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薄膜人生

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手工抛光  

2008-06-12 14:49:16|  分类: 镀膜技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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手工抛光是用时间和经验而获得的一项技术。本章讨论手工抛光的一些基础知识。

用沥青抛光光学表面称为光学抛光。沥青抛光模或抛光工具是用一种混合抛光材料制成的,在标准室温条件下,抛光层稍有塑性流动。抛光光学表面采用两种型式的沥青抛光模。第一种是网格型式,在大网格面上压制出更小的网格面形。第二种是带有粗槽线的整体型式。

沥青胶配方

沥青胶的配方一般对同行是保密的,每一个光学技工都有其喜爱的沥青抛光胶的配方和方法。因此,并不限制他们在胶锅里混入些什么东西。管理人员和公司通常只坚持一个方针,就是要求每个新的光学技工采用标准的沥青胶配方。下面列出某些典型的抛光沥青胶的配方。

按重量比:

D光学胶1磅(453.6g)加石蜡1盎司(28.35g)

D光学胶1磅加石蜡2盎司(抛光修整用)

D光学胶1.5磅加OZHINITE3/4盎司和松香柏油5盎司

D光学胶2磅加ZORPHALAC2磅

2)号和3)号沥青抛光胶用于抛光冕牌玻璃、派勒克斯玻璃、窗玻璃和石英晶体。4)号沥青胶用于抛光稀土玻璃和火石玻璃。

后来D.亨德里克斯根据一条简单规则把沥青胶配方划为类似化合物的混合物。例如,沥青胶中松香从松树得到,蓖麻油或亚麻仁油是植物油,故称为植物性混合物。D光学胶是从炼油厂得到的软沥青化合物混合而成的无机物或无机物的混合物。

亨德里克斯研究了若干种沥青胶的配方:

按重量比:

无色透明松香5磅,蓖麻油6盎司。

D光学胶2磅,亚麻仁油6盎司。

D光学胶2磅,松香柏油4盎司,蜂蜡1.5磅,加1~3匙松节油,然后调均匀。

采用的沥青配方是5磅无色透明的松香和6盎司松香柏油(液态),可以预先置好沥青胶以作准备用。佐贝尔(Zobal)牌号有软沥青胶和硬沥青胶。这种胶是透明的,加一些较软的胶可以使较硬的胶软化。万能虫胶供应公司(Brooklyn,NY)提供的No450中硬抛光胶是广泛使用的胶。该公司也提供各种不同硬度和熔化范围的布尔根德(Burgundy)沥青胶。W.蒂查(Wn Dixon)和其公司(Newark,NJ)是又一家提供优质光学沥青胶的公司。有些进口沥青胶也是很好的并能保证质量。虽然没有各种配方的完整规格,但沥青胶是可以根据特殊需要而专门研制的。

沥青胶硬度的测量

沥青胶硬度有几种测量方法。一般采用针入度计,该仪器在压有0.5kg铜重块的滑杆上固定一只直径为6mm的轴承钢球。在圆柱体滑杆上固定一只每英寸1000分到处圆度盘,5min以后读出轴承钢球穿入沥青胶的数值(见图3.1)。

 许多早期的光学技工用拇指甲以约为2~3磅的压力在1~2s钟内压入胶内,其它测量方法是仿效该法得到的。拇指甲压胶虽是一种粗略的方法,但可以设计出一只带有锐边的轮子,棒的支点到轮子的长度为10cm,棒上穿一个重为8盎司的铜重块,60s后测量轮子刀刃穿入沥青胶的宽度和深度(见图3.2)。

图3.1  测试抛光沥青胶硬度的典型沥青胶针入度装置

 

图3.2  类似于拇指甲测试沥青胶硬度的另一种设计方案

虽然采用加重块的穿入方法更为精确,但它的缺点是因沥青胶的雾气凝聚在测杆上,而使昂贵的千分表渐渐失去精度。

机器抛光或手工抛光所采用的沥青胶的硬度是可以测量的。应该在室温70~72°F。抛光派勒克斯玻璃、石英晶体、冕牌玻璃和陶瓷玻璃时测量针入度的度盘读书应该为0.012~0.016in。具有这样针入度数值的胶对手工抛光棱镜及小平面是极为适用的。用于抛修非球面的沥青抛光胶的硬度为0.018~0.025in。用于火石玻璃的胶硬度为0.025~0.03in。对于稀土玻璃,例如EDF3,其硬度范围为0.03~0.04in。以上是对40h研细的巴塞特(Barnsite)和抛光粉的标准数值。

