1 Definisi dan punca kerosakan bawah permukaan
Kerosakan sub-permukaan komponen optik (SSD, kerosakan sub-permukaan) biasanya disebut dalam aplikasi optik berketepatan tinggi seperti sistem laser sengit dan mesin litografi, dan kewujudannya menyekat ketepatan pemprosesan akhir komponen optik dan seterusnya menjejaskan pengimejan. prestasi sistem optik, jadi ia perlu diberi perhatian yang secukupnya. Kerosakan bawah permukaan biasanya dicirikan oleh keretakan di dalam permukaan elemen dan lapisan tegasan dalaman, yang disebabkan oleh beberapa pemecahan sisa dan ubah bentuk komposisi bahan di kawasan permukaan berhampiran. Model kerosakan bawah permukaan ditunjukkan seperti berikut: lapisan atas adalah lapisan sedimen yang digilap, dan kemudian lapisan kecacatan retak dan lapisan ubah bentuk tegasan adalah lapisan bawah, dan lapisan bahan tanpa kerosakan adalah lapisan paling dalam. Antaranya, lapisan kecacatan retak dan lapisan ubah bentuk tegasan adalah kerosakan bawah permukaan.
Model kerosakan bawah permukaan bahan optik
Komponen optik bahan biasanya kaca, seramik dan bahan keras dan rapuh lain, pada peringkat pemprosesan awal komponen, perlu melalui pengacuan pengilangan, pengisaran halus dan proses penggilap kasar, dalam proses ini, pengisaran mekanikal dan tindak balas kimia wujud. dan memainkan peranan. Alat pelelas atau pelelas yang bersentuhan dengan permukaan unsur mempunyai ciri-ciri saiz zarah yang tidak sekata, dan daya setiap titik sentuhan pada permukaan elemen tidak seragam, jadi lapisan cembung dan cekung dan lapisan retak dalaman akan dihasilkan pada permukaan kaca. Bahan yang terdapat dalam lapisan retak adalah komponen yang telah pecah semasa proses pengisaran, tetapi tidak jatuh dari permukaan, maka kerosakan sub-permukaan akan terbentuk. Sama ada pengisaran kasar zarah longgar atau pengisaran CNC, fenomena ini akan terbentuk pada permukaan bahan. Kesan sebenar kerosakan bawah permukaan ditunjukkan dalam rajah berikut:
Pemberian kerosakan bawah permukaan
2 Kaedah pengukuran kerosakan bawah permukaan
Oleh kerana kerosakan sub-permukaan tidak boleh diabaikan, ia mesti dikawal dengan berkesan oleh pengeluar komponen optik. Untuk mengawalnya dengan berkesan, adalah perlu untuk mengenal pasti dan mengesan dengan tepat saiz kerosakan bawah permukaan pada permukaan komponen, sejak awal abad yang lalu, orang ramai telah membangunkan pelbagai kaedah untuk mengukur dan menilai saiz kerosakan bawah permukaan komponen, mengikut mod tahap pengaruh pada komponen optik, ia boleh dibahagikan kepada dua kategori: ukuran merosakkan dan ukuran tidak merosakkan (ujian tidak merosakkan).
Kaedah pengukuran yang merosakkan, seperti namanya, adalah keperluan untuk menukar struktur permukaan unsur optik, supaya kerosakan sub-permukaan yang tidak mudah diperhatikan dapat didedahkan, dan kemudian menggunakan mikroskop dan instrumen lain untuk memerhatikan kaedah pengukuran, kaedah ini biasanya memakan masa, tetapi keputusan pengukurannya boleh dipercayai dan tepat. Kaedah pengukuran tidak merosakkan, yang tidak menyebabkan kerosakan tambahan pada permukaan komponen, menggunakan cahaya, bunyi, atau gelombang elektromagnet lain untuk mengesan lapisan kerosakan bawah permukaan, dan menggunakan jumlah perubahan sifat yang berlaku dalam lapisan untuk menilai saiz SSD, kaedah sedemikian agak mudah dan cepat, tetapi biasanya pemerhatian kualitatif. Menurut klasifikasi ini, kaedah pengesanan semasa untuk kerosakan bawah permukaan ditunjukkan dalam rajah di bawah:
Klasifikasi dan ringkasan kaedah pengesanan kerosakan bawah permukaan
Penerangan ringkas kaedah pengukuran berikut:
A. Kaedah yang merosakkan
a) Kaedah mengilat
Sebelum penampilan penggilap magnetorheologi, pekerja optik biasanya menggunakan penggilap Tirus untuk menganalisis kerosakan sub-permukaan komponen optik, iaitu, memotong permukaan optik di sepanjang Sudut serong untuk membentuk permukaan dalaman serong, dan kemudian menggilap permukaan serong. Secara amnya dipercayai bahawa penggilap tidak akan memburukkan lagi kerosakan sub-permukaan asal. Keretakan lapisan SSD akan lebih jelas didedahkan melalui kakisan rendaman dengan reagen kimia. Kedalaman, panjang dan maklumat lain lapisan kerosakan sub-permukaan boleh diukur dengan pemerhatian optik permukaan condong selepas rendaman. Kemudian, saintis mencipta kaedah Ball dimpling (Ball dimpling), iaitu menggunakan alat penggilap sfera untuk menggilap permukaan selepas mengisar, membuang lubang keluar, kedalaman lubang perlu sedalam mungkin, supaya analisis bahagian tepi lubang boleh mendapatkan maklumat kerosakan bawah permukaan permukaan asal.
