Диссертация (1090422), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Под рабочим понимается направление,перпендикулярное плоскости направления варки ситалла в варочной печи (перпендикулярное рабочей зоне).Рис. 3.2. Образцы для исследований.Измерения термического изменения размеров образцов проводились наФГУП "ВИАМ" с использованием дилатометра с толкающим стержнем фирмы110NETZSCH (модель 402С) [86] в интервале температур от минус 60 до 180°С (рис.3.3).
Разрешающая способность прибора составляет 0,25 нм/°С, погрешность 3 %. Измерения проводились в режиме реального времени со скоростью изменения температуры 2°С/мин. Сначала были измерены реальные размеры образцов вНКУ, затем образцы охлаждались до температуры минус 60°С, после чего медленно нагревались до 180°С.Рис.
3.3. Схема устройства дилатометра NETZSCH 402 Сс низкотемпературной печью [86].Как пластины, так и цилиндры изготавливались из ситалла СО-115М, условно разделенного на три группы:1)Произвольный ситалл, содержащий крупные скопления свилей снапряжениями 25 нм/см и выше (группа 1). На рис.
3.4 представлена фотографияситалла группы 1.111Рис. 3.4. Фотография ситалла группы 1, выполненная с помощьюполярископа-полириметра ПКС-250.2)Ситалл, имеющий напряжения в нерабочем направлении (≈12 нм/см),а также отобранный по специальным требованиям по однородности, пузырностии не содержащий свилей (группа 2, рис. 3.5);Рис. 3.5. Фотография ситалла группы 2, выполненная с помощьюполярископа-полириметра ПКС-250.3)Ситалл без напряжений, отобранный по специальным требованиям подвулучепреломлению, однородности, пузырности и не содержащий свилей (группа 3, рис. 3.6).112Рис.
3.6. Фотография ситалла группы 3, выполненная с помощьюполярископа-поляриметра ПКС-250.Зависимости ТКЛР образцов из ситалла СО-115М различных групп от температуры представлены на рис. 3.7. Необходимо отметить, что в производствеможет использоваться ситалл любой группы.Рис. 3.7. Зависимость ТКЛР ситалла СО-115М от температуры:1 – ситалл группы 1; 2 – ситалл группы 2; 3 –ситалл группы 3; 4 – зависимость построена политературным данным [83].113Как видно из графиков, полученные данные относительно материала 3-йгруппы хорошо согласуются с данными литературного источника. Также видно,что свильный материал обладает большим значением ТКЛР при положительныхтемпературах, чем другие материалы. При отрицательных же температурахнаихудшие параметры показал материал группы 2.Для лучшего понимания проблемы приведем зависимость теплового приращения длины периметра резонатора ЛГ dL, изготовленного из данных материалов, от температуры (см.
рис. 3.8). Длина периметра резонатора L кольцевого лазерного гироскопа при изменении температуры изменяется в соответствии сТКЛР материала его корпуса. Отсчёт приращения периметра ведётся от температуры T0, эта температура принимается равной 0C. Тогда тепловое приращениепериметра dL, как функция температуры, определяется формулой (3.1):dL(T ) T L0(t )dt , гдеT0L0 – начальная длина образца при T0 = 20°C.Рис. 3.8. Зависимость изменения периметра резонатора от температуры:1 – ситалл группы 1; 2 – ситалл группы 2; 3 – ситалл группы 3.(3.1)114Из графиков видно, что в интервале рабочих температур (от минус 60°С до90°С) лучшие характеристики показал материал группы 2 и материал 3-й группы,причем у последнего параметры лучше в области отрицательных температур, а уситалла 2-ой группы – в области положительных.
Свильный материал имеет значительно худшие значения ТКЛР в области положительных температур. С повышением температуры эта разница только увеличивается.Помимо сопоставления полученных результатов с литературными даннымибыли проведены измерения ТКЛР корпусов резонаторов КЛГ, изготовленных изситалла СО-115М.Для решения этой задачи были проведены измерения собственных уходовпериметра резонаторов без присоединенных пьезоприводов.Величина ухода периметра измерялась по зависимости модуляции интенсивности знакопеременного магнитного поля от расстройки частоты генерации относительно центра контура усиления, т.н.
периметрового сигнала. При экспериментах исследуемый прибор последовательно выдерживался при температурах минус50°С, 25°С и 75°С в течение 1 часа при каждой температуре, после чего приборвключался, при этом в результате саморазогрева температура повышалась примерно на 15°С. Измерения изменения длины периметра проводились в процессесаморазогрева резонатора.Результаты экспериментальных измерений представлены на рис.
3.9. Такжена рисунке для сравнения приведены расчетные изменения длины периметра резонаторов, если бы они были изготовлены из исследуемых нами образцов ситалла.115Рис. 3.9. Изменение длины периметра резонаторов ЛГ:1 для ситалла 3-й группы (расчетные); 2 для ситалла 3-й группы(экспериментальные); 3 для ситалла 1-й группы (расчетные);4 для ситалла с неизвестным ТКЛР (экспериментальные).На рис. 4 кривой 1 представлены расчетные значения изменения длины периметра резонатора из ситалла 3-й группы, ТКЛР которого измерен с использованием дилатометра, а кривой 2 представлены экспериментально измеренные значения длины периметра резонатора, также изготовленного из ситалла 3-й группы,при различных температурах окружающей среды.