抛光胶的基本成分(例如松香、柏油、油脂或亚麻仁油)缓慢蒸发,并且抛光粉嵌入抛光模后,沥青抛光模就逐渐变硬。大多数已开好槽的沥青抛光模表面上还印有更细致的浅槽图案,可以用刀片重新按图案开出抛光模沟槽。

沥青抛光盘开槽

手工抛光棱镜的沥青抛光模的制作方法如下:将缓慢熔化的5磅无色透明松香和6盎司松香柏油倒入熔化的松香中充分搅拌,待松香柏油充分软化或松香变硬时,加入沥青胶,使针入度值大约为0.014in。

同时做两只10in直径的抛光模,铝模厚度至少1in,接头直径1.5in或更大,以防止抛光模在连接螺旋上摇动。将两只夹模中的一只在煤气嘴下加热,一直加热到尚可以用手接触为止。然后用很小的力将夹模旋在立柱上。如果夹模是热的,会装得太紧,使大型抛光模取下来很费力气。夹模的四周用3/4in胶带纸粘贴,高出夹模表面1/2in。将半冷的沥青胶慢慢地从夹模中心倒入已加热的夹模上,沥青胶的厚度可以为1/16~3/8in,然后让抛光模慢慢地冷却到室温。

用类似的方法制作第二只沥青抛光模,但是现在的沥青胶里含有胡桃壳的碎粒,将1杯半的胡桃壳碎粒慢慢地加入到1夸特熔化的沥青胶里面。

每只抛光模用3/4in铜条划出3/4in的方块。每个方块平面划出1/8in宽和约3/16in深的浅槽。沥青抛光模用单面刀片开槽。首次划槽完成后,最好先用洗涤水涂抹抛光模。然后在所有方格槽的另一侧切出浅槽,每切一次使凹槽切口的深度加深一次。右手拿刀片的人总是切割出凹槽的右边(反之为左手持刀者),为了改变切口方向,可把抛光盘转动180°。切割几次后,再用4in钟表刷子除去嵌入凹槽内的沥青碎屑。

必须用一只12in的铸铁平模压平开过槽的抛光模。模子在热水中加热,直到手尚能接触为止。抛光模上涂一层浓的抛光粉悬浮液,把加热的平模放在沥青抛光模上,横穿抛光模,推动几个圆动程,使抛光模的边缘压得与中心一样平。完成这些动作后开槽并进一步压制小方格。这道工序可用一块更细网格或塑料窗帘来完成。把抛光液浸湿的网格用力贴合在抛光模上,再放上加热的铸铁平模。必须注意抛光模上所压出的槽深度应小于格线直径的一半。如果压得太深,当网格从沥青抛光模上取下时,会发现凸起的小方块从抛光模主体上撕裂下来。然后,抛光模必须再开一次槽,以除去流入槽中的沥青胶。图3.3所示为沥青抛光模。

 

 

图3.3  压制了小方块的手工抛光和机器抛光的开槽抛光模

用模压平板控制抛光模的面形

抛光模应冷却几个小时。大多数光学技工喜欢用表面质量为4个波长或小于4个波长的光滑平模在机器上压制抛光模,在主轴转速为30r/min、摆臂摆速为20r/min和1/3直径的动程条件下抛光10min。

用派勒克斯玻璃压平模控制抛光模的表面形状。将抛光模压成所要求的形状需要三块派勒克斯玻璃。如果每块派勒克斯玻璃的两面均可利用,则做成了六块压平模的系列。第一块玻璃板的一个面的平面面形可以凸2个波长,而另一面为凹2个波长。第二块派勒克斯玻璃的一面的平面度可凸3~4个波长,而另一面可能为凹3~4个波长。第三块派勒克斯玻璃一面的平面度可为凸6~8个波长,而另一面可为凹6~8个波长。每块派勒克斯玻璃必须作上记号,表示面形的波长偏离量是凹的还是凸的。要压出凸面形的抛光模必须用凹的压平模;凹面形的抛光模必须用凸的压平板。

