光学冷加工-光学玻璃

光学零件冷加工中防腐蚀方法探讨鉴于光学零件冷加工的过程中，由于受各种环境因素的影响，光学玻璃抛光表面的腐蚀极大的困扰着光学冷加工行业的生产，尤其是近几年来，光学玻璃零件中使用ZK、ZF、LaK、ZBaF这些化学稳定性差的系列产品越来越多，零件表面被腐蚀的现象更加严重，因此探讨光学零件冷加工中的防腐蚀方法、提高光学玻璃抛光表面的抗腐蚀能力就显得极其重要。

本文根据多年来在实际加工过程中摸索出的一些防腐经验并结合有关资料，对光学零件冷加工中防腐蚀方法作简要分析。

标签：光学零件冷加工；防腐蚀；方法简单地说光学零件冷加工也就是对已经熔炼好的光学材料进行切割、铣磨、精磨、抛光、清洗等，在这些过程中，由于受到各工序所用辅料和环境温、湿度的影响，光学玻璃抛光表面的腐蚀现象极其普遍，被腐蚀的比例低则10%以上，高则达到100%，极大地影响光学玻璃的生产和利用。

研究表明，采用临时涂层保护法对易腐蚀的ZF、ZK、ZBaF等玻璃具有比较好的效果。

一、防腐蚀方法的难点因为每种玻璃熔炼时都必须要保证它的光学性能及物理化学性能，因此很难做到用改变玻璃的化学组成来提高玻璃的化学稳定性。

1.以R2O—PbO—SiO2成份为基础的ZF系列稳定性差。

我们知道，硅酸盐玻璃的耐潮性首先决定于二氧化硅的含量，硅氧四面体（SiO4）相互连接程度愈大则稳定性愈好。

若玻璃中碱土金属氧化物（RO）的含量增大，玻璃中硅氧结构网络断裂愈多会使玻璃的稳定性下降。

同样，若玻璃中碱金属氧化物（如R2O）的含量增大则稳定性也会下降。

各种氧化物对玻璃的影响一般可归结为：①SiO2含量增大，玻璃的稳定性强；②R2O含量增加，玻璃的稳定性下降；③RO含量增加，玻璃的稳定性下降。

因此，对以R2O—PbO—SiO2成份为基础的ZF系玻璃来说，其PbO含量可达65～70%，稳定性很差。

2.对以BaO—ZnO—B2O3—SiO2成份为基础的ZK系列稳定性差。

ZK系列对玻璃来说，其Ba含量可45～50%，稳定性很差。

光学冷加工行业的定义光学冷加工行业主要生产光学元器件，为光学仪器、光电子图像信息处理产品等的下游行业提供镜片、镜头等光学元件，在整个产业链构成中处于生产半成品的中间环节。

图1－1－1：光学冷加工行业的产业链构成光学冷加工的主要工艺有压型、切削、铣磨、精磨、抛光、磨边、接合、镀膜等。

行业下游的最终产品包括数码相机、拍照手机、扫描仪、投影仪、背投电视、DVD机、条形码阅读机等光学仪器和光电数码产品。

光学冷加工主要为其下游产品加工光学镜片，从材质上区分，有玻璃和塑胶两大类。

玻璃镜片分为平面镜和透镜两大类，其中平面镜包括平板玻璃和棱镜，透镜则包括了球面镜和非球面鏡。

目前国内企业的非球面镜加工尚处于起步阶段，仍以玻璃球面镜为主流产品。

根据下游产品的不同种类，光学球面镜片依照口径规格不同分成以下几大类：表1－1－1：光学球面镜片主要分类行业特点：资金、技术和劳动密集型行业资金密集型：光学冷加工行业的固定资产投入主要用于生产加工设备的购置，增加设备是产能提升的前提之一，设备等固定资产投入通常占总投入的70%-80%。

技术密集型：光学冷加工行业的技术含量较高，工艺技术和生产管理水平直接影响产品质量和良品率高低，决定了企业在市场竞争中的成本优势，并对产能规模提升形成制约。

劳动密集型：光学冷加工行业生产自动化程度不高，许多环节需人工操作，各工序要求精细，需要大量熟练掌握工艺技能的操作人员。

行业的国际间产业结构调整趋势全球光学冷加工业的最顶端技术主要掌握在日本、美国和德国厂商手上，其中日本掌握了全球光学冷加工技术的主要来源。

随着近10年以来现代光电技术的大发展，光学技术发达国家纷纷调整自身产业结构和产业发展方向，逐渐退出传统光学加工领域，向现代、高端光电产品的制造、研发集中；台湾、中国大陆则逐渐成为全世界光学冷加工的制造中心。

