Диссертация (1090422), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Количество датчиков с увеличенным временемнепрерывной работы в настоящее время составляет более 80 % от числа выпускаемых.6.Внедрена в производство оптимизированная конструкция блока пье-зоэлектрического, позволяющая увеличить вибро- и ударопрочность датчика, атакже повысить на 20 ... 25 % динамический диапазон регулировки периметра присохранении управляющих напряжений;7.Уточнены требования к параметрам поверхности оптических элемен-тов ЛГ (неплоскостности, степени гидрофильности, шероховатости) с целью оптимизации технологии мойки и финишной очистки деталей для осуществлениякачественного соединения методом оптического контакта.14Глава 1.
Теоретическое исследование оптического контакта1.1. Виды соединений оптических деталейВ настоящее время существуют различные методы для соединения оптических деталей, которые могут и зачастую успешно используются при производствелазерных гироскопов. Все они имеют свои преимущества и недостатки, поэтомуперед началом исследований необходимо уделить внимание рассмотрению основных методов соединения оптических элементов.Основными требованиями, предъявляемыми к соединению оптических деталей в лазерной гироскопии, являются: вакуумная плотность, достаточная прочность, способность сохранять целостность в широком интервале температур, разборность, стойкость к химическим воздействиям.
Кроме того, соединение должноосуществляться без нагревания сборки выше 200ºС. Последнее требование связано с тем, что по существующей технологии среди материалов, используемых вЛГ, имеется припой, нагрев которого выше данной температуры недопустим.Итак, на сегодняшний день в современном оптическом приборостроениинаиболее распространены следующие методы соединения оптических деталей [9]:1.Наиболее часто используемым методом является метод склеивания.При использовании данной технологии на поверхность соединяемых деталейнаносится слой клея. После этого соединение либо выдерживается в течение некоторого времени, либо подвергается температурному воздействию, либо подвергается воздействию ультрафиолетового излучения.
Это недорогой и очень эффективный метод соединения оптических деталей. Но у такого способа присутствуетряд недостатков, недопустимых при использовании в лазерной гироскопии. К таким недостаткам относятся:- чувствительность к высоким и низким температурам;- плохая сопротивляемость химическим воздействиям;15- возможное смещение склеиваемых деталей относительно друг друга вследствие температурных воздействий;- возможное выделение нежелательных газов из клеевого слоя, что для вакуумных соединений является недопустимым;- неразборность клеевого соединения.2.Еще одним распространенным видом соединения оптических деталейявляется диффузионная сварка. Для создания подобного соединения две оптические детали нагреваются и соединяются при приложении давления.
При этомтемпература, при которой состоится соединение, должна составлять не менее 80%от температуры плавления материала. В случае использования ситаллов такаятемпература варьируется в пределах 800 - 1000°С, что является недопустимымдля сборки лазерных гироскопов. Кроме того, такое соединение является неразъемным.3.Метод соединения деталей с использованием промежуточного слояжидкого стекла. При использовании данного метода соединяемые поверхностиполируются, очищаются и покрываются расплавленным стеклом.
Затем деталисоединяются, причем температура стекла составляет 400-650°С, при этом к нимприкладывается давление. При соединении оптических деталей данным методомобеспечивается высокая механическая прочность и высокая химическая сопротивляемость.В патенте [10] фирмы Honeywell описано соединение оптических элементовлазерного гироскопа с помощью промежуточного слоя жидкого стекла. Такойпринцип соединения заметно уменьшает стоимость готового прибора по сравнению с ОК из-за уменьшения требований к качеству соединяемых поверхностей.Подобный способ сборки лазерных гироскопов применяется, например, при производстве лазерного гироскопа GG1308 (фирма Honeywell) [11]. Одним из основных недостатков данного метода является образование неразборного соединенияи нагрев области сборки.4.В одном из современных патентов фирмы Honeywell [12] приведенеще один интересный способ соединения деталей лазерного гироскопа.
