一種改善光學(xué)零件邊緣面形的加工方法及復(fù)合磨粒拋光液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超精密加工技術(shù)，涉及一種改善光學(xué)零件邊緣面形的加工方法及復(fù)合磨粒拋光液。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)光學(xué)零件的精度要求也在不斷提高，光學(xué)鏡片的面形要求達(dá)到PV值為入/20(入=632.811111)，表面粗糙度要求達(dá)到1^111111。雙面拋光技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于光學(xué)零件的高效率高精度的超精密加工技術(shù)，采用雙面拋光技術(shù)對(duì)光學(xué)零件進(jìn)行加工，上下拋光盤(pán)上粘有聚氨酯拋光墊，聚氨酯拋光墊容納含有磨粒(如Ce02、S12等)的拋光液，對(duì)光學(xué)零件表面進(jìn)行機(jī)械劃擦、化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到提高光學(xué)零件面形和粗糙度的目的。在實(shí)際的生產(chǎn)中，雙面拋光技術(shù)雖然能夠獲得較好的表面粗糙度、平行度和材料去除速率，但在雙面拋光時(shí)，光學(xué)零件表面壓強(qiáng)呈U型分布即邊緣壓強(qiáng)較大、另外拋光液在零件邊緣聚集、造成邊緣拋光液濃度高、邊緣材料去除率大，導(dǎo)致在光學(xué)零件邊緣容易發(fā)生塌邊現(xiàn)象(如圖1所示)，嚴(yán)重影響光學(xué)零件的面形精度。因此雙面拋光技術(shù)應(yīng)用受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的:提供一種能夠減小光學(xué)零件邊緣塌邊，改善雙面拋光光學(xué)零件邊緣面形的加工方法。
[0004]另外，還提供一種復(fù)合磨粒拋光液。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種復(fù)合磨粒拋光液，其由粒徑范圍為Ium?60um，彈性模量在I?1GPa的有機(jī)聚合物微粒、粒徑范圍為0.3um?3um的拋光粉和水配制而成，其中，分散有機(jī)聚合物微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%?5%，拋光粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%?5%。
[0006]單分散有機(jī)聚合物微粒呈球狀。
[0007]分散有機(jī)聚合物微粒為聚苯乙烯。
[0008]復(fù)合磨粒拋光液的分散有機(jī)聚合物微粒與磨粒形成靜電吸附。
[0009]復(fù)合磨粒拋光液的經(jīng)PH值調(diào)節(jié)后帶弱堿性。
[0010]一種改善光學(xué)零件邊緣面形的加工方法，采用復(fù)合磨粒拋光液在雙面拋光機(jī)上對(duì)光學(xué)零件進(jìn)行拋光試驗(yàn)，從而在不降低光學(xué)零件表面粗糙度的情況下，減小光學(xué)零件邊緣塌邊，改善光學(xué)零件邊緣局部面形。
[0011]所述改善光學(xué)零件邊緣面形的加工方法，其具體過(guò)程如下:
[0012]第一步:配制復(fù)合磨粒拋光液
[0013]選用單分散大粒徑PS微球，粒徑范圍為Ium?60um，PS微球呈球狀；CeO2拋光粉，CeO2磨粒呈不規(guī)則多面體，粒徑范圍為0.3um?3um ;去離子水，取PS微球和CeO2拋光粉，加入超純水混合搖勻，配成具有特定質(zhì)量濃度比的復(fù)合磨粒拋光液，PS微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%?5%，CeO2磨粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%?5% ；
[0014]第二步:復(fù)合磨粒拋光液PH值的調(diào)定
[0015]PS微球表面經(jīng)過(guò)電荷修飾，以與CeO2形成靜電吸附，采用PH=1的KOH溶液對(duì)復(fù)合磨粒拋光液的PH進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的拋光液PH范圍為8?11，使得PS微球能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)CeO2穩(wěn)定吸附；
