航空制造工程手册 光学元件工艺PDF电子书下载

概论 1

目录 1

第1章 光学制图 2

1.1光学制图 2

1.1.1一般规定 2

1.1.2光学零件和光学胶合件图 4

1.1.3光学零部件图样 6

1.2光学图样和技术文件中常用术语和符号 8

1.2.1几何光学 8

1.2.2光学零件的技术要求常用术语 10

1.2.3像质评定常用术语 10

2.1.1构成 11

2.1.2半径数值 11

2.1光学零件球面半径数值系列 11

第2章 光学零件的技术要求 11

2.2光学零件的外径及透镜有关公差 20

2.2.1光学零件的外径余量 20

2.2.2圆形光学零件与镜框配合公差 21

2.3光学零件的中心厚度及边缘最小厚度和厚度公差 21

2.3.1透镜中心及边缘最小厚度 21

2.3.2厚度公差 22

2.4光学零件的倒角 23

2.4.1圆形光学零件的倒角 23

2.4.2非圆形光学零件的倒角 23

2.5透镜中心误差 24

2.5.1术语及定义 24

2.5.2基准轴的选定及其标注示例 24

2.5.3中心误差的标注 25

2.5.5透镜中心误差允许值的给定 26

2.5.4检验 26

2.6.1玻璃平板 27

2.6.2光楔 27

2.7光学零件气泡度 27

2.7.1定义 27

2.7.2标注方法 27

2.6角度公差 27

2.7.3检验方法 28

2.8表面粗糙度 29

2.9光学零件表面疵病 30

2.9.1术语、代号 30

2.9.2换算 30

2.9.3标注 31

2.9.4麻点和擦痕的转换 32

2.9.6试验方法 33

2.9.5密集 33

第3章 光学材料 34

3.1无色光学玻璃 34

3.1.1无色光学玻璃的物理、化学和机械性能 34

3.1.2国产无色光学玻璃与国外牌号对照 40

3.2有色光学玻璃 41

3.2.1有色光学玻璃技术要求和可能达到的最高类级别 41

3.2.2有色光学玻璃的折射率、密度、反射修正值、化学稳定性 43

3.2.3国产有色光学玻璃与国外牌号对照 46

3.3非硅酸盐红外光学玻璃 47

3.3.1用G6O2、TeO2、TeO3、Sb2O3、Al2O3、Ga2O3、Bi2O3、La2O3及TiO2等代替SiO2而制得的玻璃 47

3.3.2硫、硒、碲等非氯化物玻璃 48

3.4.2光学石英玻璃的质量指标 50

3.4光学石英玻璃 50

3.4.1光学石英玻璃的牌号与名称 50

3.4.3常用光学石英玻璃应达到的技术指标 52

3.4.4石英玻璃的物理化学性能 52

3.5普通平板玻璃 52

3.5.1分类 53

3.5.2质量指标 53

3.5.3普通平板玻璃尺寸系列 54

3.5.4标注示例 54

3.6光学塑料 54

3.7晶体 58

3.7.1光学晶体质量指标分级分类 58

3.7.2常用离子晶体的主要物理、化学性能 59

3.7.3常用半导体晶体的物理、化学生能 63

3.8热压多晶红外光学材料 64

3.9红外透明陶瓷 65

3.10微晶玻璃 66

第4章 常用辅助材料 67

4.1光学加工常用辅助材料 67

4.1.1磨料 67

4.1.2抛光粉 76

4.1.3抛光模层材料 77

4.1.4冷却液 79

4.1.5粘结材料 79

4.2其他辅助材料 80

4.2.1清洗材料 80

4.2.2擦拭材料 82

4.2.3保护材料 83

4.2.4包装材料 85

第5章 毛坯制造 92

5.1型料毛坯 92

5.1.1热压成形 92

5.1.2浇注、槽沉、压延和浮流法成形 96

5.2块料毛坯 98

5.2.1切料前的注意事项 98

5.2.2切料尺寸与形状 98

5.2.3切料方法 98

第6章 粗磨及铣削加工 100

6.1用散粒磨料加工 100

6.1.1影响散粒磨料研磨加工的因素 100

6.1.2划切 100

