)措施,更為可靠。這項(xiàng)有理論、有實(shí)踐、可操作的對(duì)化學(xué)穩(wěn)定性差光學(xué)玻璃拋光過(guò)程中的防護(hù)措施,進(jìn)一步提高了光學(xué)冷加工的效率和效益及其工藝技術(shù)水平。
拋光常見(jiàn)疵病產(chǎn)生原因及克服方法
印跡
1)拋光模與鏡盤(pán)吻合不好出現(xiàn)油斑痕跡
2)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性不好
3)水珠、拋光液、口水沫等未及時(shí)擦拭干凈
克 服 方 法
1)選用合適的拋光膠,修刮或?qū)Ω?聚胺脂)拋光模使之吻合
2)拋光中產(chǎn)生的印跡可以選用適當(dāng)?shù)奶砑觿?而完工后產(chǎn)生的印跡可以保護(hù)
3)避免對(duì)著工件講話(huà),如下盤(pán)擦不干,應(yīng)擦凈,對(duì)化學(xué)穩(wěn)定性不好玻璃還應(yīng)烘
光圈變形
1)粘結(jié)膠粘結(jié)力不適
2)光圈未穩(wěn)定既下盤(pán)
3)剛性盤(pán)加工時(shí),剛盤(pán)使用時(shí)間較長(zhǎng)未檢測(cè)(沉孔臟或變形)
4)剛性盤(pán)加工時(shí)被加工工件外圓偏大,上盤(pán)方法不當(dāng)?shù)?/p>
克 服 方 法
1)光圈變形主要發(fā)生在較薄的零件或不規(guī)則的零件,應(yīng)采用適當(dāng)?shù)纳媳P(pán)方法
2)應(yīng)按工件大小給予一定的光圈穩(wěn)定時(shí)間
3)剛盤(pán)定期進(jìn)行檢測(cè)和修正
4)嚴(yán)格按工藝和上盤(pán)操作規(guī)程加工
麻點(diǎn)
產(chǎn) 生 原 因
1) 精細(xì)磨、拋光時(shí)間不夠
2) 精細(xì)磨面立不均勻或中間與邊緣相差大
3)有粗劃痕拋斷后的殘跡
4)方形或長(zhǎng)方形細(xì)磨后塌角
5)零件在鏡盤(pán)上由于加工造成走動(dòng)
6) 精細(xì)磨面形誤差太大,尤其是偏高,易造成邊緣拋光不充分
7) 拋光模加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或拋光液使用時(shí)間長(zhǎng)而影響拋光效率
克 服 方 法
1) 精細(xì)磨應(yīng)除去上道粗砂眼, 拋光時(shí)間應(yīng)足夠
2) 精細(xì)磨光圈匹配得當(dāng),應(yīng)從邊緣向中間加工
3)發(fā)現(xiàn)后應(yīng)作出標(biāo)識(shí)單獨(dú)擺放或重拋
4)用開(kāi)槽平模細(xì)模、添加砂要均勻
5)選用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)膠，控制工序溫度和鏡盤(pán)忽冷忽熱, 粘結(jié)膠厚度應(yīng)符合標(biāo) 準(zhǔn)
6)精細(xì)磨各道光圈匹配應(yīng)嚴(yán)格按工藝操作指導(dǎo)卡操作
7)更換拋光皮及拋光液的各項(xiàng)指標(biāo)(比重、PH值等)周期性管理
劃痕
產(chǎn) 生 原 因
1)拋光粉粒度不均勻或混有大顆粒機(jī)械雜質(zhì)
2)工房環(huán)境不潔凈
3)拋光材料(拋光膠或聚胺脂及粘貼膠等)不潔
4)擦布不潔及操作者帶入灰塵
5)精細(xì)磨遺留劃痕未拋掉或清洗不徹底
6)檢查光圈工件或樣板不干凈、方法不當(dāng)
7)拋光材料(拋光膠或聚胺脂)偏硬、使用時(shí)間長(zhǎng)表面起硬殼或邊緣有干硬堆積物
8)拋光模與鏡盤(pán)不吻合
9)輔助工序(下盤(pán)、清洗、周轉(zhuǎn)、保護(hù)漆未干等)造成
克 服 方 法
1)選用粒度均勻和與玻璃材料對(duì)應(yīng)拋光粉
2)做好“5S”工作
3)保管好所需用品
4)擦布清洗保管及操作者穿戴好工作服和帽子
5)應(yīng)自檢
