一种蓝宝石曲面加工方法技术

本发明专利技术涉及特种光学材料加工领域，具体是一种蓝宝石曲面加工方法，该方法包括：成型、研磨和抛光三步，突破了蓝宝石材料的高精度超光滑曲面加工技术瓶颈，工艺成熟稳定。工艺成熟稳定。工艺成熟稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石曲面加工方法


[0001]本专利技术属于光学加工领域，涉及各尺寸蓝宝石曲面元件加工技术，尤其适用于高精度、超光滑蓝宝石元件的。

技术介绍

[0002]蓝宝石材料具有良好的光学和机械性能，在激光领域中有着重要的应用。随着技术的不断发展，对蓝宝石元件的面形精度和表面粗糙度要求不断提升，元件种类由平面窗口元件不断向曲面元件增加，加工难度进一步增加。平面元件多采用双面抛光工艺，加工效率高，产量大，该工艺无法复制到曲面加工上来。玻璃元件的曲面加工大多采用古典抛光工艺，效率低，产量小。将古典抛光直接应用到蓝宝石曲面的加工上来，无法加工得到高精度的蓝宝石元件。
[0003]蓝宝石材料的硬度高，化学性质稳定，加工难度大，传统加工方法需使用钻石粉配合树脂铜盘抛光控制面形，利用阻尼布配合硅溶胶控制光洁度，无法同时兼顾，容易反复。效率低，成本高。高精度曲面元件尚无成熟稳定的加工方法，极大的限制了蓝宝石材料的应用范围。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种蓝宝石曲面元件的加工方法，该方法过程简单，工艺稳定，实现高精度、超光滑蓝宝石曲面的加工。
[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一种蓝宝石曲面加工方法，分为成型、研磨和抛光三步，其特点在于：
[0007]成型：对曲面进行成型，获得粗糙度小于10μm的表面；
[0008]研磨：对曲面进行研磨，所用磨盘材质为铸铁，研磨磨料为碳化硼；
[0009]抛光：对曲面进行抛光，可调节施加在抛光盘上的压力，抛光头组成由金属抛光盘上先贴一层松香沥青混合物，再粘阻尼布，抛光磨料为硅溶胶。
[0010]在成型阶段，铣磨机上电镀金刚石磨头，磨头直径大于元件口径的一半，粒度30～100目，转速800
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1000rpm；完成成型后，使用球径仪对元件半径进行检测，目视对表面质量进行检测，无明显划痕、麻点，合格后进入下一道工序。
[0011]在研磨阶段，先使用粒径为28μm的碳化硼磨料进行研磨，去除厚度大于0.06mm，再使用粒径为14μm的碳化硼磨料进行研磨，去除厚度大于0.03mm；主轴转速为40
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70rpm；
[0012]研磨所用的铸铁磨盘需开方格槽，方格的尺寸小于所加工曲面口径的1/7～1/5，相邻方格间槽宽度1～2mm，槽深1～3mm。
[0013]完成研磨后，使用光学显微镜对表面质量进行检测，排除宽度大于20μm划痕的存在。再使用球径仪对元件半径进行检测，合格后进入下一道工序。
[0014]在抛光阶段，抛光过程需在洁净间内进行，洁净度优于万级，环境湿度＞70％；抛光头上金属抛光盘半径为元件半径的90％～110％，松香沥青混合物层厚度约2～5mm，松香
沥青混合物的熔点78～83℃，阻尼布厚度为0.8～1.5mm；所使用的硅溶胶粒径为80～120nm，PH值9～11，硬度为60～65SHORE A；快抛机主轴转速为600～700rpm，压力为70～100N。使用干涉仪对元件面形进行检测，使用疵病仪对表面质量进行检测，使用光学轮廓仪对粗糙度进行检测，合格后清洗包装。
[0015]本专利技术同时适用于单片加工和多片拼盘加工。
[0016]与现有传统蓝宝石加工技术相比，本方法具有操作简单、加工成本低、效率高等优点。省去了传统加工过程中钻石微粉配合树脂铜盘的抛光工序，既提升了效率，又节省了成本。200mm口径树脂铜盘单价约为2000元，抛光用的钻石微粉每克拉约为40元，本道工序加工成本极高。
[0017]松香沥青混合物有别与传统抛光中使用的沥青抛光胶，熔点约为78～83℃，具有更强的粘性和蠕动性，作为抛光盘和阻尼布的连结层，既可以将阻尼布固定在抛光盘上，又能起到支撑作用，使阻尼布与抛光盘间的间隙固定在2
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5mm，抛光后可获得高精度的面形误差。
[0018]本专利技术通过控制研磨阶段的表面质量，改变抛光阶段主轴转速和压力的数值，选用合适PH值的硅溶胶抛光液，使加工工艺简化，省去成本高的加工流程，提高了效率，节省了成本。
附图说明
[0019]图1为本专利技术方法与传统方法加工结果面形对比图，其中，(a)为传统方法，(b)为本专利技术方法
具体实施方式