6.1.3散粒磨料磨外圆 101

6.1.1散粒磨科粗磨平面 102

6.15散粒磨料粗磨球面 104

6.1.6散粒磨料倒角 106

6.1.7散粒磨料粗磨平面和球面的余量及公差 106

6.1.8散粒磨料粗磨平面和球面的磨模 107

6.1.9粗磨平面和球面常见的问题 109

6.2用金刚石磨轮加工 109

6.2.1影响铣磨加工的因素 109

6.2.2金刚石磨轮磨外圆 111

6.2.3磨轮加工平面 112

6.2.4铣磨球面 112

6.2.5铣磨时常见的问题 114

6.3钻孔、铣槽、磨圆弧 115

6.3.1钻孔 115

6.3.2铣槽与磨圆弧 117

6.3.3磨圆弧 119

6.4粗磨加工检验 119

64.1表面粗糙度检验 119

6.4.2面形误差检验 120

6.4.3角度检验和线值（尺寸）检验 120

第7章 精磨 121

7.1散粒磨料精磨法 121

7.1.1精磨模的修整 121

7.1.2精磨工艺 121

7.1.3准球心精磨 125

7.2金刚石磨具精磨 125

7.2.1金刚石磨具 126

7.3.1平面和球面金刚石磨具精磨工艺参数的选择 128

7.3金刚石精磨工艺因素的选择 128

7.2.2冷却液 128

7.3.2精磨工艺因素的选择举例 129

第8章 抛光 130

8.1古典法抛光 130

8.1.1古典法抛光原理及其特点 130

8.1.2古典法抛光前的准备工作 131

8.1.3抛光工艺 134

8.1.4面形偏差的修改 136

8.1.5表面疵病的产生原因 139

8.1.6抛光工艺要求及注意事项 141

8.2高速抛光 141

8.2.1准球心法抛光 141

8.2.2范成法抛光 149

8.3.2离子抛光的工艺因素 153

8.3离子抛光 153

8.3.1离子抛光原理 153

8.3.3离子抛光的工艺过程 154

8.3.4离子抛光的优缺点 154

8.4抛光检验 154

8.4.1线性尺寸检验 154

8.4.2表面疵病检验 155

8.4.3平行差和角度误差检验 157

第9章 透镜定心磨边 161

9.1透镜定心原理及定心方法 161

9.1.1表面反射像定中心 161

9.1.2自准像定中心 162

9.1.3光学一电视定心法 165

9.1.4透射像定中心 165

9.1.5机械法定中心 166

91.6透镜偏心差面倾角“x”与其它表示方法的换算 167

9.2透镜定心磨边工艺及定心精度 169

9.2.1定心磨边工艺 169

9.2.2定心精度 171

9.3定心磨边中容易产生的缺陷及克服办法 174

9.4检验 175

第10章 典型光学零件加工 176

10.1透镜类型的零件加工 176

10.1.1透镜加工一般工艺过程 176

10.1.2各种类型透镜的加工 179

10.2楔形镜和平面镜类型的零件加工 183

10.2.1小角度楔形镜加工 183

10.2.2薄形平面镜加工 185

10.2.345°尖角玻璃平板的加工 186

10.3棱镜类型的零件加工 188

10.2.4高精度平面的加工 188

10.3.1直角棱镜的加工 189

10.3.2高精度五角棱镜加工 190

10.3.3直角屋脊棱镜加工 192

10.3.4锥体棱镜加工 193

第11章 非球面光学零件加工 196

11.1非球面加工方法 196

11.1.1表面去除法 196

11.2轴对称非球面加工 197

11.2.1手工研磨修带法磨制轴对称非球面 197

11.1.3表面镀膜加工法 197

11.1.2表面变形加工法 197

11.2.2凸轮仿形法 202

11.2.3非球面的其它加工方法 205

11.3轴对称非球面透镜检测 207

11.3.1轴对称非球面粗磨检验 208

11.3.2轴对称非球面透镜的精磨检验 208

11.3.3轴对称非球面透镜的抛光检测 211

第12章 特殊材料光学零件加工 217

12.1典型晶体材料光学零件加工 217

12.1.1晶体的基本属性 217

12.1.2晶体的质量指标 218

12.1.3晶体光学零件的制造特点 218

12.1.4晶体光学零件的加工方法 226

12.1.5几种典型晶体零件加工举例 233

12.2.1轴承钢反光镜的精磨与抛光 244

12.2金属材料光学零件加工 244

12.2.2铁镍合金反光镜的精磨和抛光 245

第13章 塑料光学零件的加工 247

13.1塑料光学零件的注射成形 247

13.1.1注射机类型 247

13.1.2喷嘴 247

13.1.3注射周期 248

13.1.4注塑模浇注系统 248

13.1.5残余应力与分子取向 249

13.1.6注塑工艺 249

13.1.7注射成形光学塑料零件的精度 250

13.1.8光学塑料制品常见缺陷及其造成原因 250

13.2塑料光学零件的压制成形 251

13.2.1压制成形工艺过程 251

13.2.3模具设计应注意的问题 252

13.2.2压制成形模具的加工 252

13.3塑料光学零件的铸造成形 253

13.3.1铸造成形工艺过程及注意事项 253

13.3.2铸造成形塑料光学零件举例 253

13.4其他成形方法 253

13.4.1流延成形 253

13.4.2车削成形 254

第14章 光学零件的辅助加工 255

14.1光学零件的上盘 255

14.1.1平面零件的上盘 255

14.1.2透镜上盘 257

14.1.3棱镜上盘 260

14.1.4上盘中常见问题及克服力、法 263

14.2.2清洗 264

14.2.1下盘 264

14.2光学零件的下盘与清洗 264

第15章 光学零件的胶合 266

15.1概述 266

15.1.1胶合用胶 266

15.1.2胶合用胶的种类 266

15.2胶合工艺及拆胶 269

15.2.1胶合 269

15.2.2光胶 271

15.2.3定中心 272

15.2.4拆胶 273

15.3疵病及克服方法 274

15.4胶合检测 275

第16章 工装和工具 277

16.1通用工装和工具 277

16.1.1刀具 277

16.1.2夹具与模具 285

16.2专用工装 296

16.2.1平模设计 296

16.2.2平模结构设计 298

16.2.3球模设计 298

16.2.4球模结构设计 303

16.2.5球模设计举例 306

16.3量具 308

16.3.1圆弧样板 308

16.3.2玻璃直尺 310

16.3.3活动角尺 310

16.3.4角度样板 311

16.3.5光学刻尺 311

16.3.690°光胶角度样板 312

16.3.7卡规 312

16.4.1火漆团座 313

16.4辅助工具 313

16.4.290°金刚石铣刀 314

第17章 光学薄膜的分类和基本特性 315

17.1光学薄膜的种类及符号标注 315

17.1.1光学薄膜的种类 315

17.1.2光学薄膜在图上的填写 315

17.1.3光学薄膜在图纸上的标注 316

17.2选择光学薄膜的一般原则 317

17.3光学薄膜的基本特性及其质量保证和应用 317

17.3.1航空产品中减反射膜的基本特性及其质量保证和应用 317

17.3.2航空产品中反射膜的基本特性及其质量保证和应用 321

17.3.3航空产品中分光膜的基本特性及其质量保证和应用 324

17.3.4航空产品中截止滤光膜的基本特性及其质量保证和应用 327

17.3.5航空产品中带通滤光片的基本特性及其质量保证和应用 328

17.3.6航空产品中中性滤光片的基本特性及其质量保证和应用 330

17.3.7航空产品中常用的几种滤光膜及其应用特点 331

17.3.8航空产品中保护膜和电热膜的基本特性及其应用 332

