光學(xué)零件鍍膜前清潔技術(shù)初探

孫波　郭富強(qiáng)

摘 要：光學(xué)零件鍍膜前，玻璃基底的清潔程度是影響鍍膜產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素之一，本文闡述了當(dāng)前光學(xué)零件鍍膜前的各種清潔技術(shù)，著重分析各種清潔技術(shù)的特點(diǎn)，提出了隨著激光清洗技術(shù)的進(jìn)一步成熟，必然會(huì)在各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)中的元件鍍膜前處理中更好地發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞：光學(xué)零件；超聲波清洗技術(shù)；激光清洗技術(shù)；離子源清洗

對(duì)于光學(xué)鍍膜元件來說，玻璃基底的清潔程度是影響鍍膜產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素之一，保障光學(xué)零件表面鍍膜前的潔凈度，可以降低薄膜內(nèi)的雜質(zhì)污染物，鍍膜前光學(xué)零件的清洗技術(shù)至關(guān)重要。光學(xué)零件進(jìn)入鍍膜室前，不管鍍膜外觀要求如何，均應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真的鍍前處理，以達(dá)到去油、去污和脫水的目的，這是提高膜層牢固度的重要措施之一。本文闡述了當(dāng)前主要存在的光學(xué)零件鍍膜前的清潔技術(shù)，著重分析各種清潔技術(shù)的特點(diǎn)，提出了隨著激光清洗技術(shù)的進(jìn)一步成熟，必然會(huì)在各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)中的元件鍍膜前處理中更好地發(fā)揮作用。

一、光學(xué)零件的超聲波清洗

超聲波清洗是利用超聲場(chǎng)所產(chǎn)生強(qiáng)大的作用力，促使物質(zhì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化而達(dá)到清洗目的。具有效果好，清潔度高且全部光學(xué)零件清潔度一致；清洗速度快，提高生產(chǎn)效率，不須人手接觸清洗液，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)逐漸代替了傳統(tǒng)的手工清洗及精擦操作，使清洗及精擦的效率成倍或十多倍的提高，為光學(xué)工業(yè)生產(chǎn)輔助工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化提供了條件。

光學(xué)零件清洗工藝從整體流程看通?？煞譃樗牡拦ば颍合礈?、漂洗、脫水、烘干。具體流程如下： 洗滌主要是利用有機(jī)溶劑對(duì)光學(xué)零件表面進(jìn)行濕潤(rùn)、滲透、乳化而達(dá)到綜合的作用，從而達(dá)到對(duì)各類污垢進(jìn)行溶解，去除的效果；?漂洗通過純水對(duì)光學(xué)零件表面的沖洗及超聲作用，使洗滌后殘留在光學(xué)零件表面的洗滌劑溶解、稀釋和去除的作用；清洗溫度升高時(shí)，對(duì)空化的產(chǎn)生有利，漂洗效果較好，但是溫度過高氣泡中的蒸氣壓增大，空化強(qiáng)度會(huì)降低，所以溫度的選擇要考慮對(duì)空化強(qiáng)度的影響也要考慮清洗液的化學(xué)清洗作用；?脫水是經(jīng)漂洗后的光學(xué)零件表面含有大量水分，進(jìn)入有機(jī)溶劑的脫水劑中進(jìn)行脫水，和水能充分混溶；烘干的過程大略如下：干燥劑蒸汽在光學(xué)零件表面冷凝為液體→干燥劑液體和光學(xué)零件表面的脫水劑形成共沸物→一部分共沸物形成蒸汽離開光學(xué)零件表面→一部分共沸物以液體的狀態(tài)流經(jīng)光學(xué)零件表面對(duì)光學(xué)零件起沖洗作用；經(jīng)過這些過程后，光學(xué)零件表面潔凈、干燥。

為了減少或避免脫水劑等有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境及操作人員身體的影響，目前的超聲波清洗技術(shù)已對(duì)工藝進(jìn)行了改良，通過使用純水漂洗，而省略脫水，漂洗后的光學(xué)零件表面為純水狀態(tài)，再由異丙醇烘干，既可快速、有效地干燥光學(xué)零件，又可避免有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境及工作人員的影響。