Экспериментальные измеренияпроводились на нескольких резонаторах, для всех были получены близкие результаты.Кривая 3 показывает расчетное изменение длины периметра резонатора изситалла 1-й группы, ТКЛР которого измерен с использованием дилатометра. Кривой 4 представлены экспериментально измеренные значения длины периметра резонатора, изготовленного из ситалла СО-115М, не проходившего специальныйотбор, с неизвестным ТКЛР.
Кроме того, в таких резонаторах визуальным наблюдением, как правило, обнаруживались свили несмотря на то, что наблюдение свилей в корпусе резонатора затруднено.116Из графика видно, что экспериментальные зависимости измерения ТКЛР хорошо согласуются с расчетными.Как говорилось выше, для ОК крайне важным является различие в ТКЛР соединяемых деталей.
В результате проведенных нами исследований ситалла СО115М (13 различных варок) был установлен диапазон возможных значений интересующего нас параметра. Результаты исследований представлены на рис. 3.10.Рис. 3.10. Диапазон возможных значений ТКЛР ситалла СО-115М.Отметим, что все исследованные нами температурные зависимости лежат впоказанном на рис.
3.10 интервале, эквидистантно кривым, обозначающим границы интервала. Результат полностью согласуется с исследованиями, проводимымив работе [87], где указано, что для ситаллов литиевоалюмосиликатной системы, ккаким относится ситалл СО-115М, зависимость dL (а, следовательно, и α) от температуры можно представить кривой одного вида, перемещаемой вдоль оси абсцисс при колебаниях состава и режима термообработки.117Важная для ОК разность ТКЛР в температурном интервале от 20 до 180°Сдля крайних случаев составляет 5,06∙10-7 1/°С. Как показали расчеты методом конечных элементов, например, для плоских зеркал (Ø30 мм, h = 4 мм) такая разность будет допустимой при прочности ОК ≥ 0,85 МПа.Конечно, в реальности такой крайний случай может возникнуть нечасто, темне менее полученное нами значение для прочности ОК = 0,6 МПа не может полностью удовлетворять условиям нашего производства.
Поэтому уменьшение разности ТКЛР сопрягаемых деталей является насущной задачей лазерной гироскопии.Для бессвильного ситалла, но имеющего напряжения в нерабочем направлении, были проведены дополнительные исследования. Для этого были произвольновзяты 2 заготовки из подобного ситалла различных варок. Образцы для исследований вырезались попарно в 3-х перпендикулярных направлениях (рис. 3.11).Рис. 3.11. Образцы для исследований анизотропии ТКЛР.Для каждого из направлений был измерен ТКЛР. Результаты исследованийдвух заготовок представлены на рис.
3.12 - 3.13.118Рис. 3.12. Температурные зависимости ТКЛР для напряженного (≈12 нм/см) ситалла(заготовка 1), вырезанные в различных направлениях.Рис. 3.13. Температурные зависимости ТКЛР для образцов из напряженного (≈12 нм/см)ситалла (заготовка 2), вырезанных в различных направлениях.119Из приведенных графиков видно, что в различных направлениях ТКЛР ситалла практически не изменяется, следовательно, подобные напряжения (≈12нм/см) в стеклокристаллическом материале не оказывают существенного влиянияна его ТКЛР.Также нами предпринималась попытка связать цвет ситалла СО-115М с температурной зависимостью α.
Для этого из материалов, визуально различающихсяпо цвету, были вырезаны образцы для дилатометрических исследований. Материал условно был разделен на три группы: светлый, средний, темный. Т.к. характерный желтовато-коричневый цвет ситаллу СО-115М придает наличие оксида титана [88], предполагалось, что на интенсивность окраски материала может влиятьконцентрация используемого катализатора. Результаты проведенных исследований представлены на рис. 3.14.Рис. 3.14. Температурные зависимости ТКЛР для ситалла СО-115М различного цвета:1 – светлый; 2 – средний; 3 – темный.На графике видно, что температурная зависимость α для наиболее темногоматериала лежит между светлым и средним, причем практически совпадая со120средним материалом.
Из приведенных данных видно, что четкой зависимостимежду цветом материала и его температурной зависимостью ТКЛР не наблюдается.Помимо этого, были проведены исследования по определению ТКЛР свильного материала в трех перпендикулярных направлениях (аналогично напряженному материалу). Рассматривался материал, обладающий параллельными нитевидными свилями с напряжениями 12 нм/см, наблюдаемые на полярископе ПКС250М. Подобные напряженные свили рассматриваются как наиболее часто встречающиеся дефекты, например, среди материала, полученного за 2012 - 2013 годы,примерно для 25% ситалла было обнаружено наличие подобных дефектов в нерабочем направлении.
Сейчас материал не используется, т.к. не отработаны критерии его отбраковки, в связи с этим установление критериев возможности использования подобного материала является актуальной задачей. Результаты исследований ТКЛР представлены на рис. 3.15.Рис. 3.15. Температурные зависимости ТКЛР для образцов ситалла, обладающего сетьюпараллельных напряженных (12 нм/см) нитевидных свилей, вырезанных в трех перпендикулярных направлениях.121Из рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
