LENS-手机玻璃镜片加工技术

光学镜片加工技术第第页玻璃镜片抛光工艺用抛光机和抛光粉或抛光液一起下进行抛光要设定抛光时间,压力等参数.抛光后要立即进行清洗可浸泡,否则抛光粉会固化在玻璃上,会留有痕迹的.1.抛光粉的材料抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成，不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。氧化铝和氧化铬的莫氏硬度为9，氧化铈和氧化锆为7，氧化铁更低。氧化铈与硅酸盐玻璃的化学活性较高，硬度也相当，因此广泛用于玻璃的抛光。为了增加氧化铈的抛光速度，通常在氧化铈抛光粉加入氟以增加磨削率。铈含量较低的混合稀土抛光粉通常掺有3－8的氟；纯氧化铈抛光粉通常不掺氟。对ZF或F系列的玻璃来说，因为本身硬度较小，而且材料本身的氟含量较高，因此因选用不含氟的抛光粉为好。2.氧化铈的颗粒度粒度越大的氧化铈，磨削力越大，越适合于较硬的材料，ZF玻璃应该用偏细的抛光粉。要注意的是，所有的氧化铈的颗粒度都有一个分布问题，平均粒径或中位径D50的大小只决定了抛光速度的快慢，而最大粒径Dmax决定了抛光精度的高低。因此，要得到高精度要求，必须控制抛光粉的最大颗粒。3.抛光粉的硬度抛光粉的真实硬度与材料有关，如氧化铈的硬度就是莫氏硬度7左右，各种氧化铈都差不多。但不同的氧化铈体给人感觉硬度不同，是因为氧化铈抛光粉通常为团聚体。当然，有的抛光粉中加入氧化铝等较硬的材料，表现出来的磨削率和耐磨性都会提高。4.抛光液的浓度抛光过程中浆料的浓度决定了抛光速度,浓度越大抛光速度越高，但是太大的浓度容易导致磨削过程中温度升高，水分蒸发太快，容易造成堵砂。使用小颗粒抛光粉时，浆料浓度因适当调低。一般来说，视抛光液的悬浮性来定制其合适比例。5镜片抛光光学镜片经过研磨液细磨后，其表面尚有厚约2–3m的裂痕层，要消除此裂痕层的方法即为抛光。抛光与研磨的机制一样，唯其所使用的工具材质与抛光液(slurry)不同，抛光所使用的材料有绒布(cloth)、抛光皮(polyurethane)及沥青(pitch)，通常要达到高精度的抛光面，必须使用到纳米级的抛光粉。6光学冷加工工艺资料的详细描述（工艺过程老化）1.1对抛光粉的要求a.颗粒度应均匀，硬度一般应比被抛光材料稍硬；b.抛光粉应纯洁，不含有可能引起划痕的杂质；c.应具有一定的晶格形态和缺陷，并有适当的自锐性；d.应具有良好的分散性和吸附性；e.化学稳定性好，不致腐蚀工件。1.2抛光粉的种类和性能1.常用的抛光粉有氧化铈（CeO2）和氧化铁（FeO3）。a.氧化铈抛光粉颗粒呈多边形，棱角明显，平均直径约2微米，莫氏硬度7～8级，比重约为7.3。由于制造工艺和氧化铈含量的不同，氧化铈抛光粉有白色（含量达到98%以上）、淡黄色、棕黄色等。b.氧化铁抛光粉俗称红粉，颗粒呈球形，颗粒大小约为0.5～1微米，莫氏硬度4～7级，比重约为5.2。颜色有从黄红色到深红色若干种。综上所述，氧化铈比红粉具有更高的抛光效率，但是对表面光洁度要求高的零件，还是使用红粉抛光效果较好。2.