整体式抛光模

这种型式抛光模用的抛光胶称为中硬(稍软)沥青胶。用针入度计测量的硬度测量值范围是5min以内为0.025~0.030in。现列举几种典型沥青胶配方如下:

按重量比:

No835的中等布尔根德沥青2磅,达光学质量的松香2磅。

佐贝尔软沥青2磅,佐贝尔硬沥青2磅。

No850软抛光布尔根德沥青2磅,达光学质量的松香2磅。

可以制备许多种不通的沥青胶。瑞士软沥青(gregoly)No.55和No.64是其中的一种。整体式抛光模一般是小直径的,典型规格是:工件直径2in,抛光模直径4in;工件直径3in,抛光模直径5in;工件直径4in,抛光模直径6in。抛光模上沥青胶层的厚度约1/4in。用刀片无规则地开出浅槽,穿过抛光模纵横方向浅槽宽度为1/4in、深为1/32in。有些操作者喜欢在抛光盘中心挖一个1/4in的小孔,以使抛光时沥青胶向中心流动(见图3.4,图中表示在整体式抛光模上所刮出的浅槽图形)。

 

图3.4  手工抛光小平面时的整体式抛光模,用小刀

制作一组浅的径向线形槽,由压平板控制抛光模面形

用网格抛光模作手工抛光

用熟石膏上盘的平面镜盘抛光时,采用不掺有胡桃壳的抛光模;而一般的细磨与抛光应用加胡桃壳的抛光模。在后一种情况下,细磨表面抛光时必须加上5~6磅的压力。较硬的沥青抛光模与较软的沥青抛光模相比更易保持面形。

手工抛光技术建立在一些易于掌握的基本原则的基础上。用平滑的铸铁盘在抛光模上运动,使抛光粉嵌新抛光模而将面形变凸。用平板压制两只抛光模以前,最好用稍为浸湿的钟表刷子涂沫抛光粉而压制沥青抛光模的时间取取决于压平板的重量。如果采用多方面的预防措施,可以把压平板在抛光模上放过夜。首先用抛光粉稍湿润一下抛光模;再把压板放在抛光模上。(注意观察整个沥青胶表面是否压住);最后用12.5mm的胶带纸封住压板及沥青抛光模,使水分不易向四周流出。沥青胶不易向四周流出。

从抛光模上取下凹的压板,这时抛光模表面是凸的。用钟表刷子湿润抛光模网格面的顶部,并涂布沉淀的抛光粉,用两手在抛光模的中心牢靠地拿住棱镜。如果光学零件细磨得很好,抛光模在纵横两个方向采用Z字形动程并加上5~6磅压力,则能抛去全部砂眼并达到1/8条纹的质量。这时抛光动程方向与抛光模槽形方向成45°,动程数平均每分钟30~40次。此速度似乎是慢的,但光学表面抛光时间的缩短正比于所加的压力值,故很少采用增加每分钟的动程数。因为动程数的增加使被加工光学表面在沥青抛光模上跳动,以致引起塌边。抛光5min以后就应检查表面的光学质量。

光学表面的潜热发散出来后,由凹面渐渐变为平面。如果被检面为凸面,则需要继续抛光,约加3~4抛光液,有可能使表面变为凹面。当镜盘提起来时必须注意,每次新加抛光液时,不能总加在同一侧,否则将导致该侧塌边。加两次或更多次的抛光液后,如果表面仍然向凸的方向发展,就说明原来细磨得不好。

第一次加抛光液后,光学表面可能出现凹的面形。此时应立刻减少压力到2~3磅,并降低抛光模的Z字形动程的频率。加几次抛光液后,如果没有使表面凹度减少,则用两个波长的凸压板改变沥青抛光模的面形,使其变为凹面。一般压制抛光模15~20min。为加速压型过程,在压板上加一块10磅的铅块并用纸片相垫以防止划伤压板。应强调的是在抛修到凸面和凹面以前,必须对所有细磨光学表面教学预抛光。

如果继续用这只抛光模抛光许多表面时,必须记住:在抛光过程中抛光模凸面度渐渐下降,如果抛光模是凹的,则反之亦然,加工结果是渐渐地朝更凹的方向发展。

抛光时如果光学表面没有麻点、砂眼、亮道子和划痕,则应减轻压重。如果表面是凹面,则压重大约减至2磅或更小。如果有抛不掉的亮道子存在,则开始时最好不用掺有胡桃壳的抛光模。本书作者喜欢用两个波长的压板压软的抛光模,用这种软抛光模来抛光光学表面,不采用每分钟20次相同Z字形动程,来获得光学表面的质量。

