一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液及其制備方法，光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液，由下述組份制成：羰基鐵粉，金剛石顆粒，羧甲基纖維素鈉，碳酸鈉、聚乙二醇、三乙醇胺、四硼酸鉀、苯駢三氮唑、六次甲基四胺，其余為水。由于采用水作為基液，因此在保證具備良好流變性能基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變液作為拋光工具所需要的機(jī)械去除、潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹、滲透等性能，并通過(guò)對(duì)光學(xué)玻璃表面改性作用，打破光學(xué)玻璃的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，弱化結(jié)合鍵鍵能，降低光學(xué)玻璃表面硬度，因此能夠大大增強(qiáng)對(duì)光學(xué)玻璃表面的拋光去除作用，并降低拋光介質(zhì)對(duì)光學(xué)玻璃表面、亞表面損傷，從而實(shí)現(xiàn)超光滑表面光學(xué)玻璃元器件的高表面質(zhì)量、高效率、低成本的拋光加工。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超精密加工及光學(xué)加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁 流變液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，新型高性能、高精度、高集成度的光電子系統(tǒng)不 斷涌現(xiàn)，以光學(xué)玻璃和微晶玻璃等為代表的硬脆光學(xué)材料對(duì)光學(xué)加工技術(shù)提出了很高的要 求。目前，具有超光滑表面的光學(xué)零件已應(yīng)用于激光陀螺儀反射鏡、紅外導(dǎo)彈的調(diào)制盤(pán)、 濾波器及藍(lán)寶石窗口、激光核聚變用的反射鏡、天文望遠(yuǎn)鏡的反射鏡、大規(guī)模的集成電路 光刻機(jī)等。在以光電和光學(xué)技術(shù)為支撐的高技術(shù)武器中，超光滑表面光學(xué)零件更顯得特別 重要。例如，在現(xiàn)代飛機(jī)中，激光制導(dǎo)及測(cè)距系統(tǒng)中使用的波形平面特殊組合棱鏡，航測(cè)系 統(tǒng)中的各類(lèi)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 平面度要求小于〇. 06 μ m，表面粗糙度要求達(dá)到Ra彡0. 5nm。由于現(xiàn)代短波光學(xué)、強(qiáng)光光學(xué)、 電子學(xué)及薄膜科學(xué)的發(fā)展要求光學(xué)元件應(yīng)具有高反射率、高面形精度、低粗糙度及高強(qiáng)度， 因此對(duì)光學(xué)器件表面的要求更為苛刻，如表面無(wú)晶格畸變?nèi)毕荩静淮嬖跉堄鄳?yīng)力，極低 的表面粗糙度（Ra< lnm)、無(wú)外來(lái)雜質(zhì)污染、高幾何精度、且襯底表面應(yīng)具有準(zhǔn)確的晶向。
[0003] 因此要滿足現(xiàn)代光學(xué)元器件的超高精度要求，并在此基礎(chǔ)上力求提高光學(xué)加工 的效率，就必須在完善傳統(tǒng)的精密加工方法的同時(shí)，尋找采用新原理的光學(xué)加工工藝方 法。作為智能材料之一的磁流變液（MagnetorheologicalFluid,簡(jiǎn)稱MRF)，其粘度、屈 服應(yīng)力和塑性可由磁場(chǎng)強(qiáng)度控制無(wú)級(jí)變化，當(dāng)在磁場(chǎng)中時(shí)，能夠在lms之內(nèi)由自由狀態(tài) 一直變化到固態(tài)，當(dāng)磁場(chǎng)移去后又立即恢復(fù)原態(tài)，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)流體介質(zhì)的可控。1986 年Kordonski i提出把MRF應(yīng)用于光學(xué)透鏡的加工，美國(guó)羅徹斯特大學(xué)光學(xué)制造中心 (CenterforOpticsManufacturing，簡(jiǎn)稱COM)提出并驗(yàn)證了 MRF用于非球面加工的概念，利 用MRF方法對(duì)直徑小于50_的光學(xué)玻璃元件進(jìn)行了加工。結(jié)果材料為熔石英的球面元件 表面粗糙度降到〇. 8nm(rms)面形誤差為0. 09 μ m(PV)，而材料為SK7的球面光學(xué)元件面形 誤差達(dá)到0. 07 μ m(PV)。材料為BK7的非球面元件表面粗糙度降到lnm(rms)，面形誤差為 0. 86 μ m(p-v) 〇
[0004] 在磁流變拋光過(guò)程中，磁流變液起著極其重要的作用，它不僅要在電磁場(chǎng)的作用 下能夠及時(shí)而準(zhǔn)確地發(fā)生固相一液相的相互轉(zhuǎn)化，而且還起著承載拋光顆粒，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué) 玻璃表面進(jìn)行機(jī)械、化學(xué)綜合去除的作用。因此磁流變液的性能的好壞直接關(guān)系著光學(xué)玻 璃的拋光效果。目前，包括美國(guó)、德國(guó)、日本等各主要工業(yè)國(guó)家都在競(jìng)相進(jìn)行各種形式磁流 變液的研制工作。美國(guó)的LOAD公司、福特汽車(chē)公司等都對(duì)磁流變液的應(yīng)用及機(jī)理進(jìn)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。
[0005] 目前市場(chǎng)上的商用磁流變液主要是是面向汽車(chē)減震器、制動(dòng)器、密封器等應(yīng)用而 開(kāi)發(fā)的，其主要是以其流變性能為主要開(kāi)發(fā)目標(biāo)。而作為光學(xué)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(xué)玻 璃的拋光質(zhì)量。因此光學(xué)玻璃拋光用磁流變液的配制必須綜合考慮其成分對(duì)剪切屈服應(yīng) 力、穩(wěn)定性、工作溫度范圍及機(jī)械加工性能的影響。因此從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，目前市場(chǎng)上商 用磁流變液還不具備光學(xué)拋光所需性能，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)高效高精度的光學(xué)拋光加工，極大 限制了磁流變拋光技術(shù)更進(jìn)一步的發(fā)展。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有光學(xué)玻璃元器件磁流變拋光加工沒(méi)有專(zhuān)用的磁流 變液作為拋光介質(zhì)，導(dǎo)致光學(xué)玻璃磁流變拋光加工效率較低、容易造成亞表面損傷等問(wèn)題， 提供一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液。
