红外材料非球面光学元件的高精度模压技术基础研究

红外非球面元件在军用和民用产品中的广泛需求，要求实现高精度红外非球面元件低成本、大批量、高效率的生产。硫系玻璃作为一种低成本的红外材料使红外光学系统大范围的使用成为可能。硫系玻璃的材料特性决定了用常规方法加工非球面面形较难，不易实现高精度，批量的稳定生产，但非常适用于精密模压成型工艺。高精度模压成型技术未来可能成为大批量生产非球面红外光学元件的最佳方法。本项目以硫系玻璃非球面模压成型技术为研究对象，拟采用理论和实验研究结合的手段对玻璃模压成型技术的关键技术：非球面模具模芯的设计与加工方法；硫系玻璃模压工艺参数的优化选择；模压工艺对模压用硫系玻璃性能的影响等展开研究。通过有限元模拟和模压工艺实验得到非球面模具模芯设计方法及加工工艺规范， 掌握2-3种硫系玻璃非球面光学元件模压工艺的参数规律，形成硫系玻璃模压成型技术的自主知识产权。

本项目基于红外非球面元件在军用和民用产品中的广泛需求而提出，将精密玻璃模压成型技术用于硫系玻璃材料红外光学元件的研制，使红外光学元件低成本、大范围的使用成为可能。研究内容涵盖了高精度非球面模压成型技术的关键技术：超硬合金非球面模压模芯的设计、研制方法，建立了模芯表面质量与加工参数的关系；获得了一个PV值为191nm，粗糙度为6nm的碳化钨非球面模芯；提出了可用传统光学冷加工方法加工的陶瓷玻璃“ZerodurK20”作为碳化钨的替代品用于硫系玻璃模压的模芯并完成了模芯加工；完成硫系玻璃模压预型片设计及加工工艺研究；完成了硫系玻璃非球面模压理论分析及有限元仿真，研究所得的硫系玻璃光学元件模压工艺参数优化方法可以指导模压成型工艺文件的快速确立。本项目所展开的研究内容对发展红外光学技术，实现红外光学元件高精度、大批量低成本的生产具有重要理论意义和实用价值。