中国粉体网讯 光学元件作为天文望远镜、人工智能(AR/VR)、半导体芯片光刻、新一代通信、医疗设备影像、新能源等军民领域的核心关键元器件，有着庞大的市场需求，特别是在航空航天与高新技术领域的大光学工程项目领域，需数以万计大批量、米级口径特殊性能超高精度光学元件。
在光学元件得到广泛应用的同时，对元件的表面加工质量要求也不断变高，高成像质量、大口径、轻量化是必然的趋势。例如，高分辨率对地观测系统、X射线望远镜等空间装备，以大口径光学元件为核心功能支撑。大口径光学元件材料硬脆、面形复杂、极端轻量化，需要实现全频谱纳米级加工精度，而国产制造装备在口径、精度、效率方面均不能满足要求。因此，制造高精度表面的光学元件目前是国内外专家的研究重点。抛光作为光学元件超精密制造中最后一道冷加工工序，其目的是为了去除表面损伤层和平滑表面误差，降低加工工件表面粗糙度，获取高质量的光滑表面。
现阶段，光学元件一般需经过粗磨、精磨、抛光和镀膜等工序，其表面质量主要取决于抛光工艺的缺陷去除能力与误差控制水平，而能够获取更优面形精度及低表面/亚表面损伤抑制的精磨工艺则决定了加工效率。实现超精抛光的方法有很多种，较为主流的抛光方法有：小磨头抛光、应力盘抛光、磁流变抛光、离子束抛光、气囊抛光、化学机械抛光、磁射流抛光等。经过综合评价后，认为气囊抛光有着更明显的技术优势。优势如下：1) 气囊抛光头与非球面吻合度好，非常适用于大口径非球面抛光；2) 去除函数稳定性好，呈类高斯分布；3) 去除效率高、加工面形精度高。
超精密加工制造装备是实现光学元件超精密加工的前提基础。至今世界各国均对光学超精密磨抛技术投入了较大的研发力量，已经研制出了较多相对成熟的高精度磨抛设备，较好地满足了当前大部分的光学元件加工需求。在抛光设备方面，法国REOSC制造了具备加工8m口径镜片能力的抛光机，用于抛光超大望远镜VLT镜，面形误差可收敛到8.8nmRMS；美国QED公司研制的磁流变数控抛光机床Q22-2000F能实现平面、球面、非球面和自由曲面等多种面形大口径光学非球面元件的加工，可高效率和高精度的加工出口径为2m级别的光学元件。
对超精密制造所需的核心装备与关键技术，我国长期依赖进口。为了突破制约我国现阶段超精密技术发展的瓶颈，在国家大工程项目的牵引与驱动下，我国在光学超精密制造装备与工艺取得了显著进展。例如，国防科技大学研制的超精密机床UPL-450，磨削Φ195 mm的单晶硅曲面光学元件，面形精度PV值从20.4μm降低到3.77μm，表面粗糙度Ra值从0.515μm提升到了0.081μm。
虽然国内已能够研发制造出相对高端的精密机床，但与国际先进水平相比，我国的光学超精密加工技术与装备还存在一定的差距。2024年7月9日，中国粉体网将在郑州举办“2024高端研磨抛光材料技术大会”，届时，河南工业大学机电工程学院副教授班新星将带来《光学元件超精密抛光工艺及装备》的报告，其报告将从先进光学元件的超精密制造工艺出发，结合自身的科研经历和研究计划，以大口径平面光学元件超精密抛光为例，探讨平面抛光机理、面形收敛机制、抛光机床设计及工艺优化控制等问题。
专家简介
班新星，河南工业大学机电工程学院副教授，硕士生导师，博士毕业于西安交通大学机械工程专业，中国机械工程学会高级会员。长期从事高端装备设计与开发、半导体超精密加工等方面的研究，承担包括国家重大科技专项、中国博士后基金以及省部级项目等10多项。先后提出大口径光学元件快速抛光、多能场辅助抛光碳化硅等超精密加工方法。已发表相关学术论文30余篇，申请发明专利10余项。担任国际期刊Tribology International、Precision engineering、IJAMT等审稿人。
来源：
谢国宏：光学元件表面抛光创成及其形貌研究
彭云峰等：光学元件超精密磨抛加工技术研究与装备开发
（中国粉体网编辑整理/空青）
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