Оптические материалы и технология их обработки

2001/2002 уч. год 330,332,340 группы

1. Типы и марки оптических, бесцветных стёкол.

2. Сырьевые материалы стекловарения.

3. Сосуды для варки стекла.

4. Тонкий отжиг стекла.

5. Разделка сваренного стекла.

6. Показатель преломления, средняя дисперсия.

7. Двойное лучепреломление.

8. Пузырность.

9. Свильность.

10. Оптическая однородность.

11. Показатель ослабления.

12. Химическая устойчивость стекла.

13. Оптическое кварцевое стекло.

14. Оптические ситаллы.

15. Цветные стёкла.

16. Бескислородные стёкла.

17. Фотохромные стёкла.

18. Полимерные оптические материалы.

19. Свойства кристаллов.

20. Шлифующие абразивы. с-™р

21. Полирующие абразивы.

22. Инструмент для распиливания.

23. Инструмент для сверления отверстий

24. Инструмент для круглого шлифования и центрирования.

25. Инструмент для шлифования.

26. Инструмент для полирования.

27. Инструмент для нанесения фасок.

28. Материалы для соединения заготовок с приспособлением.

29. Материалы рабочей поверхности полировальника.

30. Механизм шлифования свободным абразивом. ^•'Щ _

31. Механизм шлифования алмазным инструментом. ^> ?£

32. Обработка полирующим абразивом, стл

33. Обработка пучками ионов.

34. Центрирование линз.

35. Предварительное шлифование.

36. Тонкое шлифование.

37. Принудительное формообразование.

38. Поверхностный притир.

39. Способы соединения оптических деталей.

40. Цилиндрические линзы. /-?<,

41. Виды и способы нанесения интерференционных оптических покрытий.

42. Особенности изготовления волоконных оптических элементов.

43. Особенности полирования кристаллических материалов

44. Структура полированной поверхности кристаллического материала.

45. Нанесение рисунков на оптических деталь.

46. Элементы волоконной оптики.

1. Обрабатывающие материалы

Все технологические операции, предусматривающие механиче­скую обработку оптических материалов, выполняют с использованием абразивов. По назначению они подразделяются на шлифующие и поли­рующие.

1.1. Шлифующие абразивы

Это твердые, мелкозернистые, кристаллические вещества. Они бывают природные и синтетические; основные абразивы, используемые в оптическом производстве: алмаз, электрокорунд, карбид кремния. При­меняют в свободном (водные суспензии, пасты) или связанном состоянии

(алмазный инструмент).

Алмаз (природный и синтетический) представляет собой кристал­лическую модификацию углерода. В природе встречается в виде отдель­ных кристаллов в горной породе или продуктах ее разрушения. Синтети­ческие алмазы получают в виде порошков, зерна которых в зависимости от условий синтеза отличаются формой, характером поверхности, проч­ностью и хрупкостью. В соответствии с этим их относят к разным мар­кам. Область применения определяется совокупностью свойств зерен. Для обработки оптических материалов порошки алмазов используют в основном в связанном состоянии. В виде паст и суспензий - ка завер­шающих стадиях обработки некоторых кристаллов.

Электрокорунд - кристаллическая окись алюминия А1₂О₃ а- моди­фикации, получаемая электроплавкой руд, содержащих глинозем (бокси­ты и другие горные породы). Промышленность выпускает несколько раз­новидностей электрокорунда, в частности:

электрокорунд нормальный (92 - 96% кристаллической окиси алюминия), цвет зерен - от розового до темно-коричневого;

электрокорунд белый (99% кристаллической окиси алюминия), твердость и прочность зерен выше, чем у нормального электрокорунда;

электрокорунды легированные (содержат титан, хром, кобальт и другие вещества, которые образуют с окисью алюминия твердые рас­творы и позволяют регулировать свойства зерен);

- монокорунд (почти вся окись алюминия представлена зернами монокристаллами, которые имеют изометрическую форму и острые ре­жущие кромки, их прочность и твердость выше по сравнению с зернами нормального и белого электрокорунда.

Карбид кремния - химическое соединение углерода с кремнием SiC. Получают восстановлением кремнезема углеродистым материалом (антрацит, нефтяной кокс). Кремнезем содержится в кварцевом песке и кварците. Чистый карбид кремния бесцветен, а технический окрашен в разные цвета - от светло-зеленого до черного. Для обработки оптических материалов имеет ограниченное применение, так как в процессах, связан­ных с удалением больших масс обрабатываемого материала, более высо­кую производительность обеспечивает алмазный инструмент. На завер­шающих стадиях процессов шлифования использование карбида кремния нецелесообразно из-за высокой твердости осколков разрушенных зерен, которые могут образовывать на обрабатываемой поверхности выколки и царапины.

