Диссертация (1090422), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Затем на одну из поверхностей наносится слой связывающего вещества. Эта технология отличается от клеевой тем,что подобный слой становится частью самого материала, надежно соединяя сборку. После этого детали приводятся в контакт, и поверхности соединяются черезгидроксидные мостики. Затем соединение выдерживают некоторое время (околомесяца) до образования прочной связи.
Фактически, главным преимуществомданного метода относительно ГОК или метода прямого сращивания является то,что шаг температурной обработки заменяется проведением химических реакцийгидратации и дегидратации, происходящих на границе раздела под воздействиемкатализатора. К преимуществам данной технологии можно отнести возможностьсоединения материалов с различными ТКЛР (как при использовании промежуточного слоя жидкого стекла), например, кварц/стеклокерамика.Применение подобного метода в лазерной гироскопии описано в патенте [22]фирмы Honeywell. В качестве жидкого соединительного вещества может применяться водный силикатный раствор, предназначенный для использования в процессах золь - гелиевой технологии, водный раствор силиката натрия или другойподобный адгезив. Данный метод позволяет обеспечивать точное позиционирование соединяемых элементов посредством обеспечения возможности их скольжения по жидкому слою адгезионного материала.Слой жидкого соединительного материала наносится на одну из поверхностей, а затем растекается по контактным поверхностям при их соединении.
Затемсоединяющий слой затвердевает, образуя прочное соединение. Подобным методом можно соединять стеклокерамику, например, Zerodur, Cervit. Аналогичныйметод применимый для соединения оптических элементов был ранее также предложен Gwo [23]. Данный способ соединения оптических элементов использовалсяв космических проектах NASA, например, для космического детектора гравитационных волн (LISA) [24].Хотя метод, основанный на химической активации, предполагает неразъемное соединение, он также будет подробно рассмотрен в настоящей работе.
Это19связано с тем, что при различных концентрациях соединяемого вещества можнодобиться различной прочности получаемой сборки. Поэтому представляется возможным добиться большей прочности соединения, но оставить соединение разъемным.1.2. История создания ОКЯвление соединения материалов без использования промежуточного клеевого слоя известно уже много столетий [25]. По-видимому, первым теоретическимисследованием по данному вопросу является мысленный эксперимент Галилея оприлипании твердых тел с плоской поверхностью. Ученый утверждал, что две совершенно плоских, ровных и полированных пластины из мрамора, металла илистекла, будучи приведенными в соприкосновение, будут прилипать друг к другу,если одну поднять над другой. Поскольку для пластин с неровными поверхностями такого явления не наблюдается, то Галилей предполагал, что явление прилипания происходит из-за вакуума, который будет образовываться после разъединения гладких тел, что приводит к прилипанию между пластинами.
Этим он обуславливал связь между твердыми телами.В XVII веке Исаак Ньютон наблюдал подобные явления в экспериментах слинзами. Если плоский и выпуклый оптические элементы с одинаковыми коэффициентами преломления соединить вместе, то они образуют соединение. Приэтом интерференционная картина наблюдаться не будет. [26].В XVIII проблемой соединения твердых тел занимался Desaguliers. Он проводил эксперименты, прижимая руками друг к другу две сферы из свинца. В этихсферах исследователь вырезал сегмент диаметром около 0,6 см. С небольшимпритиранием плоские части деталей приводились в соприкосновение.
Шары прилипали достаточно быстро, и прочность полученного соединения была сопоставима с прочностью чистого свинца. Во всех этих эмпирических опытах соединялись только пластичные материалы, т.к. только в них возможны пластичные деформации, необходимые для приведения двух тел в близкий контакт, и таким об-20разом появляется возможность прочного металлического соединения. Холоднаясварка невозможна при использовании хрупких материалов, и в работе исследователя уделено особое внимание этой теме. Так в 1734 году Desaguliers были проведены исследования, которые показали, что трение скольжения между двумя поверхностями уменьшается с уменьшением неровности поверхности до момента,пока поверхности станут гладко полированными. После этого сила прилипаниямежду телами начинает значительно превышать силу трения.
