一种改善光学零件边缘面形的加工方法及复合磨粒抛光液的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超精密加工技术，涉及一种改善光学零件边缘面形的加工方法及复合磨粒抛光液。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，对光学零件的精度要求也在不断提高，光学镜片的面形要求达到PV值为入/20(入=632.811111)，表面粗糙度要求达到1^111111。双面抛光技术是一种广泛应用于光学零件的高效率高精度的超精密加工技术，采用双面抛光技术对光学零件进行加工，上下抛光盘上粘有聚氨酯抛光垫，聚氨酯抛光垫容纳含有磨粒(如Ce02、S12等)的抛光液，对光学零件表面进行机械划擦、化学反应，达到提高光学零件面形和粗糙度的目的。在实际的生产中，双面抛光技术虽然能够获得较好的表面粗糙度、平行度和材料去除速率，但在双面抛光时，光学零件表面压强呈U型分布即边缘压强较大、另外抛光液在零件边缘聚集、造成边缘抛光液浓度高、边缘材料去除率大，导致在光学零件边缘容易发生塌边现象(如图1所示)，严重影响光学零件的面形精度。因此双面抛光技术应用受到了限制。
【发明内容】
[0003]本发明的目的:提供一种能够减小光学零件边缘塌边，改善双面抛光光学零件边缘面形的加工方法。
[0004]另外，还提供一种复合磨粒抛光液。
[0005]本发明的技术方案:一种复合磨粒抛光液，其由粒径范围为Ium?60um，弹性模量在I?1GPa的有机聚合物微粒、粒径范围为0.3um?3um的抛光粉和水配制而成，其中，分散有机聚合物微粒的质量分数范围为0.1%?5%，抛光粉的质量分数范围为0.1%?5%。
[0006]单分散有机聚合物微粒呈球状。
[0007]分散有机聚合物微粒为聚苯乙烯。
[0008]复合磨粒抛光液的分散有机聚合物微粒与磨粒形成静电吸附。
[0009]复合磨粒抛光液的经PH值调节后带弱碱性。
[0010]一种改善光学零件边缘面形的加工方法，采用复合磨粒抛光液在双面抛光机上对光学零件进行抛光试验，从而在不降低光学零件表面粗糙度的情况下，减小光学零件边缘塌边，改善光学零件边缘局部面形。
[0011]所述改善光学零件边缘面形的加工方法，其具体过程如下:
[0012]第一步:配制复合磨粒抛光液
[0013]选用单分散大粒径PS微球，粒径范围为Ium?60um，PS微球呈球状；CeO2抛光粉，CeO2磨粒呈不规则多面体，粒径范围为0.3um?3um ;去离子水，取PS微球和CeO2抛光粉，加入超纯水混合摇匀，配成具有特定质量浓度比的复合磨粒抛光液，PS微球质量分数范围为0.1%?5%，CeO2磨粒的质量分数范围为0.1%?5% ；
[0014]第二步:复合磨粒抛光液PH值的调定
[0015]PS微球表面经过电荷修饰，以与CeO2形成静电吸附，采用PH=1的KOH溶液对复合磨粒抛光液的PH进行调节，调节后的抛光液PH范围为8?11，使得PS微球能够实现对CeO2稳定吸附；
[0016]第三步:复合磨粒抛光液的测定
[0017]取复合磨粒抛光液滴于玻璃基片上，将均匀涂满抛光液的玻璃基片置于百级超净室内，干燥后放置在激光共聚焦显微镜下，观察PS微球和CeO2在静电力作用下的吸附情况，以CeO2磨粒能够完全包裹PS微球为最佳，并且形成的复合磨粒分散均匀，无明显团聚现象为最佳；
[0018]第四步:抛光前的预处理
[0019]工作环境温度25°C，湿度70%，选用W7?W14的研磨粉精磨后的光学零件，表面粗糙度范围3?10um，尺寸一致性2um以内，光学零件清洗干净；贴有聚氨酯抛光垫的抛光盘使用金刚石盘和不锈钢盘进行修整，保证抛光盘的面形；制备的复合磨粒抛光液经超声处理 0.5h ?Ih ;
[0020]第五步:抛光
[0021]将游星轮均匀放置于下抛光盘中，预处理后的光学零件均匀放入游星轮中，先滴加复合磨粒抛光液使上下抛光垫润湿，再将上抛光盘降下，
[0022]在抛光初始阶段，工艺参数:下抛光盘转速4?10r/min，上抛光盘转速_1?_3r/min,游星轮自传转速2?5r/min,游星轮公转转速2?5r/min,抛光液流量10?50mL/min,压强范围3?5KPa，抛光时间3?5min，低转速低压下让抛光液能够充分填充进聚氨酯抛光垫和光学零件之间的间隙，充分润滑，避免干摩擦产生划伤；
