РЕФЕРАТ
Технология изготовления оптических поверхностей
2009
Оптические поверхности необходимы дли того, чтобы на границе между двумя различными средами световые лучи оказались отраженными или преломленными. Для этого, как правило, применяются плоские или сферические поверхности, которые относительно просто можно изготовлять; только в особых случаях применяются несферические поверхности, например при изготовлении параболических зеркал, коррекционных пластинок Шмидта и цилиндрических линз. Стекла подбираются по их качествам и свойствам в зависимости от предъявляемых требований. Для зеркал и осветительных линз в большинстве случаев в качестве исходного материала подходит зеркальное стекло или дешевый крон, в то время как для мощных оптических систем, применяемых в сложных линзах или призмах, необходимо применять специально подобранные оптические стекла. Для устранения остаточных внутренних напряжений их еще раз отжигают и осторожно охлаждают. Это относится и к плавленому кварцу, который также применяется для оптических целей. Возможно также применение естественных кристаллов. Необходимость этого возникает в тех случаях, когда желательно повысить прозрачность оптики в ультрафиолетовой или в инфракрасной областях спектра, а также воспользоваться двойным преломлением или оптической активностью, свойственными многим веществам. Весьма различная твердость таких материалов, а также иногда их растворимость в воде позволяют применять методы, существенно отличные во многих отношениях от методов обработки стекла. Если оказывается необходимым получить оптическую поверхность у металлов и некоторых искусственных материалов, то можно применять обычную шлифовку и полировку; для той же цели можно применять и другие методы, о которых будет сказано ниже.
А) Шлифовка и полировка
В процессах шлифовки и полировки различают грубую и тонкую шлифовку, а затем собственно полировку. Грубая шлифовка должна по возможности быстро придать обрабатываемой поверхности желаемую плоскую или сферическую форму. В качестве абразивного материала применяют, как правило, карборунд, наждак или другие подобные твердые материалы в измельченном виде с различным зерном. К обрабатываемой поверхности стекла прижимают так называемую шлифовальную форму, которую делают или также из стекла, или из серого чугуна, или из латуни. Абразивный материал, смешанный с водой до кашицеобразной консистенции в пропорции V2 чайной ложки на 1 дм2 поверхности, подается между обрабатываемой поверхностью и шлифовальной формой. Весь шлифовальный процесс можно выполнять как вручную, так и механически. Важно лишь, чтобы, например, при шлифовке плоских поверхностей обрабатываемая поверхность была горизонтальной. Находится ли шлифующий слой сверху или снизу поверхности, это имеет второстепенное значение. При обработке больших поверхностей, как правило, оказывается более удобным подвижную форму помещать над обрабатываемой поверхностью, в то время как для очень малых объектов удобнее, если обрабатываемая поверхность находится над формой. При собственно шлифовальном процессе необходимо, например, чтобы шлифовальная форма двигалась возвратно-поступательно относительно обрабатываемого предмета, оставляя короткие или длинные "полосы". Направление движения должно каждый - раз несколько изменяться, чтобы при процессе шлифовки не наблюдалось какого-либо преимущественного направления. Только таким путем можно получить обрабатываемую поверхность с постоянным радиусом кривизны. При шлифовке необходимо время от времени смачивать шлифовальную форму несколькими каплями воды, чтобы обработка не шла всухую. Кроме того, периодически следует добавлять абразивный материал, чтобы восполнять его расход. Силу, с которой следует надавливать на форму при шлифовании, можно установить только практически, она зависит, естественно, от размеров шлифовальной формы и обрабатываемой поверхности. Время от времени поверхность следует промывать и просушивать. После этой стадии обработки поверхность кажется шероховатой. Она должна уже почти соответствовать желаемой форме, так что остается устранить лишь незначительные неровности. Если сферическую поверхность изготовляют из плоской пластины, так что вышлифовывается большая шлось, то грубую шлифовку следует повторять много раз до тех пор, пока pie будет получена желаемая сферическая форма.