[0020]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、系统的阐述。显然，本次所阐述的实施例只是本专利技术中一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域中普通技术人员在不需要做出创造性劳动的前提下，所获得的其他所有实施例，均在本专利技术保护范围之内。
[0021]以R200mm单片蓝宝石凸球面为例。
[0022]成型：将坯料夹持在铣磨机上，利用铣磨机进行曲面成型，选取直径为100mm的磨头，磨头上电镀金刚石，粒度为100目，铣磨机主轴转速100rpm，曲面全部铣磨充分。完成后利用球径仪测量半径，偏差小于0.1mm，目视检查表面质量，无明显划痕、麻点，则成型结束，进入到研磨阶段；
[0023]研磨：利用单轴机进行研磨，所用磨盘材质为铸铁，磨盘上开方格，方格尺寸为12mm，方格间距为2mm，槽深3mm。成型后的元件单片上盘，单轴机主轴转速调节至50rpm，使用粒径为28μm碳化硼去除厚度0.1mm，再使用粒径为14μm碳化硼去除厚度0.05mm.完成研磨后，使用光学显微镜对表面质量进行检测，排除宽度大于20μm划痕的存在。再使用球径仪对元件半径进行检测，偏差小于0.1mm，若合格则进入下一道工序，若不合格则返回粒径14μm研磨阶段继续加工，反复迭代直到合格为止；
[0024]抛光：抛光过程需在洁净间内进行，洁净度优于万级，环境湿度＞70％。利用快抛机进行抛光。金属抛光盘上先贴一层松香沥青混合物，厚度约5mm，加热至50℃，将粘好松香
沥青混合物的抛光盘倒扣在元件表面，使松香沥青混合物与元件曲面完全贴合，然后取下抛光盘，在松香沥青混合物表面粘一张阻尼布，阻尼布厚度为1mm，粘好后用50℃温水浸泡抛光盘，然后取出倒扣在元件表面，待冷却至室温后取下。抛光磨料为硅溶胶(由环球公司购买得到)，粒径为120nm，PH值为9，硬度为60SHORE A。将抛光液滴加到元件表面，抛光盘倒扣到元件上，快抛机的铁笔压到抛光盘上，开启主轴和摆轴，将快抛机主轴转速调节至700rpm，摆轴转速40rpm。开启压力，调节施加在抛光盘上的压力为70N。滴液方式最好选择自动注液模式，保证抛光液的均匀性；若不具备条件也可以手动滴加，尽量保证均匀性。在抛光过程中，需控制抛光环境湿度始终大于70％，防止硅溶胶结晶附着在元件表面。抛光结束后，使用干涉仪对元件面形进行检测，使用疵病仪对表面质量进行检测，使用光学轮廓仪对粗糙度进行检测，全部达标后清洗包装。
[0025]图1为使用传统方法和本专利技术所加工出的蓝宝石球面镜面形对比。可以发现传统方法加工出的蓝宝石曲面镜面形差，PV值为0.872λ，RMS为0.151λ，表面存在明显的划痕；而本专利技术所加工出的蓝宝石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石曲面加工方法，分为成型、研磨和抛光三步，其特征在于：成型：对曲面进行成型，获得粗糙度小于10μm的表面；研磨：对曲面进行研磨，所用磨盘材质为铸铁，研磨磨料为碳化硼；抛光：先在抛光盘上先贴一层松香沥青混合物，厚度为2～5mm，并加热至50℃后，将具有松香沥青混合物层的抛光盘倒扣在元件表面，使松香沥青混合物层与蓝宝石曲面贴合；然后将粘有松香沥青混合物的抛光盘从元件上取下，在松香沥青混合物层上覆盖阻尼布层，该阻尼布层的厚度为0.5
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1.5mm，并将抛光盘完全浸泡在50℃的水中，时间20
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30min；最后将具有阻尼布层和松香沥青混合物层的抛光盘倒扣在元件表面，冷却至室温后取下，采用该抛光盘对曲面进行抛光，抛光磨料为硅溶胶。2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石曲面加工方法，其特征在于：在成型阶段，铣磨机上电镀金刚石磨头，磨头直径大于元件口径的一半，粒度30～100目，转速800
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1000rpm；完成成型后，使用球径仪对元件半径进行检测，目视对表面质量进行检测，无明显划痕、麻点，合格后进入下一道工序。3.根据权利要求1所述的一种蓝宝石曲面加工方法，其特征在于：在研磨阶段，先使用粒径为28μm的碳化硼磨料进行研磨，去除厚度大于0.06mm，再使用粒径为14μm的碳化硼磨料进行研磨，去除厚度大于0.03mm；主轴转速为40
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【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，吴令奇，方媛媛，徐学科，朱小磊，顿爱欢，
申请(专利权)人：上海恒益光学精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：