Диссертация (1090422), страница 22
Текст из файла (страница 22)
22 - 24 зависимости ТКЛР ситалла от температуры построены как средние по результатам измерения трех образцов для каждойгруппы, а экспериментальные значения приведены только для одного образца изкаждой группы. Этим объясняется наибольший разброс исследуемой характеристики для материала 1-ой группы, как самого неоднородного из всех исследуемыхматериалов.Анализ результатов показывает, что для образцов всех групп средние значения изменения ТКЛР лежат в пределах погрешности измерений. Следовательно,отжиги при температурах до 700°С не влияют на свойства ситалла СО-115М.132Поскольку блок электродов для ЛГ, так называемая "ножка", паяется притемпературе 800°С, нами были проведены исследования изменения ТКЛР ситалла3-ей группы после проведения отжига при этой температуре в течение 5 часов.Результаты исследования представлены на рис.
3.25.Рис. 3.25. Влияние высокотемпературного отжига (800°С) на ТКЛРситалла СО-115М 3-ей группы: 1 – до проведения отжига; 2 – после проведения отжига.Из графика видно, что ТКЛР ситалла СО-115М после отжига значительноувеличился. Если сравнить зависимости, приведенные на рис. 18 и 25, можно заметить, что ТКЛР ситалла после отжига при 800°С увеличился примерно в 2 разапо сравнению с увеличением ТКЛР ситалла после отжига при температуре 760°С.Разница средних значений ТКЛР составила 1,06∙10-7 1/°С для отжига при температуре 800°С против 0,59∙10-7 1/°С для температуры 760°С. Это свидетельствует отом, что при повышении температуры отжига до 800°С свойства ситалла СО115М изменяются значительно.1333.6. Поиск нового материала для производства резонаторовОдной из насущных проблем лазерной гироскопии является увеличение времени непрерывной работы прибора во всем интервале рабочих температур (отминус 60 до 90°С) без необходимости переключения на соседнюю моду генерации.
Изначально при разработке приборов требования по непрерывной работеприбора на одной моде ограничивались всего лишь 15 минутами. Затем эти требования возросли до 1 часа.Стало понятно, что использование кварца как основного конструкционногоматериала не удовлетворяет постоянно растущим требованиям, предъявляемым кприборам, в связи с чем в 80-х годах прошлого века был выбран альтернативныйматериал - ситалл СО-115М.В настоящее время требования выросли уже до 4 часов непрерывной работыбез смены моды, а в перспективе и до 8 часов. Использование ситалла СО-115Муже не обеспечивает выполнение столь высоких требований.
В связи с этим появилась необходимость поиска нового конструкционного материала для производства ЛГ. Для исследования возможности использования нового альтернативного конструкционного материала в качестве основного конструкционного припроизводстве лазерных гироскопов мы сравнили материалы с ультранизкимТКЛР, представленные на сегодняшним рынке [85].Были исследованы следующие материалы: СО-115М (ЛЗОС, Россия), Clearceram-Z Regular (OHARA, Япония), Zerodur (SCHOTT, Германия), ULE(CORNING, США). Данные по ТКЛР для СО-115М взяты из [87], остальные данные - с официальных сайтов компаний [90-92].Температурные зависимости ТКЛР материалов представлены на рис.
3.26. Нарис. 3.27 приведены графики приращения длины периметра резонаторов, если быони были изготовлены из вышеупомянутых материалов.134Рис. 3.26. Зависимости ТКЛР материалов от температуры: 1 – СО-115М, 2 – ULE,3 – Clearceram, 4 – Zerodur.Рис. 3.27. Зависимости приращения длины резонатора dL от температуры:1 – СО-115М, 2 – ULE, 3 – Clearceram, 4 – Zerodur.135Материал ULE не подходит для производства резонаторов с длительнымвременем хранения в силу недопустимой величины газопроницаемости.Из оставшихся материалов наилучшие характеристики ТКЛР от температурыпоказали Clearceram и Zerodur. Но, как видно из представленных графиков, в рабочем интервале температур от минус 60 до 90°С изменение длины периметра резонатора, изготовленного из Clearceram, имеет практически линейную характеристику в отличие от материала Zerodur.
Наличие линейного участка на этом графике создает предпосылки для разработки пьезокорректора, обладающего пассивнойтермокомпенсацией [93].Исходя из вышесказанного, для повышения стабильности работы прибора вовсем интервале рабочих температур целесообразно использовать либо Clearceram,либо Zerodur. Первый является предпочтительным именно из-за линейности характеристики приращения периметра в интервале рабочих температур.3.7. Исследования развития свилей в материале ClearceramПосле определения материала, наилучшим образом определяющим требованиям лазерной гироскопии были проведены исследования некоторых его свойств.Для работы использовались материалы из двух различных заготовок японскогоситалла.1. Ситалл Clearceram без свилей и напряжений (группа 1к).2.
