В качестве абразивных материалов в оптической технологии используют природные и синтетические порошкообразные кристаллические материалы, обладающие высокой твердостью и образующие при раскалывании острые кромки.
Основным параметром, характеризующим абразивный материал является коэффициент шлифующей способности (КШС), равный отношению объема стекла, сошлифованного в стандартных условиях с помощью данного абразива, к объему, сошлифованному за то же время при тех же условиях порошком природного алмаза.
Таблица 4.
Сравнительная характеристика абразивных материалов.
| Наименование | Химический состав | КШС | Условия образования | Область применения | ||
| Исходные компоненты | Температура | Давление | ||||
| Природный алмаз | Модификация кристаллич. углерода (С) | Углеродосодержащие вещества | ~ 2500°С | ~ 10 ГПа | Финишная обработка кристаллов | |
| Синтетический алмаз | Модификация кристаллич. углерода (С) | 0,7…1 | Углеродосодержащая шихта | 2800°С | 5 ГПа | Изготовление алмазного инструмента |
| Карбид бора | В4С | 0,5…0,6 | Борная кислота + кокс | 2500°С | - | Изготовление инструмента для бурения горн. пород |
| Карбид кремния | SiC | 0,4…0,45 | Кремнезем + кокс | 2500°С | - | Грубое шли-фование свободным абразивом |
| Электрокорунд | Al2O3 | 0,15 | Боксит + кокс + чугунная стружка | 1500-1750°С | - | Тонкое шли-фование свободным абразивом |
Классификация абразивных порошков по фракциям зернистости.
При использовании абразивных порошков быстрое получение качественной поверхности возможно только, если шлифование производится порошком, содержащим зерна приблизительно одинакового размера. Наличие примесей более мелких зерен приводит к снижению производительности обработки, а присутствие в порошке зерен, более крупных, чем основная фракция, ухудшает качество получаемой поверхности.
Поэтому абразивные порошки тщательно разделяют на фракции, содержащие зерна приблизительно одинакового размера.
Фракция алмазного порошка обозначается в виде дроби, в числителе и знаменателе которой указываются соответственно максимальный и минимальный размеры зерна, выраженные в микрометрах. Например, порошок фракции 63/50 содержит в своем составе зерна с размерами от 0,05 до 0,063 мм. В таблице 5 приведена классификация алмазных порошков по фракциям зернистости в соответствии с ГОСТ 9206-80*Е.
Таблица 5
Классификация алмазных порошков по фракциям зернистости
| Группа зернистости | Фракции алмазных порошков |
| Шлифпорошки | 630/500; 500/400; 400/315; 315/250; 250/200; 200/160; 160/125; 125/100; 100/80; 80/63; 63/50; 50/40 |
| Микропорошки | 60/40; 40/28; 28/20; 20/14; 14/10; 10/7; 7/5; 5/3; 3/2; 2/1; 1/0 |
| Субмикропорошки | 0,7/0,3; 0,5/0,1; 0,3/0,1; 0,1/0 |
Неалмазные абразивные порошки классифицируют по фракциям зернистости, представленным в таблице 6.
Таблица 6.
Классификация неалмазных абразивных порошков по фракциям зернистости.