6)正確使用樣板
7)選用合適拋光材料(拋光膠或聚胺脂)，周期更換，對(duì)改或修刮拋光模
8)對(duì)改或修刮、重新制作拋光模
9)按各輔助工序操作規(guī)程加工
光學(xué)冷卻液在光學(xué)加工中的作用
在光學(xué)冷加工中，使用冷卻液的目的是對(duì)金剛石磨削工具進(jìn)行冷卻，以帶走光學(xué)玻璃加工過(guò)程中的熱量，保證光學(xué)冷加工的順利進(jìn)行，但對(duì)這一目的，在使用水或其它有機(jī)液體作為冷卻介質(zhì)后，基本上都可以達(dá)到要求，尤其是使用水介質(zhì)，成本低廉，冷卻效果也十分理想。但是如果在光學(xué)冷加工中用自來(lái)水來(lái)冷卻，可以肯定地說(shuō)，其加工是低效率的，因?yàn)榻饎偸ぞ邿o(wú)法發(fā)揮其最大的工作效率，因此冷卻液的核心作用是與金剛石工具協(xié)調(diào)作用，保證金剛石工具能將自身的磨削效能發(fā)揮到極至，同時(shí)較高質(zhì)量的冷卻液還能帶來(lái)高質(zhì)量的加工表面，減少對(duì)光學(xué)玻璃的浸蝕，降低拋光后水印和霉菌的產(chǎn)生。當(dāng)然好的冷卻液還應(yīng)該具有較好的緩蝕性能，沒(méi)有氣味和不污染環(huán)境及其它影響健康的不利因素。
1 光學(xué)冷卻液的緩蝕性能
水與光學(xué)冷加工設(shè)備接觸后，將直接導(dǎo)致設(shè)備的銹蝕，因此冷卻液的緩蝕性能是冷卻液最基本的技術(shù)要求。根據(jù)光學(xué)冷加工設(shè)備常用的材料，應(yīng)該對(duì)鑄鐵、普通鋼板、鋁件或銅件具有緩蝕作用。質(zhì)量較差的冷卻液往往會(huì)加速設(shè)備腐蝕，降低冷加工設(shè)備的使用壽命，從而增加生產(chǎn)成本。
2 光學(xué)冷卻液對(duì)金剛石工具的致銳性能
為了使光學(xué)冷卻液具有我們所需要的性能，我們?cè)谧詠?lái)水中加入了某些特性物質(zhì)，比如一定量的金屬緩蝕劑，表面活性劑，適宜的潤(rùn)滑劑等物來(lái)組成冷卻液的配方，它們的引入往往會(huì)帶來(lái)我們不需要的一些現(xiàn)象，比如：泡沫、氣味、對(duì)皮膚的過(guò)敏或刺激、對(duì)設(shè)備的腐蝕、毒性等，這些現(xiàn)象的強(qiáng)弱或大小，直接影響了冷卻液的綜合性能。
2.1 光學(xué)冷卻液在冷加工中與金剛石磨具的協(xié)調(diào)作用
高效光學(xué)冷加工一般分為銑磨(粗磨)，精磨，和拋光三個(gè)階段，各階段所采用的工藝參數(shù)、輔料直接影響了光學(xué)加工的效能。在銑磨(粗磨)，精磨或超精磨過(guò)程中，冷卻液的作用不可小覷。
用金剛石銑磨輪或鉆石粒(丸片)加工光學(xué)玻璃一般分為三個(gè)階段，即預(yù)磨、主磨削和光刀階段。根據(jù)各個(gè)階段的目的，冷加工設(shè)備由繼電器控制調(diào)壓閥來(lái)調(diào)節(jié)氣壓的大小和磨削時(shí)間。在預(yù)磨階段，由于磨具與玻璃之間吻合不好，施與低壓可防止沖擊而使金剛石磨盤(pán)的丸片脫落或使鏡盤(pán)工件打壞。在這一階段，由于金剛石工具與被加工光學(xué)元件處于低壓接觸磨削狀態(tài)，此時(shí)金剛石對(duì)光學(xué)玻璃的磨削量很小，而同時(shí)，粗糙的玻璃表面對(duì)金剛石工具基體也產(chǎn)生磨削，作用的結(jié)果就是在金剛石工具的工作面上形成一個(gè)破壞層，這個(gè)破壞層由鑲嵌在基體中的金剛石小顆粒、合金基體的小突起和被吸附的基體粉末、金剛石粉、玻璃粉等。此階段是金剛石工具被致銳的階段，也是冷卻液發(fā)揮作用的主要階段，在此階段，冷卻液的作用是使吸附在工具表面的金屬基體微小顆粒和玻璃粉脫離工作面，從而增加了金剛石露出基體的高度，為主磨削作好準(zhǔn)備。