Диссертация (1090422), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Необходимо сказать, чтоданная статья во многом определила последующее направление в изучении данного вопроса.В работе авторы одними из первых дали определение ОК. Так под термином"оптический контакт" понимают следующее явление: две хорошо отполированные поверхности, будучи приведенными в соприкосновение, слипаются междусобой столь прочно, что их трудно отделить одну от другой. В статье приведенырезультаты исследований прочностных свойств соединения, анализ напряжений имеханизм образования связи.Авторы также установили, что соединенные методом ОК детали можно отделить друг от друга только нормальными усилиями, сдвинуть их без поврежденияповерхностей нельзя.Кроме того, Обреимов и Трехов измеряли работу нормального отрыва двухпластинок.
К детали толщиной 10 мм поочередно методом ОК присоединялисьдетали толщиной 0,5 мм, 1 мм, 2 мм. Примечательно, что для пластинки 0,5 ммработа отрыва в 1,5 раза превышает работу отрыва для остальных пластинок. Повидимому, это связано с меньшей жесткостью тонкой пластинки. В таком случаедеталь легче деформируется, тем самым компенсируя дефекты обработки контактной поверхности.
Кроме того, наши расчеты, проведенные методом конечныхэлементов, показали, что соединение менее жестких деталей является предпочтительным.23Исследователи первыми обратили внимание, что при просмотре образцов,посаженных на контакт, в скрещенных николях перпендикулярно к поверхностиконтакта обнаруживается слабое просветление поля, свидетельствующее о наличии напряжений, которые распределены неравномерно в плоскости контакта ибыстро затухают с глубиной. Эти напряжения перпендикулярны поверхности иуменьшают прочность ОК на отрыв. С течением времени они рассасываются.
Авторы предполагают, что с этим может быть связано увеличение прочности контакта с течением времени. Аналогичные результаты были получены методамидвулучепреломления в более поздних работах [28], [29], а также в исследованиях,проводимых в НИИ "Полюс".Появление напряжений в зоне контакта, которые возникают из-за неплоскостности поверхностей сопрягаемых деталей, наблюдалось также методамирентгеновской топографии [25]. Такие напряжения, имеющиеся в образцах прикомнатной температуре, не отличаются от напряжений, возникающих при повышенной температуре.
Это свидетельствует о том, что большинство деформацийпроисходит уже при непосредственном соединении деталей.Помимо этого, в работе [27] исследовалось явление спекания ОК – образование ГОК. Известно, что если посаженные на ОК поверхности осторожно нагреть,то они могут спечься. Оба стекла образуют тогда одно целое, и разделить обе поверхности контакта без физического разрушения образцов более нельзя.В ходе исследований авторы выяснили, что при нагреве до 100ºС с поверхностями стекол, посаженных на ОК, ничего не происходит, прочность соединенияостается неизменной.
Если осторожно нагреть две посаженные на контакт поверхности до 150°С и выше, то между ними начинает выделяться окклюдированный газ, при этом поверхности целиком или частично сходят с контакта. Когдавыделение газа прекращается, обе пластинки обратно спонтанно садятся на контакт, причем его прочность резко возрастает. Наконец, при более высоких температурах нагрева прочность спеченного контакта можно сравнить с прочностьюцельного стекла.24По данным [30] такое упрочнение ОК может быть достигнуто уже прогревомв интервале температур 100 - 150°С. Немалую роль здесь также играет время отжига соединения и предварительная обработка сопрягаемых поверхностей.
Однако при этом разделение поверхностей, как правило, приводит к их повреждению.При разрыве спекшегося ОК на поверхности разрыва обнаруживаются выколки. Локальность этих выколок говорит о том, что контакт, даже оптический,образуется только в отдельных точках контактирующих поверхностей.
Обычно вобласти спекшегося контакта обнаруживаются сильные напряжения.Как известно, реальные поверхности имеют определенную шероховатость иволнистость. В результате этого фактическая площадь контактирования имеетдискретный характер, т.е. состоит из определенных пятен касания. Изучение фактической площади контакта металлических поверхностей показывает, что фактическая площадь контактирования составляет малую долю от номинальной поверхности контакта [31].
