1 Définition et causes des dommages souterrains
Les dommages souterrains des composants optiques (SSD, dommages souterrains) sont généralement mentionnés dans les applications optiques de haute précision telles que les systèmes laser intenses et les machines de lithographie, et leur existence limite la précision du traitement final des composants optiques et affecte davantage l'imagerie. performances des systèmes optiques, il faut donc y prêter suffisamment d’attention. Les dommages souterrains sont généralement caractérisés par des fissures à l’intérieur de la surface de l’élément et des couches de contraintes internes, provoquées par une certaine fragmentation résiduelle et une déformation de la composition du matériau à proximité de la surface. Le modèle de dommages souterrains est présenté comme suit : la couche supérieure est la couche de sédiments polis, puis la couche de défauts de fissure et la couche de déformation sous contrainte sont la couche inférieure, et la couche de matériau sans dommage est la couche la plus interne. Parmi eux, la couche de défauts de fissure et la couche de déformation sous contrainte sont des dommages souterrains.
Modèle de dommages souterrains aux matériaux optiques
Les composants optiques du matériau sont généralement du verre, de la céramique et d'autres matériaux durs et cassants. Au début du traitement des composants, ils doivent passer par des processus de moulage par fraisage, de meulage fin et de polissage grossier. Dans ces processus, il existe un meulage mécanique et des réactions chimiques. et jouer un rôle. L'outil abrasif ou abrasif en contact avec la surface de l'élément présente les caractéristiques d'une taille de particule inégale et la force de chaque point de contact sur la surface de l'élément n'est pas uniforme, de sorte que les couches convexes et concaves et la couche de fissure interne seront être produit sur la surface du verre. Le matériau présent dans la couche fissurée est le composant qui s'est brisé pendant le processus de meulage, mais qui n'est pas tombé de la surface, ce qui entraînera des dommages souterrains. Qu'il s'agisse d'un meulage abrasif de particules libres ou d'un meulage CNC, ce phénomène se formera à la surface du matériau. L’effet réel des dommages souterrains est illustré dans la figure suivante :
Rendu des dommages souterrains
2 Méthodes de mesure des dommages souterrains
Les dommages souterrains ne pouvant être ignorés, ils doivent être contrôlés efficacement par les fabricants de composants optiques. Afin de le contrôler efficacement, il est nécessaire d'identifier et de détecter avec précision l'ampleur des dommages souterrains à la surface du composant. Depuis le début du siècle dernier, les gens ont développé diverses méthodes pour mesurer et évaluer la taille. des dommages souterrains du composant, selon le mode du degré d'influence sur le composant optique, il peut être divisé en deux catégories : mesure destructive et mesure non destructive (tests non destructifs).
La méthode de mesure destructive, comme son nom l'indique, est la nécessité de modifier la structure de surface de l'élément optique, de sorte que les dommages souterrains qui ne sont pas faciles à observer puissent être révélés, puis d'utiliser un microscope et d'autres instruments pour observer le Méthode de mesure, cette méthode prend généralement du temps, mais ses résultats de mesure sont fiables et précis. Méthodes de mesure non destructives, qui ne causent pas de dommages supplémentaires à la surface du composant, utilisent la lumière, le son ou d'autres ondes électromagnétiques pour détecter la couche souterraine endommagée, et utilisent la quantité de changements de propriétés qui se produisent dans la couche pour évaluer la taille de le SSD, ces méthodes sont relativement pratiques et rapides, mais constituent généralement une observation qualitative. Selon cette classification, les méthodes actuelles de détection des dommages souterrains sont présentées dans la figure ci-dessous :
Classification et synthèse des méthodes de détection des dommages souterrains
Une brève description de ces méthodes de mesure suit :
A. Méthodes destructrices
a) Méthode de polissage
Avant l'apparition du polissage magnétorhéologique, les opticiens utilisaient généralement le polissage conique pour analyser les dommages souterrains des composants optiques, c'est-à-dire couper la surface optique le long d'un angle oblique pour former une surface interne oblique, puis polir la surface oblique. On pense généralement que le polissage n’aggravera pas les dommages souterrains d’origine. Les fissures de la couche SSD seront plus clairement révélées par la corrosion par immersion avec des réactifs chimiques. La profondeur, la longueur et d'autres informations de la couche endommagée sous la surface peuvent être mesurées par observation optique de la surface inclinée après immersion. Plus tard, les scientifiques ont inventé la méthode Ball dimpling (Ball dimpling), qui consiste à utiliser un outil de polissage sphérique pour polir la surface après le meulage, en jetant une fosse, la profondeur de la fosse doit être aussi profonde que possible, de sorte que l'analyse du côté de la fosse peut obtenir les informations sur les dommages souterrains de la surface d'origine.