在主磨削階段，由于光學(xué)玻璃粗糙度逐漸變小，它與金剛石工具的接觸面積增大，在主磨削高壓擠壓磨削狀態(tài)下，在工作面將產(chǎn)生高熱量，此時(shí)，磨具工作面由于壓力和熱量的作用，在預(yù)磨階段產(chǎn)生的金屬基體小突起將產(chǎn)生塑性變形，突出基體的金剛石微粉也被擠壓而產(chǎn)生位移，被塑性變形的基體金屬重新包覆起來(lái)，在預(yù)磨階段被吸附的基體顆粒有可能被重新熔入基體，增加了金剛石微粉被包覆的程度，這種現(xiàn)象某些文獻(xiàn)將之稱(chēng)為金剛石工具的 “膩塞”，導(dǎo)致的結(jié)果就是金剛石工具的切削力下降。在光刀階段，壓力變小，光學(xué)件表面粗糙度得到進(jìn)一步的降低。
2.2 冷卻液在磨削中與金剛石工具的協(xié)同作用
根據(jù)上述分析，冷卻液最主要的作用就是將在精磨預(yù)磨階段產(chǎn)生的基體粉末最大量地吸附或溶解到冷卻液中，從而減少金剛石工具的 “膩塞”現(xiàn)象，以保證金剛石工具的切削力，如何達(dá)到這個(gè)目的呢?通常的看法有：
一是化學(xué)絡(luò)合(配合)
在磨削過(guò)程中由于熱量和空氣的作用，基體金屬有部分原子被氧化變?yōu)榻饘匐x子，適宜的絡(luò)合劑會(huì)與這些離子被絡(luò)合而脫離磨具工作面。
二是化學(xué)腐蝕
從理論上講，有一定的道理，但是，它往往還與化學(xué)反應(yīng)的速率有關(guān)，應(yīng)該說(shuō)，它只起到輔助作用，因?yàn)?，相較于機(jī)械摩擦來(lái)說(shuō)，受所選用的化學(xué)物質(zhì)的限制，它的反應(yīng)速率要慢得多。
然而上面的兩種認(rèn)識(shí)往往難于使冷卻液達(dá)到所需要的性能，更深層次的認(rèn)識(shí)是解決光學(xué)冷卻液切削性能的技術(shù)核心。
2.3 冷卻液中化學(xué)物質(zhì)的選用與作用
作為冷卻液配方物質(zhì)的選擇，其原則是：無(wú)毒、無(wú)味、不起跑(或低泡)，對(duì)皮膚刺激較小，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，當(dāng)然這只是一種原則，因?yàn)闉榱思骖櫜牧系氖褂眯阅?，往往難于達(dá)到每種材料都能滿(mǎn)足我們的要求，試驗(yàn)中往往以綜合性能來(lái)對(duì)選用物質(zhì)進(jìn)行取舍。
2.4 冷卻液的壽命`
冷卻液在精磨加工中，切削力會(huì)緩慢下降，直到不能滿(mǎn)足加工要求。連續(xù)加工的時(shí)間或加工的玻璃件數(shù)就是冷卻液的壽命。切削力的下降可以理解為有效物質(zhì)的消耗，從而使其作用下降。光學(xué)冷卻液的使用壽命是衡量冷卻液性能的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。
3 結(jié)論
光學(xué)冷卻液在光學(xué)冷加工中具有十分重要的作用，其選用直接影響了光學(xué)冷加工的效能，最高性?xún)r(jià)比是選用光學(xué)冷卻液的最重要的原則。
金剛砂
1891年，美國(guó)人阿切遜將粘土和焦炭混合后放在一個(gè)鐵缽中，企圖用電弧將碳轉(zhuǎn)化為金剛石。但結(jié)果是，在電極附近發(fā)現(xiàn)了閃閃發(fā)光的六方形晶體，它與天然金剛石的立方八面體不同。阿切遜認(rèn)為這可能是碳和粘土中的氧化鋁反應(yīng)而生成的新化合物。由于自然界中有一種氧化鋁礦物稱(chēng)為剛玉，于是他把碳和剛玉兩個(gè)英文單詞連起來(lái)作為這一新化合物的名稱(chēng)，中國(guó)學(xué)者將其譯成“金剛砂”。后來(lái)人們知道這種化合物是由粘土中的二氧化硅與碳在高溫下反應(yīng)生成的碳化硅。
晶胞為面心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞含有4個(gè)C原子4個(gè)Si原子。與金剛石結(jié)構(gòu)類(lèi)似。