[0016]第三步:復(fù)合磨粒拋光液的測(cè)定
[0017]取復(fù)合磨粒拋光液滴于玻璃基片上，將均勻涂滿拋光液的玻璃基片置于百級(jí)超凈室內(nèi)，干燥后放置在激光共聚焦顯微鏡下，觀察PS微球和CeO2在靜電力作用下的吸附情況，以CeO2磨粒能夠完全包裹PS微球?yàn)樽罴?，并且形成的?fù)合磨粒分散均勻，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象為最佳；
[0018]第四步:拋光前的預(yù)處理
[0019]工作環(huán)境溫度25°C，濕度70%，選用W7?W14的研磨粉精磨后的光學(xué)零件，表面粗糙度范圍3?10um，尺寸一致性2um以內(nèi)，光學(xué)零件清洗干凈；貼有聚氨酯拋光墊的拋光盤(pán)使用金剛石盤(pán)和不銹鋼盤(pán)進(jìn)行修整，保證拋光盤(pán)的面形；制備的復(fù)合磨粒拋光液經(jīng)超聲處理 0.5h ?Ih ;
[0020]第五步:拋光
[0021]將游星輪均勻放置于下拋光盤(pán)中，預(yù)處理后的光學(xué)零件均勻放入游星輪中，先滴加復(fù)合磨粒拋光液使上下拋光墊潤(rùn)濕，再將上拋光盤(pán)降下，
[0022]在拋光初始階段，工藝參數(shù):下拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速4?10r/min，上拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速_1?_3r/min,游星輪自傳轉(zhuǎn)速2?5r/min,游星輪公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速2?5r/min,拋光液流量10?50mL/min,壓強(qiáng)范圍3?5KPa，拋光時(shí)間3?5min，低轉(zhuǎn)速低壓下讓拋光液能夠充分填充進(jìn)聚氨酯拋光墊和光學(xué)零件之間的間隙，充分潤(rùn)滑，避免干摩擦產(chǎn)生劃傷；
[0023]在拋光中間階段，工藝參數(shù):下拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速6?30r/min,上拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速-2?_6r/min,游星輪自傳轉(zhuǎn)速2?llr/min,游星輪公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速2?llr/min,拋光液流量10?50mL/min,壓強(qiáng)范圍3?20KPa,拋光時(shí)間I?1h,復(fù)合磨粒嵌入聚氨酯拋光墊,在拋光盤(pán)的帶動(dòng)下，對(duì)光學(xué)表面進(jìn)行機(jī)械化學(xué)作用的材料去除；
[0024]在拋光末尾階段，工藝參數(shù):下拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速4?10r/min,上拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速_1?_3r/min,游星輪自傳轉(zhuǎn)速2?5r/min,游星輪公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速2?5r/min,去離子水流量10?50mL/min,壓強(qiáng)范圍3?5KPa,拋光時(shí)間3?5min,采用清水洗凈光學(xué)零件，同時(shí)緩慢減壓,釋放光學(xué)零件因拋光產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；
[0025]第六步:拋光后光學(xué)零件的清洗，將拋光后的光學(xué)零件放入超聲波清洗機(jī)中進(jìn)行清洗，去除表面殘留的拋光粉；
