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光学镜片超声波清洗工艺

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发表时间:2018-01-12 15:43

光学镜片的清洗工艺


1.       前言

光学镜片的情况,伴随在60年复合镀膜等涂层附着带来的表面处理的深度化,开始对镜片表面要求精密的清洁度。随着产量的增加,开始向以前用手巾进行的清洗领域引进自动清洗装置,确立了可适用于多种镜片的清洗工艺。

照相机,由镜片、金属、塑料等的部件组成,这些部件必须进行清洗。清洗液,在控制之前使用的是臭氧层破坏物质氟利昂(CFC-113)及1,1,1-三氯乙烷。本文的主题是镜片,所以下面阐述在镜片的生产工艺中使用的这些清洗液的替代问题。

这些臭氧层破坏物质—清洗液,因可同时清洗并干燥、不燃性、相对小的毒性以及作业环境管理简单,所以得到大量应用。

其理由是因为,镜片的材料,材质要精致,对水和碱敏感且要求光学上的清洗精度。

2.     镜片的加工工艺

在光学镜片(玻璃)的清洗方面,如图1所示,很多情况下都使用氟利昂,如清洗(以保护研磨材料或加工中的镜片表面为目的而镀膜的)树脂的研磨后的清洗,被叫做吻合镜片光轴的取芯的镜片外形研磨后的清洗,为提高镜片的透光率而对镜片表面氟化镁等防反射膜进行真空汽化前的清洗,镜片粘接前后或组装前的清洗等工艺。

3.       清洗装置

很多情况下采用的方法为,清洗装置基本上有12个槽,主要把超声波设备安装在各个槽内,短时间内使污物剥落下来。这些槽子中使用各种清洗液,而臭氧层破坏物质氟利昂被用在干燥工序。

氟利昂的特点:

①化学反应性和热稳定好;

②干燥速度快;

③沸点低;

④不燃烧;

⑤毒性低。

由于上述的特点,氟利昂用于半导体部件、大型彩色液晶显示器玻璃、硬盘用玻璃、AL那样的高密度存储器等高技术产品的生产工艺中。而且,在其它用途方面,氟利昂最多的是用于去除印刷基板的焊油。

氟利昂用于干燥工序,是因为镜片表面需要光学精度,或从镜片的光学性能讲有许多的材质和形状,性质(耐水性、耐酸性)也大为不同,而且工厂要用1台自动清洗装置来清洗各种镜片,所以在没有清洗液的更换和清洗时间的变化等条件下,各种镜片需要具有如下的性能。

①不应残留干燥斑点和污痕;

②表面不应有泛白、泛蓝等的化学变质;

③表面不应有暗伤等的物理变质。

在真空汽化前的清洗中,要求长期不发生汽化膜的紧贴性、模糊等的外观变化,对此,氟利昂在干燥方面是最合适的。

4.       干燥工序的替代方法

镜片的清洗装置因以清洗附着在镜片上的研磨材料、固定用树脂、粘合剂、保护膜、操作中附着的指纹等为目的,所以使用多槽式的清洗装置。这类装置也用于以下用途等的工艺中,如棱镜、塑料镜片的玻璃型、液晶用玻璃基板、电子管部件、钟表用玻璃、镜子等的研磨或蒸发前的清洗。

图4为清洗工艺。使用方式有2种,一是用有机溶剂、表面活性剂或酸、碱等来清除附着在清洗对象物的污物,用水或纯水来漂洗用于在漂洗工序的污物剥落的药液,用IPA(异丙醇)来置换用于漂洗的液体中分离水,在氟利昂干燥槽使清洗物品干燥的氟利昂脱水方式。其替代方式有:

1)       IPA汽化干燥

作为已设置的装置的替代,这种干燥方法得到广泛应用。迄今为止,这种替代方法,因为把使用的氟利昂汽化干燥槽置换入IPA汽化干燥槽内,改造也简单,所以许多装置都采用了这一方式。其特点如下:

·装置尺寸不变;

·采取使用油加热或蒸气等加热方式等的安全对策;

·在用加热器加热的情况下,不直接放入液体内而是把加热板安装在槽外进行加热;

·IPA的汽化,沸点为81℃,高于氟利昂;

·采取排气措施,消除IPA的汽雾。

2)       热风干燥

把纯水的最终槽弄成温水,进行提升干燥,热风干燥。干燥槽的循环空气,通过HEPA等过滤器之后,使清洁的空气进行循环。其特点如下:

·因不使用可燃性液体,很安全;

·装置尺寸不变;

·因不使用IPA和氟利昂,运行费用下降;

·必须新安装干燥槽;

·把清洗设备弄成水流畅通的方法;

·把干燥空气的流动正对干燥物品的清洗面。

3)       等离子干燥

在用纯水的漂洗槽之后,引进等离子干燥。等离子干燥是把真空处理室抽成10~100Pa的同时,使氧气或氮气、氩气流动,在槽内用13.5MHz的超声波发生器产生等离子体,使干燥物品的表面活化的方法,在温纯水上升干燥之后或在清洗之前进行,所以可以得到更清洁的清洗效果。通过用于镜片的蒸发前的清洗,在提高膜的紧贴性和综合成品率方面效果很好。其特点如下:

·因不使用IPA,安全性高;

·真空汽化的薄膜紧贴性高;

·清洗时间长。

4)       新型氟利昂

新型氟利昂近年已在技术上确立起来,渐渐在市场上得到使用。使用这种液体的工艺,如图5和图6所示,许多企业都有售。其特点:

·因不使用IPA,安全性高;

·非臭氧层破坏物质;

·清洗时间与以前用氟利昂的清洗时间相同;

·溶剂价格高;

·需要对溶剂进行浓度管理。

干燥蓝板玻璃的各种干燥方法的接触角的比较测定数据示于表1,由此可知, IPA的汽化干燥的清洁度高。另外,精密清洗干燥方式的特征示于表2之中。

5)       清洗工艺的替代方法

在光学镜片的清洗中,如图2所示,在污物剥离阶段用有机溶剂来清除树脂或焊油、保护膜等。该工序以前使用三氯乙烯或四氯乙烯、二氯甲烷等,但近年正在替换成用烃系溶剂来剥落污物的方法。工艺示于图7。

6)       展望

日本,1995年就全面废止了臭氧层破坏物质氟利昂和乙烷的生产,因此在光学镜片的清洗方面采取了不同的对策,有的改造成各种替代清洗方法,有的重新安装设备等。

今天生活在地球上的们,不要给下一代的人们增加负荷,而是应把解决环境问题作为自己的使命。在全球变暖、PRTR(作为掌握化学物质向环境中排放状况的方法,化学物质排放量和转移量登记制度)、ISO14000的对策中,清洗液的选择范围已变得很小,因此生产设备则须考虑这些问题。根据这样的规定,新的产业开始出现并得到发展。

以上是在日本的替代业绩,希望今后能有助于在中国的替代清洗剂的转换。


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