光学材料的浅低温抛光方法

现代科学技术所使用的硬脆材料，如单品硅、功能材料、陶瓷、宝石和光学玻璃等，对这些材料进行超精密加工，并获得很好的面形精度和超光滑表面部是很难的。近代刚刚趋于成熟的金刚石切削技术对此也无能为力。
解决这些材料的加工问题还是不断改进的传统工艺方法，或是在传统工艺方法上又加入新的工艺手段，因为科学的发展对加工精度和表面质量的要求愈来愈高，传统工艺方法已经很难应付了。对硬脆材料实行超精密加工并不断的提高加工精度，提高加工效率，是我们设法回避的问题，为此人们把不同的物理过程、不同的化学过程应用于加工工艺中，如离子束加工是一种非常好的加工方法，离子束抛光可达到很高的水平，但这项技术的开展工作需要很多的资金投入和做深入的研究工作。本文从另外角度考虑问题，从改变加工环境温度考虑问题。在金刚石超精密加工技术的发展过程中，就有人研究过金刚石低温切削技术5，出现了一些新现象，例如在低温条件下，金刚石可切削黑色金属并获得很好的表面质量。那么，在低温状态下，对光学材料进行抛光，又会产生那些新现象，是否能提高加工精度和加工效率，我们通过实验作了一定程度的探讨，下面简述之。
2.低温抛光的概念
温度是一个物理量，世界上的各种物质在其所在的环境中都表现出具有一定温度，温度的高低和物理热有关，热的本质是物质中的原子不断振动的一种表现，温度高表示其组成原子很混乱，低温状态下原子可以秩序井然。高温可以达到很高的程度，原子的混乱不断加大，物质由固体变成液体，再由液体变成气体。而低温是有限的，—273.15℃是绝对温度零度，表示为0K因而常温一般在300K左右，0℃是273K。低温是指0℃以下，即273K以下的温度范围。自然界有低温物质和低温环境，在实验室获得低温要人工制冷，对我们搞低温抛光来说，就是使被加工的光学材料和加工空间达到并保持所需的低温。各种物质在低温环境中，随冷冻深度的不同，物质表现了不同的特性，在低温应用工程的研究中，有人把环境温度低到123K(一150℃)称为普冷区，把123K到OK(一273．℃)称为深冷区。我们的工作是在零下一30～一50℃的环境中进行的，光学材料在低温状态下的加工特性是我们要研究的，在低温状态下进行光学抛光，要解决低温状态下的抛光模、工件和工艺过程的低温环境等问题，由于冷冻深度较浅，所以我们叫这种抛光方法为浅低温抛光。
3.抛光模和抛光波
3.1抛光模层
在切削加工中采用低温技术可用干切法，即切削时不加冷却液。在磨削加工中采用低温技术，最困难的事可能莫过于低温磨削液了，因为找到一种在0℃以下仍具有良好的流动性的磨削液绝非易事。一般水溶性磨削液在5℃，非水溶性磨削液在一5℃时流动性就很差了。我们一直在努力寻找一种能避开这种困扰的方法，日本学者横川和彦在研究磨削技术的过程中，从改善加工环境的目的出发，提出了向加工区喷射冷空气的想法，大森整做了冰冻砂轮实验，这些都很有创造性对我们很有启发。在光学冷加工中。
水作为磨料的载体同时也是冷却剂，无论是散粒磨料还是固着磨料抛光中都离不开水，所以还是要在水上想办法。
传统的光学抛光一般使用铸铁盘，表面致以抛光模，敷料中最常用的是沥青，还有锡、绒布和聚氨脂等，教以沥青的抛光盘可以做出一个准确的外部几何形状，例如平面、凹球面和凸球面，然后在其表面上雕刻出纵横沟槽，形成许多个小方块，沟槽可以容纳磨料和抛光液，许多个小方块和工件相接触并相对作滑动运动，在磨料的作用下，形成对工件的切削运动，产生我们所要求的抛光效果。若在低温下抛光，必需创造低温环境条件，包括把沥青盘或锡盘冷却到所要求的低温，然后进行低温下抛光，但低温下的沥青和锡会有那些新特点，是需要我们解决的问题，我们没有这样作。
我们走的是另外一条路：把抛光液冷冻在抛光盘上，形成一个冰的抛光模层，这样我们可以得到一个同样形状准确的抛光模层，例如一个平面的抛光模层。即和铸铁盘沥青模层完全一样的抛光模，它本身含有磨料类似固着磨料磨盘，当冰模层和工件相接触并做相对运动时，就产生切削运动，就产生抛光效果。同时，可根据加工材料的不同调整冷冻深度来调整冰模层的硬度。