第18章 光学薄膜的设计 334

18.1光学薄膜特性的计算 334

18.1.1单层介质薄膜反射率的计算 334

18.1.2多层介质薄膜系统的计算 335

18.1.3矢量法 337

18.1.4周期性对称膜系的计算 339

18.15光学薄膜设计中的计算机辅助技术 339

18.2不同类型光学薄膜的设计 340

18.2.1减反射膜 340

18.2.2反射膜 351

18.2.3分光膜 360

18.2.4截止滤光片 365

19.1光学镀膜设备 386

19.1.1真空的基本知识 386

第19章 镀膜技术 386

19.1.2真空的获得 387

19.1.3真空的测量 391

19.1.4真空镀膜设备 393

19.2真空镀膜材料 394

19.2.1金属薄膜材料 394

19.2.2介质和半导体薄膜材料 396

19.2.3几种常用介质薄膜材料的性质 397

19.2.4红外薄膜材料 398

19.2.5紫外薄膜材料 399

19.3影响薄膜质量和特性的因素 405

19.3.1工艺因素的影响 405

19.3.2膜层厚度均匀性的影响 408

19.3.3蒸发源的影响 411

19.4薄膜的厚度监控 417

19.4.1目视法 417

19.4.2极值法 418

19.4.3任意厚度的监控方法和装置 422

19.5.1真空室的精洁 424

19.5.2基底清洗 424

19.5镀膜前的准备 424

20.1.2技术走廊——水、电、气的供给 428

20.1.1光学镀膜厂房的要求 428

20.1.3排风设施 428

20.1光学镀膜对工艺设施的要求 428

第20章 光学薄膜镀制工艺 428

20.2.2基底清洗 429

20.2.1准备工序 429

20.2.3装件 429

20.2.4烘烤 429

20.2真空镀膜基本工艺 429

20.1.4吹砂及化学清洗间 429

20.2.7蒸发 430

20.2.6离子轰击 430

20.2.8验证片及其在镀膜工艺中的作用 430

20.2.5预熔 430

20.3.3硫化锌（红外）单层减反射膜 431

20.3.2一氯化硅（红外）单层减反射膜 431

20.3.4MgF2一SIO双层减反射膜（λ/4-λ/4） 431

20.3.1氟化镁单层减反射膜 431

20.3减反射膜镀制工艺 431

20.4反射膜镀制工艺 433

20.4.1镀铝反射膜 433

20.3.5MgF2-Ta2O5-A12O3三层减反射膜（λ/4-λ/2-λ/4） 433

20.4.2镀银反射膜 434

20.4.3镀金反射膜 435

20.4.4镀多层介质高反射膜 435

20.4.5激光对多层介质薄膜的损伤 436

20.5.1控制波长的计算公式 438

20.5.2控制厚度的计算公式 438

20.5分光膜镀制工艺 438

20.5.3中性分光膜 439

20.6滤光膜镀制工艺 439

20.6.1干涉截止滤光片 439

20.6.2带通滤光片 441

第21章 薄膜的质量保证 444

21.1目视检验 444

21.2光谱特性检验 444

21.2.1透射率测量 444

21.2.2反射率测量 445

21.2.3薄膜的光学损耗 447

21.3用光度法测量薄膜折射率 447

21.4.1剥落试验 448

21.4.2摩擦试验 448

21.4薄膜的牢固度试验 448

21.4.3湿度试验 449

21.4.4盐雾试验 449

21.4.5温度冲击试验 449

第22章 光学零件的刻划 450

22.1概述 450

22.2机械化学法 451

22.2.1零件的清洗 452

22.2.2涂刻度腊 452

22.2.3在蜡层上浮刻 455

22.2.4腐蚀刻线 458

22.2.5除蜡清洗 460

22.2.6填充着色 460

22.2.8机械化学法中常产生的疵病 461

