1 Pengertian dan Penyebab Kerusakan Bawah Permukaan
Kerusakan komponen optik di bawah permukaan (SSD, kerusakan di bawah permukaan) biasanya disebutkan dalam aplikasi optik presisi tinggi seperti sistem laser intens dan mesin litografi, dan keberadaannya membatasi keakuratan pemrosesan akhir komponen optik dan selanjutnya mempengaruhi pencitraan kinerja sistem optik, sehingga perlu mendapat perhatian yang cukup. Kerusakan bawah permukaan biasanya ditandai dengan retakan di dalam permukaan elemen dan lapisan tegangan internal, yang disebabkan oleh beberapa fragmentasi sisa dan deformasi komposisi material di dekat permukaan. Model kerusakan bawah permukaan ditunjukkan sebagai berikut: lapisan atas adalah lapisan sedimen terpoles, kemudian lapisan cacat retak dan lapisan deformasi tegangan adalah lapisan bawah, dan lapisan material tanpa kerusakan adalah lapisan paling dalam. Diantaranya, lapisan cacat retak dan lapisan deformasi tegangan merupakan kerusakan bawah permukaan.
Model kerusakan bawah permukaan bahan optik
Bahan komponen optik umumnya berupa kaca, keramik dan bahan keras dan rapuh lainnya, pada tahap awal pengolahan komponen harus melalui proses penggilingan cetakan, penggilingan halus dan pemolesan kasar, dalam proses ini terdapat penggilingan mekanis dan reaksi kimia. dan memainkan peran. Alat abrasif atau abrasif yang bersentuhan dengan permukaan elemen mempunyai ciri-ciri ukuran partikel yang tidak rata, dan gaya setiap titik kontak pada permukaan elemen tidak seragam, sehingga lapisan cembung dan cekung serta lapisan retakan bagian dalam akan terjadi. diproduksi pada permukaan kaca. Material yang terdapat pada lapisan retak merupakan komponen yang pecah pada saat proses penggilingan, namun belum terlepas dari permukaan sehingga akan terbentuk kerusakan di bawah permukaan. Baik itu penggilingan partikel lepas secara abrasif atau penggilingan CNC, fenomena ini akan terbentuk pada permukaan material. Dampak sebenarnya dari kerusakan bawah permukaan ditunjukkan pada gambar berikut:
Render kerusakan bawah permukaan
2 Metode pengukuran kerusakan bawah permukaan
Karena kerusakan di bawah permukaan tidak dapat diabaikan, maka kerusakan tersebut harus dikendalikan secara efektif oleh produsen komponen optik. Untuk mengendalikannya secara efektif, perlu dilakukan identifikasi dan deteksi secara akurat ukuran kerusakan bawah permukaan pada permukaan komponen, sejak awal abad terakhir, manusia telah mengembangkan berbagai metode untuk mengukur dan mengevaluasi ukurannya. Dari kerusakan bawah permukaan komponen, menurut modus tingkat pengaruhnya terhadap komponen optik, dapat dibagi menjadi dua kategori: pengukuran destruktif dan pengukuran non-destruktif (pengujian non-destruktif).
Metode pengukuran destruktif, seperti namanya, adalah perlunya mengubah struktur permukaan elemen optik, sehingga kerusakan di bawah permukaan yang tidak mudah diamati dapat terungkap, kemudian menggunakan mikroskop dan instrumen lain untuk mengamati. Metode pengukuran, metode ini biasanya memakan waktu, namun hasil pengukurannya dapat diandalkan dan akurat. Metode pengukuran non-destruktif, yang tidak menyebabkan kerusakan tambahan pada permukaan komponen, menggunakan cahaya, suara, atau gelombang elektromagnetik lainnya untuk mendeteksi lapisan kerusakan bawah permukaan, dan menggunakan jumlah perubahan properti yang terjadi pada lapisan tersebut untuk menilai ukuran SSD, metode seperti ini relatif mudah dan cepat, tetapi biasanya observasi kualitatif. Menurut klasifikasi ini, metode deteksi kerusakan bawah permukaan saat ini ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Klasifikasi dan ringkasan metode deteksi kerusakan bawah permukaan
Penjelasan singkat mengenai metode pengukuran tersebut adalah sebagai berikut:
A. Metode yang merusak
a) Metode pemolesan
Sebelum munculnya pemolesan magnetorheologi, pekerja optik biasanya menggunakan pemolesan Taper untuk menganalisis kerusakan bawah permukaan komponen optik, yaitu memotong permukaan optik sepanjang Sudut miring untuk membentuk permukaan bagian dalam yang miring, kemudian memoles permukaan miring tersebut. Secara umum diyakini bahwa pemolesan tidak akan memperburuk kerusakan asli di bawah permukaan. Retakan pada lapisan SSD akan lebih terlihat jelas melalui korosi perendaman dengan reagen kimia. Kedalaman, panjang dan informasi lain dari lapisan kerusakan bawah permukaan dapat diukur dengan pengamatan optik pada permukaan miring setelah perendaman. Belakangan para ilmuwan menemukan metode Ball dimpling (Ball dimpling), yaitu menggunakan alat pemoles berbentuk bola untuk memoles permukaan setelah digiling, membuang lubang, kedalaman lubang harus sedalam mungkin, sehingga analisisnya dari sisi lubang dapat diperoleh informasi kerusakan bawah permukaan dari permukaan aslinya.
