光学镜面复制技术的研究

　　1　引　言

　　光学镜面复制技术就是将高精度母模的光学表面复制到没有抛光过的复制件非光学表面上。由于这项技术显而易见的优越性,它正在国际国内得到越来越多的关注。

　　第一,由于复制件的光学表面无需抛光,只需粗磨成形,因此加工成本大大降低,效率提高,从根本上克服了光学加工单件生产的弱点。

　　第二,采用复制技术加工的光学镜面的基体可以是玻璃,也可以是一些不宜进行光学加工的其它轻型材料[1],如铝、碳纤维等,这为真空复制技术开拓了广泛的应用前景。例如美国目前空间与宇航用的望远镜系统、侦察系统以及气象望远镜、太阳能收集器等,都先后采用了复制法制造的重量很轻的光学零件。

　　第三,复制技术加工的光学镜面由于是同一母模复制而成,因此复制镜面的光学参数一致性好,适用于做拼接式镜面的子镜[2],以及同规格镜面的批量生产。

　　2　光学镜面复制技术的原理及步骤

　　简单地说,光学镜面复制技术的基本原理就是通过镀膜、胶合、脱模等工序,将高精度光学零件的表面(母模)复制到没有抛光过的基体的非光学表面上,母模和基体之间的面形误差由胶粘剂补偿,脱模后可以在基体上得到一个镀有反射膜和保护膜的光学复制表面。

　　光学镜面复制技术的具体步骤为:

　　(1)加工出一个高精度的母模,在母模上进行三次蒸镀,分别镀上脱模膜,SiO保护膜和铝膜。

　　(2)准备需复制的基体(玻璃或金属等),完成必要的粗磨加工。

　　(3)将母模和基体胶合在一起,以达到用胶层补偿复制件面形误差的目的。

　　(4)胶层固化过程中的热处理。

　　(5)将母模和复制件在脱模膜处分开,得到一块表面精度达到光学零件要求的复制件。

　　3　光学镜面复制技术的工艺实验

　　光学镜面复制工艺对环境的要求比较高,要求实验室清洁、恒温、湿度最好在50%以下,有良好的通风条件。另外,由于其工艺的特殊性,需要一台专用镀膜设备及相应的热处理设备。

　　3·1　镀膜工艺的试验

　　真空复制法的镀膜相对于一般镀膜工艺来说在于它需要三次蒸镀。为了实现复制件与母模的分离,第一层必须镀脱模膜,而脱模膜的材料选择及用量多少是首先必须解决的问题。脱模膜过多会影响反射膜的质量,降低反射率;而脱模膜过少又增加脱模的难度甚至最后根本无法脱模。除此之外,还需对三次镀膜的膜厚分别进行控制,以便获得比较满意的结果。

　　3·2　胶合工艺的试验

　　复制镜面所用胶粘剂的选择是胶合工艺试验中的关键。由于复制件必须达到光学精度,因此对胶的要求比较高。首先是收缩率小,在固化的过程中不产生或少产生凝固应力。其次,固化温度不能过高,因为过高的固化温度将引起玻璃应力变化,影响复制件的精度。另外,还要求胶合时用胶有一定的流动性;固化过程中挥发成份少;完成固化后胶层有一定的牢固度等。在胶合工艺试验中,主要探讨以下一些问题: