中國粉體網(wǎng)訊  光學元件作為天文望遠鏡、人工智能(AR/VR),、半導體芯片光刻、新一代通信,、醫(yī)療設備影像,、新能源等軍民領域的核心關鍵元器件，有著龐大的市場需求,，特別是在航空航天與高新技術領域的大光學工程項目領域,，需數(shù)以萬計大批量、米級口徑特殊性能超高精度光學元件,。

在光學元件得到廣泛應用的同時,，對元件的表面加工質量要求也不斷變高，高成像質量,、大口徑,、輕量化是必然的趨勢。例如,，高分辨率對地觀測系統(tǒng),、X射線望遠鏡等空間裝備，以大口徑光學元件為核心功能支撐,。大口徑光學元件材料硬脆,、面形復雜、極端輕量化,，需要實現(xiàn)全頻譜納米級加工精度,，而國產制造裝備在口徑、精度、效率方面均不能滿足要求,。因此,，制造高精度表面的光學元件目前是國內外專家的研究重點。拋光作為光學元件超精密制造中最后一道冷加工工序,，其目的是為了去除表面損傷層和平滑表面誤差,，降低加工工件表面粗糙度，獲取高質量的光滑表面,。

現(xiàn)階段,，光學元件一般需經過粗磨、精磨,、拋光和鍍膜等工序,，其表面質量主要取決于拋光工藝的缺陷去除能力與誤差控制水平，而能夠獲取更優(yōu)面形精度及低表面/亞表面損傷抑制的精磨工藝則決定了加工效率,。實現(xiàn)超精拋光的方法有很多種,，較為主流的拋光方法有：小磨頭拋光、應力盤拋光,、磁流變拋光,、離子束拋光、氣囊拋光,、化學機械拋光,、磁射流拋光等。經過綜合評價后,，認為氣囊拋光有著更明顯的技術優(yōu)勢,。優(yōu)勢如下：1) 氣囊拋光頭與非球面吻合度好，非常適用于大口徑非球面拋光,；2) 去除函數(shù)穩(wěn)定性好,，呈類高斯分布；3) 去除效率高,、加工面形精度高,。

超精密加工制造裝備是實現(xiàn)光學元件超精密加工的前提基礎。至今世界各國均對光學超精密磨拋技術投入了較大的研發(fā)力量,，已經研制出了較多相對成熟的高精度磨拋設備,，較好地滿足了當前大部分的光學元件加工需求。在拋光設備方面,，法國REOSC制造了具備加工8m口徑鏡片能力的拋光機,，用于拋光超大望遠鏡VLT鏡，面形誤差可收斂到8.8nmRMS,；美國QED公司研制的磁流變數(shù)控拋光機床Q22-2000F能實現(xiàn)平面,、球面,、非球面和自由曲面等多種面形大口徑光學非球面元件的加工，可高效率和高精度的加工出口徑為2m級別的光學元件,。

對超精密制造所需的核心裝備與關鍵技術,，我國長期依賴進口。為了突破制約我國現(xiàn)階段超精密技術發(fā)展的瓶頸,，在國家大工程項目的牽引與驅動下,，我國在光學超精密制造裝備與工藝取得了顯著進展。例如,，國防科技大學研制的超精密機床UPL-450,，磨削Φ195 mm的單晶硅曲面光學元件，面形精度PV值從20.4μm降低到3.77μm,，表面粗糙度Ra值從0.515μm提升到了0.081μm,。

雖然國內已能夠研發(fā)制造出相對高端的精密機床，但與國際先進水平相比,，我國的光學超精密加工技術與裝備還存在一定的差距,。2024年7月9日，中國粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2024高端研磨拋光材料技術大會”,，屆時,，河南工業(yè)大學機電工程學院副教授班新星將帶來《光學元件超精密拋光工藝及裝備》的報告，其報告將從先進光學元件的超精密制造工藝出發(fā),，結合自身的科研經歷和研究計劃,，以大口徑平面光學元件超精密拋光為例，探討平面拋光機理,、面形收斂機制、拋光機床設計及工藝優(yōu)化控制等問題,。

專家簡介

班新星,，河南工業(yè)大學機電工程學院副教授，碩士生導師,，博士畢業(yè)于西安交通大學機械工程專業(yè),，中國機械工程學會高級會員。長期從事高端裝備設計與開發(fā),、半導體超精密加工等方面的研究,，承擔包括國家重大科技專項、中國博士后基金以及省部級項目等10多項,。先后提出大口徑光學元件快速拋光,、多能場輔助拋光碳化硅等超精密加工方法。已發(fā)表相關學術論文30余篇,，申請發(fā)明專利10余項,。擔任國際期刊Tribology International,、Precision engineering、IJAMT等審稿人,。

來源：

謝國宏：光學元件表面拋光創(chuàng)成及其形貌研究

彭云峰等：光學元件超精密磨拋加工技術研究與裝備開發(fā)

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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