用平晶检验抛光表面的表面质量将在第四章介绍。应注意的是:在加工工件以前必须仔细地分析每个抛光表面。假如能用抛光方法获得改善,则镜片不必再重磨。

抛光棱镜和其它矩形表面的光学元件时,通常带有象散。多半光学元件长度方向是表面形状是凹的,宽度方向是凸的。这称之为马鞍形曲面。若将棱镜旋转45度,并加压在最高角落处就可得到校正。另一种普通的表面缺陷是腹部突出或凹进的‘飞鸟图案’。这个意思是如果中心低(凹),则中间带区为高(凸)而边部塌边;如果中心高,则中间带区低而边缘翘边。

校正中间或中心区域高的表面,要在该区域局部加压并将光学零件稍移移向抛光片盘边缘(见图3.5a和b),而且必须在短时间内仔细完成操作当棱镜相应高带区域变小时,则在棱镜凸面四周用双手加压,以较慢速率在抛光模上平滑该棱镜表面。交换棱镜中心与边缘的压力并增加速率,用更短的工字形抛光动程来校正第二种或相反的表面形状。

 

图3.5棱镜抛光的典型倾斜面形偏差下面部分表示校正凹包的方法。

当棱镜或光学零件的面形得到改善时,经常在角隅附近发现小的凸包(称为谷粒)。这种谷粒常常是顽固的,不能单独用加压法消除。许多有经验的操作者借助于手指修整法,用得最多的是大姆指或中指

。修整10秒以后,将棱镜角隅搁置一边,过5min钟使潜热释放而达到正常温度。这种局部修整棱镜的方法,会导致某些不规则面形,因此必须用较软抛光模以慢行程和轻压力抛光`修整面形,因此必须用较软抛光模以慢行程和轻压力抛光`修整面形。软抛光模用面形为两 个波长的压板成型。

提示

抛光模禄始时都象是锉刀的形状,在光学表面上会产局部效应,直到小网格方块变为相当大的平台时,才能完成光学表面的抛光。

石膏上盘加工玻璃表面,尽管有些操作者用带胡桃壳的抛光模,但还必须用不加胡桃壳的沥表抛光模以抛光`修整较高质量的光学表面。

抛光时,决不允许在抛光边缘处加抛光液,而应在抛光的中心处或每次换一个新的地方加抛光液。

采用z字形动程时,至少要通过抛光模两次,并在中心处结束。当围绕抛光盘四周改变位置时,不能在抛光模中心用力旋转棱镜,因为这样常导致表面一直是凹的。

穿过抛光模并与抛光模上的大槽线近似成45度方向抛光时,只有四个位置可作为动程起点的位置。

应该用3in玻璃研碎器研平新的抛光粉,研碎器带有三个波长以内平面度的平面。平面在抛光模上作旋转运动,用一只稍湿的钟表刷子在凹槽里添加新的抛光粉。

在沥青抛光模上若抛光粉稀薄则使棱镜或光学零件表面与沥青模紧贴,可能产生凹面;而浓的抛光粉则使光学零件抛成为凸面。

在由凸压板形成的凹沥青抛光模上抛光光学元件或棱镜时可以减少表面凹的程度;反之,用凹压板形成的凸抛光模来抛光棱镜或光学零件时可以减少光学表面凸的程度。

抛光模一次双一次地开槽及修乔边缘,均应重新修整成锐边,并一边高速旋转一边用单面刀片修整整体式抛光模的边缘,必须熟练地细心地用双手拿稳刀片,并且不要对沥青胶层进刀太深。

采用整体式抛光模的操作者应有一些“柱墩”,三个一组已足够,其直径为1-3in,并用下班环氧树脂做成呈小三角形的三分之一in的短手柄。

当抛光凹面有困难时,通常可在抛光模中间放一个柱墩,在沥青抛光模上便钻出一个凹坑,于是较低层的沥青就流向抛光模中央的凹坑里,导致抛光模在该区域为凹的,使抛光作用减小。柱墩的尺寸取决于被抛光光学无件的凹凸程度。