抛光模层（下垫）材料)常用的抛光模层材料有抛光胶和纤维材料。3.纤维材料在光学工件的抛光中，若对抛光面的面形精度（光圈）要求不高时，长采用呢绒、毛毡及其它纤维物质作为抛光模层的材料。4.抛光液在抛光过程中添加抛光液要适当。太少了参与作用能够的抛光粉颗粒减少，降低抛光效率。太多了，有些抛光粉颗粒并不参与工作，同时也带来大量液体使玻璃边面的温度下降，影响抛光效率。抛光液的浓度也要适当，浓度太低，即水分太多，参与工作的抛光粉颗粒减少并使玻璃表面温度降低，因此降低抛光效率。浓度太高，即水分带少，影响抛光压力，抛光粉不能迅速散步均匀，导致各部压力不等，造成局部多磨，对抛光的光圈（条纹）质量有影响。而且单位面积压力减少，效率降低，抛光过程中产生的碎屑也不能顺利排除，使工件表面粗糙。一般是开始抛光时抛光液稍浓些，快完工时，抛光液淡些，添加次数少些，这有利于提高抛光效率和光洁度。另外，一般认为抛光液的酸度（pH值）应控制在6～8之间，否则玻璃表面会被腐蚀，影响表面光洁度。在抛光过程中检查光圈（条纹）时，如不合格，可以通过调整抛光机的转速和压力、工件与模具（抛光机下盘）的相对速度、相对位移、摆速和羞怯抛光模层等方法进行修改。a.提高主轴转速，能增加边缘部位与上模接触区域的抛光强度。经验证明，若速度过高，抛光表面温度升高，从而使抛光模层硬度降低，影响修改光圈（条纹）的效果。b.增加荷重以加大压力时，可提高整个抛光模和工件间接触区域的抛光强度，也将使抛光表面的温度升高，降低抛光模层的硬度。c.加大铁笔（上盘主轴）的位移量，可使上盘的中间部位和下盘的边缘部位同时得到修整。d.加大摆幅长度，增加摆轴速度会使上盘的中间部位和下盘的边缘部位加速抛光。e.刮槽是减少开槽部分的压力承受面和摩擦面，因此抛光下盘在开槽部分的抛光效力降低。反之，未开槽部分的抛光效力有所增大。均匀开槽时，能使抛光下盘的流动性适合与工件表面的曲率。同时，既能使抛光液含量增加，容易渗入抛光下盘面而增加抛光效力，又能减轻抛光机传动负荷。综上所述，为了控制和稳定抛光条件，工作场地应保持较为稳定的温度（25°C左右）和湿度（相对湿度为60～70%）。光学玻璃清洗工艺影响清洗的因素：A，清洗工艺的技术关键：光学玻璃经过清洗后能否达到表面不留任何油污，污迹，表面光滑，水膜完好！B，影响清洗后玻璃质量的因素及相应的解决方法：（1）玻璃本身的质量及被污染的情况，主要为：表面有霉点，气泡，划伤等，在机械处理中，如：研磨，搽试，测应力时，人为导致的污染情况不一；（2）清洗剂的选择其能动及温度，水质；国际上应用最广的清洗剂为CFC-113，四氯化炭，1-1-1三氯乙烷（简称ODS）等，此类清洗剂对臭氧层有破坏，属于非环保性清洗剂；我们采用非ODS的水类碱性清洗剂，主要由水，碱，表面活性剂，防锈材料组成，化学式C3H8，具有侧链的环状烯烃，具有较强的溶油能力；特点：低毒，不燃，清洗成本低等特点；（3）溶液的浓度直接影响清洗度的大小；通常清洗液的PH值一般在8.5-12之间，若PH值大于10，侧表面活性物质作用要削弱，当PH值大于12时，侧清洁度下降。在实际使用中发现当溶液浓度过大，超过15%，清洗效果不好，不易漂洗，而浓度约为4%-7%时，侧清洗效果较佳。