[发明专利]一种基于磁性磨粒流的光学玻璃抛光方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于磁性磨粒流的光学玻璃抛光方法及其装置，在聚合物胶体中加入磁性磨粒、加工磨粒和分散剂，制备具有高浓度磁性磨粒的抛光液；其中，磁性磨粒占抛光液的质量分数为75％～95％，聚合物胶体的质量分数为10％～20％，加工磨粒的质量分数为1％～5％，分散剂的质量分数为0.5％～2％。同时公开了一种实现上述抛光方法的装置，在抛光过程中，利用抛光装置控制光学玻璃零件与抛光液之间做相对运动，采用磁场发生器给所述抛光液施加磁场，调节抛光液中磨粒的聚集度，增加零件与磨粒之间的摩擦力，进而实现磨粒对零件的微量去除，达到高效抛光的效果。本发明可低成本地实现曲面光学玻璃零件的高效低损伤抛光。

技术领域

本发明属于光学玻璃的抛光领域，具体涉及一种基于磁性磨粒流的光学玻璃抛光方法及其装置。

背景技术

光学玻璃目前已广泛应用于航空航天、军事装备、核电能源、医疗和电子设备等领域。其中光学玻璃零件类型主要为光学定位镜头和光路调节镜头。不同应用场合对光学玻璃表面有不同的质量要求，例如，空间望远镜中的光学元件须具有高力学强度和形状保持度；武器装备瞄准系统的光学元件须具有高准确性和机动性；核聚变高能激光系统的光学元件须具有高激光损伤阈值；各种光学测量仪器中的光学元件须具有完整性和便携性。

为满足上述应用领域的性能要求，光学玻璃零件的工作面须达到超光滑、少/无表层损伤，对其抛光工艺提出了苛刻的要求。目前，针对平面型镜面，采用传统的抛光方法即可制造出精度非常高的镜面；而对于曲面形状的光学玻璃元件，如球面镜和非球面镜等，通常采用机械小工具技术(CCOS)、磁流变技术(MRF)和离子束修形技术(IBF)等计算机辅助的柔性抛光技术加工。CCOS技术基于数控系统可实现利用小工具抛光大尺寸工件，缺点是加工效率低且存在边缘效应；MRF的加工介质是以磁性颗粒为主要成分的Bingham流体，其在高速运动过程中可实现材料剪切去除，MRF的缺点是加工斑点小，对工件尺寸和曲率有一定限制，此外，磁流变液还有沉降的缺陷，限制其加工效率；IBF通过离子束轰击材料表面实现表层材料去除，其优点是加工表面无亚表面损伤层，无边缘效应，缺点是加工条件苛刻(真空环境)，加工效率低。上述抛光方法的共同缺点还包括工艺复杂，设备成本较高。

申请号为2006201055708和2015108115101公开的磁性磨粒抛光方法均采用干的磁性磨粒作为抛光介质，其加工方式为干式摩擦磨损，此类方法易在加工表面产生局部能量聚集，加剧零件表层损伤；此外，由于加工介质为干式磁性磨粒粉末，即使在磨粒非极化状态下，由于磨粒聚集度较高，工件也难以方便进入抛光介质。

综上所述，现有的抛光技术难以实现高效、高表面质量和低成本地抛光光学玻璃零件。因此，需要开发一种加工效率较高，实现成本较低，且能够保证加工质量的抛光方法。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明结合磁流变液和干式磁性磨粒抛光方法的优势，提出一种基于高浓度磁性磨粒流体的光学玻璃抛光方法及其装置。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于磁性磨粒流的光学玻璃抛光方法，在聚合物胶体中加入磁性磨粒、加工磨粒和分散剂，制备具有高浓度磁性磨粒的抛光液；其中，磁性磨粒占抛光液的质量分数为75％～95％，聚合物胶体的质量分数为10％～20％，加工磨粒的质量分数为1％～5％，分散剂的质量分数为0.5％～2％。

在抛光过程中，光学玻璃零件与抛光液之间做相对运动，采用磁场发生器给所述抛光液施加磁场，调节抛光液中磨粒的聚集度，增加零件与磨粒之间的摩擦力，进而实现磨粒对零件的微量去除，达到高效抛光的效果。

进一步，所述的磁性磨粒为铁氧体粉末或羟基铁粉，粒径范围为0.05～3μm；所述的聚合物胶体为硅溶胶或铝溶胶；所述的加工磨粒为金刚石、碳化硅、氧化铝、氧化铈、氧化硅、氧化锆、氧化钛的一种或几种磨粒的混合物，粒径范围为0.5～30μm，磨粒的种类、粒度和浓度根据抛光工件的加工质量和效率选取。