Kaedah biasa untuk mengesan kerosakan bawah permukaan unsur optik
Penggilapan magnetorheologi (MRF) ialah teknik yang menggunakan jalur cecair magnetik untuk menggilap komponen optik, yang berbeza daripada penggilap asfalt/poliuretana tradisional. Dalam kaedah penggilap tradisional, alat penggilap biasanya mengenakan daya normal yang besar pada permukaan optik, manakala En Polishing mengeluarkan permukaan optik dalam arah tangen, jadi En Polishing tidak mengubah ciri kerosakan sub-permukaan asal permukaan optik. Oleh itu, Mr Polishing boleh digunakan untuk menggilap alur pada permukaan optik. Kemudian kawasan penggilap dianalisis untuk menilai saiz kerosakan bawah permukaan permukaan optik asal.
a) Kaedah gam blok
Kaedah ini juga telah digunakan untuk menguji kerosakan bawah permukaan. Malah, pilih sampel segi empat sama dengan bentuk dan bahan yang sama, gilap kedua-dua permukaan sampel, dan kemudian gunakan pelekat untuk melekatkan kedua-dua permukaan sampel yang digilap itu bersama-sama, dan kemudian kisar bahagian kedua-dua sampel bersama-sama pada masa yang sama masa. Selepas mengisar, reagen kimia digunakan untuk memisahkan dua sampel persegi. Saiz kerosakan bawah permukaan yang disebabkan oleh peringkat pengisaran boleh dinilai dengan memerhati permukaan digilap yang diasingkan dengan mikroskop. Gambarajah skematik proses kaedah adalah seperti berikut:
Gambar rajah skema pengesanan kerosakan bawah permukaan dengan kaedah pelekat blok
Kaedah ini mempunyai batasan tertentu. Kerana terdapat permukaan melekit, keadaan permukaan melekit mungkin tidak mencerminkan sepenuhnya kerosakan bawah permukaan sebenar di dalam bahan selepas mengisar, jadi hasil pengukuran hanya boleh mencerminkan keadaan SSD pada tahap tertentu.
a) Goresan kimia
Kaedah ini menggunakan agen kimia yang sesuai untuk menghakis lapisan permukaan optik yang rosak. Selepas proses hakisan selesai, kerosakan bawah permukaan dinilai dengan bentuk permukaan dan kekasaran permukaan komponen dan perubahan indeks kadar hakisan. Reagen kimia yang biasa digunakan ialah asid hidrofluorik (HF), ammonium hidrogen fluorida (NH4HF) dan agen menghakis lain.
b) Kaedah keratan rentas
Sampel dibedah dan mikroskop elektron pengimbasan digunakan untuk memerhati secara langsung saiz kerosakan bawah permukaan.
c) Kaedah impregnasi pewarna
Oleh kerana lapisan permukaan unsur optik tanah mengandungi sejumlah besar retakan mikro, pewarna yang boleh membentuk kontras warna dengan substrat optik atau kontras dengan substrat boleh ditekan ke dalam bahan. Jika substrat terdiri daripada bahan gelap, pewarna pendarfluor boleh digunakan. Kerosakan bawah permukaan kemudiannya boleh diperiksa dengan mudah secara optik atau elektronik. Kerana retakan biasanya sangat halus dan di dalam bahan, apabila kedalaman penembusan penembusan pewarna tidak mencukupi, ia mungkin tidak mewakili kedalaman sebenar retakan mikro. Untuk mendapatkan kedalaman retakan setepat mungkin, beberapa kaedah telah dicadangkan untuk meresapi pewarna: pratekan mekanikal dan penekan isostatik sejuk, dan penggunaan analisis mikro kuar elektron (EPMA) untuk mengesan kesan pewarna pada kepekatan yang sangat rendah.