二、光學(xué)零件的激光清洗

超聲波清洗對(duì)次微米級(jí)的污粒無能為力，清洗后對(duì)工件的干燥亦是一大難題。在這種情況下，需要找到一種高效、快捷的清洗方法。激光清洗技術(shù)作為一項(xiàng)新興清洗技術(shù)，能適應(yīng)各種表面污物的清洗，對(duì)環(huán)境污染極小，也不損傷基體，已成為傳統(tǒng)清洗方法的補(bǔ)充和延伸，并因其固有的許多優(yōu)點(diǎn)而展示了廣闊的應(yīng)用前景。激光清洗技術(shù)的基本原理是：利用激光具有強(qiáng)度高、能量密度大、聚焦性強(qiáng)、方向性好的特點(diǎn)，通過透鏡組合可以聚焦光束，把光束集中到一個(gè)很小的區(qū)域中。激光清洗技術(shù)正是利用激光脈沖的振動(dòng)、粒子的熱膨脹、分子的光分解或相變?nèi)N作用或它們的聯(lián)合作用克服污物與基體表面之間的結(jié)合力，使污物脫離表面而達(dá)到清洗的目的。與傳統(tǒng)清洗工藝相比，激光清洗技術(shù)具有以下特點(diǎn)：①它是一種“干式”清洗，不需要清潔液或其它化學(xué)溶液，且清潔度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)清洗工藝；②清除污物的范圍和適用的基材范圍十分廣泛；③通過調(diào)控激光工藝參數(shù)，可以在不損傷基材表面的基礎(chǔ)上，有效去除污染物，使表面復(fù)舊如新；④激光清洗可以方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作；⑤激光去污設(shè)備可以長(zhǎng)期使用，運(yùn)行成本低；⑥激光清洗技術(shù)是一種“綠色”清洗工藝，消除的廢料是固體粉末狀，體積小，易于存放。

激光具有強(qiáng)度高、能量密度大、聚焦性強(qiáng)、方向性好的特點(diǎn)，激光清潔技術(shù)可以將激光光束集中在光學(xué)元件的一個(gè)很小的區(qū)域，并且可以對(duì)光學(xué)元件上的污染物產(chǎn)生三方面的作用：①激光清洗設(shè)備可以利用高頻率的脈沖激光沖擊光學(xué)元件的基底，其光束可轉(zhuǎn)化為聲波并從光學(xué)元件的下表面返回，與入射波產(chǎn)生光學(xué)干涉效應(yīng)，光學(xué)元件基底的污垢層或者凝聚物將被干涉效應(yīng)產(chǎn)生的共振振動(dòng)碎裂；②激光清潔技術(shù)利用光學(xué)元件基底與元件表面污染物對(duì)同一波長(zhǎng)激光能量吸收系數(shù)的不同，使光學(xué)元件表面污染物吸收能量而熱膨脹，污染物克服元件基底的吸附力而脫落；③利用分子的光分解或相變，在瞬間使光學(xué)元件表面污染物分子或使人為涂上的輔助液膜汽化或爆沸，使表面污染物松散并脫離光學(xué)元件的基底表面。

三、光學(xué)零件的離子源清洗

光學(xué)零件經(jīng)過超聲波清洗后，在玻璃放入真空室以及在真空室抽真空的過程中，裝入鍍膜設(shè)備真空室以及進(jìn)行蒸鍍前，玻璃表面均有可能被二次污染，玻璃基地表面吸附了一些雜質(zhì)顆粒，從而影響光學(xué)零件的外觀和薄膜特性，如果采用離子源清洗技術(shù)可以消除二次污染，保證光學(xué)零件表面在鍍膜前的真正清潔。離子清洗是在基片放入真空室并抽取真空后，薄膜沉積之前，用一定能量和束流密度的離子撞擊基片，使基片清潔。離子源清洗成為解決二次污染問題的一種可行辦法，清洗效果也得到一定認(rèn)可。盡管離子源清洗有較好的清潔效果，但離子種類、清洗時(shí)間、離子能量和束流密度等參數(shù)對(duì)基片表面特性的影響，以及離子清洗參數(shù)的選擇都未見有深入的研究報(bào)道。一定能量和束流密度的離子清洗基片時(shí)，基片表面的粗糙度隨清洗時(shí)間的不同而發(fā)生不同程度的改變，基板材質(zhì)特殊（如藍(lán)玻璃、塑料）時(shí)，清掃時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)膜層牢固度也有影響，因此清洗時(shí)間應(yīng)該嚴(yán)格控制。

綜上所述，光學(xué)零件鍍膜前，玻璃基底的清潔程度是影響鍍膜產(chǎn)品質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素之一。從對(duì)光學(xué)元件的幾種清洗技術(shù)的安全性、去污效果、成本等的比較可以發(fā)現(xiàn)激光清洗技術(shù)安全、高效、無污染，是最理想的光學(xué)元件的清洗技術(shù)，而離子源清掃技術(shù)只不過是對(duì)清洗技術(shù)的最后一道保障。相信隨著激光清洗技術(shù)的進(jìn)一步成熟，必然會(huì)在各種光學(xué)元件和光學(xué)系統(tǒng)中的元件鍍膜前處理中更好地發(fā)揮作用。

（作者單位：利達(dá)光電股份有限公司）