Ситалл Clearceram с наблюдаемыми небольшими свилями без напряжений(группа 2к).На материале группы 2к до дилатометрических испытаний проводились исследования влияния высокотемпературных отжигов на развитие свилей в материале.Для этого последовательно проводились два испытания:1)Осуществлялся подъем температуры до 700°С со скоростью 5°С/мин.Затем образец выдерживался в течение двух часов, после чего производилось136охлаждение со скоростью 20°С/мин до 500°С. Затем охлаждение до НКУ происходило с печью.2)Осуществлялся подъем температуры до 700°С со скоростью 5°С/мин.Затем образец выдерживался в течение пяти часов, после чего производилосьохлаждение со скоростью 20°С/мин до 500°С.
Затем охлаждение до НКУ происходило с печью.Контроль за изменением свильности материала проводился на полярископеполяриметре ПКС-250М. Фотографии развития свилей в результате термическихиспытаний представлены на рис. 3.28-3.30.Рис. 3.28. Материал Clearceram группы 2к с небольшими свилями без напряжения допроведения термических испытаний.Рис. 3.29. Материал Clearceram группы 2к с небольшими свилями без напряженияпосле проведения отжига 700°С в течение 2 часов.137Рис. 3.30. Материал Clearceram группы 2к с небольшими свилями без напряженияпосле проведения повторного отжига 700°С в течение 5 часов.В результате проведенных термических испытаний наблюдалось последовательное развитие ненапряженных свилей.Для исследования ТКЛР материала от температуры были изготовлены образцы из Clearceram, которые представляли собой цилиндры длиной 25 мм и диаметром 4 мм, аналогичные образцам из ситалла СО-115М.В результате проведенных дилатометрических исследований было установлено, что температурная зависимость α материалов 1k и 2k отличается крайне незначительно (рис.
3.31), поэтому далее будет использоваться усредненный графикТКЛР этого материала.138Рис. 3.31. Зависимости ТКЛР от температуры:1 – Clearceram группы 1k; 2 – Clearceram группы 2k.В ходе проведенных исследований также было установлено, что развитие небольших ненапряженных свилей в материале не влияет на температурную зависимость его ТКЛР (в отличие от свилей с напряжением около 25 нм/см).Отметим, что все детали, изготовленные из ситалла СО-115М, которые мыпроверяли на производстве (порядка 500 шт.) обладали небольшими ненапряженными свилями, видимыми визуально на просвет.
Это связано с технологий производства материала, в которой отсутствует его перемешивание на финальных стадиях изготовления. Тем не менее, влияние таких свилей на процесс изготовленияи обработки получаемых изделий не установлено.3.8. Сравнение материалов СО-115М и ClearceramОсновным параметром материала, применяемого для изготовления лазерныхгироскопов, является ТКЛР. Ультранизкий ТКЛР обеспечивает возможностьнаилучшим образом нивелировать температурные приращения корпуса прибора.139Поэтому, логично сравнить поведение приборов, изготовленных из различныхконструкционных материалов [85].На рис.
3.32 представлены усредненные температурные зависимости ТКЛРситаллов СО-115М и Clearceram, построенные по экспериментальным данным,измеренным с помощью дилатометра. Из графика видно, что зависимость α для японского материала имеет меньшийугол наклона и меньший размах по абсолютным значением, следовательно, периметр резонатора, изготовленного из данного материала, будет изменяться меньше.Экспериментальные испытания подобных приборов будут приведены ниже.Рис.
3.32. Зависимости ТКЛР от температуры:1 - ситалл СО-115М группы 3; 2 – Clearceram.На рис. 3.33 представлены графики изменения оптического периметра лазерного гироскопа, изготовленного из исследуемых материалов. Видно, что максимальное изменение периметра для ситалла СО-115М в рабочем интервале температур КЛГ составило ≈ 3,3 мкм (5,2 ), в то же время для ситалла Clearceram подобное приращение периметра составило ≈ 2,5 мкм (3,9 ).
Помимо этого, как уже140говорилось, изменение периметра в случае японского материала происходитпрактически линейно.Рис. 3.33. Зависимости изменения длины периметра резонатора dL от температуры:1 - ситалл СО-115М группы 3; 2 – Clearceram.Для пассивной компенсации температурных приращений периметра помимовыбора материала с ультранизким ТКЛР могут быть использованы и сами пьезокорректоры. В статье [94] указывается, что биморфное пьезозеркало, изготовленное из материалов с различными ТКЛР, может управляться не только электрическим, но и температурным воздействием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