Metode umum untuk mendeteksi kerusakan bawah permukaan elemen optik
Pemolesan magnetorheological (MRF) adalah teknik yang menggunakan strip cairan magnetik untuk memoles komponen optik, yang berbeda dengan pemolesan aspal/poliuretan tradisional. Dalam metode pemolesan tradisional, alat pemoles biasanya memberikan gaya normal yang besar pada permukaan optik, sedangkan Mr Polishing menghilangkan permukaan optik dalam arah tangensial, sehingga Mr Polishing tidak mengubah karakteristik kerusakan bawah permukaan asli pada permukaan optik. Oleh karena itu, Mr Polishing dapat digunakan untuk memoles alur pada permukaan optik. Kemudian area pemolesan dianalisis untuk mengevaluasi besarnya kerusakan bawah permukaan permukaan optik asli.
a) Metode perekatan blok
Metode ini juga telah digunakan untuk menguji kerusakan bawah permukaan. Faktanya, pilih sampel persegi dengan bentuk dan bahan yang sama, poles kedua permukaan sampel, lalu gunakan perekat untuk merekatkan kedua permukaan sampel yang sudah dipoles, lalu giling sisi kedua sampel secara bersamaan. waktu. Setelah penggilingan, reagen kimia digunakan untuk memisahkan dua sampel persegi. Besar kecilnya kerusakan bawah permukaan yang disebabkan oleh tahap penggilingan dapat dievaluasi dengan mengamati permukaan poles yang terpisah menggunakan mikroskop. Diagram skema proses dari metode ini adalah sebagai berikut:
Diagram skema deteksi kerusakan bawah permukaan dengan metode perekat blok
Metode ini mempunyai keterbatasan tertentu. Karena terdapat permukaan yang lengket, keadaan permukaan yang lengket mungkin tidak sepenuhnya mencerminkan kerusakan bawah permukaan sebenarnya di dalam material setelah penggilingan, sehingga hasil pengukuran hanya dapat mencerminkan situasi SSD sampai batas tertentu.
a) Etsa kimia
Metode ini menggunakan bahan kimia yang sesuai untuk mengikis lapisan permukaan optik yang rusak. Setelah proses erosi selesai, kerusakan bawah permukaan dievaluasi berdasarkan bentuk permukaan dan kekasaran permukaan komponen serta indeks perubahan laju erosi. Reagen kimia yang umum digunakan adalah asam fluorida (HF), amonium hidrogen fluorida (NH4HF) dan bahan korosif lainnya.
b) Metode penampang
Sampel dibedah dan mikroskop elektron pemindai digunakan untuk mengamati secara langsung ukuran kerusakan bawah permukaan.
c) Metode impregnasi pewarna
Karena lapisan permukaan elemen optik tanah mengandung sejumlah besar retakan mikro, pewarna yang dapat membentuk kontras warna dengan substrat optik atau kontras dengan substrat dapat ditekan ke dalam material. Jika substrat terdiri dari bahan berwarna gelap, pewarna fluoresen dapat digunakan. Kerusakan di bawah permukaan kemudian dapat dengan mudah diperiksa secara optik atau elektronik. Karena retakan biasanya sangat halus dan berada di dalam material, jika kedalaman penetrasi pewarna tidak cukup, retakan tersebut mungkin tidak mewakili kedalaman sebenarnya dari retakan mikro. Untuk mendapatkan kedalaman retakan seakurat mungkin, sejumlah metode telah diusulkan untuk menghamili pewarna: pengepresan mekanis dan pengepresan isostatik dingin, dan penggunaan mikroanalisis probe elektron (EPMA) untuk mendeteksi jejak pewarna pada konsentrasi yang sangat rendah.
