[發明專利]一種光學玻璃拋光專用磁流變液及其制備方法

有效

• 申請號: 201410442437.0
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104231941A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 仇中軍;高山;鄒大程;房豐洲
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發明涉及超精密加工及光學加工技術領域，具體涉及一種光學玻璃拋光專用磁流變液及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著光電子技術的發展，新型高性能、高精度、高集成度的光電子系統不斷涌現，以光學玻璃和微晶玻璃等為代表的硬脆光學材料對光學加工技術提出了很高的要求。目前，具有超光滑表面的光學零件已應用于激光陀螺儀反射鏡﹑紅外導彈的調制盤﹑濾波器及藍寶石窗口﹑激光核聚變用的反射鏡﹑天文望遠鏡的反射鏡、大規模的集成電路光刻機等。在以光電和光學技術為支撐的高技術武器中，超光滑表面光學零件更顯得特別重要。例如，在現代飛機中，激光制導及測距系統中使用的波形平面特殊組合棱鏡，航測系統中的各類攝影鏡頭，激光陀螺的石英玻璃腔體和反射鏡，精密激光陀螺中的反射鏡基片平面度要求小于0.06μm，表面粗糙度要求達到Ra≤0.5nm。由于現代短波光學、強光光學、電子學及薄膜科學的發展要求光學元件應具有高反射率、高面形精度、低粗糙度及高強度，因此對光學器件表面的要求更為苛刻，如表面無晶格畸變缺陷，基本不存在殘余應力，極低的表面粗糙度(Ra≤1nm)、無外來雜質污染、高幾何精度、且襯底表面應具有準確的晶向。

因此要滿足現代光學元器件的超高精度要求，并在此基礎上力求提高光學加工的效率，就必須在完善傳統的精密加工方法的同時，尋找采用新原理的光學加工工藝方法。作為智能材料之一的磁流變液(MagnetorheologicalFluid,簡稱MRF)，其粘度、屈服應力和塑性可由磁場強度控制無級變化，當在磁場中時，能夠在1ms之內由自由狀態一直變化到固態，當磁場移去后又立即恢復原態，從而可實現對流體介質的可控。1986年Kordonskii提出把MRF應用于光學透鏡的加工，美國羅徹斯特大學光學制造中心(CenterforOpticsManufacturing，簡稱COM)提出并驗證了MRF用于非球面加工的概念，利用MRF方法對直徑小于50mm的光學玻璃元件進行了加工。結果材料為熔石英的球面元件表面粗糙度降到0.8nm(rms)面形誤差為0.09μm(PV)，而材料為SK7的球面光學元件面形誤差達到0.07μm(PV)。材料為BK7的非球面元件表面粗糙度降到1nm(rms)，面形誤差為0.86μm(p-v)。

在磁流變拋光過程中，磁流變液起著極其重要的作用，它不僅要在電磁場的作用下能夠及時而準確地發生固相—液相的相互轉化，而且還起著承載拋光顆粒，實現對光學玻璃表面進行機械、化學綜合去除的作用。因此磁流變液的性能的好壞直接關系著光學玻璃的拋光效果。目前，包括美國、德國、日本等各主要工業國家都在競相進行各種形式磁流變液的研制工作。美國的LOAD公司、福特汽車公司等都對磁流變液的應用及機理進行了研究。并且LOAD公司推出了多種油基的磁流變液和3種水基磁流變液商品面世。

目前市場上的商用磁流變液主要是是面向汽車減震器、制動器、密封器等應用而開發的，其主要是以其流變性能為主要開發目標。而作為光學拋光的工具，磁流變液不僅僅要求要滿足流變性能要求，其載液及拋光顆粒的選擇、PH值的控制等也直接影響著光學玻璃的拋光質量。因此光學玻璃拋光用磁流變液的配制必須綜合考慮其成分對剪切屈服應力、穩定性、工作溫度范圍及機械加工性能的影響。因此從這個意義上來說，目前市場上商用磁流變液還不具備光學拋光所需性能，無法真正實現高效高精度的光學拋光加工，極大限制了磁流變拋光技術更進一步的發展。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有光學玻璃元器件磁流變拋光加工沒有專用的磁流變液作為拋光介質，導致光學玻璃磁流變拋光加工效率較低、容易造成亞表面損傷等問題，提供一種光學玻璃拋光專用磁流變液。

本發明的第二個目的是提供一種光學玻璃拋光專用磁流變液的制備方法。

本發明的技術方案概述如下：

一種光學玻璃拋光專用磁流變液，按重量百分比由下述組份制成：羰基鐵粉30％-70％，金剛石顆粒1％-10％，羧甲基纖維素鈉1％-5％，碳酸鈉0.1％-2％、聚乙二醇0.5％-2％、三乙醇胺0.1％-1％、四硼酸鉀0.5％-2％、苯駢三氮唑0.1％-2％、六次甲基四胺0.1％-1％，其余為水。

金剛石顆粒的粒徑優選3-40μm。

一種光學玻璃拋光專用磁流變液的制備方法，包括如下步驟：