德国：具有雄厚的光学工业基础，在光学冷加工方面具有高水平、高精度优势，蔡司镜头和来卡相机代表了世界传统光学加工和相机制造技术的最高水准。

光学冷加工实习报告目录一、实习概述 (2)二、光学冷加工基础知识 (2)1. 光学冷加工概念及特点 (3)2. 光学冷加工技术种类 (5)3. 光学冷加工材料 (6)三、实习内容 (7)1. 光学元件加工 (8)（1）原料准备 (9)（2）加工设备与工具使用 (10)（3）加工流程与操作技巧 (11)（4）元件检测与质量控制 (12)2. 光学镜头装配 (13)（1）镜头结构与设计 (14)（2）装配流程 (15)（3）调试与性能检测 (16)四、实习过程记录与分析 (17)1. 实习日程安排 (19)2. 实习过程中的问题及解决方案 (19)3. 实习收获与感悟 (21)4. 对比理论知识与实际操作差异 (21)五、实习成果展示与评价 (23)1. 加工成果展示 (24)2. 团队协作与评价 (25)3. 导师评价与建议 (26)4. 自我鉴定与反思 (27)六、未来发展规划与建议 (28)1. 在光学冷加工领域的职业发展方向 (29)2. 提升自身技能与知识的建议 (30)3. 对行业发展的展望 (31)4. 对后续学习者的建议与展望 (32)一、实习概述本次光学冷加工实习是在我学院实验室进行的一次实践性教学活动，旨在通过实际操作，使学生深入理解光学冷加工的基本原理、工艺流程及设备操作，提高动手能力和解决实际问题的能力。

实习过程中，我们主要学习了光学材料的切割、研磨、抛光等工序，并亲自动手完成了一系列加工任务。

实习开始前，指导老师对实习目的、内容及安全注意事项进行了详细讲解，使我们对光学冷加工有了初步的认识。

我们分组进行了实际操作，每组负责不同的加工任务。

在加工过程中，我们严格遵守操作规程，注意安全防护，确保了实习的顺利进行。

此次实习不仅让我们掌握了光学冷加工的基本技能，还培养了我们团结协作、严谨求实的工作态度。

我们深刻体会到了理论与实践相结合的重要性，对光学冷加工领域有了更直观的了解，为今后的学习和工作中打下了坚实的基础。

实验二十五放大镜的制作第一章光学零件制造工艺一般知识1.1 光学零件制造工艺的特点及一般过程制作光学零件的常见材料有三大类，即光学玻璃、光学晶体和光学塑料，其中以光学玻璃，特别是无色光学玻璃的使用量最大。

虽然光学零件的加工按行业划分归入机械加工一类，但由于加工对象的材料性质和加工精度要求显著地不同于金属材料，因而加工工艺上也完全不同于金属工艺而具有特殊性。

1.1.1 光学零件的加工精度及其表示光学零件属于高精度零件。

平面零件的加工精度主要有角度和平面面形；球面零件的加工精度要求主要有曲率半径和球面面形。

高精度棱镜的角误差要求达到秒级。

高精度平面面形精度可达到几十分之一到几百分之一波长。

平面零件的平面性和球面零件的球面性统一称为面形要求。

光学车间一般用干涉法计量，用样板叠合观察等厚干涉条纹（俗称看光圈）。

表示面形误差的光圈数符号是N，不规则性（或称局部误差）符号是△N。

除面形精度外，光学零件表面还要有粗糙度要求。

光学加工中各工序的表面粗糙度如表6-1所示。

光学零件抛光表面粗糙度用微观不平十点高度表示为R2=0.025um，用轮廓算术平均偏差表示为R2=0.025um，用符号表示则为0.008，在此基础上，还有表面疵病要求，即对表面亮丝、擦痕、麻点的限制。

