光学元器件是激光系统、光通信网络、成像设备等现代光电系统的核心组件。随着光学系统向小型化、集成化和超高精度方向不断演进，对先进光学材料加工精度和表面质量的要求愈来愈高，抛光技术面临日益严峻的挑战：游离磨粒抛光存在加工效率低、磨粒浪费严重、抛光液处理成本高及环境污染等问题，而固结磨料则无法较好贴合工件的曲面。在此背景下，可溶性自修整抛光薄膜作为一种新型抛光工具，融合了游离磨粒抛光的灵活性与固结磨料抛光的高效性，通过可溶性结合剂的独特作用实现抛光表面的自修整，有效解决了传统抛光技术的痛点，在光学抛光领域展现出广阔的应用前景。以下我们从可溶性自修整抛光薄膜的原理出发，带大家进一步了解这项技术。

氧化硅抛光薄膜（来源：北京国瑞升）

可溶性自修整抛光薄膜的抛光原理及特点

可溶性自修整抛光薄膜以可溶材料作为磨粒的结合剂，将不同粒径的磨粒按一定规律分布涂覆在具有弹性的薄膜基底上，部分产品还设置了主磨粒层与亚磨粒层的双层结构。抛光过程中，当薄膜表面的磨粒因摩擦产生钝化后，抛光液中的水性溶剂会溶解表层钝化磨粒周围的可溶性结合剂，降低结合剂对磨粒的束缚力，使钝化磨粒脱落并分散到抛光液中；同时，薄膜内部未参与抛光的新鲜磨粒随之暴露，实现磨粒的自动更新，确保抛光过程持续稳定高效。

相较于传统抛光工具，可溶性自修整抛光薄膜适配光学元器件的超高精度加工需求，在光学抛光领域呈现出独特优势：

（1）抛光精度高：可溶性自修整抛光薄膜可实现磨粒的精准控制与自更新，避免了游离磨粒无序运动导致的表面划痕、凹坑等缺陷，确保批量加工中光学元器件的一致性与可靠性。同时还可选用软质磨粒最大限度减少工件表面损伤层厚度，满足激光系统、高精度成像设备等对表面质量的严苛要求。

（2）适配复杂型面：薄膜具有良好的弹性与柔韧性，可紧密贴合适用于具有一定曲率的光学工件，有效解决了传统固结磨料无法适配非平面光学元器件加工的难题，兼顾小型化与集成化光学系统的加工需求。

（3）绿色高效：抛光过程中，可溶性结合剂可被无毒无害的水性溶剂或乙醇水溶液溶解，无有害废液产生，相较于游离磨粒抛光大幅减少了磨粒浪费与抛光液处理成本，实现绿色环保加工；同时，磨粒自更新机制避免了频繁更换、修整抛光工具，加工效率显著提升。

可溶性自修整抛光薄膜的制备

可溶固着软质磨粒抛光薄膜的关键在于磨粒和结合剂的选择，制备时在小型涂覆 机上进行，将磨粒粘结剂混合液涂覆于经过处理并涂有底胶的基材上，再经烘干成膜即可制得。

1、材料选择

（1）结合剂：为了确保结合剂能够适度地在抛光液中溶解，同时还要避免因溶解量太大无法保证抛光的稳定性，结合剂体系往往以环氧树脂等不可溶树脂作为基础结合剂，并在其中添加适量聚乙烯醇、聚环氧乙烷、醇酸树脂、脲醛树脂、酯化淀粉等可溶树脂（约为5%），起到致孔剂的作用，当粘结剂接触到水性抛光液时，即可实现缓慢溶解，降低表面树脂结合剂对磨粒的把持力，使磨粒逐步脱落。

（2）磨粒选择

光学抛光中常采用SiO₂、CeO₂等软质材料作为磨料，在粒径选择上，则优先采用优先采用双峰混合粒径复配方案，其中，小粒径磨粒既可以参与抛光过程，又可以作为填充物质，起到支撑大颗粒的作用，降低了薄膜中的树脂结合剂含量，从而有效避免了现有抛光薄膜中由于树脂结合剂产生收缩等 物性改变而造成薄膜表面龟裂崩开的问题。

二氧化硅磨粒涂膜截面SEM图（来源：参考文献1）

（3）基材选择与处理

可溶固着软质磨粒抛光薄膜常用的材料有PET薄膜和PC薄膜等。其中，未经处理的 PET 薄膜在一定使用温度条件下会产生收缩， 为避免产生开裂现象，需 PET 薄膜作热定型处理。此外，由于PET 分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能 力，一般涂料难以在其表面附着， 直接在其表面进行喷涂或涂覆。为提升薄膜表面附着力，需对其进行等离子 表面处理和电晕表面处理，并在表面涂覆含有—COOH、—SO3H、—POH、—NHC==O、 —C==O、—NHR—、—OH、—SH 等官能团的底胶，这些官能团易于与 PET 分子中的羟基、酯键等极性基团 发生反应，明显提高界面黏结强度。

2、工艺控制

（1）涂覆：

磨粒涂覆层的黏结强度和抛光性能，主要通过调整磨粒与混合树脂的固含量比例进行调节，通常磨粒固含量越高，抛光效率越高，但涂覆层的黏结强度会随之降低。

除此之外，涂覆的均匀性与厚度控制同样至关重要，二者直接影响涂层的稳定性与使用寿命。当磨粒与树脂混合不均或涂覆过程不平整时，涂层中易形成气泡、孔隙等薄弱部位，这些部位会成为潜在断裂源，在外应力作用下会引发宏观裂纹，裂纹沿薄弱区域扩展并发生偏转，最终导致涂层断裂脱落；而涂层厚度的把控也尤为关键，涂层厚度越大，扩散系数越小，凝胶时残留的溶剂就越多，进而导致涂层固化时间延长，随着固化时间的增加，涂层内应力会不断增大，同样容易引发开裂。因此，为避免涂层出现断裂、开裂等问题，涂覆成膜时需采用多次涂覆的方法，以保障涂层质量。

（2）烘干

烘干温度越高，涂覆液中的溶剂扩散速度越快，但同时涂层的固化反应速度也会加 快，凝胶时间缩短，容易导致开裂。针对这一问题，可采用梯度升温方式，降低凝胶蒸发速度，来缓和固液界面产生的表面张力，提升固化效果，也可减少单次涂覆量。

小结

可溶性自修整抛光薄膜通过可溶性结合剂与弹性薄膜基底的协同作用，巧妙融合了游离磨粒抛光的灵活性与固结磨料抛光的高效性，完美契合了现代光学系统向小型化、集成化、超高精度演进的发展需求，为光学元器件抛光领域提供了全新的技术路径。

参考文献：

赵天晨,冯凯萍,周兆忠,等. 可溶固着软质磨粒抛光薄膜制备及性能研究[J]. 表面技术.

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