B, kaedah tidak merosakkan
a) Kaedah anggaran
Kaedah anggaran terutamanya menganggarkan kedalaman kerosakan sub-permukaan mengikut saiz saiz zarah bahan pelelas dan saiz kekasaran permukaan komponen. Penyelidik menggunakan sejumlah besar ujian untuk mewujudkan hubungan yang sepadan antara saiz zarah bahan pelelas dan kedalaman kerosakan sub-permukaan, serta jadual padanan antara saiz kekasaran permukaan komponen dan sub- kerosakan permukaan. Kerosakan bawah permukaan permukaan komponen semasa boleh dianggarkan dengan menggunakan surat-menyurat mereka.
b) Tomografi Koheren Optik (OCT)
Tomografi koheren optik, prinsip asasnya ialah gangguan Michelson, menilai maklumat yang diukur melalui isyarat gangguan dua pancaran cahaya. Teknik ini biasanya digunakan untuk memerhati tisu biologi dan memberikan tomografi keratan rentas struktur bawah permukaan tisu. Apabila teknik OCT digunakan untuk memerhati kerosakan bawah permukaan permukaan optik, parameter indeks biasan sampel yang diukur mesti dipertimbangkan untuk mendapatkan kedalaman retak sebenar. Kaedah ini dilaporkan boleh mengesan kecacatan pada kedalaman 500μm dengan resolusi menegak lebih baik daripada 20μm. Walau bagaimanapun, apabila ia digunakan untuk pengesanan SSD bahan optik, cahaya yang dipantulkan dari lapisan SSD agak lemah, jadi sukar untuk membentuk gangguan. Selain itu, serakan permukaan juga akan menjejaskan hasil pengukuran, dan ketepatan pengukuran perlu dipertingkatkan.
c) Kaedah penyebaran laser
Penyinaran laser pada permukaan fotometrik, menggunakan sifat penyerakan laser untuk menilai saiz kerosakan bawah permukaan, juga telah dikaji secara meluas. Yang biasa termasuk Total internal refection microscopy (TIRM), Confocal laser scanning microscopy (CLSM) dan intersecting polarization confocal microscopy (CPCM). mikroskop confocal polarisasi silang, dsb.
d) Mengimbas mikroskop akustik
Mengimbas mikroskop akustik (SAM), sebagai kaedah pengesanan ultrasonik, adalah kaedah ujian tidak merosakkan yang digunakan secara meluas untuk mengesan kecacatan dalaman. Kaedah ini biasanya digunakan untuk mengukur sampel dengan permukaan licin. Apabila permukaan sampel sangat kasar, ketepatan pengukuran akan berkurangan kerana pengaruh gelombang berserakan permukaan.
3 Kaedah kawalan kerosakan bawah permukaan
Matlamat utama kami adalah untuk mengawal kerosakan bawah permukaan komponen optik secara berkesan dan mendapatkan komponen yang mengalih keluar SSDS sepenuhnya. Dalam keadaan biasa, kedalaman kerosakan sub-permukaan adalah berkadar dengan saiz saiz zarah kasar, lebih kecil saiz zarah pelelas, lebih cetek kerosakan sub-permukaan, oleh itu, dengan mengurangkan butiran pengisaran, dan sepenuhnya. pengisaran, anda boleh meningkatkan tahap kerosakan bawah permukaan dengan berkesan. Gambar rajah pemprosesan kawalan kerosakan bawah permukaan secara berperingkat ditunjukkan dalam rajah di bawah:
Kerosakan bawah permukaan dikawal secara berperingkat
Peringkat pertama pengisaran akan menghapuskan sepenuhnya kerosakan bawah permukaan pada permukaan kosong dan menghasilkan subpermukaan baru pada peringkat ini, dan kemudian pada peringkat kedua pengisaran, adalah perlu untuk mengeluarkan SSD yang dihasilkan pada peringkat pertama dan menghasilkan kerosakan bawah permukaan yang baru. sekali lagi, memproses secara bergilir-gilir, dan mengawal saiz zarah dan ketulenan pelelas, dan akhirnya mendapatkan permukaan optik yang diharapkan. Ini juga merupakan strategi pemprosesan yang telah diikuti oleh pembuatan optik selama beratus-ratus tahun.
Di samping itu, selepas proses pengisaran, penjerukan permukaan komponen dengan berkesan boleh menghapuskan kerosakan sub-permukaan, dengan itu meningkatkan kualiti permukaan dan meningkatkan kecekapan pemprosesan.
Hubungi:
Email:jasmine@pliroptics.com ;
Telefon/Whatsapp/Wechat:86 19013265659
web：www.pliroptics.com
Tambah:Bangunan 1, No.1558, jalan risikan, qingbaijiang, chengdu, sichuan, china
Masa siaran: Apr-18-2024
