Автореферат (1090421), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Количество датчиков с увеличенным временем непрерывной работы в настоящее времясоставляет более 80 % от числа выпускаемых;- внедрить в производство оптимизированную конструкцию блока пьезоэлектрического, позволяющую увеличить вибро- и ударопрочность датчика, а также повысить на20 ... 25 % динамический диапазон регулировки периметра при сохранении управляющихнапряжений;- уточнить требования к параметрам поверхности оптических элементов ЛГ (неплоскостности, степени гидрофильности, шероховатости) с целью оптимизации технологии мойки6и финишной очистки деталей для осуществления качественного соединения методом оптического контакта.Личный вклад автораАвтор работы принимал непосредственное участие в постановке задач, рассмотренныхв диссертационной работе, в разработке новых технологических методик, в создании экспериментальных установок, в проведении экспериментальных исследований и обработке полученных результатов.Автор лично участвовал в подготовке технического задания на постановку ОКР «Ситалл-ЛГ» на Лыткаринском заводе оптического стекла.Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями, приведенными в работе, а также публикациями в рецензируемых журналах иобсуждениями на международных и всероссийских конференциях.Апробация результатов работыОсновные результаты работы опубликованы в научных статьях и тезисах докладов (десять публикаций), докладывались и обсуждались на международных конференциях «Оптикалазеров 2010» (Санкт-Петербург, 2010), «Лазерно-информационные технологии в медицине,биологии и геоэкологии».
(Новороссийск, 2011), «Системные проблемы надежности, качества, математического моделирования и инфотелекоммуникационных технологий в инновационных проектах» (Инноватика - 2012) (Сочи, 2012); 2-й всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «Функциональные материалы для космической техники» (Москва, 2011). «Всероссийской конференции молодых специалистов, ученых и студентов памяти главного конструктора, академика АН СССР В.И. Кузнецова» (Москва, 2013),XII межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потокиэнергии в космической технике, электронике, экологии и медицине» (Москва, 2011), Молодежной конференции московского отделения академии навигации и управления движением(Москва, 2011), Научно-технической конференции «Размерная стабильность материалов иконструкций оптических и оптико-электронных приборов» (Красногорск, 2014).ПубликацииПо материалам диссертации опубликовано 8 работ, из которых 3 в рецензируемыхжурналах и 5 в сборниках материалов и трудов конференций.7Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы.
Работа содержит 173 страницы, включая 75 рисунков и 8 таблиц. Список литературы на 9 страницахсодержит 99 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность работы и формулируются ее задачи. Здесьтакже представлены научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые назащиту.В первой главе приведены литературный и патентный обзоры современных взглядовна проблему оптического контакта полированных деталей, освещены основные физические ихимические свойства соединения и показана преобладающая роль молекул воды при его образовании.
Рассмотрены физико-химические модели оптического контакта для случаев соединения гидрофильных и гидрофобных поверхностей. Оценена возможность их применения с учетом технологии производства лазерных гироскопов. Рассмотрены способы упрочнения оптического контакта для улучшения качества бесклеевого соединения в лазерных гироскопах и определены дальнейшие пути направления исследований.Вторая глава посвящена экспериментальным и статистическим исследованиям соединения оптических элементов лазерного гироскопа методом оптического контакта с учетомтехнологии производства.Одной из обязательных операций при производстве лазерных гироскопов являетсяобезгаживающий отжиг в вакууме корпусов резонаторов при температуре 450°С, при этомдругие оптические детали не подвергаются подобной термической обработке. При обезгаживающем отжиге все посадочные поверхности корпуса из гидрофильных превращаются в гидрофобные, в то время как поверхности других вышеупомянутых деталей остаются гидрофильными.Для определения влияния технологического процесса отжига корпусов на качествосборки резонатора методом ОК был поставлен эксперимент по сборке образцов по стандартной технологии - с термической обработкой одной из соединяемых деталей, а также с термической обработкой обеих соединяемых деталей и без термической обработки.Перед установкой на ОК поверхности оптических деталей контролировались по параметрам неплоскостности (N/ΔN ≤ 0,3/0,2 кольца, λ = 0,6328 мкм), шероховатости (rms ≤6,7 Å), оптической чистоты (I-II класс) и микротвердости (650-850 кГс/мм2).
В результатеконтроля подбирались пары «кольцо-диск» таким образом, чтобы их параметры для каждой8из групп были примерно одинаковыми. Подготовка и испытания образцов происходили водном цикле (химическая очистка, обезгаживающий отжиг, сборка, разрыв), что позволяет,не учитывая влияние различных факторов, сравнивать прочностные характеристики соединения.Для усиления эффекта дегидратации поверхности после проведения химической очистки часть деталей отжигалась в вакуумной печи при температуре 700°С (вместо 450°С) в течение 5 часов. Для деталей, не подвергавшихся отжигу, химическая обработка проводиласьнепосредственно перед установкой деталей на ОК.
