隨著大型光學儀器的不斷發展,提出的光學器件表面變形要求越來越小,使得粘接技術越來越多的應用到光學儀器的結構設計中。相對于傳統的機械連接方法,粘接方法不但可以改善粘接件的應力分布狀況,實現其它連接方式難于解決的各種不同材料之間的連接,而且適當的粘合劑的選擇可達到耐溫和抗震等的性能要求。
    為了獲得足夠的粘接強度和小的粘接應力,應根據被粘結構件的具體情況,合理選擇膠種或配方設計。現代光學儀器結構用膠中,較常用的有酚醛樹脂膠、環氧樹脂膠、聚氨酯膠、氯丁橡膠以及有機硅樹脂膠等,但趨向于選用室溫或中溫固化、柔性好、彈性模量低的經過改性的彈性膠及采用低毒的改性胺固化劑。環氧樹脂膠粘劑是運用的較廣的一種合成膠粘劑,有著固化強度高、韌性好和工藝簡單等優點。
    1膠粘劑的性質
    1.1改性的基本設想
    目前使用較多的是低分子雙酚A型環氧樹脂配制的環氧樹脂膠,但其不足之處是固化后膠層脆性大,抗沖擊強度低,容易產生膠接應力,這些都是在高精度光學儀器在裝配的過程中盡量避免的情況,為了改善其使用性能,一般添加活性增韌材料進行改性,選用的增韌劑主要是低分子量帶有端羧基的丁腈聚合物CTBN,在環氧樹脂的結構上,嵌上丁腈共聚物的柔性鏈段,從而起到增韌的作用,增韌后膠粘劑主要表現在粘接強度高和韌性好等方面。為了提高粘接結構件的穩定性和可靠性,選用了中溫固化和耐熱性好的二甲氨基丙胺甲醛聚合物作為固化劑,同時為了有效地提高粘接強度,可以通過選用偶聯劑,使得其一端能與金屬表面形成化學鍵,另一端則與環氧樹脂發生化學反應,參與固化,文中選用的為γ-氨基丙基三乙氧基硅烷作為偶聯劑。
    1.2原材料基本組成及配方
    原材料包括:
    CTBN、E-44環氧樹脂、309不飽和聚脂、二甲氨基丙胺甲醛聚合物、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
    膠粘劑的制備:
    甲組分:100份E-44環氧樹脂、10份CTBN、5份309不飽和聚脂。
    乙組分:10份二甲氨基丙胺甲醛聚合物、2份γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
    甲組分∶乙組分20∶1
    配制后的基本性能：

室溫放置36小時,然后再經50℃4個小時可使之固化。膠層耐油性和耐溶性能好,粘接強度高,固化后的室溫剪切強度為18.7MPa,室溫下剝離強度為5.6kN/m,綜合性能良好,基本可以滿足光學儀器的粘接強度要求。

1.3粘合劑的粘接步驟
    在進行實驗前,需要制定粘合劑的使用步驟如下：
    (1)需要對金屬連接件與光學件進行試裝,初步確定所設計的結構正確;
    (2)對需要粘接的表面進行脫脂、粗化、清洗等;
    (3)調制粘合劑,涂膠并且控制膠層的厚度;
    (4)預緊金屬連接件上的螺母,調整到設計的精度要求;
    (5)鎖緊螺母,去余膠,固化粘接件;
    (6)拆除工裝,校核精度。
    2光學件的受力變形
    在選擇了合適的膠粘劑后,為了能夠更好的對比分析使用膠粘劑后對光學件的應力變形的影響,使用有限元分析軟件對光學件在不同的受力情況下的狀態進行分析,在分析之前,需要把上述的膠粘劑的物理特性代入軟件。
    2.1粘接方法與傳統連接方法的變形比較
    為了更好地比較粘接方法和傳統連接方法的不同之處,在光學件與金屬框座的連接中,使用膠粘劑在側面四點均勻粘接金屬框座,而傳統的連接方法是在光學件的底部使用四點均勻支撐。在分析的過程中,主要是利用有限元分析軟件進行分析,在進行分析以前,需要做出所要分析的光學件的幾何模型,然后根據連接件與光學件具體的連接情況,來確定幾何模型的位移約束條件,根據建立的幾何模型然后進行有限元分析與計算。下面模型的幾何尺寸為:光學件是口徑300mm,厚度是40mm,兩個面都是平面。與光學件連接的機械件的材料是與玻璃膨脹系數接近的因鋼,因為這樣可以減少均勻的溫度升降帶來的鏡面畸變。光學件所涉及的材料的參數如下表所示：
    根據上述的參數,然后進行有限元分析,得到相應的有限元分析結果。下圖是有限元分析的根據具體的連接方法而得到的不同的變形結果,其中:
    從變形圖上可以看出:a)表示的傳統連接方法是光學件產生的大變形為1.167×10-4mm,而b)表示的使用粘接方法后的光學件的大變形為7.42×10-5mm,兩者相比可以得出,在現在高精度光學儀器要求的變形條件越來越高的時候,使用粘接方法可以比較有效地減小光學件的變形,使得在裝調光學儀器時盡可能的達到光學設計所提出的技術要求。文中評價光學性能的降低程度使用計算變形引起的波面誤差來描述,一般用鏡面的表面點相對于某一佳面型的軸向偏差的均方根值(RMS)來表示。
    在對傳統連接方法與粘接方法對光學件的變形影響的過程中,不同的粘接點對光學件的表面變形的作用是有較大的區別的,下面表2、表3分別表示使用傳統方法與粘接方法的不同之處: