Диссертация (1090422), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В нашем случае подобной обработки не происходит. Гидрофобизация происходит за счет удаления молекул воды и поверхностных ОН-групп при повышенной температуре с последующим созданием кислородных мостиков.Во-вторых, при проведении термовакуумной обработки уже собранных резонаторов достигается температура 180С. При этом в литературе [25, 46, 47] показано, что обработка при температурах выше 150С может приводить к образованию сильной ковалентной связи между соединяемыми поверхностями.
К тому жев приведенных работах исследовалось температурное воздействие на соединения70в течение 70 часов, в нашем случае оптический контакт находится при температуре выше 150C чуть более 30 часов.Для ответа на поставленные вопросы и установления механизма подобногоконтактного соединения нами был проведена серия экспериментов, для чего былиизготовлены специальные образцы из ситалла СО-115М, которые представлялисобой диски и кольца (рис. 2.1) [69].Рис. 2.1.
Образцы для экспериментов и собранное соединение.Перед посадкой на ОК поверхности оптических деталей контролировалисьпо параметрам неплоскостности (интерферометр Zygo Mark III), шероховатости(интерферометр белого света Zygo NewView 6200), оптической чистоты (стереомикроскоп МБС-10) и микротвердости (микротвердомер Matsuzawa MMT-X7). Врезультате контроля подбирались пары "кольцо-диск" таким образом, чтобы ихпараметры для каждой из групп были примерно одинаковыми. Было установлено,что все образцы обладали параметрами, удовлетворяющими требованиям к сборке деталей методом ОК.Перед химической очисткой на поверхностях деталей проводили микрополировку. Для этого полирит, используемый для финишной полировки оптическихдеталей, наносили на чистую батистовую салфетку, предварительно смоченнуюэтиловым спиртом.
После этого вручную производилась полировка деталей. Такая обработка позволяет механически удалить некоторые виды загрязнений, удаление которых другими способами весьма затруднительно.71Химическая очистка деталей проводилась в два этапа. На первом этапе проводилась очистка поверхности в хромовой смеси (H2SO4 + K2Cr2O7) в ультразвуковой ванне с последующей промывкой в деионизованной воде.
На втором этапеосуществлялась очистка в смеси (H2O2 + NH4OH + H2O) также в ультразвуковойванне. После проведения химобработки детали снова промывались проточной деионизованной водой и высушивались.После сборки образцы выдерживались в течение 10 суток в азотном шкафу, аперед проведением ТВО – в течение 6 суток. Время выдержки определялось технологическим процессом. Из литературы [29, 34] и из исследований, проводимыхнашими коллегами ранее, установлено, что со временем соединение упрочняется,причем максимум прочности на отрыв для ситалла СО-115М достигается примерно на седьмые сутки. Дальнейшее увеличение времени выдержки сборки не приводит к существенному повышению прочности этих соединений и, учитывая технологические особенности производства лазерных гироскопов, был выбран соответствующий временной интервал выдержки собранных экспериментальных образцов.Образцы для испытаний представляют собой соединение методом оптического контакта двух ситалловых деталей – кольца 50х18х10 мм (либо50х15х10), имитирующего корпус резонатора, и диска 30х10 мм (либо24х10), имитирующего одно из зеркал ЛГ (рис.
2.2). В процессе экспериментакольцо 1 опиралось на край металлического цилиндра 2, в то время как (до момента разрыва соединения диска с кольцом) на диск 3 оказывал давление пуансон4, выполненный из полиметилметакрилата.72Рис. 2.2. Осевое сечение конструкции образца в оснастке:1 – кольцо; 2 – цилиндр; 3 – диск; 4 – пуансон.Эксперименты проводились с использованием пресса поляризационнооптической установки УП-7 (Россия) и разрывной машины EZ-LX фирмы Shimadzu (Япония). Фиксировалось критическое усилие, при котором происходилразрыв соединения. Затем по известному значению усилия P и кольцевой площади оптического контакта S были найдены средние значения отрывающих напряжений, возникающих в оптическом контакте: = P/S.
При расчете отрывающихнапряжений по результатам натурных испытаний предполагалось, что нормальные напряжения распределены равномерно по площади и, в частности, вдоль радиуса кольца.При проведении испытаний было установлено, что в нашем случае масштабный фактор не оказывает существенного влияния на прочность соединения в связи с относительно большой площадью контактных поверхностей.2.2. Определение механизма взаимодействияКак уже говорилось выше, одной из обязательных операций в производствелазерных гироскопов является обезгаживающий отжиг в вакууме корпусов резонаторов при температуре 450°С, при этом другие оптические детали не подвергаются подобной термической обработке.
При обезгаживающем отжиге все поса-73дочные поверхности корпуса из гидрофильных превращаются в гидрофобные, вто время как поверхности других вышеупомянутых деталей остаются гидрофильными [69].Для определения влияния отжига корпусов на качество сборки резонатораметодом оптического контакта был поставлен эксперимент по сборке образцов постандартной технологии, с термической обработкой одной из соединяемых деталей и без термической обработки. Результаты экспериментов, выполненных с использованием пресса поляризационно-оптической установки УП-7, представленына рис. 2.3.Рис. 2.3.
Результаты натурных испытаний соединения"кольцо" – "диск":1 – без отжига деталей; 2 – с отжигом одной детали (450°С).Полагая величину прочности соединений случайной величиной x, для каждойиз групп исследуемых образцов определено среднее значение ̅ =1∑−1 , где n– число экспериментов; проведена оценка дисперсии по формуле: 2 = 2 =∑( −̅ )2−1, и стандартного отклонения sn; вычислена среднеквадратическая ошибкасреднего: =√. Затем по заданному уровню доверительной вероятности P = 9574% определен коэффициент Стьюдента t(P, n–1)) и модуль доверительного интервала Δx = sx∙t(P, v). В итоге значение прочности для каждой группы соединенийзаписано в виде ̅ ± ∆.Из графика видно, что прочность ОК для деталей, одна из которых не подвергалась предварительной температурной обработке, несколько выше, чем у деталей, прошедших подобную обработку, и составляет 1,10 0,19 МПа против 0,92 0,21 МПа. Таким образом, увеличение прочности составило ~ 19 %.
Качественно полученный результат хорошо согласуется с механизмом образования оптического контакта, тем не менее, различие по прочности получилось заметно нижеожидаемого (2 – 5 раз).Для подтверждения правильности полученных нами данных была проведенасерия экспериментов с использованием современной разрывной машины EZ-LX(Shimadzu). Исследования проводились с использованием аналогичной оснастки.Различие в полученных результатах объясняется, по-видимому, более плавнымнагружением сборки и меньшим временем нахождения под нагрузкой. Тем не менее и в первом, и во втором случаях мы можем сравнивать полученные результаты прочности между собой (внутри одного цикла испытаний).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 проводилась непосредственно перед установкой деталей на ОК.Измерялась прочность пар неотожженных деталей, отожженных и тех сборок, когда отжигу подвергалась только одна из деталей.Результаты эксперимента представлены на рис.
2.4.75Рис. 2.4. 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 рисунка видно, что прочность исследуемых пар образцов составила следующие значения: для двух неотожженных деталей 1,26 0,07 МПа, для сборки, вкоторой одна из деталей подвергалась предварительному отжигу, 1,11 0,17МПа, для двух отожженных деталей 1,04 0,07 МПа.
Распределение величиныпрочности для всех пар образцов хорошо коррелирует с нашими теоретическимипредположениями, тем не менее разница в прочности между образцами группы 1и группы 3 составляет всего ≈ 21%, что, по крайней мере, в два раза меньше прогнозируемой.Мы предлагаем следующее объяснение данному эффекту. После проведенияэкспериментов на разрыв мы визуально провели оценочную проверку степенигидрофильности поверхности.
Для всех образцов поверхность, находившаясянепосредственно под оптическим контактом, обладала наибольшей гидрофильностью. Четко определялась граница, по которой был осуществлен ОК. Капля водыхорошо смачивала эту поверхность, практически не смачивая неконтактную. Для76неотожженных деталей смачиваемость под зоной контакта и вне ее практическине различалась. Конечно, не проводя дополнительных исследований на специальном оборудовании, невозможно сделать точные выводы, однако факт повышениясмачиваемости под зоной контакта хорошо устанавливается.По-видимому, в данном случае установка на ОК служит катализатором реакции гидратации ситалловой поверхности.
Малую разность полученных значенийпрочности можно объяснить только одинаковым механизмом взаимодействиямежду всеми исследуемыми поверхностями.Наблюдаемое же небольшое различие в полученных результатах может объясняться меньшей степенью гидратации отожженных поверхностей и наличиемчастиц пыли, которые могли осесть на поверхность перед отжигом и не удалилисьво время финишной чистки.2.3. Влияние технологии финишной очистки и ТВОПомимо выяснения механизма контактного взаимодействия нами также былипроведены исследования по установлению влияния технологии сборки и проведения ТВО на прочность ОК [70].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