Méthodes courantes de détection des dommages souterrains aux éléments optiques
Le polissage magnétorhéologique (MRF) est une technique qui utilise une bande de fluide magnétique pour polir les composants optiques, ce qui est différent du polissage traditionnel asphalte/polyuréthane. Dans la méthode de polissage traditionnelle, l'outil de polissage exerce généralement une force normale importante sur la surface optique, tandis que Mr Polishing enlève la surface optique dans la direction tangentielle, de sorte que Mr Polishing ne modifie pas les caractéristiques d'origine des dommages souterrains de la surface optique. Par conséquent, Mr Polishing peut être utilisé pour polir une rainure sur la surface optique. Ensuite, la zone de polissage est analysée pour évaluer l’ampleur des dommages souterrains de la surface optique d’origine.
a) Méthode de collage des blocs
Cette méthode a également été utilisée pour tester les dommages souterrains. En fait, sélectionnez un échantillon carré avec la même forme et le même matériau, polissez les deux surfaces de l'échantillon, puis utilisez un adhésif pour coller les deux surfaces polies de l'échantillon ensemble, puis meulez les côtés des deux échantillons ensemble en même temps. temps. Après broyage, des réactifs chimiques sont utilisés pour séparer les deux échantillons carrés. L'ampleur des dommages souterrains causés par l'étape de meulage peut être évaluée en observant la surface polie séparée au microscope. Le diagramme schématique du processus de la méthode est le suivant :
Diagramme schématique de la détection des dommages souterrains par la méthode de collage en bloc
Cette méthode présente certaines limites. En raison de la présence d'une surface collante, la situation de la surface collante peut ne pas refléter entièrement les dommages souterrains réels à l'intérieur du matériau après le meulage, de sorte que les résultats de mesure ne peuvent refléter la situation SSD que dans une certaine mesure.
a) Gravure chimique
Le procédé utilise des agents chimiques appropriés pour éroder la couche endommagée de la surface optique. Une fois le processus d'érosion terminé, les dommages souterrains sont évalués par la forme et la rugosité de la surface du composant et par le changement d'indice du taux d'érosion. Les réactifs chimiques couramment utilisés sont l'acide fluorhydrique (HF), le fluorure d'hydrogène d'ammonium (NH4HF) et d'autres agents corrosifs.
b) Méthode de section transversale
L'échantillon est disséqué et un microscope électronique à balayage est utilisé pour observer directement l'ampleur des dommages souterrains.
c) Méthode d'imprégnation de colorant
Étant donné que la couche superficielle de l'élément optique broyé contient un grand nombre de microfissures, des colorants pouvant former un contraste de couleur avec le substrat optique ou un contraste avec le substrat peuvent être pressés dans le matériau. Si le substrat est constitué d'un matériau sombre, des colorants fluorescents peuvent être utilisés. Les dommages souterrains peuvent alors être facilement vérifiés optiquement ou électroniquement. Étant donné que les fissures sont généralement très fines et à l’intérieur du matériau, lorsque la profondeur de pénétration du colorant n’est pas suffisante, elle peut ne pas représenter la véritable profondeur de la microfissure. Afin d'obtenir la profondeur de fissure la plus précise possible, plusieurs méthodes d'imprégnation de colorants ont été proposées : le prépressage mécanique et le pressage isostatique à froid, ainsi que l'utilisation de la microanalyse par sonde électronique (EPMA) pour détecter des traces de colorant à très faibles concentrations.