碳化硅硬度僅次于金剛石、碳化硼和立方氮化硼，在無(wú)機(jī)材料中排行第四。目前已能通過(guò)熱壓燒結(jié)法制得高致密度的碳化硅。它具有很高的強(qiáng)度及良好的抗氧化性能，在高溫下不變形，可作為高溫燃?xì)廨啓C(jī)上的渦輪葉片，也可作耐磨的密封材料，還可作火箭尾噴管的噴嘴及輕質(zhì)的防彈用品等。
金剛砂，SiC，學(xué)名碳化硅。純的是無(wú)色晶體。密度3.06～3.20。硬度很大，大約是莫氏9度。一般的是無(wú)色粉狀顆粒。磨碎以后，可以作研磨粉，可制擦光紙，又可制磨輪和砥石的摩擦表面。由砂和適量的碳放在電爐中加強(qiáng)熱制得。
天然金剛砂又名石榴子石，系硅酸鹽類(lèi)礦物。經(jīng)過(guò)水力分選，機(jī)械加工，篩選分級(jí)等方法制成的研磨材料。生產(chǎn)使用歷史悠久，古代我國(guó)就有使用金剛砂研磨水晶玻璃，各種玉石的史例。十九世紀(jì)四十年代又遠(yuǎn)銷(xiāo)東洋。分粗目，中目，細(xì)目三大類(lèi)。其中粗目為黑紅色，中目為淡紅色，細(xì)目為紅白色，各種目數(shù)粒度均勻，顆粒形狀均一，成棱叫角晶體，有鋒利的邊緣，磨削力高。供石材類(lèi)工業(yè)研磨大理石及其它軟質(zhì)材料。玻璃類(lèi)工業(yè)研磨玻璃毛邊，電視機(jī)顯像管，光學(xué)器械，鏡片，棱鏡，鐘表用玻璃等。金屬類(lèi)工業(yè)噴砂，除銹，研磨。印刷工業(yè)研磨膠版，以及輕工業(yè)加工塑樣，皮革，砂紙等用途。
用途：
(1)對(duì)硅片、光學(xué)鏡頭 、精密儀器儀表、拋光玻殼、玻璃器皿、陶瓷石料、皮革、塑料、金屬機(jī)件能提高光潔度
(2)可噴砂切割，是制造砂輪、油石、砂布、砂的必須原料
(3)可作為修筑高速公路路面、飛機(jī)跑道、耐磨橡膠、工業(yè)地坪.防滑油漆等尚佳的耐磨材料
(4)可作化工、石油、制藥、水處理過(guò)濾的介質(zhì)和鉆井泥漿加重劑。
(5)對(duì)電鍍、核污染的防護(hù)具有良好的效果
(6)是水洗廠牛仔服噴砂車(chē)間用砂.水切割行業(yè)優(yōu)質(zhì)的配砂
天然金剛砂的磨削力略低于電爐白剛玉，但其任性強(qiáng)，具有介殼狀段口之特性，其優(yōu)點(diǎn)是磨件的光潔度高，砂痕少而淺。磨面細(xì)而均勻，可提高產(chǎn)品質(zhì)量，為本品的獨(dú)特之處。天然金剛砂的研磨時(shí)間短，效益高，價(jià)格低廉，可彌補(bǔ)壽命短的不足。
測(cè)定礦物的硬度，通常是把兩種礦物對(duì)劃，看那種礦物被劃傷，以此來(lái)確定礦物的硬度。具體做法是選擇10種“標(biāo)準(zhǔn)礦物”，先用互相刻劃的方法分別確定出1～10個(gè)硬度等級(jí)，以后便用這些標(biāo)準(zhǔn)礦物來(lái)刻劃待測(cè)礦物，通過(guò)比較來(lái)確定后者的硬度。硬度1為最軟，硬度10為最硬。用這種方法測(cè)定的硬度，按照提出此方法的科學(xué)家的姓氏，叫做“莫氏硬度”。如果沒(méi)有特別說(shuō)明，談到硬度，多半指的就是“莫氏硬度”。
另外也有用絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定礦物的絕對(duì)硬度的方法，例如“努普硬度”。這種方法是在尖形金剛石的上方加上重量，用尖頭擠壓待測(cè)礦物，然后測(cè)量在礦物表面所形成的壓痕的大小和所施加的壓力(單位為千克/毫米^2，通常表示為“HK”)。由于這種方法測(cè)出的是絕對(duì)硬度，所得的數(shù)值增加一倍，硬度也增加一倍。不過(guò)，這種測(cè)定硬度的方法對(duì)所測(cè)礦物有較大損傷，一般不大使用。
鉆石的硬度為10~
光學(xué)清洗工藝
影響清洗的因素：
A，清洗工藝的技術(shù)關(guān)鍵：光學(xué)玻璃經(jīng)過(guò)清洗后能否達(dá)到表面不留任何油污，污跡，表面光滑，水膜完好!
