本發明涉及一種光學元件拋光后的清洗方法,具體涉及一種KDP晶體磁流變拋光后的清洗方法。
背景技術:
ICF激光器性能的不斷提高對所應用晶體的損傷閾值也提出進一步的要求,同時晶體的損傷閾值也直接決定了激光輸出的能量密度和自身的使用壽命。KDP(KH2PO4)晶體是慣性約束核聚變(ICF) 高功率激光器中用于電光開關和激光倍頻和三倍頻的光學材料,該晶體具有質軟、易潮解、易開裂、對溫度變化敏感和脆性高等特點,加工過程中非常容易產生缺陷層、殘余應力和亞表面損傷。而目前廣泛使用的金剛石單點飛切技術不可避免地留下飛切刀紋及亞表面缺陷,不利于其激光損傷閾值的提高,現階段KDP晶體的實際激光損傷閾值遠低于理論值。
磁流變拋光技術主要通過切向力對待加工工件表層進行微量去除,具有亞表面缺陷少,殘余應力小等特點,在光學元件精密拋光領域獲得廣泛應用。在高強度的梯度磁場中,磁流變拋光液變硬成為具有粘塑性的Bingham介質,并將拋光粉反向頂到緞帶表面,當這種介質通過工件與運動盤形成的很小空隙時,對工件表面與之接觸的區域產生一定的剪切力,從而使工件表面的材料被去除。在磁流變拋光過程中,由于磁流變流體的可控制性,可以調節流變液屈服應力的大小及磁場分布來控制微量去除效率及表面質量,而且磨屑隨著磁流變液的循環被帶走,不會劃傷工件加工面。
磁流變拋光技術中普遍使用鐵粉作為磁敏材料,實際拋光過程中鐵粉不可避免與工件表面接觸,會殘留一定量的鐵顆粒及鐵離子。由于鐵原子外層電子躍遷能級勢壘與高功率激光頻率較為接近,鐵離子容易吸收激光而導致微觀區域局部溫度過高對元件形成損傷,降低了光學元件的激光損傷閾值。因此過渡金屬雜質元素在慣性約束核聚變等高功率光學元件表面殘留量需要嚴格控制。
KDP晶體質軟,決定了實際磁流變拋光過程中不可避免引入鐵顆粒殘留,若不去除會嚴重降低激光損傷閾值,因此表面清洗技術是KDP晶體超精密加工中的一個重要環節。
目前已有的KDP晶體清洗方法均存在一定缺陷:擦洗會導致明顯劃痕,離子束清洗則效率低下等。因此急需開發新的清洗技術來滿足工程需求。
技術實現要素:
為克服現有技術的上述問題,本發明提供了一種KDP晶體磁流變拋光后的清洗方法,該方法操作簡便、成本較低、清洗速度快,可同時清洗多個工件,效率高。
本發明的上述技術問題通過組合清洗劑及復合頻率解決的。首先將拋光后的KDP晶體進行射流清洗,以乙醇為清洗劑,噴嘴采用適宜的壓力均勻沖洗元件表面,該初洗流程可以去除吸附在表面的松散顆粒。
然后將經過射流初洗后的KDP晶體進行復合超聲頻率組合清洗劑清洗,主要針對微米級鐵粉顆粒,本次清洗完成后,將清洗劑倒出,元件靜置一段時間。再次重新加入組合清洗劑,復合更高的頻率針對性去除納米級拋光粉,倒出清洗劑,將元件靜置一段時間。最后對元件進行慢提拉干燥并放入密封防潮盒內。
本發明中,組合清洗劑含有胺類化合物,包括單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基乙醇胺、氨乙基乙醇胺、異丁醇胺、偶氮二甲酰胺、氮氮二甲基甲酰胺、亞甲基雙丙烯酰胺等中的一種或多種。
本發明中,組合清洗劑含有醇類化合物,包括乙醇、十二醇、異丙醇、乙二醇單乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇正丁醚、乙二醇單丁醚等中的一種或多種。
本發明中,清洗劑使用胺類化合物,是為了和鐵粉顆粒與拋光粉顆粒表層化學修飾劑發生反應,使無機顆粒表層失活,與工件表面殘留拋光液基液相容性差,僅存弱范德華力作用,以便進入清洗劑中。
本發明中,清洗劑使用醇類化合物,是因為其與殘留拋光液基液相容性好,對鐵粉顆粒和拋光粉顆粒的潤濕作用強,有利于顆粒從工件表面轉移到清洗劑中。且醇類物質易揮發,不會對激光損傷閾值造成干擾。
本發明中,采用慢提拉方式使用的溶劑為醇類化合物,包括乙醇、異丙醇、乙二醇單乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇正丁醚、乙二醇單丁醚等中的一種或多種。
本發明中所述射流清洗設備,射流壓力0.01-100Mpa可控,噴嘴角度0-180°,可同時向1個及以上方向噴射清洗,兼容非水性清洗試劑。
本發明中所述超聲清洗設備,復合頻率涵蓋28-1500KHz,具備掃頻功能,且波形為球面波。
具體實施方式
下面通過實施例的方式進一步說明本發明,但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍中。
實施例1
本發明的清洗方法包括以下步驟:
(1)KDP晶體磁流變拋光完畢后,使用射流清洗技術,以乙醇為清洗劑,均勻沖洗工件表面。
(2)啟動超聲波,工作30min,將水中的空氣排盡,降低能量衰減。
(3)啟動升溫裝置,將溫度控制在85℃。
(4)將工件放入含胺類和醇類化合物的組合清洗劑中,復合超聲頻率清洗15min后取出,迅速倒掉清洗劑,此為粗洗過程。
(5)再次將工件放入含胺類和醇類化合物的組合清洗劑中,復合超聲頻率清洗15min后取出,迅速倒掉清洗劑,此為精洗過程。
(6)視工件污染狀況,上述清洗過程可重復進行多次。
以上施例的描述較為具體、詳細,但不能因此理解為對本專利范圍的限制,應當指出的是,對于本領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明構思的前提下,還可以做出若干變形和改進,這些都屬于本發明的保護范圍。