[0007] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下：
[0009] -種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)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。
[0010] 金剛石顆粒的粒徑優(yōu)選3-40 μ m。
[0011] -種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液的制備方法，包括如下步驟：
[0012] (1)按重量百分比稱取下述組份：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；
[0013] (2)在室溫下，將碳酸鈉加入到水中攪拌使溶解；加熱，在50-60°C條件下，邊攪拌 邊加入四硼酸鉀使溶解，加入苯駢三氮唑使溶解，加入六次甲基四胺使溶解，加入三乙醇胺 使溶解，加入聚乙二醇使溶解；
[0014] (3)將步驟⑵獲得的溶液邊攪拌邊冷卻到室溫，加入羧甲基纖維素鈉攪拌5-30 分鐘；再在攪拌下加入羰基鐵粉，繼續(xù)攪拌5-30分鐘；加入金剛石顆粒攪拌30-60分鐘，獲 得光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液。
[0015] 金剛石顆粒的粒徑優(yōu)選3-40 μ m。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明的光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液由于采用水作為基液，因 此在保證了具備良好流變性能基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變液作為拋光工具所需要的機(jī)械去 除、潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹、滲透等性能，并通過(guò)對(duì)光學(xué)玻璃表面的改性作用，打破光學(xué)玻璃 的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，弱化結(jié)合鍵的鍵能，降低光學(xué)玻璃表面硬度，因此能夠大大增強(qiáng)磁流變液 對(duì)光學(xué)玻璃表面的拋光去除作用，并降低拋光介質(zhì)對(duì)光學(xué)玻璃表面、亞表面損傷，從而實(shí)現(xiàn) 超光滑表面光學(xué)玻璃元器件的高表面質(zhì)量、高效率、低成本的拋光加工。解決目前光學(xué)玻璃 元器件超精密超光滑加工技術(shù)的效率低和加工成本高等問(wèn)題，擴(kuò)大磁流變液拋光技術(shù)在各 工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用的可行性。另一方面，本發(fā)明磁流變液中是通過(guò)碳酸鈉、三乙醇胺、四硼酸 鉀、苯駢三氮唑、六次甲基四胺等化學(xué)藥品綜合作用取代傳統(tǒng)工業(yè)上的亞硝酸鹽、磷酸鹽， 來(lái)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹、滲透等功能，可以避了對(duì)人體的傷害，同時(shí)對(duì)環(huán)境的污染也 被降到了最低。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018] 下面的實(shí)施例不以任何方法限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效替換的方式所獲 得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍范圍內(nèi)。
[0019] 實(shí)施例1
[0020] -種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液的制備方法，包括如下步驟：
[0021] (1)按重量百分比稱取下述組份：羰基鐵粉70%，粒徑為40μπι的金剛石顆粒 10 %，羧甲基纖維素鈉2 %，碳酸鈉2 %、聚乙二醇6001 %、三乙醇胺0. 5 %、四硼酸鉀0. 5 %、 苯駢三氮唑0.6%、六次甲基四胺0.6%，純凈水12. 8% ;
[0022] (2)在室溫下，將碳酸鈉加入到水中攪拌使溶解；加熱，在60°C條件下，邊攪拌邊 加入四硼酸鉀使溶解，加入苯駢三氮唑使溶解，加入六次甲基四胺使溶解，加入三乙醇胺使 溶解，加入聚乙二醇使溶解；
[0023] (3)將步驟⑵獲得的溶液邊攪拌邊冷卻到室溫，加入羧甲基纖維素鈉攪拌30分 鐘；再在攪拌下加入羰基鐵粉，繼續(xù)攪拌30分鐘；加入金剛石顆粒攪拌60分鐘，獲得光學(xué) 玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液。
[0024] 本實(shí)施例制備的光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液物性如表1所示。
[0025] 表1磁流變液的參數(shù)
[0026]
【權(quán)利要求】
1. 一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液，其特征是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 甲基四胺〇. 1% -1 %，其余為水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液，其特征是所述金剛石顆粒 的粒徑為3-40 μ m。
3. -種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液的制備方法，其特征是包括如下步驟： (1) 按重量百分比稱取下述組份：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6000. 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； (2) 在室溫下，將碳酸鈉加入到水中攪拌使溶解；加熱，在50-60°C條件下，邊攪拌邊加 入四硼酸鉀使溶解，加入苯駢三氮唑使溶解，加入六次甲基四胺使溶解，加入三乙醇胺使溶 解，加入聚乙二醇使溶解； (3) 將步驟（2)獲得的溶液邊攪拌邊冷卻到室溫，加入羧甲基纖維素鈉攪拌5-30分鐘； 再在攪拌下加入羰基鐵粉，繼續(xù)攪拌5-30分鐘；加入金剛石顆粒攪拌30-60分鐘，獲得光學(xué) 玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光學(xué)玻璃拋光專(zhuān)用磁流變液的制備方法，其特征是所述 金剛石顆粒的粒徑為3-40 μ m。
【文檔編號(hào)】C09G1/02GK104231941SQ201410442437
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】仇中軍, 高山, 鄒大程, 房豐洲 申請(qǐng)人:天津大學(xué)