3.2. Полирующие абразивы

Для полирования оптических деталей применяют тонкодисперсные порошки различных окислов металлов. Основным показателем качества полировального порошка является его полирующая способность, характеризуемая объемом сполированного стекла К8 в стандартных условиях за определенное время. Полирующая способность зависит от твердости, формы и размеров зерен полировальных порошков и химической активности вещества порошка по отношению к обрабатываемому материалу и материалу полировальника. Для повышения полирующей способности порошков практикуют введение в массу основного порошка добавок других окислов металлов и растворимых солей.

Сравнительные характеристики шлифующей способности и микротвердости приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.2

Классификация шлифовальных порошков по зернистости и область их применения

Наименование группы шлифовальных порошков	Зернистость по ГОСТ 3647—80 '	Размер зерен основной фракции, мкм	Область применения
Шлифзерно	20 16	250 – 200 200 – 160	Грубое шлифование
Шлифпорошки	12 10 8 6 5 4	160 – 125 125 – 100 100 – 80 80-63 63—50 50—40
			Шлифование
Микрошлифпорошки	М63 М50 М40 М28 М20 М14	63—50 50—40 40—28 28—20 20—14 14—10
			Тонкое, шлифование, полирование деталей из полупроводниковых материалов и кристаллов
Тонкие микрошлифпорошки	М10 М7 М5	10—7 7—5 6—3

Таблица 3.3

Сравнительные характеристики шлифующей способности и микротвердости

Наименование материала	Твердость		ρ, г/см3	Относительная шлифующая способность
	по минералогической шкале	микротвердости, H∙lO10, Па
Алмаз природный	10	10	3,01 – 3,56	1,0
Алмаз синтетический	10	8,6 – 10	3,48 – 3,54	0,7 – 1,0
Карбид бора	9,8 – 9,9	3,7 –4,5	2,48 – 2,52	0,5 – 0,6
Карбид кремния	9,5 – 9,7	2,8 – 3,5	3,16 – 3,99	0,25 – 0,45
Электрокорунд	9 – 9,2	1,8 – 2,4	3,93 – 4,01	0,15 – 0,25
Песок кварцевый	7	1 – 1,1	2,6 – 2,65	0,02 – 0,03

Полирующие порошки должны хорошо смачиваться водой, стабильно сохранять свои полирующие свойства, не образовывать на полированной поверхности деталей царапин и налетов.

Полирит – основной полирующий материал для обработки деталей из оптического стекла. Он представляет собой гомогенный, твердый раствор окислов редкоземельных элементов на основе двуокиси церия. Получают полирит путем высокотемпературного обжига (850 – 1050°С) карбонатов редкоземельных элементов.

Оксид хрома (Сг₂О₃) может быть изготовлен двумя способами: восстановлением бихромата калия серой или термическим разложением бихромата аммония. Первым способом получают порошок с размером зерен 0,8 – 1,2 мкм, вторым – 0,3 – 0,4 мкм. Применяют при полировании деталей из кристаллических материалов, обладающих малой твердостью [7].

В промышленности используют также и новые полирующие абразивы.

Полирит оптический (ТУ 48-4-244-87) - порошок, зерна которого представляют твердый раствор диоксида церия (CeО₂), оксидах редкоземельных элементов. Содержание СеО₂ составляет 50%. Размер зерен основной фракции 1,3-1,4 мкм. Концентрация водной суспензии Т:Ж = 1:10. Применяют для полирования деталей из химически стойких и химически нестойких стекол (в том числе стекол типа ФФС).

Церит (ТУ 48-4-467-85) – порошок с содержанием диоксида церия 99,9 %. Размер зерен основной фракции 0,7 – 1,2 мкм. Отсутствие остаточных напряжений в зернах определяет высокую полирующую способность порошка. Его отличительной особенностью является устойчивость суспензии к осаждению зерен и вспениванию. Концентрация суспензии Т:Ж = 1:10. Применяют для полирования деталей из химически нестойких стекол с высокой твердостью по сошлифовыванию (в частности, для стекол типа СТК). Могут быть использованы полировальники из пенополиуретана и интенсивные режимы полирования.

Фотопол (ТУ 48-3861-39/0-80) – порошок, состав которого аналогичен составу церита. Размер зерен основной фракции 0,4 – 0,75 мкм. Концентрация суспензии Т:Ж = 1:10. Полирующая способность примерно на 40 % ниже, чем у церита. Используют для полирования и доводки поверхностей деталей из химически нестойких стекол (ЛФ, Ф, ТФ, ОК, ФФС) и некоторых кристаллов (Si, Ge, ДКДП), к точности формы поверхности которых предъявляются высокие требования. Материал рабочей поверхности полировальников – полировочные смолы.

Элпол (ТУ 48-3821-40-86) – порошок, содержащий 50 % диоксида церия, зерна которого, как и полирита оптического, представляют собой твердый раствор в оксидах редкоземельных элементов. Размер зерен основной фракции 1,3 – 1,7 мкм. Концентрация суспензии Т:Ж = 1:10. Применяют для полирования деталей из стекол, отличающихся высокой твердостью по сошлифовыванию. Особенностью порошка является устойчивость суспензии к пенообразованию. Могут быть использованы полировальники с рабочей поверхностью из синтетических материалов и интенсивные режимы полирования.

В последние годы начался серийный выпуск отечественных полировальных порошков в АО ЧМЗ (г. Глазов) на основе диоксида церия: оптипол (ТУ 328-96) и фторопол (ТУ 334-97) с содержанием СеО₂ не менее 50 % и средним размером зерна 0,8-1,6 мкм.

Цироспол – порошок, представляющий механическую смесь диоксида циркония ZrО₂ (80 – 70%) и двойного основного сульфата циркония Zr(OH)₂SO₄ (20-30 %). Оптимальная концентрация суспензии Т:Ж = 1:3. Для стекол разных марок содержание основного сульфата изменяется от 10 до 60 %. Двойной основной сульфат циркония может быть заменен на двойной основной сульфат циркония и титана. Присутствие последнего в количестве 1,3 – 1,5 % ускоряет процесс полирования. Для стабилизации свойств суспензии в нее вводят NH₄F в количестве 50 мг/л.

Недостатком циркониевых полировальных композиций является их кислотность, которая приводит к быстрому изнашиванию частей оборудования, находящихся в контакте с суспензией.

Качество абразивов оценивают по их полирующей способности и чистоте обработанной поверхности. Полирующую способность оценивают по массе стекла, сполировываемого в заданный промежуток времени с образца определенного размера из стекла марки К8.