光学镜片的超声波清洗工艺

光学镜片的超声波清洗工艺

摘要：光学镜片清洗是指镜片在抛光，磨边，镀膜，粘合和涂墨加工时，表面

附着的各种脏污的清洗。传统的清洗方法是手工清擦。这种方法费时费力．清洁

度差，不适应现代规模化的光学冷加工行业。在上世纪八十年代，日本率先制造

出较为先进的光学镜片超声波清洗机，随后超声波清洗设备在国内推广，

推动了光学冷加工业的发展。

本文将主要从两个方面展开论述，即：（1）超声波清洗原理及机台设计选用；（2）光

学镜片超声波清洗；（3）超声波清洗的优势。关键词：光学镜片；超声波清洗；应用随着光学产业的飞速发展，光学产品层出不穷，应用领域也越来越广泛，从国防军事，

医疗器械，教育，安防，车载以及生活电器等，产品需求量也越来越大，产量提升是所有光学产业的追求目标。超声波清洗在光学产业的推广应用，对产品质量，产量的提升起着至关

重要的作用。

一、超声波清洗原理及机台设计选用

1、超声波清洗原理：超声波是一种频率超出人类听觉范围 17kHz 以上的声波。超声波在水中产生足够的能量，让水内部发生“空化效应”，使得需清洗物体表面的污染物快速脱离。

超声波清洗的适用范围很广，金属部件、光学镜片、电子芯片、晶片等都可以清洗的很好。

超声波清洗最早被应用于上世纪五十年代，清洗领域有电子领域、光学领域、医药领域等。

2、洗净机台的设计或选用：超声波清洗机设计或选用是要根据镜片加工过程中，不同

加工状态下附着物的种类及特性，选用相应的处理方法来确定洗净机台的结构和洗净机槽使

用成分。以抛光镜片为例，光学镜片在进行单面，双面或多面抛光时，除使用抛光液以外，

在加工过程中还要使用保护漆类，对已抛光面进行保护，另外为了确保镜片加工的精度，还

要使用胶、蜡等辅材。镜片抛光完成后，要对附着镜片表面的各种物质进行预洗处理，处理

方法一般采用相似相溶原理，可使用加热和超声辅助，加速预洗效果，预洗后再进行清洗漂

洗操作。根据需要清洗镜片表面脏污的种类，清洗的方式，需要使用的清洗液的成分和使用

方法，确定洗净机台的结构设计。对于已有的洗净机台，根据需求，可增加单槽机或多槽机

辅助。

二、光学镜片超声波清洗

光学镜片材料理化性质。目前用于光学镜片加工玻璃材料有 200 多种，与普通玻璃相比，它们的耐化学腐蚀性和物理强度都比较差。光学镜片的超声波清洗条件，是根据被洗镜片的

理化性质确定的，每种光学镜片材料的理化性质都不同，国内外不同光学硝材厂家对生产的

硝材理化性能检测方式基本相同，但由于测试多个数据的误差累加，实验所得的性质参数会

有差异。

如折射率 Nd 为 1.6385 的硝材理化性能参数如下：

豪雅材料 BACD18，磨耗度 150，粉末法耐水性 DW：1，表面法耐青霉值 TBlue：4；对

水的真实化学耐久性 Do:3；粉末法耐酸作用稳定性 DA：4；表面法耐潜伤性 DNaOH:2；表面

法耐潜伤性 Dstpp:2

小原 S-BSM18；磨耗度 Aa：155，粉末法耐水稳定性 RW：1；表面发抗潮稳定性WS：2，粉末法耐酸作用稳定性RA：3；表面法耐酸（硝酸）作用稳定性 SR：51.2；表面法耐洗剂性PR：2.0；

成都光明H-ZK11，磨耗度 165，粉末法耐水作用稳定性 DW：2，表面法耐潮稳定性 RC （S）：1，粉末法耐酸作用稳定性 DA：4，表面法耐酸（醋酸）作用稳定性 RA：3

