随着大型光学仪器的不断发展，对光学器件表面变形的要求越来越高，使得粘接技术越来越多地应用到光学仪器的结构设计中。相对于传统的机械连接，粘接方法不但可以改善粘接件的应力分布状况，实现其他连接方式难以解决的各种不同材料之间的连接，而且只要选择了合适的胶粘剂就可满足产品设计工艺要求。

为了获得足够的粘接强度和避免产生较大的粘接应力，应根据被粘结构件的具体情况，合理地选择胶种或设计配方。在现代光学仪器结构用胶中，较常用的有酚醛树脂、环氧树脂、聚氨醋、抓丁橡胶和有机硅树脂类胶粘剂。但趋向于选用室温或中温固化、柔性的、弹性模量低的经过改性的弹性胶粘剂及采用低毒的改性胺固化剂。从实际情况来看，还是改性环氧树脂胶粘剂用得多一些。

2改性环权树脂胶粘剂

2.1胶粘剂配方设计及其性能

由于环氧树脂胶粘剂固化后的胶层脆性大，冲击强度低，容易产生胶接内应力，所以用在光学仪器的装配中时必须对其进行改性。如添加增韧材料(CTBN)、选用中温固化和耐热性好的二甲氨基丙胺甲醛聚合物作为固化剂，还可以采取选用偶联剂等措施，以满足光学仪器生产的需要。据此，设计出的配方如下(质量份):

甲组分:E-44环氧树脂100，CTBN10，300不饱和聚醋5;

乙组分:二甲氨基丙胺甲醛聚合物10，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷2。

使用时，甲、乙两组分的混合比为20:1。

配制后的胶粘剂具有如下基本性能:室温放置36h，然后再经50℃x 4h可使之固化。胶层耐油性和耐溶剂性能好，粘接强度高;固化后的室温剪切强度为18.7MPa，剥离强度为5.6 kN·m^-1，综合性能良好，可以满足光学仪器的粘接强度要求。

2.2使用步骤

(l)需要对金属连接件与光学件进行试装，初步认定所设计的结构正确与否;

(2)对需要粘接的表面进行脱脂、粗化、清洗;

(3)调制胶粘剂，涂胶并且控制胶层的厚度;

(4)预紧金属连接件上的螺母，调整到设计的精度要求;

(5)锁紧螺母，去除余胶，按工艺规定条件固化粘接件;

(6)拆除工装，校核精度。

3光学件受力变形的分析

在选择了合适的胶粘剂后，为了能够更好地对比分析使用胶粘剂后对光学件的应力变形的影响，使用有限元对光学件在不同的受力情况下的状态进行分析。需要说明的是，在分析之前需要把上述胶粘剂的物理特性代人软件。

3.1粘接与传统连接方法的变形比较

在光学件与金属框座的连接中，用胶粘剂在侧面等距离4点涂胶的方法将其连接;而传统的连接方法是在光学件的底部使用4点均匀支撑。在用有限元分析软件对它们进行分析前，需要做出所要分析的光学件的几何模型，然后根据连接件与光学件具体的连接情况来确定几何模型的位移约束条件，最后进行有限元分析与计算。模型的几何尺寸为:光学件直径300mm，厚40mm，双平面。与光学件连接的机械件材料是与玻璃膨胀系数最接近的锢钢(Invar)，用以减少均匀的温度升降带来的镜面畸变。(玻璃)光学件与锢钢材料的参数如表1所示。

根据上述材料的参数及不同的连接方法，经有限元分析而得到的不同变形结果如图1所示。

从变形图可以看出:传统连接使光学件产生的最大变形为1.167 x10^-4 mm;而用粘接方法连接的光学件产生的最大变形为7.42 x10^-54mm。两者相比较可知，在高精度光学仪器要求的变形条件越来越高的时候，使用粘接方法可以比较有效地减少光学件的变形，使得在装配或调整仪器时能最大限度满足光学设计所提出的技术要求。文中评价光学性能的降低程度可用计算变形引起的波面误差来描述，一般用镜面的表面点相对于某一最佳面型的轴向偏差的均方根值(RMS)表示。

在分析传统连接与粘接连接对光学件的变形影响过程中，不同的连接方式和不同数量的连接点对其产生的影响不同。具体情况如表2所示。

从表2可以看出:无论使用传统方式还是使用粘接方式对光学件进行固定连接，变形趋势都是一致的。随着连接点数的增加，在10-12点范围内光学件的变形量很小，所以一般粘接的点数取12点。同时也可以看出，使用传统连接方式与使用粘接方式对光学件的变形影响差别较大，特别是粘接产生的RMS值比传统方式产生的RMS值要小许多，说明粘接对光学件的光学性能影响较小。

3.2不同形状的光学件的变形比较

在这里只讨论单凸、单凹和两个面都是平面的光学件由连接产生的应力变化。单凸透镜的外形尺寸:直径为300mm，中心厚60mm，曲率半径为500mm;单凹透镜尺寸:直径为300mm，中心厚25mm，曲率半径为500mm;平面透镜尺寸与前面讨论的相同。光学件的尺寸确定后，由于连接件的材料和光学件的材料与前面计算的都一样，所以，可直接把它们的参数代人有限元分析软件，就能得到三者随着不同的粘接点数的变化而产生不同的应力变形曲线，如图2所示。

应力变形曲线图显示:不管是凸透镜、凹透镜还是双平面镜，当粘接点数增加到12点后，其对应力变形的影响也变小。所以，对于透镜粘接点应以12点为限。这样不但可以很好地减少透镜的变形量，而且可以简化粘接的工艺过程。

4结语

本文使用的环氧树脂胶粘剂具有良好的力学性能和综合性能，与传统连接方法相比，它在光学部件的装配过程中引起的应力变形有显著的降低。由此可以展望，光学仪器产品用胶及其粘接技术，将会在未来的高精度光学仪器装配中得到更广泛的应用。