B，影響清洗后玻璃質(zhì)量的因素及相應(yīng)的解決方法：
(1)玻璃本身的質(zhì)量及被污染的情況，主要為：表面有霉點(diǎn)，氣泡，劃傷等，在機(jī)械處理中，如：研磨，搽試，測(cè)應(yīng)力時(shí)，人為導(dǎo)致的污染情況不一;
(2)清洗劑的選擇其能動(dòng)及溫度，水質(zhì);
國(guó)際上應(yīng)用最廣的清洗劑為CFC-113，四氯化炭，1-1-1三氯乙烷(簡(jiǎn)稱(chēng)ODS)等，此類(lèi)清
洗劑對(duì)臭氧層有破壞，屬于非環(huán)保性清洗劑;我們采用非ODS的水類(lèi)堿性清洗劑，主要由水，堿，表面活性劑，防銹材料組成，化學(xué)式C3H8，具有側(cè)鏈的環(huán)狀烯烴，具有較強(qiáng)的溶油能力;特點(diǎn)：低毒，不燃，清洗成本低等特點(diǎn);
(3)溶液的濃度直接影響清洗度的大小;
通常清洗液的PH值一般在8.5-12之間，若PH值大于10，側(cè)表面活性物質(zhì)作用要削弱，當(dāng)PH
值大于12時(shí)，側(cè)清潔度下降。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溶液濃度過(guò)大，超過(guò)15%，清洗效果不好
，不易漂洗，而濃度約為4%-7%時(shí)，側(cè)清洗效果較佳。
(4)溶液溫度及浸泡時(shí)間也同樣影響去污效率;
當(dāng)溫度上升，溶液的反應(yīng)速度也上升，污染物的粘度下降，便于污染物脫離，但溶液的穩(wěn)定
度下降。實(shí)際發(fā)現(xiàn)溶液溫度50度，浸泡30分鐘后，清洗效果最好!
(5)在清洗過(guò)程中，還應(yīng)注意必須使用純水或去離子水，若使用自來(lái)水等硬水側(cè)很難除去玻璃上的油污，且水中所含的Ca,Na離子等雜質(zhì)會(huì)在烘干后的玻璃表面形成一層白色霧狀膜，污染玻璃;
(6)玻璃經(jīng)清洗后需漂洗，漂洗后的清潔度，除與清潔劑的漂洗性和清洗液中的清潔劑濃度有關(guān)外，還與漂洗工序的多少，漂洗供水量的大小，溫度及循環(huán)使用的純水是否干凈有關(guān);
(7)清洗環(huán)境的清潔程度;
(8)清洗后的干燥工藝及溫度：
應(yīng)盡量保證玻璃垂直，可在玻璃下墊陶瓷柱，避免烘干后玻璃下沿有水印;烘箱溫度控制在70度左右，時(shí)間在20分鐘左右。若溫度過(guò)高，會(huì)在玻璃邊角上產(chǎn)生花紋
在光學(xué)冷加工中，鏡片的清洗主要是指鏡片拋光后殘余拋光液、黏結(jié)劑、保護(hù)性材料的清洗;鏡片磨邊后磨邊油、玻璃粉的清洗;鏡片鍍膜前手指印、口水圈以及各種附著物的清洗。傳統(tǒng)的清洗方法是利用擦拭材料(紗布、無(wú)塵紙)配合化學(xué)試劑(汽油、乙醇、丙酮、乙醚)采取浸泡、擦拭等手段進(jìn)行手工清擦。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，清潔度差，顯然不適應(yīng)現(xiàn)代規(guī)?；墓鈱W(xué)冷加工行業(yè)。這迫使人們尋找一種機(jī)械化的清洗手段來(lái)代替。于是超聲波清洗技術(shù)逐步進(jìn)入光學(xué)冷加工行業(yè)并大顯身手，進(jìn)一步推動(dòng)了光學(xué)冷加工業(yè)的發(fā)展。
超聲波清洗技術(shù)的基本原理，大致可以認(rèn)為是利用超聲場(chǎng)產(chǎn)生的巨大作用力，在洗滌介質(zhì)的配合下，促使物質(zhì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化以達(dá)到清洗目的的方法。
