Вопросы теории получения сверхгладких поверхностей

1. Освоение новых оптических диапазонов;
2. Повышение качества выходных параметров
традиционных оптических систем;
3. Повышение информативности оптических
систем;
4. Широкое применение мощных квантовых
генераторов в оптических системах (силовая
оптика).
1 Определить механизм удаления стекла с
поверхности при полировании
2 Определить механизм рассеяния энергии на
полированной поверхности
3 Дать анализ технологических приёмов
получения сверхгладких поверхностей
Серый- стекло
Черный- хемосорбированный слой
Желтый- потожировые загрязнения
Коричневый- минеральная пыль
Синий- адсорбированная влага
Роль воды в мокром процессе шлифования сводится к следующему:
а) разделение абразивных зерен друг от друга;
б) препятствования слипанию оторванных частиц материала;
в) выкалывание осколков стекла;
г) уменьшение вредного трения между абразивными зернами.
Шубников отрицает химическую роль воды в процессе шлифования.
Зерна неправильной формы, перекатываясь под
давлением шлифовальника по поверхности
обрабатываемого стекла, образуют на ней систему
ударных и вибрационных трещин.
Каждое зерно абразива, перекатываясь по стеклу под
давлением вращающегося шлифовальника, оставляет
на обрабатываемой поверхности небольшие, идущие
вглубь трещины.
1. Влияние диаметра зерна абразива на высоту микронеровностей
Rа= С1·D0,8
где
Ra- среднеарифметическая высота микронеровности
D- диаметр зерна в мкм.
С1 – технологический коэффициент.
2. Влияние твердости материала инструмента на высоту микронеровностей
Ra = C2* HB0,27 где
НВ – твердость инструмента по Бринелю.
3.Влияние твердости стекла на высоту микронеровностей
Ra=C3* Hn -0,51
где
Нn- твердость стекла по Виккерсу.
4.Влияние скорости обработки на высоту микронеровностей
Ra=С4V -0,5
где
V- скорость обработки
С4 – технологический коэффициент
5. С уменьшением высоты микронеровностей угол при вершине увеличивается
Ra=0,057D0,8· К0,1 ·HB0,25· g -0,23 · P0,04· V-0,51
H = 0, 35D0,6 ·HB0,3· g0,23 мкм
где:
D- диаметр зерна абразива, мкм
К – концентрация зерен, %
HB – твердость инструмента, кг/см2
g– абразивная твердость стекла, отн. ед.
Р – осевое давление , кг/ см2
V – скорость обработки, м/ сек
деф
1.
2.
3.
4.
Состояние вопроса
Анализ выполненных работ
Метрология полированных поверхностей
Обработка результатов экспериментов
Вертикальное h в 1 мм – 0,75 Å
Горизонтальное H г 1 мм –0,42 мкм
hсра=18,6
Hсра=7,0
tgαср =2,8·10-4
tgαсра=2,7·10-4 (∆=4%)
αсра=0,9'
hвер Å
Hгор мкм
tgα 10-4
1
15.4
5.9
2.6
2
19.9
10.3
1.9
3
19.5
7.1
2.7
4
15.0
4.4
3.4
5
18.0
5.7
3.2
6
24.0
8.4
2.9
Вертикальнок h 1 мм – 11.36 Å
Горизонтальное H 1 мм – 2,5 мкм
hсра=446
Hсра=10,5
tgαсра=42,5·10-4
αсра=14,6'
hвер Å
Hгор мкм
tgα ·10-4
1
375
11.7
32
2
330
10.0
34
3
485
10.57
46
4
393
11.25
35
5
478
11.25
42
6
458
10.0
43
7
465
10.0
46
8
500
10.2
50
9
471
9.8
47
10
507
10.6
48
Вертикальное h 1 мм – 3,41 Å
Горизонтальное H 1 мм – 1,67 мкм
hсра=166
αср = 5.3'
Hсра=11,7
α сра= 4.9' ∆= 0.4'
tgαсра= 15.14
hвер Å
Hгор мкм
tgα·10-4
1
160.0
8.35
19.16
2
143.0
7.5
19.0
3
191.0
15.0
12.7
4
177.0
13.3
13.3
5
174.0
17.5
9.9
6
184.0
15.0
12.2
7
170.5
10.0
17.0
8
149.0
10.0
14.3
9
156.0
8.35
18.7
При оптимальном соотношении Rz= 1/50 λ имеем
λ, нм
Rz, Å
1
500
100
2
400
80
3
300
60
4
200
40
5
100
20
1. Процессы шлифования и полирования стекол
подчиняются одним и тем же закономерностям.
2. Рассеяние энергии на поверхности зависит в основном
от вторичной шероховатости на боковых поверхностях
микронеровностей.
3. «Гладкость» поверхностей для каждых длин волн будет
индивидуальной.
4. Для получения сверхгладких поверхностей необходимо
удалять трещиноватый (дефектный) слой.
Капиллярная влага P=20 кг/см² Туд=273°
Радикалы –ОН создают по поверхности раздела сред пленку хемосорбированной влаги.
Желтый-вода (Капиллярная влага)
Красный-пленка хемосорбированной влаги
Синий-вода (Адсорбированная влага)
Серый-стекло
Для получения сверхгладких поверхностей необходимо:
1. Отполировать поверхность с заданным уровнем
шероховатости.
2. Удалить трещиноватый (дефектный) слой.
3. Удалить (или максимально уменьшить) вторичную
шероховатость.
4. При нанесении покрытий удалить хемосорбированную
влагу.
1. Детали обрабатывают по технологии глубокой
шлифовки-полировки (ГШП). Процесс полирования
периодически останавливают. Детали протравливают в
растворе плавиковой кислоты (HF). Если вскрываются
микротрещины на полированной поверхности, процесс
полировки продолжают с периодическим
протравливанием поверхности до тех пор, пока трещины
исчезнут.
2. Детали обрабатывают по технологи ГШП.
При полировке в суспензию добавляют раствор
плавиковой кислоты. Происходит одновременный
процесс механической и химической
полировки. При этом вторичная шероховатость удаляется
в основном химической полировкой.
При нанесении покрытий необходимо удалить
хемосорбированную влагу. Она удаляется химическим
путем при помещении деталей в абсолютированный
(обезвоженный спирт). Абсолютированный спирт
отрывает от поверхности детали радикалы –ОН и
активирует ее, после чего в вакууме наносится покрытие.
По ОСТ 3-6186-86 прочность покрытия 20±4 Дж/ см².
По предложенной технологии прочность покрытия 50-60
Дж/см².
Для неразрушающего контроля сверхгладких
поверхностей Физическим институтом АН по договору с
Красногорским заводом был изготовлен специальный
стенд для контроля оптики по рассеиванию энергии на
поверхности.
Технические данные:
Длина волны лазерного излучения, Нм ……………………….337
Диапазон измерения коэффициента диффузного
светорассеяния…………………………………………….0,0001÷1
Диаметр зондирующего луча, мм……………………………...2÷4
Погрешность
измерения………………………………….……….….±0,00002
Количество измерений в цикле статистической обработки…...64
Диапазон поперечного сканирования образца, мм…………….50
Максимальные габариты образца, мм……………………160‫٭‬160