Диссертация (1090422), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Следовательно, нужно увеличить требования к неплоскостности контактной поверхности "корпуса"для увеличения количества выхода годных датчиков. Для остальных рассматриваемых величин такая тенденция также присутствует, хотя и выражена слабее.Наименее заметна разница в параметре "пик-впадина".При уменьшении интервала до (a ± 2s) в него будет попадать 95,4% значений искомой величины (табл. 2.3).Табл. 2.3"Корпуса"СоединениеNNmaxNminPVКачественное(-0,19; 0,07)(0,08; 0,25)(-0,22; -0,08)(0,18; 0,46)Некачественное(-0,28; 0,21)(0,05; 0,32)(-0,27; -0,07)(0,17; 0,57)Таким образом, в результате статического анализа было установлено, чтодля "корпуса" резонатора значение N должно располагаться в интервале (-0,15;0,05), для Nmax (0,10; 0,25), Nmin (-0,20; -0,10). Значения PV должны быть меньше0,5 кольца.
Следует отметить, что основное внимание следует уделить общей неплоскостности корпуса.Тот факт, что для корпусов получено значительное различие по неплоскостностности между деталями, образовавшими качественное и некачественное со-99единения, может быть объяснено тем, что корпус гораздо жестче блока электродов и, следовательно, последний гораздо легче деформируется.
Это ясно говорито зависимости качества оптического контакта от величин неплоскостности сопрягаемых поверхностей, причем основное внимание следует уделить более жесткойдетали.Разброс значений неплоскостности поверхности блока электродов в исследуемом интервале значений практически не влияет на качество и термоустойчивость ОК. Это объясняется значительно меньшей жесткостью блока электродовпо сравнению с жесткостью корпуса резонатора.Для корпусов же распределение деталей, образовавших качественное соединение, и деталей, образовавших некачественное соединение, заметно отличается.
В связи с этим для повышения относительного количества деталей, образовавших качественное соединение, необходимо ужесточить критерий отбора деталей по параметру неплоскостности.Отметим, что в справочнике технолога-оптика [4] указана оптимальная величина неплоскостности для соединения деталей методом ОК, которая равняется:N = 0,3; ∆N = 0,1 для деталей, геометрические размеры которых подобны контактным поверхностям корпуса и блока электродов.
На основании проведенныхисследований с целью повышения выхода годных изделий рекомендуется установить значения неплоскостности для корпуса N = 0,2; ∆N = 0,2 вместо N = 0,5, ∆N= 0,3, а для блока электродов оставить значения неплоскостности неизменными.Выводы к главе 21)Установлен механизм контактного взаимодействия между гидрофоб-ной (отожженной) и гидрофильной поверхностью стеклокерамики, осуществляемый через водородные связи, образующиеся между поверхностными ОНгруппами и промежуточным слоем воды.
В этом случае предпочтительным является соединение неотожженных поверхностей, т.к. в этом случае прочность возрастает ~ 10 - 20%.1002)Выяснено, что технология финишной обработки поверхности соеди-няемых деталей практически не влияет на качество ОК.3)Процесс термовакуумной обработки приводит к упрочнению соеди-нения на ~ 15 - 25% в зависимости от состояния поверхностей оптических деталейперед сборкой. Подобная обработка не приводит к образованию сильных ковалентных связей между поверхностями. Увеличение прочности происходит из-зауменьшения толщины слоя воды между контактными поверхностями и релаксацией остаточных напряжений.4)Рассчитана величина напряжений, возникающих в ОК при проведенииТВО, в зависимости от разности ТКЛР соединяемых материалов.5)В результате анализа статистических данных рекомендовано ужесто-чение требований к посадочной поверхности корпуса в соединении корпус - блокэлектродов до N = 0,2; ∆N = 0,2 кольца.101Глава 3.
Влияние ТКЛР материалов, используемых в лазернойгироскопии, на эксплуатационные характеристики прибора3.1. Проблема ТКЛР материалов в лазерной гироскопииДля компенсации напряжений, возникающих в соединении вследствие различия ТКЛР материалов соединяемых деталей, можно пойти двумя путями: увеличить прочность соединения, либо уменьшить значение самой разности ТКЛР.Как уже говорилось выше, свойства ситалла зависят от многих факторов: времении температуры термообработки, количества кристаллизатора и др.
Поэтому вначале необходимо тщательно изучить интересующий нас параметр используемогов современной отечественной лазерной гироскопии ситалла СО-115М.Т.к. в лазерной гироскопии материалы с ультранизким ТКЛР используютсяиз-за обеспечения малых температурных приращений оптического периметра ЛГ,в настоящей главе рассматриваются параллельно две задачи: определение температурной зависимости ТКЛР конструкционного материала и рассмотрение изменения периметра резонатора в заданном температурном интервале с целью обеспечения наилучшей пассивной термокомпенсации.В процессе работы лазерные гироскопы выдают информацию об угловыхперемещениях непрерывно, не допускаются даже кратковременные разрывы поступающей в систему от гироскопа информации о вращении. В связи с этим возникают дополнительные требования к стабилизации периметра кольцевого резонатора.Для стабилизации периметра резонатора КЛГ обычно используются методыпассивной и активной термокомпенсаций.