22.2.7修正抛光 461

22.3机械物理法（真空着色法） 462

22.3.1零件的清洗 463

22.3.2涂甲基紫底层 463

22.3.3浮刻甲基紫底层 463

23.3干法刻蚀的一般工艺技术条件 463

23.4干法刻蚀工艺 464

22.3.4去除保护油和切屑 464

22.3.5真空镀膜着色 464

22.3.6去除甲基紫底层 464

22.3.7机械物理法中常产生的疵病 464

22.4物理化学法（光刻刻划法） 465

22.4.1底版的制作 465

22.4.4光刻胶的选择与涂布 466

22.4.3真空镀膜层 466

22.4.2零件的清洗 466

22.4.5前烘 472

22.4.6曝光 473

22.4.7显影 475

22.4.8后烘 476

22.4.9腐蚀 476

22.4.10除膜 478

22.4.11光刻刻划线条常见的疵病 478

第23章 干法刻蚀的应用 480

23.1干法刻蚀 480

23.1.1干法刻蚀技术的优点 480

23.1.2干法刻蚀与湿法刻蚀 481

23.2干法刻蚀的分类 482

23.3.3安全要求 483

23.3.2技术走廊一水、电、气的供给 483

23.3.1厂房的要求 483

23.5等离子刻蚀 486

23.5.1等离子刻蚀的各种特性 486

23.5.2等离子刻蚀原理 486

23.5.3等离子刻蚀系统 487

23.6离子束刻蚀和反应离子束刻蚀 491

23.6.1离子束刻蚀（IBE） 491

23.6.2反应离子束刻蚀（RIBE） 496

23.7调制盘的干刻法复制工艺 498

23.7.1零件的清洗 498

23.7.2在基片上镀膜 499

23.7.3涂助粘剂、光刻胶与烘干 499

23.7.4零件曝光 501

23.7.5显影、水洗及吹干 502

23.7.6坚膜（后烘） 502

23.7.7离子束刻蚀 503

23.7.8化学清洗 504

23.7.9等离子去胶 504

23.7.10镀减反射保护膜 505

23.7.11检验 505

第24章 光学分划零件的质量检验 507

24.1常用的检测设备 507

24.2检测环境 507

24.2.1温度的影响 507

24.3.1光学分划零件通用技术条件及检验 508

24.2.4其它因素的影响 508

24.3光学分划零件技术条件的检验 508

24.2.2湿度的影响 508

24.2.3振动的影响 508

24.3.2光学分划零件的检测 513

第25章 光学零件的三防 531

25.1光学零件生霉结雾的原因及其防护 531

25.1.1环境湿热对光学零件性能的影响 531

25.1.2光学零件的生霉及其防护 531

25.1.3光学零件的结雾及其防护 532

25.2光学零件防霉防雾材料 533

25.2.1光学零件防霉材料 533

25.2.2光学零件防雾材料 534

25.3.1气相防霉剂的应用 536

25.3光学零件防霉防雾工艺 536

25.3.2接触防霉剂和防雾剂的应用 537

25.3.3光学零件镀SF102防雾膜工艺 539

25.3.4光学零件镀49防雾膜工艺 540

25.3.5光学零件镀SF209防霉防雾膜工艺 541

25.3.6光学零件镀SF106-4防雾膜工艺 542

25.3.7光学零件除霉雾方法 542

25.4评价防霉、防雾膜层的检验方法 543

25.4.1低温、高温和湿热的环境试验方法 544

25.4.2盐雾的环境试验方法 545

25.4.3霉菌的环境试验方法 547

25.4.4憎水角的测量 551

附录 常用光学零件冷加工设备及参数 552

表1常用铣磨机型号及参数 552

表2常用研磨抛光机型号及参数 554

表3前联邦德国LOH公司生产的光学零件冷加工设备型号及参数 556

参考文献 558

18.2.5带通滤光片 876