Состав для полирования оптических поверхностей
Состав для полирования оптических поверхностей деталей, изготовленных из стекла или пластмассы, представляет собой водную суспензию, содержащую альфа-оксид алюминия и оксид церия. Определенное соотношение компонентов и размер частиц альфа-оксида алюминия и оксида церия в суспензии обеспечивают высокое качество полирования. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию состава для полирования оптических поверхностей деталей, изготовленных из стекла или пластмассы.
Хорошо известно, что оптические поверхности не должны иметь царапин и должны иметь возможно меньший коэффициент шероховатости Ra. Этот коэффициент Ra измеряют как среднее расстояние между самыми высокими и самыми низкими точками на поверхности, в направлении, перпендикулярном плоскости полируемого листа стекла. Таким образом, этот коэффициент служит мерой оценки вариации между самыми высокими и самыми низкими точками, для поверхности, которая не является идеально плоской на субмикронном уровне. Ясно, что чем меньше значение этого коэффициента, тем лучше оптическая прозрачность и меньше дисторсия. Существуют два подхода к процессу полировки. В соответствии с первым подходом, суспензию абразивных частиц в водной среде (обычно на базе деионизированной воды) вводят в контакт с поверхностью, которую нужно отполировать, и перемещают по поверхности в определенных направлениях полировальник (носитель абразива), что приводит к полировке поверхности. В соответствии со вторым подходом, применяют инструмент в виде полимерной матрицы с включениями абразивных частиц, который используют для полирования оптической поверхности. Настоящее изобретение имеет отношение к первому подходу, при котором используют суспензии (пульпы). Уже были предложены различные составы указанных суспензий. В патенте США 4576612 суспензию получают на месте применения в контролируемых количествах при помощи полировальника, имеющего поверхностный слой, который содержит абразивные частицы в полимере и который в процессе использования постепенно растворяется, освобождая полирующие частицы. В этом патенте указано, что полезными частицами являются частицы из оксида церия, оксида циркония и оксида железа. В патенте ЕР 608730-А1 описана абразивная суспензия для полирования поверхности оптического элемента, которая содержит абразив, выбранный из группы, в которую входят оксид алюминия, стекло, алмазный порошок, карборунд, карбид вольфрама, карбид кремния или нитрид бора, с размерами частиц до одного микрона. В авторском свидетельстве СССР 1654320 описана водная суспензия для полировки жестких контактных линз из полиметилметакрилата, которая содержит частицы альфа-оксида алюминия, гидроксид магния и хлорид аммония. Значительное количество составов суспензий предложено также в смежных областях химико-механической полировки металлических и полупроводниковых подложек, причем здесь также обычно используют те же самые абразивы с вариациями компонентов в дисперсионной среде. Само собой разумеется, что достижение успеха при полировке стекол в некоторой степени зависит от твердости самого стекла. Полировка очень твердых стекол может потребовать много времени, причем могут возникать проблемы при окончательной обработке, если используют более твердые абразивы. Уже известны составы суспензий, которые зачастую позволяют весьма эффективно достичь желаемого результата, однако для этого требуется достаточно большое время. В соответствии с настоящим изобретением был разработан новый состав, в котором работают совместно два оксида, а именно, оксиды алюминия и церия, таким образом, что их взаимодействие дает лучшие результаты, чем сумма эффектов любых отдельных компонентов. Этот состав позволяет достигать очень высокого уровня оптического качества в течение намного меньшего времени, чем это позволяют ранее известные составы, без необходимости повышения температуры, что иногда используют для повышения химической активности. Кроме того, такой состав позволяет производить полировку очень твердых стекол весьма эффективно и практически без повреждения поверхности. Такие суспензии могут быть использованы с полирующим устройством типа полировщика или питча. Согласно настоящему изобретению состав для полирования оптических поверхностей представляет собой водную дисперсию, в которой содержится от 5 до 20% твердых абразивных частиц, причем от 85 до 95% содержания твердых веществ составляет альфа-оксид алюминия и от 15 до 5% оксид церия, при этом размер частиц альфа-оксид алюминия менее 0,5 мкм, а преимущественно от 0,15 до 0,25 мкм, а оксид церия представляет собой порошок с размером частиц от 0,2 до 4 мкм, преимущественно от 3 до 4 мкм. В контексте настоящего изобретения термин "размер частиц" соответствует значению "D50", которое измеряют с использованием анализатора размера частиц Horiba L-910. Для осуществления изобретения может быть использован альфа-оксид алюминия, полученный, например, с использованием процесса, описанного в патенте США 4657754. Имеющийся в продаже оксид церия представляет собой главным образом смесь оксидов