При ис-16пользовании этого метода на первом этапе на соединяемые поверхности оптических элементов (корпус-зеркало) наносится слой связующего материала. При этомсоединяющие материалы подбирают таким образом, чтобы температура образования их сплава была ниже температуры плавления каждого из соединяемых материалов, а температура плавления сплава - выше температуры плавления связующего материала с самой низкой температурой плавления. На следующем этапеслой связующего материала на одной поверхности соединяют со слоем связующего материала на другой поверхности при температуре меньше температуры плавления любого из соединяемых материалов.
Эффективность процесса может бытьповышена путем нанесения дополнительного слоя между оптическим элементоми основным связующим слоем. Такие материалы выбираются исходя из того, чтосоединение между подобным материалом и основным связующим или поверхностью оптического элемента будет лучше, чем непосредственное соединение между оптическим элементом и основным связующим материалом.Например, можно использовать сплав индия и золота на стеклокерамическойподложке, на которую предварительно будет нанесен слой хрома. Температураплавления золота 1064°С, индия - 156°С. Если их соединить при температуре 40 90°С, то они начнут диффундировать друг в друга, образуя сплав с температуройплавления 232 - 450°С, что заметно выше температуры плавления индия.5.Наиболее подходящим для наших целей является соединение методомоптического контакта (ОК) и некоторые его вариации.
При традиционном ОК поверхности оптических деталей полируются, очищаются и соединяются вместе безиспользования клея. К неоспоримым достоинствам подобного соединения относится его разборность без повреждения поверхностей соединяемых деталей. Этообусловлено небольшой механической прочностью соединения.Такой метод соединения оптических деталей для лазерной гироскопии описан в патентах [13 - 16] фирмы Honeywell, [17 - 19] фирмы Singer, [20] фирмы CarlZeiss, [21] L-3 Communications Corp.
Полученное соединение может быть дополнительно герметизировано с помощью нанесения на контактную границу жидкогостекла, расплавленного индия или эпоксидной смолы.17Другие фирмы не приводят открытых данных по виду сборки своих изделий,обычно просто упоминают, что зеркала присоединяются к корпусу. Тем не менееисходя из схемы лазерных гироскопов видно, что их можно соединить представленными выше способами.На отечественных предприятиях: ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф.Стельмаха",Тамбовский завод "Электроприбор", Серпуховской завод "Металлист", Раменскийприборостроительный завод (РПЗ), Арзамасское НПП "Темп-Авиа", а также ГП"Завод "Арсенал" (Украина) для сборки лазерных гироскопов применяют методоптического контакта.На сегодняшний день существует несколько вариаций технологии оптического контакта.6.Метод прямого сращивания – аналогичный ОК метод соединения оп-тических деталей, используемый в полупроводниковой индустрии.
Такая технология включает в себя дополнительный шаг – создание ковалентной связи междуповерхностями, которая значительно сильнее связей в традиционном ОК. Это достигается путем нагрева сборки до температур 450-800°С. Этот метод практически аналогичен методу глубокого оптического контакта (ГОК). Дополнительныйшаг также может включать в себя приложение давления к соединению. Являясьнеразборным после приложения температурного воздействия, на этапе сборки метод прямого сращивания и ОК полностью аналогичны, что позволяет пользоваться наработками в полупроводниковой индустрии для понимания многих процессов, происходящих в ОК.7.Еще одним методом бесклеевого соединения деталей являются техно-логии, основанные на химической активации процесса соединения.
При использовании данного метода наблюдается хорошая повторяемость свойств получаемойсборки. Кроме того, подобная технология обладает малой трудоемкостью. Соединения, образованные по технологиям химической активации, обладают прочностью, сопоставимой с прочностью соединяемых материалов. Метод хорош тем,что с его помощью могут быть соединены детали с большой контактной поверхностью, при этом диапазон материалов соединяемых деталей достаточно велик.18Для образования качественного соединения детали полируются и очищаютсяот химических и механических загрязнений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