1.1.2 光学零件加工的一般工艺过程及特点光学零件加工的工艺过程随加工方式不同而异。

光学零件的加工方式主要有两类：传统（古典）加工工艺和机械化加工工艺，这里我们只介绍传统加工工艺。

传统工艺的特点主要有：（1）使用散粒磨料及通用机床，以轮廓成形法对光学玻璃进行研磨加工。

操作中以松香柏油粘结胶为主进行粘结上盘。

先用金刚砂对零件进行粗磨与精磨，然后使用松香柏油抛光模与抛光粉（主要是氧化铈）对零件进行抛光加工。

影响工艺的因素多而易变，加工精度可变性也大，通常是几个波长数量级。

高精度者可达几百分之一波长数量级。

（2）手工操作量大，工序多，操作人员技术要求高。

目录光学冷加工工序----------------------------------------2 玻璃镜片抛光工艺--------------------------------------3 镜片抛光----------------------------------------------4 光学冷加工工艺资料的详细描述--------------------------5 模具机械抛光基本程序（对比）--------------------------7 金刚砂 -----------------------------------------------8 光学清洗工艺-----------------------------------------10 镀膜过程中喷点、潮斑(花斑)的成因及消除方法------------12 光学镜片的超声波清洗技术-----------------------------14 研磨或抛光对光学镜片腐蚀的影响-----------------------17 抛光常见疵病产生原因及克服方法-----------------------23 光学冷却液在光学加工中的作用-------------------------25光学冷加工工序第1道：铣磨,是去除镜片表面凹凸不平的气泡和杂质,(约0.05-0.08)起到成型作用.第2道就是精磨工序,是将铣磨出来的镜片将其的破坏层给消除掉,固定R值. 第3道就是抛光工序,是将精磨镜片在一次抛光,这道工序主要是把外观做的更好。

第4道就是清洗,是将抛光过后的镜片将起表面的抛光粉清洗干净.防止压克. 第5道就是磨边,是将原有镜片外径将其磨削到指定外径。

第6道就是镀膜,是将有需要镀膜镜片表面镀上一层或多层的有色膜或其他膜第7道就是涂墨,是将有需要镜片防止反光在其外袁涂上一层黑墨.第8道就是胶合,是将有2个R值相反大小和外径材质一样的镜片用胶将其联合. 特殊工序:多片加工(成盘加工)和小球面加工(20跟轴)线切割根据不同的生产工艺，工序也会稍有出入，如涂墨和胶合的先后次序。

一.光学加工基础知识（一）光学玻璃基本知识1.基本分类和概念光学材料分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料三类。

玻璃的定义：不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的，均称为玻璃。

光学玻璃分为冕牌K和火石F两大类，火石玻璃比冕牌玻璃具有较大的折射率nd和较小的色散系数vd。

2.光学玻璃熔制过程将配合料经过高温加热,形成均匀的，高品质的，并符合成型要求的玻璃液的过程,称玻璃的熔制。

大致可分为以下几个阶段。

（1）.加料过程-----硅酸盐的形成（2）.熔化过程-----玻璃形成（3）.澄清过程-----消除气泡（4）.均化过程------消除条纹（5）.降温过程-------调节粘度（6）.出料成型过程总之,玻璃熔制的每个阶段各有其特点,同时,它们又是彼此互相密切了解和相互影响的.在实际熔制中,常常是同时或交错进行的,这主要取决于熔制的工艺制度和玻璃窑炉结构特点。

3.玻璃材料性能指标（1）．折射率nd、色散系数vd （2）.光学均匀性（3）.应力双折射（4）.条纹度（5）.气泡度（6）.光吸收系数（7）.抗潮湿、抗酸性能（8）.光学玻璃热性能（二）光学理论基础知识1.光学基本理论我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。

（1）.几何光学光线的传播遵循三条基本定律：（1.1）光线的直线传播定律，既光在均匀媒质中沿直线方向传播；（1.2）光的独立传播定律；（1.3）反射定律和折射定律。