редкоземельных металлов, среди которых основным компонентом является оксид церия. Другими компонентами могут быть оксиды неодима, самария, празеодима и лантана, причем могут присутствовать в меньших количествах оксиды и других редкоземельных металлов. На практике было обнаружено, что чистота оксида церия не сильно влияет на качество абразивных частиц для полировки, так что рекомендации в соответствии с настоящим изобретением могут быть в большей или меньшей степени отнесены и ко всем другим оксидам редкоземельных металлов, которые сопутствуют оксиду церия в торговых смесях оксида церия. Поэтому в данном описании смеси оксидов редкоземельных металлов, в которых весовое процентное содержание оксида церия является доминирующим, именуются как "оксид церия". Среди имеющихся в продаже "оксидов церия" укажем "50D1" и "Superox 50" (выпускаемые фирмой Cercoa PenYan N.Y.), которые содержат соответственно ориентировочно 75 и 34% оксида церия; а также "Rhodox 76" (выпускаемый фирмой Rhone Poulenc), который содержит ориентировочно 50% оксида церия. Закупаемый на рынке оксид церия обычно имеет вид частиц с бикомпонентным (бимодальным) распределением частиц по размерам (гранулометрическим составом), с пиками около размеров частиц 0,4 и 4 мкм, причем частицы большего размера образуют основную массу частиц, так что получают общее значение D50 для порошка, меньшее 4, а обычно 3-3,5 мкм. Было обнаружено, что если произвести размалывание оксида церия до относительно однородного размера частиц около 0,2 мкм, а преимущественно около 0,4 мкм, то параметры состава изменяются незначительно, если только не требуется производить полировку очень твердого стекла с достижением низкого уровня визуальных дефектов. Поэтому часто более эффективным является использование указанного состава без проведения измельчения частиц. Среда диспергирования абразивных частиц является водной, хотя могут быть добавлены и небольшие количества растворимых в воде жидкостей, таких как спирты. Обычно используют деионизированную воду с поверхностно-активным веществом, содействующим хорошему диспергированию абразивных частиц. Содержание твердых веществ в суспензии обычно составляет от 5 до 15 или даже до 20% по весу, причем меньшее содержание используют для инструмента типа питча. Обычно суспензия с меньшим содержанием твердых веществ замедляет процесс полирования, а суспензия с большим содержанием твердых веществ может иметь проблему расслоения суспензии и выпадения абразива в осадок. Поэтому из практических соображений используют содержание твердых веществ в суспензии от 5 до 15, а преимущественно от 8 до 12% по весу. Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного со ссылкой на примеры, не имеющие ограничительного характера, которые подтверждают полезность настоящего изобретения и демонстрируют эффекты изменения чистоты компонента из оксида церия и размера частиц. Пример 1 В этом примере проведено сравнение характеристик абразивной смеси в соответствии с настоящим изобретением с составами смесей, содержащих отдельные компоненты. Испытания на полирование были проведены с использованием двусторонней машины типа АС500 Peter Wolters, оборудованной полировщиками "Suba 500", выпускаемыми фирмой Rodel, Inc. Стеклянные образцы для полировки были изготовлены из плавленого кварца (Corning), который считают весьма твердым материалом (560-640 Knoop). Полировку образцов проводили при помощи трех абразивов с содержанием твердых веществ в суспензии, равным 10%. В качестве первого абразива применяли 100% оксида алюминия, в качестве второго - 100% оксида церия, а в качестве третьего использовали смесь 90:10 компонентов того же оксида алюминия и оксида церия. Оксид алюминия, который был закуплен на фирме Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc., содержал частицы альфа-оксида алюминия с размерами ориентировочно от 20 до 50 нм в виде агломератов с диаметром ориентировочно от 0,15 до 0,25 мкм, причем агломераты с размерами более 1 мкм в основном отсутствовали. В качестве оксида церия использовали материал Rhodox 76, который представляет собой смесь оксидов редкоземельных металлов, с содержанием оксида церия около 50%, причем этот материал был размолот до размера частиц D50 около 0,4 мкм. Суспензии разводили в деионизированной воде, в которую добавляли 0,07% по весу поверхностно-активного вещества (полиакрилат натрия, который может быть закуплен на фирме R.T.Vanderbilt под торговым названием Darvan 811). Проводили измерение чистоты поверхности во времени и по полученным данным построили график, показанный на фиг. 1. На фиг.2 показаны эти же данные с расширенной шкалой чистоты поверхности, чтобы более четко показать полученное улучшение. Из рассмотрения фиг.1 и 2 можно сделать вывод о том, что хотя образец, отполированный 100% оксида церия и имеет лучшую первоначальную чистоту поверхности (то есть до полирования он имел меньшую шероховатость), чем два других образца, полировка не позволяет получить хорошую чистоту поверхности. Из рассмотрения фиг.2 можно сделать вывод о том, что при помощи одного оксида алюминия никогда не удается достичь чистоты поверхности (Ra) 200![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/45/453735.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