| Группа зернистости | Обозначение фракции | Диапазон размеров зерен, мм |
| Шлифзерно | не менее 2 от1,6менее2 “ 1,25 “ 1,6 “ 1 “ 1,25 “ 0,8 “ 1 “ 0,63 “ 0,8 “ 0,32 “ 0,63 “ 0,25 “ 0,32 “ 0,2 “ 0,25 “ 0,16 “ 0,2 | |
| Шлифпорошки | от0,12 менее0,16 “ 0,1 “ 0,12 “ 0,08 “ 0,1 “ 0,063 “ 0,08 “ 0,05 “ 0,063 “ 0,04 “ 0,05 “ 0,028 “ 0,04 | |
| Микропорошки | М63 М50 М40 М28 М20 М14 | cвыше 0,05 до 0,063 “ 0,04 “ 0,05 “ 0,028 “ 0,04 “ 0,02 “ 0,028 “ 0,014 “ 0,02 “ 0,01 “ 0,014 |
| Тонкие микропорошки | М10 М7 М5 | cвыше 0,007 до 0,01 “ 0,005 “ 0,007 “ 0,003 “ 0,005 |
Увеличение среднего размера абразивного зерна в порошке повышает производительность обработки. Вместе с тем, при использовании более крупных зерен снижается качество обработанной поверхности, поскольку глубина нарушенного слоя также растет с увеличением размера зерна. Поэтому выбор конкретной фракции алмазного порошка производится на основе компромисса между необходимостью выполнения требований к качеству обработанной поверхности заготовки и стремлением максимально повысить производительность обработки. Общая тенденция заключается в использовании порошков с более высокой шлифующей способностью и большим размером зерна на заготовительных операциях и на операциях предварительной, грубой обработки поверхностей заготовки. По мере последовательного перехода к дальнейшей обработке (на стадиях завершающей обработки вспомогательных поверхностей и в особенности при тонком шлифовании исполнительных поверхностей оптических деталей) используются порошки со все более низким КШС и мелкими зернами. В таблице 3 приведены данные о параметрах шероховатости поверхностей заготовок из оптического стекла, получаемых после обработки с использованием абразивных порошков различных фракций.
Таблица 3.
Зависимость шероховатости поверхности заготовок из оптического стекла от условий ее обработки
| Условное обозначение шероховатости | Параметр шероховатости, мкм | Способ получения поверхности (фракция абразива) | ||||
| без механической обработки | при обработке алмазным инструментомна металлической связке | при обработке свободным абразивом | ||||
| Ra | Rz | |||||
| - | 320-160 | литье, моллирование | точение (400/500 – 500/630) | - | |
| - | 160-40 | - | точение, распиливание, сверление, фрезерование, грубое шлифование (250/200-400/315) | грубое шлифование (16 - 25) | |
| - | 40-20 | - | точение, распиливание, сверление, фрезерование, грубое шлифование (160/125-200/160) | грубое шлифование (10 – 16) | |
| - | 20-10 | - | распиливание, сверление, грубое шлифование (80/63 – 125/100) | грубое шлифование (4 – 8) | |
| 2,5-1,25 | - | - | грубое шлифование, центрирование, фасетирование (50/40 – 63/50) | грубое шлифование, фасетирование (М40 – М63) | |
| 1,25-0,63 | - | - | центрирование, фасетирование (40/28 – 50/40) | Фасетирование (М20 – М40) | |
| 0,63-0,32 | - | - | тонкое шлифование, центрирование (20/14 – 28/20) | тонкое шлифование (М10-М14) | |
| 0,32-0,02 | - | - | тонкое шлифование (10/7 – 14/10) | тонкоешлифование (М5-М7) |
ПОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ.
В качестве полирующих материалов в оптической технологии применяются тонкодисперсные порошки окислов металлов, удовлетворяющие следующим условиям:
- хорошаясмачиваемость водой;
- сохранение полирующей способности в течение длительного времени;
- отсутствие царапающих примесей.
Основными полирующими материалами являются полирит и крокус.
Полирит– это твердый раствор окислов редкоземельных металлов, основу которого составляет диоксид церия (СеО2). Получают полирит путем обжига карбонатов редкоземельных металлов при температуре 850 - 1050°С. Зерна полирита представляют собой кристаллы пластинчатой формы со средними размерами 1,3…1,4 мкм.
Крокус – это безводная окись железа (Fe2O3), получаемая методом осаждения солей железа из раствора с последующим прокаливанием осадка при температуре 700…800°С. Размеры зерен крокуса составляют от 0,6 до 1 мкм.
Крокус обладает вдвое меньшей полирующей способностью, чем полирит, поэтому применяется гораздо реже. Однако он обладает существенным преимуществом перед полиритом, так как в отличие от последнего позволяет получить поверхность нулевого класса чистоты.
В последнее время стали применяться некоторые новые материалы для полирования[3, стр.208-213]. Их характеристики приведены в таблице П-5 Приложений..