（2）物理光学从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。

它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。

（3）量子光学。

2.光圈概念（1）光圈：光圈被检表面与参考表面干涉产生的条纹数量N叫光圈。

它分为：高光圈：中心高，空气间隙减小（加压）时，条纹从中心向边缘移。

低光圈：中心低，空气间隙减小（加压）时，条纹从边缘向中心移。

目录光学冷加工工序----------------------------------------2 玻璃镜片抛光工艺--------------------------------------3 镜片抛光----------------------------------------------4 光学冷加工工艺资料的详细描述--------------------------5 模具机械抛光基本程序（对比）--------------------------7 金刚砂 -----------------------------------------------8 光学清洗工艺-----------------------------------------10 镀膜过程中喷点、潮斑(花斑)的成因及消除方法------------12 光学镜片的超声波清洗技术-----------------------------14 研磨或抛光对光学镜片腐蚀的影响-----------------------17 抛光常见疵病产生原因及克服方法-----------------------23 光学冷却液在光学加工中的作用-------------------------25光学冷加工工序第1道：铣磨,是去除镜片表面凹凸不平的气泡和杂质,(约0.05-0.08)起到成型作用.第2道就是精磨工序,是将铣磨出来的镜片将其的破坏层给消除掉,固定R值. 第3道就是抛光工序,是将精磨镜片在一次抛光,这道工序主要是把外观做的更好。

第4道就是清洗,是将抛光过后的镜片将起表面的抛光粉清洗干净.防止压克. 第5道就是磨边,是将原有镜片外径将其磨削到指定外径。

第6道就是镀膜,是将有需要镀膜镜片表面镀上一层或多层的有色膜或其他膜第7道就是涂墨,是将有需要镜片防止反光在其外袁涂上一层黑墨.第8道就是胶合,是将有2个R值相反大小和外径材质一样的镜片用胶将其联合. 特殊工序:多片加工(成盘加工)和小球面加工(20跟轴)线切割根据不同的生产工艺，工序也会稍有出入，如涂墨和胶合的先后次序。

光学加⼯⼯艺简介光学零件的加⼯，分为热加⼯、冷加⼯和特种加⼯，热加⼯⽬前多采⽤于光学零件的坯料备制；冷加⼯是以散粒磨料或固着磨料进⾏锯切、粗磨、精磨、抛光和定⼼磨边。

特种加⼯仅改变抛光表⾯的性能，⽽不改变光学零件的形状和尺⼨，它包括镀膜、刻度、照相和胶合等。

冷加⼯各⼯序的主要任务是：粗磨（切削）⼯序：是使零件具有基本准确的⼏何形状和尺⼨。

精磨（粗磨）⼯序：是使零件加⼯到规定的尺⼨和要求，作好抛光准备。

抛光（精磨）⼯序：是使零件表⾯光亮并达到要求的光学精度。

定⼼⼯序：是相对于光轴加⼯透镜的外圆。

胶合⼯序：是将不同的光学零件胶合在⼀起，使其达到光轴重合或按⼀定⽅向转折。

球⾯光学零件现⾏加⼯技术三⼤基本⼯序为：1、范成法原理的铣磨（切削）2、压⼒转移原理的⾼速粗磨3、压⼒转移原理的⾼速抛光。

范成法原理的铣磨（切削），虽然加⼯效率较⾼，但其影响误差的因素较多，达到较⾼精度和较粗糙度较困难。

压⼒转移原理的准球⼼⾼速粗磨和⾼速抛光，零件受⼒较均匀，加⼯效率也较⾼，但必须预先准确修整磨（模）具的⾯形，才能保证零件的⾯形精度。

准确修整⾯形精度需要操作者的经验和技巧，⽽且需反复修整。

⼀、传统研磨与⾼速研磨特点1.传统研磨传统研磨也叫古典研磨，它是⼀种历史悠久的加⼯⽅法其主要特点是：（1）采⽤普通研磨机床或⼿⼯操作；（2）要求⼈员技术⽔平较⾼；（3）研磨材料多采⽤散砂（研磨砂）抛光沥青（4）抛光剂是⽤氧化铈或氧化铁；（5）压⼒⽤加荷重⽅法实现虽然这种⽅法效率低, 但加⼯精度较⾼所以，⽬前仍被采⽤。

2.⾼速研磨抛光⼀般是指准球⼼法（或称弧线摆动法）。

其主要特点是：（1）采⽤⾼速、⾼压和更有效的利⽤抛光模，⼤⼤提⾼了抛光效率（2）压⼒头围绕球⼼做弧线摆动，⼯作压⼒始终指向球⼼，也是靠球模成型的。

3.范成法准球⼼法对机床的精度要求较低,加⼯⽅法和传统法相近，易于实现，⽤的较⼴；范成法对机床精度及调整要求较⾼，⽬前很少采⽤。

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