[0026]第七步:拋光后光學(xué)零件的檢測(cè)，如不符合要求，則重復(fù)步驟五進(jìn)一步拋光，直至面形等各項(xiàng)指標(biāo)滿足工件設(shè)計(jì)要求。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:PS微球的制造成本低廉，加入PS (聚苯乙烯)微球的復(fù)合磨粒拋光液能夠在不改變現(xiàn)有工藝條件的情況下，獲得表面粗糙度和表面面形均滿足需求的光學(xué)零件，具有方法簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；面形要求達(dá)到PV值能從λ/5降到λ /20 (即從125nm降到20nm以下)，此外復(fù)合磨粒拋光液在減少光學(xué)零件表面劃傷中也有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是雙面拋光技術(shù)加工光學(xué)零件所獲的的塌邊面形；
[0029]圖2是在實(shí)例中的工藝參數(shù)下加工獲得的光學(xué)零件面形；
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0031]本發(fā)明采用由聚苯乙烯(PS)微球表面吸附CeO2磨粒形成的復(fù)合磨粒拋光液替代單一 CeO2磨粒拋光液，在雙面拋光機(jī)床上采用特定的工藝參數(shù)對(duì)光學(xué)零件表面進(jìn)行拋光，達(dá)到改善光學(xué)零件邊緣面形的目的。復(fù)合磨粒拋光液能夠改善光學(xué)零件的邊緣面形，其原理是，PS微球表面吸附CeO2磨粒形成的復(fù)合磨粒在聚氨酯拋光墊和光學(xué)零件之間形成一層襯墊，改善了零件表面的壓強(qiáng)分布，尤其是降低了零件邊緣的壓強(qiáng)，從而使光學(xué)零件表面的材料去除更加均勻，光學(xué)零件的邊緣面形得到改善；此外，復(fù)合磨粒在聚氨酯拋光墊和光學(xué)零件之間形成較大的間隙，便于拋光液的流動(dòng)，避免了拋光液在零件邊緣的堆積，改善了零件的邊緣面形。
[0032]本發(fā)明改善光學(xué)零件邊緣面形的加工方法的具體過(guò)程如下:
[0033]第一步:配制復(fù)合磨粒拋光液
[0034]選用單分散大粒徑PS (聚苯乙烯)微球，粒徑范圍為Ium?60um，PS微球呈球狀；CeO2 (氧化鋪)拋光粉，CeO2磨粒呈不規(guī)則多面體,粒徑范圍為0.3um?3um ;去離子水,取PS微球和CeO2拋光粉，加入超純水混合搖勻，配成具有特定質(zhì)量濃度比的復(fù)合磨粒拋光液，PS微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%?5%，CeO2磨粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為0.1%?5%。
[0035]第二步:復(fù)合磨粒拋光液PH值的調(diào)定
[0036]PS微球表面經(jīng)過(guò)電荷修飾，以與CeO2形成靜電吸附，采用PH=1的KOH溶液對(duì)復(fù)合磨粒拋光液的PH進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的拋光液PH范圍為8?11，使得PS微球能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)CeO2穩(wěn)定吸附；
[0037]第三步:復(fù)合磨粒拋光液的測(cè)定
[0038]取2mL復(fù)合磨粒拋光液滴于玻璃基片上，將均勻涂滿拋光液的玻璃基片置于百級(jí)超凈室內(nèi)，干燥后放置在激光共聚焦顯微鏡下，觀察PS微球和CeO2在靜電力作用下的吸附情況，以CeO2磨粒能夠完全包裹PS微球?yàn)樽罴?并且形成的復(fù)合磨粒分散均勻,無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象為最佳；
[0039]第四步:拋光前的預(yù)處理
[0040]工作環(huán)境溫度25°C，濕度70%，選用W7?W14的研磨粉精磨后的光學(xué)零件，表面粗糙度范圍3?10um，尺寸一致性2um以內(nèi)，光學(xué)零件清洗干凈；貼有聚氨酯拋光墊的拋光盤(pán)使用金剛石盤(pán)和不銹鋼盤(pán)進(jìn)行修整，保證拋光盤(pán)的面形；制備的復(fù)合磨粒拋光液經(jīng)超聲處理 0.5h ?Ih ;
[0041]第五步:拋光
[0042]將游星輪均勻放置于下拋光盤(pán)中，預(yù)處理后的光學(xué)零件均勻放入游星輪中，先滴加復(fù)合磨粒拋光液使上下拋光墊潤(rùn)濕，再將上拋光盤(pán)降下，
[0043]在拋光初始階段，工藝參數(shù):下拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速4?10r/min，上拋光盤(pán)轉(zhuǎn)速_1?_3r/min,游星輪自傳轉(zhuǎn)速