光学材料的浅低温抛光方法

3.2抛光波
光学抛光中使用的磨料很多，例如Al2O3、 CeO2、Gr2O3和SiO2等等，抛光使用的磨料粒度、磨料粒子的形状都直接影响抛光效果，磨粒的形状，不同磨料是不一样的，磨料粒度还是细的好，最好选用纳米(nm)级磨料，根据被抛光材料的不同，对表面质量要求的不同，适当地选用不同种类、不同粒度的磨料。
磨料加水形成的悬浮液，就是我们抛光工作中使用的抛光波。这种悬浮液可能呈弱碱性或弱酸性， pH值可随时调整，主要是使在抛光过程中不至于腐蚀工件。悬浮液中要求磨料具有良好的分散性，不能结团，所以要在悬浮液中加入分散剂。磨料粒度的均匀一致是比较难达到的，主要是限制大颗粒，防止表面被划伤。
冷冻磨料悬浮液，由液体变成低温固体需要一个冷冻的时间过程，这个时间过程应尽量缩短，以防冷冻过程中磨料的沉积所造成冷冻后的冰抛光模层底层磨料很集中，而上层磨料相对较少。对于大于μm量级的磨粒，在分散介质中作匀速运动，按 Stokes定律，其沉降速度
其中，d为颗粒半径，g为重力加速度，μ为分散介质粘度，δ，δ’分别为颗粒和分散介质密度。
当颗粒很小时，沉降速度很慢，例如颗粒半径为1μm在不同的分散介质中，其沉降速度为3—5μm/S。在冷冻的过程中，由于时间很短，不致于产生沉积现象。
对于纳米(nm)级磨料，理论上都属于胶体颗粒，实际上总是悬浮在液体介质中，没有沉积作用。所以，我们可以制成颗粒均匀、分散性良好的低温固体抛光模层。近年来发展的溶胶——凝胶(Sol——Gel)技术给我们提供了所需要的磨料，本实验使用SiO₂作磨抖制作抛光波。
4.低温抛光实验
实验是在常温实验室内进行的，抛光盘冰模层温度在一30～一50℃之间，工件做低温预处理，加工区加罩并通入 CO₂气或放入干冰环境温度在一20℃左右，若加工区不做温度控制，就在常温下亦可进行低温抛光实验，只是抛光的冰模层消耗的很快。
抛光实验的光学材料有单晶硅片、微晶玻璃、 Zerodtur、K9玻璃及金属基镀镍层等。
4.1单晶硅片
预加工后，被抛光的硅片的表面粗糙度 Ra在10nm量级，例如 Ra＝14．87nm如图1所示，然后进行低温抛光，主轴转速250一300rpm，抛光约为70分钟，几个工件的抛光效果分别为 Ra=3．03nm,Ra=2．98nm,Ra=1．29nm，如图2所示。
4.2微晶玻璃， Zerodur，K9;玻璃
 
Zerodur是德国微晶玻璃牌号，K9是中国光学玻璃牌号，相当于国外牌号的BK7，是一种常用的光学玻璃，国产的微晶玻璃近年来也得到了广泛应用，这些都是有代表性的常用的光学玻璃。低温抛光实验表明，对这些基本光学材抖，低温抛光的效果都很好，表面粗糙度 Ra都能打破nm量级，进入 A量级，例如其中的 Zerodur Ra=O．4nm，如图3所示。被抛光的工件是一个直径为30mm圆形基片，平面度为λ/20。
4.3金属基镀镍层
金属镜常选用质地轻的金属，表面镀银抛光后作反射镜用，镍层抛光是光学的常见工艺，我们做了低温抛光实验。工件毛坯预处理后， Ra=2．11nm，然后做低温抛光，我们分别在 t＝40、100、150、210、390、500和560分钟时对表面粗糙度做了测试，结果为Ra＝1.73、1．34、1．12、0．88、0．73、0．68和0．62nm，可以看出表面粗糙度随抛光时间的加长 Ra在下降，如图4所示为最后测量值。(本实验因当时测试仪器故障没继续作)
5对比实验
为了评价低温抛光的优劣，我们做了同一工件材料、用同样粒度磨料，目前常用的沥青盘抛光和低温抛光的对比实验。单晶硅片：毛坯的粗糙度 Ra=12．04nm主轴转速60rpm经过 16小时抛光后工件表面达到 Ra=3．16nm，如图5所示。