現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所使用的硬脆材料，如單品硅、功能材料、陶瓷、寶石和光學(xué)玻璃等，對(duì)這些材料進(jìn)行超精密加工，并獲得很好的面形精度和超光滑表面部是很難的。近代剛剛趨于成熟的金剛石切削技術(shù)對(duì)此也無(wú)能為力。
解決這些材料的加工問(wèn)題還是不斷改進(jìn)的傳統(tǒng)工藝方法，或是在傳統(tǒng)工藝方法上又加入新的工藝手段，因?yàn)榭茖W(xué)的發(fā)展對(duì)加工精度和表面質(zhì)量的要求愈來(lái)愈高，傳統(tǒng)工藝方法已經(jīng)很難應(yīng)付了。對(duì)硬脆材料實(shí)行超精密加工并不斷的提高加工精度，提高加工效率，是我們?cè)O(shè)法回避的問(wèn)題，為此人們把不同的物理過(guò)程、不同的化學(xué)過(guò)程應(yīng)用于加工工藝中，如離子束加工是一種非常好的加工方法，離子束拋光可達(dá)到很高的水平，但這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)展工作需要很多的資金投入和做深入的研究工作。本文從另外角度考慮問(wèn)題，從改變加工環(huán)境溫度考慮問(wèn)題。在金剛石超精密加工技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，就有人研究過(guò)金剛石低溫切削技術(shù)5，出現(xiàn)了一些新現(xiàn)象，例如在低溫條件下，金剛石可切削黑色金屬并獲得很好的表面質(zhì)量。那么，在低溫狀態(tài)下，對(duì)光學(xué)材料進(jìn)行拋光，又會(huì)產(chǎn)生那些新現(xiàn)象，是否能提高加工精度和加工效率，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)作了一定程度的探討，下面簡(jiǎn)述之。
2.低溫拋光的概念
溫度是一個(gè)物理量，世界上的各種物質(zhì)在其所在的環(huán)境中都表現(xiàn)出具有一定溫度，溫度的高低和物理熱有關(guān)，熱的本質(zhì)是物質(zhì)中的原子不斷振動(dòng)的一種表現(xiàn)，溫度高表示其組成原子很混亂，低溫狀態(tài)下原子可以秩序井然。高溫可以達(dá)到很高的程度，原子的混亂不斷加大，物質(zhì)由固體變成液體，再由液體變成氣體。而低溫是有限的，—273.15℃是絕對(duì)溫度零度，表示為0K因而常溫一般在300K左右，0℃是273K。低溫是指0℃以下，即273K以下的溫度范圍。自然界有低溫物質(zhì)和低溫環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室獲得低溫要人工制冷，對(duì)我們搞低溫拋光來(lái)說(shuō)，就是使被加工的光學(xué)材料和加工空間達(dá)到并保持所需的低溫。各種物質(zhì)在低溫環(huán)境中，隨冷凍深度的不同，物質(zhì)表現(xiàn)了不同的特性，在低溫應(yīng)用工程的研究中，有人把環(huán)境溫度低到123K(一150℃)稱為普冷區(qū)，把123K到OK(一273．℃)稱為深冷區(qū)。我們的工作是在零下一30～一50℃的環(huán)境中進(jìn)行的，光學(xué)材料在低溫狀態(tài)下的加工特性是我們要研究的，在低溫狀態(tài)下進(jìn)行光學(xué)拋光，要解決低溫狀態(tài)下的拋光模、工件和工藝過(guò)程的低溫環(huán)境等問(wèn)題，由于冷凍深度較淺，所以我們叫這種拋光方法為淺低溫拋光。
3.拋光模和拋光波
3.1拋光模層
在切削加工中采用低溫技術(shù)可用干切法，即切削時(shí)不加冷卻液。在磨削加工中采用低溫技術(shù)，最困難的事可能莫過(guò)于低溫磨削液了，因?yàn)檎业揭环N在0℃以下仍具有良好的流動(dòng)性的磨削液絕非易事。一般水溶性磨削液在5℃，非水溶性磨削液在一5℃時(shí)流動(dòng)性就很差了。我們一直在努力尋找一種能避開(kāi)這種困擾的方法，日本學(xué)者橫川和彥在研究磨削技術(shù)的過(guò)程中，從改善加工環(huán)境的目的出發(fā)，提出了向加工區(qū)噴射冷空氣的想法，大森整做了冰凍砂輪實(shí)驗(yàn)，這些都很有創(chuàng)造性對(duì)我們很有啟發(fā)。在光學(xué)冷加工中。
水作為磨料的載體同時(shí)也是冷卻劑，無(wú)論是散粒磨料還是固著磨料拋光中都離不開(kāi)水，所以還是要在水上想辦法。
傳統(tǒng)的光學(xué)拋光一般使用鑄鐵盤(pán)，表面致以拋光模，敷料中最常用的是瀝青，還有錫、絨布和聚氨脂等，教以瀝青的拋光盤(pán)可以做出一個(gè)準(zhǔn)確的外部幾何形狀，例如平面、凹球面和凸球面，然后在其表面上雕刻出縱橫溝槽，形成許多個(gè)小方塊，溝槽可以容納磨料和拋光液，許多個(gè)小方塊和工件相接觸并相對(duì)作滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，在磨料的作用下，形成對(duì)工件的切削運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生我們所要求的拋光效果。若在低溫下拋光，必需創(chuàng)造低溫環(huán)境條件，包括把瀝青盤(pán)或錫盤(pán)冷卻到所要求的低溫，然后進(jìn)行低溫下拋光，但低溫下的瀝青和錫會(huì)有那些新特點(diǎn)，是需要我們解決的問(wèn)題，我們沒(méi)有這樣作。
我們走的是另外一條路：把拋光液冷凍在拋光盤(pán)上，形成一個(gè)冰的拋光模層，這樣我們可以得到一個(gè)同樣形狀準(zhǔn)確的拋光模層，例如一個(gè)平面的拋光模層。即和鑄鐵盤(pán)瀝青模層完全一樣的拋光模，它本身含有磨料類似固著磨料磨盤(pán)，當(dāng)冰模層和工件相接觸并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)，就產(chǎn)生拋光效果。同時(shí)，可根據(jù)加工材料的不同調(diào)整冷凍深度來(lái)調(diào)整冰模層的硬度。