光学加工之胶合工艺

匠心为炬，科技兴邦

       在光学设计中，为了改善像质，消除色差，减少光能损失，增加成像亮度，简化光学零件的加工，保护光学零件表面等，常常采用胶合工艺。 胶合工艺是指将两个或两个以上的透镜、棱镜、平面镜，用光学胶或光胶的方法，按照一定技术要求粘结成光学元件的工艺。对胶合一般有两个技术要求：1、保证中心误差或角度误差；2、保证胶合表面实现“零疵病：即保证胶合的抛光表面不因为胶合而降低对表面疵病得要求，也不影响非胶合面得面形。

        光学零件的胶合方法有两种：胶合法和光胶法。胶合法是用光学级的粘合机，将两个或两个以上的光学零件胶合成一个光学元件；而光胶法则是依靠抛光表面之间分子的吸引力，将光学零件结合在一起。除此之外，对大型光学零件，还可以采用机械法，即采用机械零件，如压圈等，将光学零件结合起来，由于光学零件之间存在空气间隙，在界面上会产生发射，有光能损失，所以此方法只适合大型光学零件。

上图为我司的胶合透镜样品

粘合剂胶合

        我们今天介绍光学加工工艺中的胶合法：即使用光学级的粘合剂，对需要胶合的两个或两个以上的光学零件进行胶合。在此提到的光学级得粘合剂，必须满足以下条件：

1、无色透明，高透过率，无荧光，与光学零件的折射率相近。

2、固化时，体积收缩率小，不使胶合表面产生内应力。

3、机械强度高，不致因为受震动，冲击而引起胶层开裂。

4、化学稳定性好，与光学材料不发生化学反应，长期使用不变形。

5、热稳定性好，能在-70°~70°范围内，胶层不破裂、脱胶等。

6、环保性好，无毒无害。

常用的胶有以下几种：

1、天然冷杉树脂胶（加拿大树脂胶或热胶）：胶合工艺性简便，但高低温热性能很差，容易脱胶。

2、甲醇胶（冷胶）：胶合工艺复杂，胶的收缩性大，容易变色或脱胶。

3、环氧树脂胶：收缩性小、光学像质好，但固化时间长，工艺复杂，毒性大。

4、光敏胶：使用方便，效率高，收缩性小，光学像质好，耐老化性好。

    在现代光学加工中，1、2、3种胶已经很少使用，所以我们今天就只介绍光敏胶的胶合工艺：

1、清洁胶合件，准备工装，调整水平工作台。

2、将正透镜放在已擦好的负透镜上，使之能自由摆动并出现光圈。

3、在68w-100w的投射光下，用6倍放大镜检查胶合面。

4、将胶液适量滴在胶接面上，挤出气泡和多余的胶液，使胶层厚度适当，分别均匀。

5、待胶合层达到一定粘度时，定中心，然后初固化：用紫外灯或高压灯照射10min~30min。

6、对已初固化好的胶合件检查合格后，转入电烘箱内，在60°C恒温6小时即可。

对不合格产品需要拆胶时，可以采用以下3种方法：

1、高温法：直接加热到180°，当胶层出现花纹状条纹时，加力拆开。

2、间接加热法：将零件放在80%硫酸溶液中，加热到180°C，并保温，待胶层开裂后降到室温，取出擦净即可。

3、常温拆胶：将光学元件放入二氧甲烷、甲酸等混合液中，浸泡一个星期左右即可脱开，但对LaK、ZK等牌号玻璃容易腐蚀。

4、低温拆胶：将胶合件放入液态氧降温的低温箱里，降温到-120°C~-150°C，当胶层开裂后，即可取出拆胶。此方法不受胶合时间长短限制，对零件的精度和像质都没有影响，不降低表面疵病，不破坏光学薄膜，但须注意防火防爆。

上图为我司的胶合棱镜样品

光胶法

        在光学加工中，还有一种胶合方法是光胶法。由于光胶法是靠分子间的吸引力使两个表面紧密结合的工艺，结合面没有任何介质，所以光学性能不变，变形小，耐寒性和耐热性好。但是光胶法对光学零件的面形精度要求高，增加了加工难度，同时对环境要求高，如温度、湿度及清洁度，由于光胶面精度高，接触光滑，所以定心困难。光胶法适用于大口径零件的胶合，零件较多的光学系统也更适合用光胶法。光胶法的具体操作如下：

1、在光胶前，要检查所有的倒角面，清除抛光粉和沥青。根据技术要求，选配光胶零件的厚度、光圈配对、外径和角度。当零件直径大于60mm时，光胶面的光圈为低光圈，大小为N≤1，∆N≤0.2，表面疵病要求大于GB1185-89的3×0.16。光胶件应在20°C±1°C下恒温，使其各个部分的温度均匀。

2、擦试光胶面：先擦凹面再擦凸面，将两个透镜对合在一起，开始时出现均匀的干涉条纹，并逐渐变粗。

3、中心或角度校正好后，在零件边缘处轻轻施加压力，使该部位先光胶上，促使相互接触的未光胶表面达到分子吸力范围，光胶面逐渐扩大，直至整个结合面都光胶上。

        影响光胶质量的因素很多，零件的面形和粗糙度可能直接导致无法光胶，或光胶后脱胶。还有温度的变化使光胶面面形产生偏差，也会影响光胶强度，因此要尽量减少手和零件接触时间，以避免光学零件产生从中心到边缘的温度梯度。此外，光胶面清洁度不好，会产生以脏点为核心的小面积脱胶。