隨著科學(xué)技術(shù)和信息化的迅猛發(fā)展 ,紅外光學(xué) 系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展及廣泛應(yīng)用。紅外光學(xué)元件主要包括紅外晶體類軟脆性材料光學(xué)元件和玻璃、SiC 等硬脆性材料光學(xué)元件 ,其中紅外晶體類光學(xué)元件在高通量的運(yùn)行條件下 ,晶體內(nèi)的自發(fā) Raman 散射光通過(guò)表面時(shí)會(huì)得到放大。因此 ,晶體作為優(yōu)質(zhì)的非線性光學(xué)材料 ,被廣泛地應(yīng)用于紅外光電儀器等 非線性光學(xué)領(lǐng)域。由于晶體材料本身具有質(zhì)軟、易潮解、脆性高、對(duì)溫度變化敏感、易開(kāi)裂等一系列不易于加工的特點(diǎn) ,而且加工周期很長(zhǎng) ,因此被公認(rèn)為是最難加工的光學(xué)元件 ,光學(xué)元件古典加工方法已不適于加工高精度的晶體材料光學(xué)元件。20 世紀(jì) 60 年代 ,為解決軍用紅外光學(xué)系統(tǒng)高精度晶體類光學(xué)元件的超精密加工問(wèn)題 ,美國(guó)國(guó)防科研機(jī)構(gòu)率先開(kāi)發(fā)了單點(diǎn)金剛石刀具超精密切削技術(shù) ,簡(jiǎn)稱 SPD T 技術(shù) (Single Point Diamond Turn2 ing) ,以滿足國(guó)防和尖端技術(shù)發(fā)展的需求。采用該項(xiàng)技術(shù)加工晶體類光學(xué)元件 ,可以保證晶體類光學(xué)元件的高精度面形加工質(zhì)量 ,有利于提高激光破壞閾值 ,避免研磨拋光時(shí)使用的磨料嵌入 ,從而有效地 減輕粗加工階段在晶體表面形成的亞表面損傷。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的不斷發(fā)展及創(chuàng)新 ,這項(xiàng)技術(shù)已廣泛用于多種高精度光學(xué)元件的加工 ,在紅外生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域 及其他光電行業(yè)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。

單點(diǎn)金剛石精密數(shù)控車削技術(shù)是在計(jì)算機(jī)控制 下采用天然單晶金剛石刀具 ,在對(duì)機(jī)床和加工環(huán)境進(jìn)行精確控制的條件下 ,直接車削加工出符合光學(xué)質(zhì)量要求的非球面光學(xué)零件。單晶金剛石刀具與有色金屬親和力小 ,其硬度、耐磨性以及導(dǎo)熱性都非常優(yōu)越 ,且刀具刃口極為鋒銳 ,刃口半徑為 0. 5～0.01μm ,車削時(shí)金剛石刀具與工件單點(diǎn)或接近單點(diǎn)接觸 ,切削深度多在 1nm 至數(shù)微米。該技術(shù)主要用于加工中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料的光學(xué)零件 ,其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工精度高、重復(fù)性好、適合批量生產(chǎn)、加工成本比傳統(tǒng)的加工技術(shù)明顯降低。采用該項(xiàng)金剛石車削技術(shù)加工出來(lái)的光學(xué)零件直徑在 120mm 以下 ,面形精度可達(dá)到 l/ 2 ～ 1 l , 表面粗糙度的均方根值為 0. 02～0. 06mm。目前 ,采用單點(diǎn)金剛石車削技術(shù)可以加工的材料有 :紅外光學(xué)晶體 (單晶鍺、硒化鋅、硫化鋅、砷化鎵、氯化鈉、鈮酸鋰、氟化鈣、KDP 晶體等) 、有色金屬、塑料、無(wú)電鎳、鈹銅、鍺基硫族化合物玻璃等。上述材料均可直接達(dá)到光學(xué)表面質(zhì)量的要求。此技術(shù)還可加工玻璃、鈦、鎢等材料 ,但目前還不能直接達(dá)到符合質(zhì)量要求的光學(xué)鏡面 ,需要進(jìn)一步研磨和柔性拋光。

采用單點(diǎn)金剛石精密數(shù)控車削技術(shù)加工的球面和非球面光學(xué)零件在軍用和民用光電產(chǎn)品上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛 ,如攝影鏡頭和取景器、變焦鏡頭、電影放影鏡頭、錄像機(jī)鏡頭、衛(wèi)星紅外望遠(yuǎn)鏡、條形碼讀出頭、光纖通信接頭等。在當(dāng)今的日常消費(fèi)品中 ,該技術(shù)常被用于加工有機(jī)玻璃和各種塑料 ,如大型投影 電視屏幕、照相機(jī)的塑料鏡片以及樹(shù)脂隱形眼鏡鏡片等。另外 ,采用該技術(shù)還可用來(lái)加工各種光學(xué)零件的成型模具和光學(xué)零件機(jī)體 ;與離子束拋光技術(shù)相結(jié)合 ,可以加工高精度非球面光學(xué)零件 ;與鍍硬碳 膜工藝和環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)制技術(shù)相結(jié)合 ,可生產(chǎn)較為便宜的精密非球面反射鏡和透鏡。如果在金剛石車床上增加磨削附件或采用陶瓷刀具、安裝精密夾具和采用在 - 100°C 低溫進(jìn)行金剛石切削等措施 ,其加工性能會(huì)更好 ,應(yīng)用范圍還可進(jìn)一步擴(kuò)大。