К пассивным методам относится использование материалов для изготовления резонаторов с предельно низким ТКЛР.Однако никакой реальный материал с самым низким ТКЛР не может обеспечитьпассивную стабилизацию периметра с необходимой для ЛГ точностью, поэтомуво всех ЛГ используется еще и активная система регулировки периметра (СРП)кольцевого резонатора. В качестве исполнительных элементов в ней выступают102два симметрично установленных пьезокорректора (ПК). Однако активная СРПимеет ограниченный динамический диапазон и может отрабатывать только неочень большие изменения периметра кольцевого резонатора.
Если тепловое расширение периметра резонатора превышает динамический диапазон СРП, то приходится возвращать систему к началу диапазона, изменяя периметр на целое число длин волн генерации. В момент перехода (т.н. обнуление периметра) происходит нарушение рабочего режима генерации кольцевого лазера вплоть до пропадания лазерной генерации, при этом выходная информация ЛГ становится недостоверной. Именно это и недопустимо на современных подвижных объектах.Максимальная величина хода зеркала пьезокорректора обычно составляет 2 3 длины волны лазерной генерации ( = 0,6328 мкм). В свою очередь, изменениедлины периметра при нагревании или охлаждении прибора зависит от величиныТКЛР конструкционного материала корпуса резонатора. Это изменение для отечественного материала, например, ситалла СО-115М, в широком температурномдиапазоне может превышать ход пьезокорректора [74].
В настоящей главе проведены исследования, позволяющие уточнить и экспериментально обосновать требования к конструкционному материалу для изготовления корпуса резонатора идругих оптических деталей ЛГ, а также определить рамки технологических температурных воздействий на материал резонатора и проработать возможностьприменения новых материалов для изготовления оптических деталей ЛГ.3.2. Общие сведения о ситаллахВ настоящее время при создании кольцевых лазеров в качестве конструкционных применяют материалы, обладающие ультранизким коэффициентом линейного расширения. К таким материалам относятся преимущественно кварц и стеклокерамика. Кварц обладает сравнительно большой газопроницаемостью и ТКЛРпо сравнению с ситаллами, поэтому сейчас наиболее распространено использование стеклокерамики.
В отечественной лазерной гироскопии, в основном, исполь-103зуется ситалл марки СО-115М (ЛЗОС, Россия), за рубежом – Zerodur (SHOTT,Германия), Clearceram (OHARA, Япония).Ситаллы широко используются уже более 50 лет и достаточно хорошо изучены, тем не менее далее будут приведены некоторые основные свойства и структура этих наноматериалов, имеющие значение при использовании их в лазернойгироскопии.Ситаллы – стеклокристаллические материалы, полученные объемной кристаллизацией стекол, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз,равномерно распределенных в стеклофазе [74].Впервые подобный материал получил французский химик Реомюр в 1739 году. Эта идея нашла свое продолжение только в конце 20-х годов XX века.
В конце50-х годов в США был открыт способ управляемой кристаллизации стекла ("ДауКорнинг", Нью-Йорк). Первое официальное сообщение о создании новой отраслипо превращению стекла в стеклокерамику было сделано в 1957 году также вСША. Новый материал, представляющий из себя частично закристаллизованноестекло, назвали "пирокерам". В СССР подобные материалы стали называться ситаллами.Ситаллы обладают очень низким коэффициентом линейного расширения, чтообеспечивает их термическую устойчивость. Прозрачность материала связана сразмерами кристаллов, меньшими полуволны длины видимого света, и близостьюпоказателей преломления кристаллической и стекловидной фаз.
Обе фазы имеютсходные химические свойства и твердость, поэтому стеклокерамика легко обрабатывается на стандартном оборудовании для обработки оптического и технического стекол [75].Кроме того, стеклокерамика обладает высокой твердостью, механическойпрочностью, хорошей химической стойкостью, высокой температурой размягчения.В отличие от обычных стекол, свойства которых определяются, в основном,их химическим составом, для ситаллов решающее значение имеет структура и фазовый состав.
Стеклокерамика является мелкозернистым материалом, обладаю-104щим почти идеальной поликристаллической структурой. Свойства ситаллов изотропны. Большая абразивная стойкость делает их малочувствительными к поверхностным дефектам.Количество кристаллической фазы в ситаллах составляет 20-95%. В технологии производства ситаллов используется принцип направленного создания структуры "сверху-вниз", т.е. путем их образования из однофазной квазиоднороднойсреды [76].Ситаллы получают методами стекольной технологии, но с добавлением этапатермообработки отформованного изделия. Подобная термообработка происходитпо двухступенчатому режиму.
На первом этапе в стекле происходит зарождениецентров кристаллизации при температуре, близкой к температуре стеклования(800 – 1200 ºС). На втором – происходит рост кристаллов (около 700ºС).При возникновении зародышей новой фазы соблюдается принцип минимумаповерхностной энергии на границе фаз, что означает хорошую смачиваемость зародышей средой. При возникновении и росте кристаллов энергетически выгодноих срастание с прослойкой аморфной стеклофазы при отсутствии трещин инапряжений [77], [78].При термообработке литиевоалюминиевых стекол, содержащих диоксид титана, в них происходят процессы фазового разделения и объемной кристаллизации формирующего кристаллическую фазу со структурой β-кварца, состоящую изβ-эвкриптита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