Это показало, чтоулучшение технологий полирования может сделать возможным бесклеевое соединение хрупких материалов [25].В позапрошлом веке, когда оптическая индустрия научилась полироватьстекла с оптической точностью, в результате наблюдений было обнаружено хорошее прилипание между пробными стеклами. Такое соединение было названонемецкими ремесленниками "ansprengen" (впрыгнуть в контакт).
Кроме того, вXIX веке подобное соединение уже использовалось при сборке двух оптическихэлементов в один для создания научных интерферометрических инструментов[26].Подобное явление перестало вызывать удивление после того, как Обреимов в1930 году начал свою работу о поверхностной энергии соединения слюды состеклом методом оптического контакта. Аналогичный процесс можно наблюдать,если совместить вместе две только что разорванные слюдяные пластинки.
Исследователь поставил вопрос: одинаковые ли силы необходимы для разделения двухтолько что разорванных пластинок слюды и двух пластинок слюды, собранныхметодом оптического контакта. В результате исследований Обреимов установил,что поверхностная энергия сильно уменьшается: с 5 Дж/м2 для слюды, разорванной в вакууме, до 0,38 Дж/м2 для слюды, разорванной на атмосферном воздухе.Для слюды, соединенной методом оптического контакта, величина поверхностнойэнергии приблизительно равна слюде, разорванной на воздухе [25].В 1936 году Rayleigh опубликовал первое научное исследование о прилипании между стеклами. Оценивая отражающие свойства границы раздела между деталями, соединенными методом оптического контакта при комнатной температу-21ре, он нашел среднее расстояние между поверхностями стеклянных пластин.
Оносоставило 10-30 Å и больше не уменьшалось, даже когда пластины сдавливалисьвместе. Rayleigh также проводил исследования образцов, собранных методом оптического контакта, при проведении короткого отжига при температурах, приблизительно равных температурам размягчения материала.
В результате исследований было установлено, что расстояние между контактирующими поверхностямипосле проведения подобного отжига становится сравнимо с атомарным.Среди исследователей второй половины XX века можно выделить Лисицынаи его коллег, посвятивших множество работ изучению физических свойств соединения и пониманию физики процесса его образования.
К основным результатамих работ можно отнести: установление величины прочности соединения для различных материалов, исследование влияний временного и масштабного факторовна качество соединения, исследование влияния неплоскостности и шероховатостиповерхностей соединяемых деталей на прочность ОК. К заслугам Лисицына и егоколлег также относится большая исследовательская работа в области установления роли воды в образовании соединения.
Начав свои исследования в 70-х годах,он продолжает их и в настоящее время.В 80-90-х годах прошедшего тысячелетия хотелось бы отметить работыM. Gosele и Q. Tong, которые занимались проблемами прямого сращивания - методу, во многом аналогичному методу ГОК. В результате исследований авторыпредложили физико-химическую модель соединения, которая в настоящее получила широкое распространение и признание среди исследователей во всем мире.В 2003 году вышел патент Gwo, посвященный улучшению технологии создания бесклеевых соединений посредством химических реакций.
Данная технологияпозволяет получать соединения с прочностью, сопоставимой с прочностью соединяемых материалов, но при этом, в отличии от ГОКа и метода прямого сращивания, для обеспечения такой прочности не требуется нагрев. Весь процесс происходит при комнатной температуре.Итак, за 200 лет ОК превратился из "темного искусства" в высокотехнологичный процесс, удовлетворяющий требованиям современного производства.221.3. Физические свойства ОКХотя явление оптического контакта известно достаточно давно, большинстворабот до недавнего времени носило преимущественно эмпирический характер.Основываясь на результатах исследований литературных данных, в данном разделе будут описаны основные свойства бесклеевого контактного взаимодействия.Одной из первых работ, посвященных разностороннему изучению свойствОК полированных стеклянных поверхностей, является работа, проведенная Обреимовым и Треховым, вышедшая еще в 1957 году [27].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
