Фактори, що впливають на ефективність електронної обробки поверхонь оптичних матеріалів. Технологічний процес фінішної електронної обробки оптичного силікатного скла. Дослідження поверхні оптичних виробів мікрооптики в залежності від режимів обробки.
Аннотация к работе
За сучасними технологіями оптичного виробництва - глибокого шліфування і полірування, хімічного, хіміко-механічного та полум‘яного промислового полірування неможливо підготувати хімічно і оптично однорідний поверхневий шар (ПШ) на пластині з оптичного силікатного скла з гарантованими середньостатистичними мікронерівностями поверхні меншими 5 нм. Серед існуючих теплових методів обробки поверхні оптичного силікатного скла (ІЧ-випромінюванням, лазерним променем, електронним потоком), які забезпечують локальну модифікацію мікрорельєфу поверхні і оптичних властивостей виробів, перспективним є метод стрічкової електронної обробки (ЕО), який відноситься до високотемпературних (робоча температура в зоні обробки становить 1500...1600 К) і швидкодіючих (час термічного впливу на матеріал не перевищує одиниць секунд), в результаті застосування якого утворюється поверхня з новими фізико-хімічними та експлуатаційними властивостями. Разом з тим, високої якості обробки поверхні оптичного скла і повторюваності результатів ЕО неможливо досягти без стабільної роботи інструмента обробки - стрічкового електронного потоку, джерелом якого є дротяний катод електронної гармата (ЕГ) Пірса. Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами: робота виконувалася в лабораторіях „Вакуумної техніки та електронно-променевих методів обробки”, „Прикладної оптики та атомно-силової мікроскопії” кафедри фізики Черкаського державного технологічного університету в рамках держбюджетних робіт: „Створення континуальних механіко-математичних моделей та основ аналізу функціональних параметрів і синтезу п‘єзоелектричних перетворювачів поліморфного типу у тому числі з аморфними та алмазоподібними плівками” (номер державної реєстрації 0100U004418); „Технологічні основи отримання металізованих покриттів на виробах мікрооптики та наноелектроніки електронно-променевим методом” (номер державної реєстрації 0103U003689). Розробити рекомендації щодо електронної обробки пластин з оптичного скла під вироби мікрооптики, що задовольняють параметрам якості (мікронерівності не більше 5 нм, залишкові термічні напруження не більше 3,6 МПА (для виробів товщиною 2 мм), глибина проплавленого шару не більше 120 мкм, повторюваність результатів обробки - 25...30%), які висуваються до цих пластин згідно ISO 10110-1/14.У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційного дослідження, сформульовано мету, задачі та основні положення, що виносяться на захист, окреслюється наукова новизна та практична цінність роботи, наведено відомості щодо апробації, публікації, використання результатів дослідження. Проведено аналіз сучасних методів поверхневої термічної обробки оптичного скла, їх використання у промисловій сфері та визначено переваги методу фінішної стрічкової ЕО оптичних матеріалів. Визначено необхідність розрахунку оптимальних параметрів стрічкової ЕО оптичного скла та досліджень в техніко-експлуатаційних характеристик дротяних вольфрамових катодів електронних гармат. Встановлено, що в літературних джерелах відсутні дані про засоби комплексного автоматичного та програмного керування й контролю процесу ЕО оптичних матеріалів, дані про нестабільність технологічних параметрів ЕГ Пірса у часі (відсутні дані щодо стабільності та корекції параметрів катоду з врахуванням його зносу) та складність юстування окремих вузлів та елементів цих гармат, що обмежує їх використання в технологіях обробки оптичних матеріалів та технологіях отримання елементів МО. Другий розділ містить опис розробленого експериментального обладнання, технологічного оснащення та пристроїв керування параметрами ЕО оптичного скла.Сутність розробленої методики полягає в тому, що виходячи з робочої довжини реального катоду L = 60 мм, його початкового діаметру D = 0,3...0,8 мм, визначається робоча температура катоду Тр = 2300…2800 К, напруга розігріву Uf = 4…7,8 В, струм розігріву If = 9,5…20,2 А, струм електронної емісії Is = 0,02…3,68 А, термін експлуатації катоду t ? 110...120 год та його ефективність Не = Ie/Pf = (0,61…24,79).10-3 А/Вт. При порівнянні розрахункових та експериментальних даних було встановлено діапазон оптимальних значень струму розігріву катоду (на прикладі катоду діаметром D=0,5 мм і довжиною L=60 мм), що становить If=12,95...15,75 А і відповідає оптимальній області робочих температур 2400...2700 К. Струм розігріву катоду (на прикладі катоду діаметром D = 0,5 мм і довжиною робочої частини L = 60 мм) повинен знаходитися в межах If = 12,95...15,75 А, що відповідає робочій температурі катоду Тр = 2400...2700 К. За методикою визначення оптимальної відстані від електронної гармати до оброблюваної поверхні по характеру термічного впливу електронного потоку на матеріал визначалася залежність розмірів та форми ЗТВ в області фізичного контакту електронного потоку з матеріалом від відстані від ЕГ до поверхні матеріалу, що піддавався електронному впливу. Результати експерименту у вигляді зображень ЗТВ на графіті та оплавлених комірок сітки, рис.3, дозволили встановити форму, розмір та розподіл інтенсив