當(dāng)高于音波(28～40khz)的高頻振動(dòng)傳給清洗介質(zhì)后，液體介質(zhì)在高頻振動(dòng)下產(chǎn)生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互間的碰撞、合并、消亡的過(guò)程中，可使液體局部瞬間產(chǎn)生幾千大氣壓的壓強(qiáng)，如此大的壓強(qiáng)使得周?chē)奈镔|(zhì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化。這種作用稱(chēng)為"空化作用"：
1.空化作用可使物質(zhì)分子的化池鍵斷裂，引起各種物理變化(溶解、吸附、乳化、分散)和化學(xué)變化(氧化、還原、分解、化合)等。
2.當(dāng)空腔泡的固有頻率和超聲頻率相等時(shí)，可產(chǎn)生共振，共振的空腔泡內(nèi)聚集了大量的熱能，這種熱能足以使周?chē)镔|(zhì)化學(xué)鍵斷裂而引起物理、化學(xué)變化。
3.當(dāng)空腔泡形成時(shí)，兩泡壁間因產(chǎn)生極大的電位差而引起放電，致使腔內(nèi)氣泡活化進(jìn)而引起周?chē)镔|(zhì)的活化，從而使物質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)變化。
超聲場(chǎng)為清洗提供了巨大的能量，但還需化學(xué)洗劑作為介質(zhì)。一般將化學(xué)洗劑分為兩類(lèi)，一類(lèi)是有機(jī)溶劑，主要是根據(jù)相似相溶的化學(xué)原理，對(duì)有機(jī)物如：黏結(jié)劑(瀝青、松香等)、保護(hù)性材料(瀝青、樹(shù)脂等)、磨邊潤(rùn)滑油進(jìn)行溶解。在光學(xué)洗凈中，最初用三氯乙烯、芳香烴、氟里昂等作為清洗劑，這類(lèi)物質(zhì)雖然溶解性強(qiáng)，但有的易揮發(fā)，毒性大，有的對(duì)大氣臭氧層有破壞作用，被逐步禁用?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)多采用一些上述物質(zhì)的改進(jìn)產(chǎn)品或某些碳?xì)浠衔镒鋈軇?。目前使用較多的另一類(lèi)清洗劑是以表面活性劑為主要成分的水基清洗劑，其清洗原理簡(jiǎn)單地說(shuō)是由于表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有親油基的親水基，具有極性和結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)。正是這種特點(diǎn)使得它能極大降低水溶液的表面張力，使物體表面易于潤(rùn)濕，表面污物易于被溶解，分散在清洗液中而達(dá)到洗滌的目的。
超聲波清洗就是在液體清洗介質(zhì)中，利用超聲場(chǎng)產(chǎn)生的巨大能量，通過(guò)物理、化學(xué)的綜合作用而達(dá)到洗凈目的的一種洗凈手段。
那么，在光學(xué)冷加工中，超聲波清洗是如何實(shí)現(xiàn)洗凈目的的呢?一般來(lái)說(shuō)，清洗工藝主要以干燥的方式命名，如ipa工藝，是指利用ipa(異丙醇)蒸汽進(jìn)行脫水干燥的清洗工藝，純水工藝是指利用熱純水慢提拉或冷純水甩干的方式進(jìn)行干燥的清洗工藝。當(dāng)然，還有其他的命名方式。經(jīng)過(guò)不斷的變化、發(fā)展，光學(xué)冷加工中的清洗工藝主要以ipa工藝和純水工藝為主。
ipa工藝包括四個(gè)流程：洗滌、漂洗、脫水、干燥。
因?yàn)橄礈爝^(guò)程分溶劑清洗和水基清洗，所以有不同的工藝：有先進(jìn)行溶劑清洗、溶劑蒸汽干燥再進(jìn)行水基清洗;也有先進(jìn)行溶劑清洗，再用乳化劑溶解溶劑，再進(jìn)行水基清洗的。顯然，后者在流程上更流暢、緊湊，對(duì)設(shè)備要求也簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)洗滌后的鏡片表面不會(huì)有結(jié)合牢固的污垢，僅可能有一些清洗劑和松散污垢的混合物。
我們知道，無(wú)機(jī)光學(xué)玻璃是一種過(guò)冷的熔融態(tài)物質(zhì)，沒(méi)有固定的分子結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)式可描述為二氧化硅和某些金屬氧化物形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其骨架結(jié)構(gòu)為鍵能很大的硅氧共價(jià)鍵，外圍是鍵能小、易斷裂的氧與金屬離子形成的離子鍵。在洗滌時(shí)，由于超聲場(chǎng)和化學(xué)洗劑的共同作用，某些硅氧鍵含量少或者外圍鍵能特別小的的材料易于在清洗過(guò)程中發(fā)生變化而導(dǎo)致洗滌效果不良。所以，選擇性能溫和的洗劑、合適的洗劑濃度、溫度、超聲功率、洗滌時(shí)間對(duì)保證鏡片的清洗質(zhì)量十分重要。
利用流水將洗滌后鏡片表面的洗劑和污物溶解、排除的過(guò)程稱(chēng)為漂洗。影響漂洗效果的因素有以下幾個(gè)：洗劑的漂清性能，漂洗水的純度、溫度以及流動(dòng)性、超聲波頻率等。一般在40khz時(shí)，在常溫下，電導(dǎo)率為0.1μs/m的純水可以保證漂洗的要求。
經(jīng)過(guò)漂洗后的鏡片表面的潔凈度應(yīng)和漂洗水潔凈度一致。當(dāng)它進(jìn)入ipa后，雖然ipa能和純水進(jìn)行無(wú)限度的相混溶，但在超聲波的作用下，這種混溶能進(jìn)行得更快速、徹底，從而使得鏡片表面的狀態(tài)和混溶后ipa相同。這一過(guò)程稱(chēng)為脫水。所以影響脫水的主要因素是ipa的純度、超聲波頻率、脫水時(shí)間。一般ipa的最低濃度要高于97%。
脫水后的鏡片進(jìn)入ipa蒸汽槽干燥。蒸汽槽的結(jié)構(gòu)大體如下：槽體下部為ipa液體，四周是高沸點(diǎn)油加熱腔，上部是由若干圈冷凝管?chē)@成的冷凝區(qū)，冷凝管內(nèi)是由冷水機(jī)提供的循環(huán)冷水，鏡片由鏈條驅(qū)動(dòng)的托架帶動(dòng)在干燥槽內(nèi)運(yùn)行。干燥的原理及過(guò)程如下：蒸汽槽ipa在高溫油的加熱下沸騰，蒸汽向上進(jìn)入冷凝區(qū)，在冷凝區(qū)形成濃度、溫度相對(duì)穩(wěn)定的蒸汽區(qū)，脫水后表面附有液體ipa的鏡片進(jìn)入蒸汽區(qū)時(shí)，蒸汽區(qū)的蒸汽在低溫的鏡片表面冷凝液化，沖刷鏡片表面，如同"淋浴"，當(dāng)鏡片表面溫度和蒸汽溫度相同時(shí)，已不再附有液態(tài)ipa，而全轉(zhuǎn)化為ipa。此時(shí)，鏡片在托架的帶動(dòng)下上升回到冷凝區(qū)，在這一過(guò)程中，由于溫度的漸低，鏡片表面ipa蒸汽冷凝液化，液化的ipa一部分在表面張力和重力的作用下離開(kāi)鏡片，一部分在夾具散熱時(shí)揮發(fā)離開(kāi)鏡片表面，經(jīng)以上過(guò)程后，鏡片表面得到干燥。由此可見(jiàn)，影響干燥的因素很多：ipa的純度、干燥位置、鏈條的提升速度、冷水機(jī)的水溫、冷凝行程的長(zhǎng)短、干燥時(shí)間、夾具材料、形狀的選用等等。
以上是ipa工藝的四個(gè)流程簡(jiǎn)介，純水工藝由三個(gè)流程組成：洗滌、漂洗、干燥。洗滌和漂洗與ipa工藝相同，不再重復(fù)。區(qū)別在于干燥。干燥分兩種情況，熱純水慢提拉和冷純水甩干。
電阻率大于15mω·m純水在某一高溫下，表面張力能達(dá)到最大，漂洗后的鏡片浸入其中，表面不被潤(rùn)濕，在傾斜慢提拉離開(kāi)時(shí)，由于極大的表面張力。純水迅速在表面收縮成球形離開(kāi)鏡片，脫水后的鏡片在過(guò)濾的熱風(fēng)下而達(dá)到干燥。所以，水的純度、溫度、慢提拉速度、工件的傾斜度、熱風(fēng)的潔凈度對(duì)干燥的影響非常大。
冷純水甩干的工藝很簡(jiǎn)單：經(jīng)過(guò)純水漂洗后的鏡片放入離心甩干機(jī)中，在工件取得平衡時(shí)，啟動(dòng)甩干機(jī)，利用離心分離的原理將鏡片表面的純水分離達(dá)到干燥，對(duì)要求不高的鏡片能取得滿(mǎn)意效果，且能節(jié)省ipa和場(chǎng)地。但對(duì)甩干機(jī)的平衡性能要求很高。