（4）溶液温度及浸泡时间也同样影响去污效率；当温度上升，溶液的反应速度也上升，污染物的粘度下降，便于污染物脱离，但溶液的稳定度下降。实际发现溶液温度50度，浸泡30分钟后，清洗效果最好！（5）在清洗过程中，还应注意必须使用纯水或去离子水，若使用自来水等硬水侧很难除去玻璃上的油污，且水中所含的Ca,Na离子等杂质会在烘干后的玻璃表面形成一层白色雾状膜，污染玻璃；（6）玻璃经清洗后需漂洗，漂洗后的清洁度，除与清洁剂的漂洗性和清洗液中的清洁剂浓度有关外，还与漂洗工序的多少，漂洗供水量的大小，温度及循环使用的纯水是否干净有关；（7）清洗环境的清洁程度；（8）清洗后的干燥工艺及温度：应尽量保证玻璃垂直，可在玻璃下垫陶瓷柱，避免烘干后玻璃下沿有水印；烘箱温度控制在100度左右，时间在10分钟左右。若温度过高，会在玻璃边角上产生花纹。光学镜片的超声波清洗技术在光学冷加工中，镜片的清洗主要是指镜片抛光后残余抛光液、黏结剂、保护性材料的清洗；镜片磨边后磨边油、玻璃粉的清洗；镜片镀膜前手指印、口水圈以及各种附着物的清洗。传统的清洗方法是利用擦拭材料（纱布、无尘纸）配合化学试剂（汽油、乙醇、丙酮、乙醚）采取浸泡、擦拭等手段进行手工清擦。这种方法费时费力，清洁度差，显然不适应现代规模化的光学冷加工行业。这迫使人们寻找一种机械化的清洗手段来代替。于是超声波清洗技术逐步进入光学冷加工行业并大显身手，进一步推动了光学冷加工业的发展。超声波清洗技术的基本原理，大致可以认为是利用超声场产生的巨大作用力，在洗涤介质的配合下，促使物质发生一系列物理、化学变化以达到清洗目的的方法。当高于音波（28～40khz）的高频振动传给清洗介质后，液体介质在高频振动下产生近乎真空的空腔泡，空腔泡在相互间的碰撞、合并、消亡的过程中，可使液体局部瞬间产生几千大气压的压强，如此大的压强使得周围的物质发生一系列物理、化学变化。这种作用称为"空化作用"：1.空化作用可使物质分子的化池键断裂，引起各种物理变化（溶解、吸附、乳化、分散）和化学变化（氧化、还原、分解、化合）等。2.当空腔泡的固有频率和超声频率相等时，可产生共振，共振的空腔泡内聚集了大量的热能，这种热能足以使周围物质化学键断裂而引起物理、化学变化。3.当空腔泡形成时，两泡壁间因产生极大的电位差而引起放电，致使腔内气泡活化进而引起周围物质的活化，从而使物质发生物理、化学变化。超声场为清洗提供了巨大的能量，但还需化学洗剂作为介质。一般将化学洗剂分为两类，一类是有机溶剂，主要是根据相似相溶的化学原理，对有机物如：黏结剂（沥青、松香等）、保护性材料（沥青、树脂等）、磨边润滑油进行溶解。在光学洗净中，最初用三氯乙烯、芳香烃、氟里昂等作为清洗剂，这类物质虽然溶解性强，但有的易挥发，毒性大，有的对大气臭氧层有破坏作用，被逐步禁用。现国内多采用一些上述物质的改进产品或某些碳氢化合物做溶剂。目前使用较多的另一类清洗剂是以表面活性剂为主要成分的水基清洗剂，其清洗原理简单地说是由于表面活性剂的分子结构中同时含有亲油基的亲水基，具有极性和结构不对称的特点。正是这种特点使得它能极大降低水溶液的表面张力，使物体表面易于润湿，表面污物易于被溶解，分散在清洗液中而达到洗涤的目的。超声波清洗就是在液体清洗介质中，利用超声场产生的巨大能量，通过物理、化学的综合作用而达到洗净目的的一种洗净手段。那么，在光学冷加工中，超声波清洗是如何实现洗净目的的呢？一般来说，清洗工艺主要以干燥的方式命名，如ipa工艺，是指利用ipa（异丙醇）蒸汽进行脱水干燥的清洗工艺，纯水工艺是指利用热纯水慢提拉或冷纯水甩干的方式进行干燥的清洗工艺。当然，还有其他的命名方式。经过不断的变化、发展，光学冷加工中的清洗工艺主要以ipa工艺和纯水工艺为主。ipa工艺包括四个流程：洗涤、漂洗、脱水、干燥。因为洗涤过程分溶剂清洗和水基清洗，所以有不同的工艺：有先进行溶剂清洗、溶剂蒸汽干燥再进行水基清洗；也有先进行溶剂清洗，再用乳化剂溶解溶剂，再进行水基清洗的。显然，后者在流程上更流畅、紧凑，对设备要求也简单。经过洗涤后的镜片表面不会有结合牢固的污垢，仅可能有一些清洗剂和松散污垢的混合物。我们知道，无机光学玻璃是一种过冷的熔融态物质，没有固定的分子结构，它的结构式可描述为二氧化硅和某些金属氧化物形成的网状结构。其骨架结构为键能很大的硅氧共价键，外围是键能小、易断裂的氧与金属离子形成的离子键。在洗涤时，由于超声场和化学洗剂的共同作用，某些硅氧键含量少或者外围键能特别小的的材料易于在清洗过程中发生变化而导致洗涤效果不良。所以，选择性能温和的洗剂、合适的洗剂浓度、温度、超声功率、洗涤时间对保证镜片的清洗质量十分重要。利用流水将洗涤后镜片表面的洗剂和污物溶解、排除的过程称为漂洗。影响漂洗效果的因素有以下几个：洗剂的漂清性能，漂洗水的纯度、温度以及流动性、超声波频率等。一般在40khz时，在常温下，电导率为0.1μs/m的纯水可以保证漂洗的要求。经过漂洗后的镜片表面的洁净度应和漂洗水洁净度一致。当它进入ipa后，虽然ipa能和纯水进行无限度的相混溶，但在超声波的作用下，这种混溶能进行得更快速、彻底，从而使得镜片表面的状态和混溶后ipa相同。这一过程称为脱水。所以影响脱水的主要因素是ipa的纯度、超声波频率、脱水时间。一般ipa的最低浓度要高于97%。脱水后的镜片进入ipa蒸汽槽干燥。蒸汽槽的结构大体如下：槽体下部为ipa液体，四周是高沸点油加热腔，上部是由若干圈冷凝管围绕成的冷凝区，冷凝管内是由冷水机提供的循环冷水，镜片由链条驱动的托架带动在干燥槽内运行。干燥的原理及过程如下：蒸汽槽ipa在高温油的加热下沸腾，蒸汽向上进入冷凝区，在冷凝区形成浓度、温度相对稳定的蒸汽区，脱水后表面附有液体ipa的镜片进入蒸汽区时，蒸汽区的蒸汽在低温的镜片表面冷凝液化，冲刷镜片表面，如同"淋浴"，当镜片表面温度和蒸汽温度相同时，已不再附有液态ipa，而全转化为ipa。此时，镜片在托架的带动下上升回到冷凝区，在这一过程中，由于温度的渐低，镜片表面ipa蒸汽冷凝液化，液化的ipa一部分在表面张力和重力的作用下离开镜片，一部分在夹具散热时挥发离开镜片表面，经以上过程后，镜片表面得到干燥。由此可见，影响干燥的因素很多：ipa的纯度、干燥位置、链条的提升速度、冷水机的水温、冷凝行程的长短、干燥时间、夹具材料、形状的选用等等。