[0023]在抛光中间阶段，工艺参数:下抛光盘转速6?30r/min,上抛光盘转速-2?_6r/min,游星轮自传转速2?llr/min,游星轮公转转速2?llr/min,抛光液流量10?50mL/min,压强范围3?20KPa,抛光时间I?1h,复合磨粒嵌入聚氨酯抛光垫,在抛光盘的带动下，对光学表面进行机械化学作用的材料去除；
[0024]在抛光末尾阶段，工艺参数:下抛光盘转速4?10r/min,上抛光盘转速_1?_3r/min,游星轮自传转速2?5r/min,游星轮公转转速2?5r/min,去离子水流量10?50mL/min,压强范围3?5KPa,抛光时间3?5min,采用清水洗净光学零件，同时缓慢减压,释放光学零件因抛光产生的残余应力；
[0025]第六步:抛光后光学零件的清洗，将抛光后的光学零件放入超声波清洗机中进行清洗，去除表面残留的抛光粉；
[0026]第七步:抛光后光学零件的检测，如不符合要求，则重复步骤五进一步抛光，直至面形等各项指标满足工件设计要求。
[0027]本发明的优点和有益效果是:PS微球的制造成本低廉，加入PS (聚苯乙烯)微球的复合磨粒抛光液能够在不改变现有工艺条件的情况下，获得表面粗糙度和表面面形均满足需求的光学零件，具有方法简便、实用性强的优点；面形要求达到PV值能从λ/5降到λ /20 (即从125nm降到20nm以下)，此外复合磨粒抛光液在减少光学零件表面划伤中也有良好的应用前景。
【附图说明】
[0028]图1是双面抛光技术加工光学零件所获的的塌边面形；
[0029]图2是在实例中的工艺参数下加工获得的光学零件面形；
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0031]本发明采用由聚苯乙烯(PS)微球表面吸附CeO2磨粒形成的复合磨粒抛光液替代单一 CeO2磨粒抛光液，在双面抛光机床上采用特定的工艺参数对光学零件表面进行抛光，达到改善光学零件边缘面形的目的。复合磨粒抛光液能够改善光学零件的边缘面形，其原理是，PS微球表面吸附CeO2磨粒形成的复合磨粒在聚氨酯抛光垫和光学零件之间形成一层衬垫，改善了零件表面的压强分布，尤其是降低了零件边缘的压强，从而使光学零件表面的材料去除更加均匀，光学零件的边缘面形得到改善；此外，复合磨粒在聚氨酯抛光垫和光学零件之间形成较大的间隙，便于抛光液的流动，避免了抛光液在零件边缘的堆积，改善了零件的边缘面形。
[0032]本发明改善光学零件边缘面形的加工方法的具体过程如下:
[0033]第一步:配制复合磨粒抛光液
[0034]选用单分散大粒径PS (聚苯乙烯)微球，粒径范围为Ium?60um，PS微球呈球状；CeO2 (氧化铺)抛光粉，CeO2磨粒呈不规则多面体,粒径范围为0.3um?3um ;去离子水,取PS微球和CeO2抛光粉，加入超纯水混合摇匀，配成具有特定质量浓度比的复合磨粒抛光液，PS微球质量分数范围为0.1%?5%，CeO2磨粒的质量分数范围为0.1%?5%。
[0035]第二步:复合磨粒抛光液PH值的调定
[0036]PS微球表面经过电荷修饰，以与CeO2形成静电吸附，采用PH=1的KOH溶液对复合磨粒抛光液的PH进行调节，调节后的抛光液PH范围为8?11，使得PS微球能够实现对CeO2稳定吸附；
[0037]第三步:复合磨粒抛光液的测定
[0038]取2mL复合磨粒抛光液滴于玻璃基片上，将均匀涂满抛光液的玻璃基片置于百级超净室内，干燥后放置在激光共聚焦显微镜下，观察PS微球和CeO2在静电力作用下的吸附情况，以CeO2磨粒能够完全包裹PS微球为最佳,并且形成的复合磨粒分散均勻,无明显团聚现象为最佳；
[0039]第四步:抛光前的预处理
[0040]工作环境温度25°C，湿度70%，选用W7?W14的研磨粉精磨后的光学零件，表面粗糙度范围3?10um，尺寸一致性2um以内，光学零件清洗干净；贴有聚氨酯抛光垫的抛光盘使用金刚石盘和不锈钢盘进行修整，保证抛光盘的面形；制备的复合磨粒抛光液经超声处理 0.5h ?Ih ;
[0041]第五步:抛光
[0042]将游星轮均匀放置于下抛光盘中，预处理后的光学零件均匀放入游星轮中，先滴加复合磨粒抛光液使上下抛光垫润湿，再将上抛光盘降下，
[0043]在抛光初始阶段，工艺参数:下抛光盘转速4?10r/min，上抛光盘转速_1?_3r/min,游星轮自传转速