Все шлифующие абразивы в зависимости от размера зерен разде­лены на группы, а внутри каждой группы, по этому же признаку, на но­мера зернистости. Абразив каждого номера зернистости составляет не­сколько фракций: основную, принятую за характеризующую данный но­мер зернистости, и побочные с зернами крупнее и мельче основной. Ко­личественное содержание фракций определяет зерновой состав абразива:

Порошки из природных и синтетических алмазов разделены на три группы: шлифпорошки, микропорошки и субмикропорошки. Марки шлифпорошков природного алмаза А1, А2, A3, А5, А8. Различаются они содержанием зерен изометрической формы, соответственно 10, 20, 30, 50 и 80%. Марки шлифпорошков синтетических алмазов: АС2, АС4, АС6, АС 15, АС20, АС32, АС50. Цифровой индекс - среднее арифметическое значение показателя прочности зерна на сжатие (Н) для всех зернистостей. Порошок каждой марки путем просеивания исходного продукта че­рез сита с последовательно уменьшающимся размером ячейки разделен по зернистости. Порошок каждой зернистости составляют 3 фракции: крупная, основная, мелкая. Содержание их массовых долей регламенти­рует ГОСТ 9206-80Е. Зернистость установлена по основной фракции. Ее обозначают дробью, числитель и знаменатель которой характеризуют размер (мкм) ячеек двух сит: числитель - размер стороны ячейки верхнего сита, ограничивающего максимальный размер зерен основной фракции, а знаменатель - размер стороны ячейки нижнего сита, ограничивающего минимальный размер зерен этой фракции. В алмазном инструменте ис­пользуют шлифпорошки зернистостей: 160/125; 125/100, 100/60, 80/63, 63/50, 50/40. Выбирают зернистость в зависимости от вида выполняемой операции, твердости обрабатываемого материала, размера изделия.

Микропорошки природных алмазов имеют марки AMI и АМ5, из синтетических АСМ1 и АСМ5. Характеристикой качества микропорош­ков, наряду с зерновым составом, является шлифующая способность и шероховатость обработанной поверхности. По зернистости микропорош­ки разделяют центрифугированием, осаждением в столбе жидкости и другими способами. Зернистость обозначают дробью, числитель и знаме­натель которой характеризуют размер (мкм) наибольшего и наименьшего зерна основной фракции. Кроме нее в состав входят крупная и мелкая фракции. Микропорошки имеют следующие номера зернистости: 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10,10/7, 7/5, 5/3, 3/2, 2/1.

Порошки природного и синтетического алмаза с размером зерен менее 0,7 мкм являются исходным сырьем для изготовления субмикропо-рошков, используемых при обработке полупроводниковых кристаллов, синтетического корунда и других материалов. Классификацией на супер­центрифугах получают порошки зернистостей: 0,7/0,3; 0,5/0,1; 0,3/0,1; 0,1/0. Качество этих порошков характеризуется параметрами шероховато­сти поверхности образцов кремния и интенсивностью его износа

(мкм/мин).

Порошки электрокорунда и других абразивов (кроме алмаза), в за­висимости от способа классификации условно делят на два класса. К од­ному относят продукты, разделяемые на ситах, к другом}' - разделяемые в потоке жидкости, гидроциклонах, центрифугах. Продукты просеивания делят на шлифзерно и шлифпорошки, а продукты классификации в вос­ходящем потоке жидкости и другими способами - на микропорошки и тонкие микропорошки. В соответствии с ГОСТ 3647-80 для каждой из этих групп установлены номера зернистости, приведенные в табл. 1.

Таблица 1 .

Группа Номер зернистости Шлифзерно 200 160 125 100 80 63 | 32 25 14 Шлифпорошки 12 10 8 6 5 4 1 3 Микропорошки М63 М50 М40 М28 М20 М14

^Т°^НКИе М10 М7 М5 микропорошки | | j 1

Маркировка абразивов, относящихся к шлифзерну и шлифпорош-кам, соответствует размеру (в сотых долях миллиметра) в свету ячейки того сита, на котором задерживаются зерна основной фракции. В зерно­вой состав входят фракции: предельная, крупная, основная, смежная, мелкая. Различают также комплексную фракцию, состоящую из несколь­ких фракций, например, из основной и смежной.

Микро- и тонкие микропорошки разделяют на номера зернистости гидроклассификацией. Способ основан на разной скорости оседания в во­де зерен неодинаковых размеров. Используемые для этого устройства (рис. 1) представляют собой ряд каскадно расположенных классификато­ров, которые имеют форму конуса с цилиндром в основании. Площадь ^; сечения цилиндрической части классификаторов последовательно увели­чивается. Абразивная пульпа, непрерывно поступающая в дозатор 1, са­мотеком проходит последовательно через все классификаторы. В каждом сечении конической части классификаторов во взвешенном состоянии

фракции. Микропорошки имеют следующие номера зернистости: 60/40, 40/28, 28/20, 20/14, 14/10,10/7, 7/5, 5/3, 3/2, 2/1.

Порошки природного и синтетического алмаза с размером зерен менее 0,7 мкм являются исходным сырьем для изготовления субмикропо-рошков, используемых при обработке полупроводниковых кристаллов, синтетического корунда и других материалов. Классификацией на супер­центрифугах получают порошки зернистостей: 0,7/0,3; 0,5/0,1; 0,3/0,1; 0,1/0. Качество этих порошков характеризуется параметрами шероховато­сти поверхности образцов кремния и интенсивностью его износа

(мкм/мин).

Порошки электрокорунда и других абразивов (кроме алмаза), в за­висимости от способа классификации условно делят на два класса. К од­ному относят продукты, разделяемые на ситах, к другом}' - разделяемые в потоке жидкости, гидроциклонах, центрифугах. Продукты просеивания делят на шлифзерно и шлифпорошки, а продукты классификации в вос­ходящем потоке жидкости и другими способами - на микропорошки и тонкие микропорошки. В соответствии с ГОСТ 3647-80 для каждой из этих групп установлены номера зернистости, приведенные в табл. 1.

Таблица 1 . | Группа Номер зернистости Шлифзерно 200 160 | 125 100 80 63 | 32 25 14 Шлифпорошки~[ 12 10 , 8 6 5 4 3 Микропорошки М63 М50 М40 М28 М20 М14 Тонкие ш микропорошки

Маркировка абразивов, относящихся к шлифзерну и шлифпорош-кам, соответствует размеру (в сотых долях миллиметра) в свету ячейки того сита, на котором задерживаются зерна основной фракции. В зерно­вой состав входят фракции: предельная, крупная, основная, смежная, мелкая. Различают также комплексную фракцию, состоящую из несколь­ких фракций, например, из основной и смежной.

Микро- и тонкие микропорошки разделяют на номера зернистости гидроклассификацией. Способ основан на разной скорости оседания в во­де зерен неодинаковых размеров. Используемые для этого устройства (рис. 1) представляют собой ряд каскадно расположенных классификато­ров, которые имеют форму конуса с цилиндром в основании. Площадь ^; сечения цилиндрической части классификаторов последовательно увели­чивается. Абразивная пульпа, непрерывно поступающая в дозатор 1, са­мотеком проходит последовательно через все классификаторы. В каждом сечении конической части классификаторов во взвешенном состоянии

______„po-j-jxj_____________ находятся зерна, скорость

\,----------------tx»-j------х-------------:->_) оседания которых равна CD­S' 2 2 у ответствующей этому уров-Т ^^, £==, [ ню вертикальной состав-1. у 1 О 3 Y-—' ляющей скорости восходя-Т *si=b 4г if^T Т щего потока. В цилиндриче-

Y . ₄ V ской части скорость потока

\ / \ У постоянна, но не одинакова

'VV⁷ \/ ^по абсолютной величине в

—¥ каждом классификаторе. В

классификаторе 2 она равна

Рис. 1. Схема гидроклассификаци скорости оседания зерен ос-микропорошков новной фракции наиболее

крупного из выделяемых номеров зернистости. Зерна этой и более мелких фракций выносятся во­дой и поступают в следующий классификатор 3. Здесь скорость восходя­щего потока меньше. Зерна основной фракции остаются как выделенный номер зернистости, а имеющие меньший размер уходят в классификатор 4-и т.д. Одновременно работают две одинаковые, параллельно соединен­ные линии классификаторов. В то время как в одной линии ведут разде­ление порошков, в другую в это время, перекрыв поступление пульпы, подают чистую воду. Происходит очистка порошков от побочных фрак­ций. Управление процессом полуавтоматическое.

находятся зерна, скорость оседания которых равна со­ответствующей этому уров­ню вертикальной состав­ляющей скорости восходя­щего потока. В цилиндриче­ской части скорость потока постоянна, но не одинакова по абсолютной величине в каждом классификаторе. В классификаторе 2 она равна скорости оседания зерен ос­новной фракции наиболее крупного из выделяемых