Испытания проводились на разрывноймашине EZ-LX фирмы Shimadzu (Япония). Результаты эксперимента представлены на рис. 1.Рис. 1. Результаты натурных испытаний соединения «кольцо – диск»:1 – без отжига детали; 2 – с отжигом одной детали (750°С);3 – с отжигом двух деталей (750°С).Из рис. 1 видно, что прочность исследуемых пар образцов составила следующие значения: для двух неотожженных деталей 1,260,07 МПа; для сборки, в которой одна из деталейподвергалась предварительному отжигу - 1,111,040,17 МПа; для двух отожженных деталей0,07 МПа (значения приведены при доверительной вероятности 0,95). Распределениепрочности для всех пар образцов хорошо коррелирует с нашими теоретическими предположениями, тем не менее, разница в прочности между образцами группы 1 и группы 3 составляет всего ≈ 21 %, что, по крайней мере, в два раза меньше прогнозируемой.Мы предлагаем следующее объяснение данному эффекту.
После проведения экспериментов на разрыв мы визуально провели оценочную проверку степени гидрофильности поверхности. Для всех образцов поверхность, находившаяся непосредственно под оптическим9контактом, обладала наибольшей гидрофильностью. Четко определялась граница, по которойбыл осуществлен ОК. Капля воды хорошо смачивала эту поверхность, практически не смачивая неконтактную. Для неотожженных деталей смачиваемость под контактной и не подконтактной зонами практически не различалась. Конечно, не проводя дополнительных исследований на специальном оборудовании, невозможно сделать точные выводы, однако фактповышения смачиваемости под контактными поверхностями хорошо устанавливается.По-видимому, в данном случае установка на ОК служит катализатором реакции гидратации ситалловой поверхности. Малую разность полученных значений прочности можнообъяснить только одинаковым механизмом взаимодействия между всеми исследуемыми поверхностями, а именно, посредством водородных связей.Помимо этого, были проведены эксперименты по установлению влияния технологиисборки и проведения термовакуумной обработки (при нагреве ∆T ≈ 160°C) на прочность ОК.В результате проведенной работы было установлено, что прочности соединения образцов,собранных после финишной очистки поверхности различными методами, в том числе, полученные при очистке с помощью Eclipse (метиловый спирт), практически не отличаются между собой.
Следовательно, на прочность соединения оказывает влияние только качество очистки поверхности, способ финишной очистки значения не имеет.Вместе с тем было установлено, что различия в микротвердости соединяемых образцов,выполненных из ситалла СО-115М (HV = 650-850 кГс/мм2), также не влияют на прочностьполучаемой сборки, а наличие в области контакта дефектов, например, частиц пыли, образующих бесконтактные пространства диаметром не более 1 мм2 (0,22% от общей площадиконтакта), или небольших царапин (зацепов от пинцета) приводит лишь к ее незначительному снижению ( 10 %).Кроме того, были исследованы некоторые методы упрочнения соединения, заключающиеся в финишной очистке деталей в эфирах, в финишной очистке плазмой на воздухе, вовведении щелочного раствора в контактный промежуток между сопрягаемыми деталями и ввыдержке сборки в течение продолжительного времени при повышенных температурах.
Впервых двух случаях положительных результатов добиться не удалось, что было связано сгидрофобизацией поверхности в результате образования пленки (в случае финишной очистки в эфирах) и с разрушением многослойного диэлектрического покрытия, применяемогопри изготовлении зеркал лазерного гироскопа (в случае очистки плазмой).Для случая введения щелочного раствора в контактный промежуток была достигнутапрочность сборки 3 МПа, при этом после разрушения соединения на поверхности оставалисьследы щелочи. При выдержке при температуре 100°С в течение 120 часов было достигнутоувеличение прочности сборки на ≈ 16 %.10В настоящее время в связи с все возрастающими требованиями к параметрам ЛГ остростоит вопрос о переходе на новый конструкционный материал. В связи с этим был проведенряд экспериментов по установлению прочности на отрыв перспективного материала - аналога ситалла СО-115М - стеклокерамики Clearceram-Z Regular (Япония).
Результаты испытанийпредставлены на рис. 2.8. При этом также было проверено влияние отжига 450°С, используемого на одном из технологических этапов для одной из собираемых деталей ("кольцо"),на свойства ОК. Сборка проводилась после финишной очистки, которая заключалась тольков мойке и сушке на центрифуге с подачей деионизированной воды.Рис. 2. Результаты натурных испытаний соединения «кольцо – диск»:1 – Clearceram без отжига детали; 2 – Clearceram с отжигом одной детали (450°С);3 – СО-115М с отжигом одной детали (450°С).Из графиков на рис. 2 видно, что прочность ОК для ситалла Clearceram приблизительнона 35 % больше, чем для ситалла СО-115М, и составляет для деталей из обеих групп (1,160,10) МПа. Для ситалла СО-115М наблюдаемая прочность составила (0,860,04) МПа.Таким образом, установлено, что прочность ОК при использовании Clearceram выше,чем при использовании СО-115М, при этом не наблюдается ухудшения качества поверхности после отрыва, следовательно, вышеуказанный материал может быть использован дляосуществления прочного ОК.Как уже говорилось выше, при изготовлении лазерных гироскопов сборка при проведении термовакуумной обработки подвергается нагреву, при этом возможно нарушение ОК,что приводит к разгерметизации внутреннего объема прибора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