Если поверхности придана желаемая форма грубой шлифовкой, то можно начать тонкую шлифовку, в результате которой должна быть устранена шероховатость, которую сообщили стеклянной поверхности крупные зерна при грубой шлифовке. Таким путем надо снять часть поверхности приблизительно до основания самых больших впадин. Этот процесс следует повторять многократно каждый раз с новой порцией мелкого наждака. Если для грубой шлифовки применяют, например, карборунд с зерном № 80, то тонкую шлифовку можно начинать еще довольно грубым карборундом с зерном № 120, а затем переходить последовательно к №№ 280, 400, 600 и 800. Наконец, закончить тонкую шлифовку можно мелким наждаком зернистостью № 303 /4. Однако при этом необходимо обращать внимание на то, чтобы применение материала тонкой зернистости, включая также зернистость № 800, было предварительно проверено надежным опытом. Отдельные зерна абразивного материала при тонкой зернистости уже настолько малы, что шлифовальная форма и обрабатываемые поверхности очень плотно прилегают друг к другу. Подача к абразивному материалу слишком большого количества воды вызывает быстрое вытекание шлифующего слоя но сторонам. Кроме того, возникает опасность непосредственного соприкосновения обеих поверхностей, в результате чего тонкий шлиф на поверхности стекла может оказаться поврежденным. То же самое может произойти, если работать со слишком сухим абразивным материалом. Таким образом, необходимо своевременно добавлять по нескольку капель воды для того, чтобы поддержать благоприятные условия работы. Кроме того, во избежание повреждения поверхности необходимо на протяжении всего процесса шлифовки очень строго следить за тем, чтобы отдельные зерна предыдущего абразивного материала не переменились с зернами следующего, более тонкого абразивного порошка. Следовательно, в рабочем помещении должно быть очень чисто. После окончания шлифовки абразивом с одним размером зерна шлифовальную форму и обрабатываемый предмет надо тщательно вымыть и очистить, прежде чем продолжать шлифовку следующим абразивным материалом. В связи с этим рекомендуется также, если это возможно, производить полировку в отдельном помещении, специально очищенном от пыли. Это требование будет тем важнее, чем больше размер обрабатываемой поверхности и чем выше требования к ее качеству. После окончания тонкой шлифовки поверхность должна стать уже слабо зеркальной. При рассмотрении ее в лупу на матовой отшлифованной поверхности не должно быть больших впадин. Если же таковые имеются, то это значит, что время, затраченное на шлифовку отдельными абразивными материалами, было недостаточно, так как крупные впадины остались от предшествовавшей шлифовки грубым абразивом, и естественно, что шлифовкой более мелким абразивом их удалить не удалось. В этих случаях для достижения лучшего выравнивания поверхности необходимо весь процесс шлифовки или часть его повторить. Оценка шлифовки с помощью лупы - дело не совсем легкое и требует определенного опыта. Рекомендуется предварительно отшлифовать несколько образцов зеркального стекла различными абразивными материалами до получения матовой поверхности и посмотреть, как все полученные поверхности выглядят под лупой. На этом основании можно быстро составить представление о качестве той или иной отшлифованной поверхности. Относительно продолжительности шлифовки едва ли можно дать точные рекомендации, так как она зависит, с одной стороны, от давления при шлифовке, а с другой стороны, от величины обрабатываемой поверхности. В рекомендованной выше литературе содержится основательное описание рабочего процесса, придерживаясь которого начинающий шлифовщик может избежать больших огорчений.
Б) Полировка
Процесс полировки дает возможность тонко отшлифованную поверхность стекла еще более сгладить и таким путем в конце концов получить поверхность, пригодную для оптических целей. При шлифовке для повышения гладкости поверхности приходится снимать с нее материал, в процессе полировки, напротив, материал с поверхности почти совершенно не снимается. Вместо этого происходит местное течение стекла вдоль его поверхности под давлением отдельных зерен полировального материала, в результате чего углубления заполняются, а выпуклости сглаживаются. Поверхность становится гладкой, и появившиеся в результате шлифовки микроскопические трещины исчезают. При этом очень важно, чтобы весь процесс производился не слишком быстро. Все исследования процесса полирования показывают, что при различных быстрых способах полировки получаются поверхности, которые при тщательной проверке обнаруживают отклонения от желаемой формы; получаются иногда поверхности, напоминающие по структуре апельсиновую корку. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы в процессе полировки прежде всего была сглажена грубая шероховатость; затем должно постепенно улучшаться качество полировки, пока не будет получена возможно более совершенная поверхность. Опыт показал, что так называемая полировка на смоле в этом отношении, по-видимому, превосходит другие методы более быстрой полировки; но с другой стороны, полировка на смоле требует большей тщательности и опыта. Правильный выбор твердости применяемой смолы имеет особенно важное значение. Смола должна соответствовать температуре помещения, в котором производится полировка. Этого можно достичь сплавлением твердой и мягкой смолы в различных соотношениях. Часто рекомендуется добавлять небольшое количество пчелиного воска. Если же в распоряжении имеется только твердая смола, то, добавляя несколько капель скипидара, ее можно сделать мягче. Во время процесса полировки температура обязательно должна поддерживаться постоянной, так как в противном случае едва ли удастся избежать ошибок и неудач.