磨耗度是镜片的物理性质，可以理解为镜片的软硬程度，磨耗度越大，镜片在超声波中

耐洗的时间就越短，越容易产生细伤不良。耐水性，耐酸性，耐碱性是镜片的化学性质，有

1-3,1-4，1-5，1-6，不同的等级，级别越高，镜片的稳定性越差，在这类环境中停留的时间

就越短，在超声波的作用下，会加快镜片的腐蚀速度，所以在有超声波的溶液中洗净时，时

间还要更短。

1、光学镜片一般清洗流程为：

预洗→清洗→漂洗→（甩干干燥）→脱水→（烘干干燥）

、预洗处理是镜片在清洗前，对镜片加工使用的辅料进行溶解或软化处理，如抛光使用

的保护漆，成盘使用的胶类，磨边加工的油类冷却液。预洗多使用亲油的烷烃类，卤代烃类，也有专门针对性的如清胶液，除蜡液等，这些溶液一般使用非极性原料，即使是材料稳定性较差的镜片不易造成潜伤，色斑等不良，缺点是对亲水性的污垢去除效果较差。预洗处理可

使用超声波辅助或常温浸泡，沸点较高的可使用恒温加热，对于易挥发的溶剂和味道较重的

溶剂需安装排

风装置

、清洗一般使用脱脂能力较好的碱性洗剂，pH 值控制在8.5-12.5，大多数光学镜片耐酸

性较差，超声波清洗机金属配件也容易被酸腐蚀，所以超声波清洗较少使用酸性洗剂。超声

波清洗是利用洗涤剂对镜片表面的湿润、渗透、乳化综合形成去污作用。

、纯水漂洗。纯水可充当杂质产生化学反应的介质，起到溶除杂质的目的。因为纯水的

洁净度是最高的，漂洗使用纯水可达到最好的效果。一般来说温度越高，物质的溶解度越大，漂洗的效果更好，但对一些化学稳定性较差的镜片，如豪雅的 FCD1 材料，当纯水温度高于30℃时，镜片在有超声波的的纯水中洗净约 15 秒，镜片表面就开始产生细伤，纯水温度低于35℃时，洗净时间约 30 秒开始出现细伤。在一定量的纯水用量下，漂洗的次数越多，表面残余的液体量越少，镜片也就越干净。常规烘干方式干燥的超声波清洗机，一般使用流动的纯

水槽2-3 个，流量大于0.6T/H，使用甩干方式干燥的超声波清洗机，纯水槽数量需要4-5 个，流量大于 0.8T/H，对洁净度要求较高的产品，需要使用更多的纯水槽漂洗，并且在洗净机上

搭载 FFU 空气净化装置或在洁净室内。

甩干。镜片经过纯水漂洗后，可使用离心机甩干干燥。甩干

干燥方式节能，安全，环保，近年来在光学镜片清洗中已广泛应用。甩干干燥对纯水的

洁净度，环境的洁净度要求较高，一些倒角比较小，外径比较大或者很薄的镜片，在没有合适的洗净治具的情况下，不适合使用甩干。

、脱水。使用蒸汽烘干方式干燥镜片的工艺，烘干前必须先脱水处理，脱水使用具有挥

发性和可与水互溶的有机溶剂，一般使用无水乙醇或异丙醇，为防止溶剂在超声波作用下升温，需配备降温装置，控制温度低于 25 摄氏度以下。脱水和纯水漂洗原理相同，一般也使

用多槽脱水，浓度由低到高，使用时需做好浓度管理。值得注意的是对于镜片材料耐水性或

耐候性较差的，在浓度低于 90% 的脱水槽不宜停留时间过长，否则镜片镀膜白雾状膜脏或色斑。

、烘干。烘干常使用的原料为异丙醇，表面要求不高的镜片也可使用酒精和丙酮。有些

光学镜片清洗机使用氟氯烷烃做干燥剂，由于氟氯烷烃会对臭氧造成破坏，现基本被取代。

烘干使用溶剂干燥法是利用溶剂的易挥发性和沸点低的特点，这些溶剂在油浴、水域或加热

板的加热下，达到持续沸腾状态，将镜片置于蒸汽域内，加热干燥。由于烘干使用的溶剂多