Формирование площади контакта для таких поверхностей происходит, главным образом, за счет увеличения количеств пятен касания,без заметного увеличения площади самих пятен. При контактировании твердыхматериалов рост площади контакта под нагрузкой происходит аналогично случаюметаллов. Напротив, мягкие эластичные полимеры типа резин образуют фактическую площадь контакта не только за счет роста числа пятен касания, но и из-заувеличения площади самих пятен.Поэтому в случае ОК соединение устанавливается не по всей поверхности, ав отдельных точках.
При ОК поверхности соприкасаются только отдельнымиучастками или точками в соответствии со своим микропрофилем. Такой характерОК обуславливает зависимость его механической прочности на отрыв в первуюочередь от общей площади действительно контактирующих участков [32].Здесь стоит отметить, что в условиях производства ЛГ в НИИ "Полюс"оставшееся неконтактное пространство обязательно должно быть чем-то заполнено, в противном случае обеспечить вакуумную плотность соединения не представляется возможным.
Забегая вперед, скажем, что сами участки, на которыхпроисходит ОК, также не являются непосредственным соединением молекул "те-25ла" материала детали, а представляют собой соединение поверхностных ОНгрупп посредством водородной связи либо напрямую между такими группами,принадлежащими противоположным поверхностям, либо через один или несколько монослоев воды. Чем больше прослойка жидкости, тем слабее связь. Поэтому представленное авторами объяснение характера локального образованияОК требует дополнительного уточнения и подробно будет рассмотрен в разделе1.8 настоящей работы.Действие фактора локальности соединения усиливается наличием второгофактора, субъективного по характеру и переменному по величине, а именно, качества очистки поверхности перед осуществлением оптического контакта.Степень чистоты поверхности не поддается количественному определению и,как показали опыты, проведенные Любовиной [32], существенно влияет на прочность соединения.
В ходе проведенных экспериментов было установлено, что чемкачественнее была чистка, тем прочность соединения получалась больше, причемпрочность хорошо очищенных поверхностей превышала прочность менее очищенных почти в 2,5 раза.В статье [33] приведены результаты исследования динамики разрушенияконтактного соединения и сделан вывод о принципиальной возможности определения плотности поверхностной энергии ОК, а, соответственно, и прочности соединения путем измерения скорости разрушения.
Зарегистрированная скоростьразрушения ОК для образцов из оптического стекла марки К8 составила 60 – 160м/сек.В работе [28] уточняются некоторые прочностные характеристики контактного соединения, ранее представленные в [29]. Качкин и Лисицын представляютпрочностные характеристики для соединений материалов, таких как стекла К8,БК10, ТФ1, ситалл СО-115М, кварцевое стекло КУ.В работе указано, что отклонение от плоскости снижает прочность ОК, причем наименее выгодным оказывается соединение двух выпуклых поверхностей.При соединении двух поверхностей с ошибкой N = + 0,2 прочность ОК Pok = 0,81МПа, а при N = - 0,2 Pok = 1,00 МПа.26Необходимо отметить, что в результате исследований, проведенных авторами, оказалось, что прочность соединения зависит от материала.
При соединенииразличных материалов прочность ОК приблизительно равна среднему значениюпрочности контактов этих материалов.В ходе проведенных экспериментов также было установлено, что прочностьконтакта для всех материалов со временем начинает возрастать до определеннойвеличины и далее практически не изменяется.Для используемого в лазерной гироскопии ситалла СО-115М минимум приходится на вторые – третьи сутки, а наибольшая прочность достигается через 10суток (по данным [29], на пятнадцатые сутки).По мнению авторов, увеличение прочности ОК со временем связано с микроперемещениями в поверхностном нарушенном слое контактирующих поверхностей под действием межмолекулярных сил.
На это указывает характер напряжений в приповерхностном слое, который также изменяется со временем. Если вначальный момент контакта напряжения распределены неравномерно по профилю поверхности, то с течением времени они имеют тенденцию к выравниванию.За счет микроперемещений в поверхностном слое происходит увеличениечисла взаимодействующих молекул двух поверхностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