Формула изобретения
1. Состав для полирования оптических поверхностей, представляющий собой водную суспензию, содержащую альфа-оксид алюминия, отличающийся тем, что водная суспензия содержит от 5 до 20% по весу твердых веществ, причем от 85 до 95% содержания твердых веществ составляет альфа-оксид алюминия с размером частиц D50, измеренного с использованием анализатора размера частиц Horiba L-910, меньшим 0,5 мкм, и от 15 до 5% по весу содержания твердых веществ составляет оксид церия в виде порошка с размером частиц D50 от 0,2 до 4 мкм. 2. Состав для полирования оптических поверхностей по п.1, отличающийся тем, что содержание твердых веществ в суспензии составляет от 8 до 12% по весу. 3. Состав для полирования оптических поверхностей по п.1, отличающийся тем, что компонент оксида алюминия имеет размер частиц D50 от 0,15 до 0,25 мкм. 4. Состав для полирования оптических поверхностей по п.1, отличающийся тем, что компонент оксида церия имеет бимодальное распределение частиц по размерам с двумя компонентами, причем размер частиц D50 лежит в диапазоне от 3 до 4 мкм.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Похожие патенты:
Состав для доводки стальных шариков // 2161173
Изобретение относится к составам жидких абразивных паст и может быть использовано в машиностроении в процессах полирования и доводки поверхности металлических деталей, преимущественно при доводке стальных закаленных шариков для шарикоподшипников
Изобретение относится к способам изготовления плавленых тонкоизмельченных керамических материалов
Абразивный порошок // 2145921
Изобретение относится к абразивной обработке материалов, в частности к составам шлифовальных материалов для обработки закаленных сталей
Абразивный материал и способ его получения // 2142976
Изобретение относится к области получения абразивных материалов
Абразивная паста // 2134707
Изобретение относится к абразивной обработке металлов для получения высокой чистоты поверхности и может быть использовано в подшипниковой промышленности
Сверхтвердый композиционный материал // 2134232
Изобретение относится к области сверхтвердых композиционных материалов на основе кубического нитрида бора (КНБ), которые могут найти применение в инструментальной промышленности для изготовления режущего инструмента
Изобретение относится к процессу изготовления абразивных частиц
Суперфинишная алмазная полировальная паста // 2174138
Изобретение относится к области изготовления паст для суперфинишной доводки поверхности металлов, сплавов и неметаллических материалов
Доводочно-притирочная паста // 2167902
Изобретение относится к технике обработки металлов, обеспечивающей получение заданного класса шероховатости и притирки поверхностей, и может найти преимущественное применение в обработке клапанных механизмов, а именно при доводке и притирке седла клапана и самого клапана
Состав для доводки стальных шариков // 2161173
Изобретение относится к составам жидких абразивных паст и может быть использовано в машиностроении в процессах полирования и доводки поверхности металлических деталей, преимущественно при доводке стальных закаленных шариков для шарикоподшипников
Абразивная паста // 2134707
Изобретение относится к абразивной обработке металлов для получения высокой чистоты поверхности и может быть использовано в подшипниковой промышленности
Изобретение относится к полировочным композициям и способам удаления царапин и других дефектов с разнообразных пластиковых поверхностей с целью улучшения их прозрачности и оптического качества
Паста для полирования металлов и сплавов // 2112000
Изобретение относится к тонкой абразивной обработке металлических поверхностей в процессах доводки, притирки и полировки изделий из черных и цветных металлов и сплавов и позволяет утилизировать шламовые отходы гальванического производства
Полировальная паста // 2110546
Изобретение относится к области машиностроения, более конкретно, к механической обработке поверхностей пластмассовых изделий и может быть использовано как при декоративной полировке эластичным полировальником, так и доводочно-притирочной обработке жестким притиром полимерных материалов и полимерных покрытий, в частности, светлоокрашенных реактопластов при производстве стеклопластиковых корпусов катеров
Изобретение относится к абразивным микропорошкам с размером кристаллов от 0,2 до 2 мкм на основе оксидов алюминия и 3d-металла, в частности, хрома, железа, титана, ванадия и др., используемых для полирования и окончательной доводки поверхности высокоточных изделий из металла, стекла и камня с целью придания им минимальной шероховатости поверхности и достижения высших классов точности размеров и геометрических форм
Абразивная суспензия // 2102543
Изобретение относится к бытовой химии, а именно к средствам для чистки и удаления загрязнений с поверхности посуды, фаянсовых раковин, кафельных плиток и др
Паста для доводки металлических поверхностей // 2196157