以上是對(duì)光學(xué)冷加工中超聲波清洗工藝的一些簡(jiǎn)介，實(shí)現(xiàn)工藝的載體是設(shè)備，一臺(tái)設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定的超聲波清洗機(jī)能充分發(fā)揮超聲波清洗工藝的特長(zhǎng)。
鍍膜過(guò)程中噴點(diǎn)、潮斑(花斑)的成因及消除方法
真空鍍膜的過(guò)程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生噴點(diǎn)及潮斑(花斑)，這些噴點(diǎn)、潮斑(花斑)極大的影響了薄膜的品質(zhì)，降低產(chǎn)品的合格率。本文將對(duì)噴點(diǎn)、潮斑(花斑)的形成原因以及消除方法作一探討。
一.噴點(diǎn)形成的原因
鍍膜過(guò)程中產(chǎn)生噴點(diǎn)主要有以下幾種原因:
1. 鍍膜材料純度不高，含雜質(zhì)較多,預(yù)熔過(guò)程中無(wú)法將這些雜質(zhì)去除,蒸鍍過(guò)程中雜質(zhì)濺上工件表面形成噴點(diǎn)。
2. 材料較為潮濕,預(yù)熔時(shí)電子槍光斑不能將表面的材料全部熔化,在蒸鍍過(guò)程中也容易產(chǎn)生噴點(diǎn)(這種情況在用國(guó)產(chǎn)電子槍鍍制MgF2及一些直接升華的材料時(shí)較易發(fā)生)。
3. 鍍膜前對(duì)材料進(jìn)行預(yù)熔時(shí)不夠充分,蒸鍍過(guò)程中材料里的細(xì)小顆粒濺上工件表面形成噴點(diǎn)。
4. 鍍膜過(guò)程中,電子槍束流過(guò)大引起的材料飛濺產(chǎn)生的噴點(diǎn)。
二.潮斑形成的原因:
1. 清洗液配比不好,含有較多水份,清洗后工件表面留有殘跡,鍍膜后形成花斑。
2. 鍍制兩個(gè)面以上的工件時(shí),一面鍍制完成,清洗第二面時(shí),鍍制完的一面受到污染,在第二面鍍膜后形成花斑。
3. 工件本身含有的水份(工件白片制作過(guò)程細(xì)解),在蒸鍍前的烘烤過(guò)程中逸出,蒸鍍后形成潮斑。
4. 鍍膜夾具在烘烤過(guò)程中會(huì)有水汽以及其它廢氣排出,蒸鍍后在工件表面形成潮斑且對(duì)鍍膜后的光學(xué)特性產(chǎn)生影響。
針對(duì)以上噴點(diǎn)、潮斑(花斑)的成因,在生產(chǎn)中采取了以下一些措施以消除噴點(diǎn)、潮斑(花斑):
1. 選擇可靠的材料供應(yīng)商,并對(duì)購(gòu)買(mǎi)的每批材料在投入使用前先做一測(cè)試,判定材料的可靠性。
2. 規(guī)范材料的領(lǐng)用、保管,(干燥缸,干燥劑)保證材料不受潮,材料性質(zhì)無(wú)變化。
3. 規(guī)范鍍膜操作,嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)熔、蒸鍍的操作規(guī)程。蒸鍍前的材料預(yù)熔一定要徹底,鍍制某些較厚的膜層時(shí)可以采用多次預(yù)熔的方法消除噴點(diǎn)。
4. 規(guī)范清洗操作,加強(qiáng)清洗后的檢查,提高清洗質(zhì)量,消除因清洗而產(chǎn)生的潮斑(花斑)。
5. 調(diào)整烘烤溫度,消除烘烤原因產(chǎn)生的潮斑。
6. 規(guī)范鍍膜夾具的管理。每次投入使用前,夾具需要先經(jīng)過(guò)清洗、烘烤(300度,3小時(shí)以上)才能投入生產(chǎn)。
7. 設(shè)計(jì)鍍膜夾具時(shí),盡量采用在真空室內(nèi)放氣量小的材料,同時(shí)可采取夾具表面鍍Ni的方法降低夾具的放氣量,消除由此產(chǎn)生的潮斑(花斑)。
通過(guò)以上這些措施,鍍膜過(guò)程中產(chǎn)生的噴點(diǎn)、潮斑(花斑)可以得到非常有效的控制。