B, méthodes non destructives
a) Méthode d'estimation
La méthode d'estimation estime principalement la profondeur des dommages souterrains en fonction de la taille des particules du matériau abrasif et de la taille de la rugosité de surface du composant. Les chercheurs utilisent un grand nombre de tests pour établir la relation correspondante entre la taille des particules du matériau abrasif et la profondeur des dommages souterrains, ainsi que le tableau de correspondance entre la taille de la rugosité de surface du composant et la surface souterraine. dommages superficiels. Les dommages souterrains à la surface actuelle des composants peuvent être estimés en utilisant leur correspondance.
b) Tomographie par cohérence optique (OCT)
La tomographie par cohérence optique, dont le principe de base est l'interférence de Michelson, évalue les informations mesurées à travers les signaux d'interférence de deux faisceaux lumineux. Cette technique est couramment utilisée pour observer les tissus biologiques et réaliser une tomographie transversale de la structure souterraine du tissu. Lorsque la technique OCT est utilisée pour observer les dommages souterrains de la surface optique, le paramètre d'indice de réfraction de l'échantillon mesuré doit être pris en compte pour obtenir la profondeur réelle de la fissure. La méthode serait capable de détecter des défauts à une profondeur de 500 μm avec une résolution verticale meilleure que 20 μm. Cependant, lorsqu'il est utilisé pour la détection SSD de matériaux optiques, la lumière réfléchie par la couche SSD est relativement faible, il est donc difficile de former des interférences. De plus, la diffusion en surface affectera également les résultats de mesure et la précision des mesures doit être améliorée.
c) Méthode de diffusion laser
L'irradiation laser sur la surface photométrique, utilisant les propriétés de diffusion du laser pour évaluer l'ampleur des dommages souterrains, a également été largement étudiée. Les plus courantes incluent la microscopie à réfection interne totale (TIRM), la microscopie confocale à balayage laser (CLSM) et la microscopie confocale à polarisation croisée (CPCM). microscopie confocale à polarisation croisée, etc.
d) Microscope acoustique à balayage
La microscopie acoustique à balayage (SAM), en tant que méthode de détection par ultrasons, est une méthode de contrôle non destructif largement utilisée pour détecter les défauts internes. Cette méthode est généralement utilisée pour mesurer des échantillons présentant des surfaces lisses. Lorsque la surface de l’échantillon est très rugueuse, la précision de la mesure sera réduite en raison de l’influence des ondes diffusées en surface.
3 méthodes de contrôle des dommages souterrains
Notre objectif ultime est de contrôler efficacement les dommages souterrains des composants optiques et d'obtenir des composants qui éliminent complètement les SSDS. Dans des circonstances normales, la profondeur des dommages souterrains est proportionnelle à la taille des particules abrasives, plus la taille des particules de l'abrasif est petite, plus les dommages souterrains sont peu profonds, par conséquent, en réduisant la granularité du meulage, et complètement meulage, vous pouvez améliorer efficacement le degré de dommages souterrains. Le schéma de traitement du contrôle des dommages souterrains par étapes est présenté dans la figure ci-dessous :
Les dommages souterrains sont contrôlés par étapes
La première étape du meulage éliminera complètement les dommages souterrains sur la surface vierge et produira un nouveau sous-surface à ce stade, puis dans la deuxième étape du meulage, il est nécessaire d'éliminer le SSD généré lors de la première étape et de produire de nouveaux dommages souterrains. encore une fois, traiter à son tour, contrôler la taille des particules et la pureté de l'abrasif, et enfin obtenir la surface optique attendue. C’est également la stratégie de traitement suivie par la fabrication d’optiques depuis des centaines d’années.
De plus, après le processus de meulage, le décapage de la surface du composant peut éliminer efficacement les dommages souterrains, améliorant ainsi la qualité de la surface et l'efficacité du traitement.
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Heure de publication : 18 avril 2024