以上是ipa工艺的四个流程简介，纯水工艺由三个流程组成：洗涤、漂洗、干燥。洗涤和漂洗与ipa工艺相同，不再重复。区别在于干燥。干燥分两种情况，热纯水慢提拉和冷纯水甩干。电阻率大于15mω·m纯水在某一高温下，表面张力能达到最大，漂洗后的镜片浸入其中，表面不被润湿，在倾斜慢提拉离开时，由于极大的表面张力。纯水迅速在表面收缩成球形离开镜片，脱水后的镜片在过滤的热风下而达到干燥。所以，水的纯度、温度、慢提拉速度、工件的倾斜度、热风的洁净度对干燥的影响非常大。冷纯水甩干的工艺很简单：经过纯水漂洗后的镜片放入离心甩干机中，在工件取得平衡时，启动甩干机，利用离心分离的原理将镜片表面的纯水分离达到干燥，对要求不高的镜片能取得满意效果，且能节省ipa和场地。但对甩干机的平衡性能要求很高。以上是对光学冷加工中超声波清洗工艺的一些简介，实现工艺的载体是设备，一台设计合理、性能稳定的超声波清洗机能充分发挥超声波清洗工艺的特长。光学玻璃抛光下盘后的处理玻璃对水的亲和力大,表面吸湿性强,最容易吸收的便是水。特别是刚刚抛光下盘后的光学玻璃表面留有不饱和化学键,具有很高的活性,极易吸收水份并与之发生反应。所以微量的水份及酸性气体对玻璃表面是十分有害的,化学稳定性差的光学玻璃对此非常敏感。这与在酸性条件下进行抛光的情况是截然不同的。玻璃的吸湿性很强,因此,刚抛光下盘后的光学零件应立即用无水的乙醇、乙醚混合液擦拭干净,并在红外灯下烘干,涂上有机硅增水膜层,烘干固化后再涂上中性保护漆。无水乙醇收敛玻璃表面水份的能力较强,有无水乙醚的存在也极易挥发;烘干后,除去玻璃表面的湿存水,否则即使很高的烘烤温度也难以除去玻璃表面的水份。用无水乙醇为溶剂,配制成适当浓度,便于涂敷和成膜,形成膜层对玻璃抛光表面有较好的附着性和防护能力,并便于清洗。结束语从玻璃的机理出发,依照光学玻璃在抛光过程中的化学作用,对ＺＫ、ＺＦ、ＺＢａＦ、ＬａＫ等化学稳定性差的光学玻璃在其抛光液中添加适当的ｐＨ值调节剂及表面稳定剂,在抛光过程中抑制玻璃腐蚀的可能性。使这几种光学玻璃抛光表面一次合格率从0%～10%左右分别提高到75%～85%左右。即使在高温高湿条件下,其一次合格率也能稳定在75%以上。同时提高抛光速率近2倍;并提高玻璃抛光表面的粗糙度及“亮度”。抛光下盘以后,可存放数天或10多天时间,便于零件运转和下道工序加工。在抛光下盘以后,再作若干补充防护措施,更为可靠。这项有理论、有实践、可操作的对化学稳定性差光学玻璃抛光过程中的防护措施,进一步提高了光学冷加工的效率和效益及其工艺技术水平。抛光常见疵病产生原因及克服方法印迹1)抛光模与镜盘吻合不好出现油斑痕迹2)玻璃化学稳定性不好3)水珠、抛光液、口水沫等未及时擦拭干净,克服方法1)选用合适的抛光粉,修刮或对改(聚胺脂)抛光模使之吻合2)抛光中产生的印迹可以选用适当的添加剂;而完工后产生的印迹可以保护3）避免对着工件讲话,如下盘擦不干,应擦净,对化学稳定性不好玻璃还应烘光圈变形1)粘结胶粘结力不适2)光圈未稳定既下盘3)刚性盘加工时,刚盘使用时间较长未检测(沉孔脏或变形)4)刚性盘加工时被加工工件外圆偏大,上盘方法