B, metode non-destruktif
a) Metode estimasi
Metode estimasi terutama memperkirakan kedalaman kerusakan bawah permukaan menurut ukuran partikel bahan abrasif dan ukuran kekasaran permukaan komponen. Para peneliti menggunakan sejumlah besar pengujian untuk menetapkan hubungan yang sesuai antara ukuran partikel bahan abrasif dan kedalaman kerusakan bawah permukaan, serta tabel kecocokan antara ukuran kekasaran permukaan komponen dan permukaan bawah. kerusakan permukaan. Kerusakan bawah permukaan pada komponen permukaan saat ini dapat diperkirakan dengan menggunakan korespondensinya.
b) Tomografi Koherensi Optik (OCT)
Tomografi koherensi optik, prinsip dasarnya adalah interferensi Michelson, mengevaluasi informasi yang diukur melalui sinyal interferensi dari dua berkas cahaya. Teknik ini biasanya digunakan untuk mengamati jaringan biologis dan memberikan tomografi penampang struktur bawah permukaan jaringan. Ketika teknik OCT digunakan untuk mengamati kerusakan bawah permukaan permukaan optik, parameter indeks bias sampel yang diukur harus dipertimbangkan untuk mendapatkan kedalaman retakan sebenarnya. Metode ini dilaporkan dapat mendeteksi cacat pada kedalaman 500μm dengan resolusi vertikal lebih baik dari 20μm. Namun bila digunakan untuk deteksi SSD pada material optik, cahaya yang dipantulkan dari lapisan SSD relatif lemah, sehingga sulit menimbulkan interferensi. Selain itu, hamburan permukaan juga akan mempengaruhi hasil pengukuran, dan akurasi pengukuran perlu ditingkatkan.
c) Metode hamburan laser
Iradiasi laser pada permukaan fotometrik, menggunakan sifat hamburan laser untuk menilai besarnya kerusakan di bawah permukaan, juga telah dipelajari secara ekstensif. Yang umum termasuk Mikroskop refeksi internal total (TIRM), Mikroskop pemindaian laser confocal (CLSM), dan mikroskop confocal polarisasi berpotongan (CPCM). mikroskop confocal polarisasi silang, dll.
d) Pemindaian mikroskop akustik
Pemindaian mikroskop akustik (SAM), sebagai metode deteksi ultrasonik, merupakan metode pengujian non-destruktif yang banyak digunakan untuk mendeteksi cacat internal. Cara ini biasanya digunakan untuk mengukur sampel dengan permukaan halus. Bila permukaan sampel sangat kasar maka keakuratan pengukuran akan berkurang karena pengaruh gelombang hamburan permukaan.
3 Metode pengendalian kerusakan bawah permukaan
Tujuan utama kami adalah mengendalikan kerusakan bawah permukaan komponen optik secara efektif dan mendapatkan komponen yang dapat menghilangkan SSD sepenuhnya. Dalam keadaan normal, kedalaman kerusakan bawah permukaan sebanding dengan ukuran ukuran partikel abrasif, semakin kecil ukuran partikel abrasif, semakin dangkal kerusakan bawah permukaan, oleh karena itu, dengan mengurangi granularitas penggilingan, dan sepenuhnya penggilingan, Anda dapat secara efektif meningkatkan tingkat kerusakan bawah permukaan. Diagram pengolahan pengendalian kerusakan bawah permukaan secara bertahap ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Kerusakan bawah permukaan dikendalikan secara bertahap
Penggilingan tahap pertama akan menghilangkan sepenuhnya kerusakan bawah permukaan pada permukaan kosong dan menghasilkan bawah permukaan baru pada tahap ini, kemudian pada penggilingan tahap kedua, SSD yang dihasilkan pada tahap pertama perlu dihilangkan dan menghasilkan kerusakan bawah permukaan baru. lagi, memproses secara bergantian, dan mengontrol ukuran partikel dan kemurnian bahan abrasif, dan akhirnya mendapatkan permukaan optik yang diharapkan. Ini juga merupakan strategi pemrosesan yang diikuti oleh manufaktur optik selama ratusan tahun.
Selain itu, setelah proses penggilingan, pengawetan permukaan komponen dapat secara efektif menghilangkan kerusakan di bawah permukaan, sehingga meningkatkan kualitas permukaan dan meningkatkan efisiensi pemrosesan.
Kontak:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Telepon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
web：www.pliroptics.com
Tambahkan: Gedung 1, No.1558, jalan intelijen, qingbaijiang, chengdu, sichuan, Cina
Waktu posting: 18 April-2024