当较细网格槽熔没时,需重新修乔或压制网格抛光模。

在抛光机上用铸铁平模抛压旋转中的抛光模,可把沥青抛光模上呈网格状的小方块压平,用压板压过一但也可以达到此目的。

6.用整体式抛光模作手工抛光

用熟石膏上盘或其它一些上盘方法已经粗抛光过的光学表面通常用整体式抛光模整修成形。这种光学表面存在象散,而且表面质量最好只有1-2个波长。

被加工的光学零件直径一般不大于4in。大尺寸光学零件最好用网格式抛光模修整成形。但这并不意味着如果采用某种措施就可以在整体式抛光模上抛光。因为吸附力使光学表面与抛光模紧密接触,因而使较大表面加工发生困难。

一般用面形压板面型的整体抛光模形成一个平坦的面形。最好用1-4个波长的凸压板作补偿,在整体式抛光模上压出凹的面形。把压板放在抛光模上以前必须在整个抛光盘直么上用干抛光粉慢慢地擦几下,然后吹掉剩余物。

如果用铅锤将压板向下敲压,则在短时间内(大约5min)可获得平面面形。移支压板后,检验抛光过的表面,并确定表面的形状。如果是凹表面,则用乔刀在中心挖一个小孔,从中心到边缘刮十条或更多条么向线。然后把直么大约为整体抛光模直径四分之一的小研平器将浸湿的抛光粉研平直到有清晰的光津出现。如果工件直么小,则把光这零件放在抛光模中心,并用一只手住;如果工件直么大,则用两手抓住。整个操作过程中,各操作者经常有扬不同,有的欢喜一只因定椿柱加工零件;而另一些则欢喜在困定椿柱上装一个小轴,用一只手加手加工光学零件,而用另一只手旋转转轴,这是一种流行的方法。因为加工零件时,操作人员可以坐着。另一种不同的方法是慢慢旋转抛光机的主轴(即1r/min),用两手抓住工件加工。

如果光学表面是凹的,则工件穿过模直径一半,以每秒三个动程速率按z字形运动,然后再反向运动,光学零件上压力是变化的。如果光学表面有两个波长,有时从抛光模上取下光学零件停抛一下是一种好办法。抛光时,操作者要保持两 个工作表面的附着力及内聚力。加工凸面需要用不同的方法。压板面形通常仅凸1个波长,将抛光模压出凹的面形。抛光模压形以后,在抛光模中心开出小孔,并在两 个方向上划槽,构成一毓正方形。用一只小研碎器,在湿抛光粉上工作,使它保持一定的平面性,决不允许存在太大的象散或变凸。研平器必须在凸2个波长的平模上进行。

抛光粉研碎以后,抛光模具有和的光泽用大约2的压力加工光学零件,穿过孔径的z字形动程,频率为5次每秒。

有些操作者欢喜用海棉除去所有研碎的散料抛光粉。然后在抛光前在抛光模上滴几滴水,因而可保持边缘不塌边。如果边缘边,则可将散粒抛光粉保留在抛光模上。

正如早已指出的,象散曲面是抛光中常出现的学学表面。还有一种称之为马鞍形面,因为在一个方向上为凸面;而在另一个方向上,则是凹的。应找出最高点的位置,在该区域上使用最大压力,并需用缓慢的z字动程。通常接近边缘的四个角上总有凸包存在。除去这种凸包是困难的,只能用大姆指及中指局部修整法对这种凸包作仔细的个别修饰。

在抛光模重新工作以前,操作者对光学表面缺陷作仔细观是很重要的。若光学表面有四分之一波长或更少误差时,则会出现两 种或更多种的表面缺陷。如果表面凸2-3个波长,则立即可判断,不必再等待光学零件发散完它所吸收的热,凸的表面总是比凹的表面变平的程度差一些。

加工下班或晶体需要特殊的夹具因为由于抛光热产生更大的表面面形变化,这点我们没有讨论。而特殊夹具主要用来防止光学零件吸收潜热。塑料夹具与薄片状光学材料间必须夹进一块橡皮垫块(见图3.6)。感谢石英与下班制造棱镜及单个制造的薄片,通常要着手套零件,全程铊从手上吸收的热量达到最小。

 

 

图3.6 为减少手抛光潜热,抛光薄型光学晶体平面时采用多层结构夹具。

 

 

 

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