裸のアルミニウムを高い光学品質に研磨するプロセス

ゴダード宇宙飛行センター、メリーランド州グリーンベルト

裸のアルミニウム基板上に精密で高品質な曲面または平面の鏡面を作成するプロセスが考案されました。 このプロセスは、(1) 所望の表面形状を確立するためのダイヤモンド旋削と、それに続く (2) 研磨剤の組成を除いてほとんど従来の研磨サブプロセスで構成されます。 このプロセスでは、山と谷の誤差が 1/8 波長（波長 6,328 Å の場合）以内に正確に表面形状を維持でき、2 乗平均平方根粗さを特徴とする仕上げを生成できます。

アルミニウムは比較的柔らかいため、これまで、裸のアルミニウムを精密な科学機器に適した光学品質まで研磨する方法はありませんでした。 最適な条件下では、ダイヤモンド旋削を使用して、アルミニウム基板上に約０．５波長以上の誤差以内の表面形状と約５０Å以上の表面粗さを得ることができる。 より高い光学表面品質を得るには、ダイヤモンド旋削アルミニウム基板上に無電解ニッケルの薄いコーティングを堆積し、次に従来の方法でニッケルコーティングを研磨する必要がありました。 このアプローチの欠点は、アルミニウムへのニッケルめっきが難しく高価であること、バイメタルの熱応力によりミラーの光学面が歪む可能性があること、1 つまたは複数の箇所でニッケル コートが研磨される危険性があることです。 後者の場合、コーティング全体を剥がし、新しいニッケルコーティングを再堆積し、新たに研磨を開始する必要があります。

従来の方法と現在のプロセスの両方において、研磨には、研磨化合物と液体キャリアでコーティングされ、基板表面上で半ランダムに繰り返し移動されるラップの使用が含まれる。 従来、液体キャリアは水であることが多い。 本研磨サブプロセスの主な際立った特徴は、墨汁（単独または水で希釈）が研磨化合物および液体キャリアの両方として使用されることである。 (墨汁は金属を研磨するために過去にもこの方法で使用されてきましたが、アルミニウムを正確な表面形状と高い光学品質に仕上げるための統合されたダイヤモンド旋削/研磨プロセスの成分としてはこれまで使用されていませんでした。)

現在の研磨サブプロセスは 2 つの段階から構成されます。 最初の段階では、ダイヤモンドで旋削した表面を 0.25 μm のダイヤモンド粉末、蒸留水、墨汁の混合物で研磨します。 第 2 段階では、純粋な墨で研磨を開始し、その後、墨を水でゆっくりと薄めます。 所望の仕様が達成されるまで研磨が続けられます。

このプロセスの成功の一部は、墨汁に含まれる炭素粒子によるものです。 これらの粒子は小さく、十分な硬さがあるため、基材とラップの間に適切な作用がもたらされ、基材にひどい傷やコールドフローが発生することはありません。 さらに、インクの液体部分には、研磨中に優れた潤滑剤として機能する油性基剤が含まれています。 既知の従来の研磨材料およびその組み合わせを用いた長年の実験の結果、これまでのところ、裸のアルミニウムを研磨するのに効果的であることが知られている唯一の材料は墨汁である。

この研究は、ゴダード宇宙飛行センターのジェームス・J・ライオンズとジョン・J・ザニエフスキーによって行われました。 詳細については、オンライン www.nasatech.com/tsp の製造およびプロトタイピング カテゴリにあるテクニカル サポート パッケージ (TSP) に無料でアクセスしてください。

この発明はNASAが所有しており、特許出願されています。 商業開発のための通常または独占的ライセンスに関するお問い合わせは、

GSC-14147 を参照してください。

この記事は、NASA Tech Briefs Magazine の 2001 年 2 月号に初めて掲載されました。

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