Диссертация (1090422), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Это предположение подтверждено опытом с недополированной поверхностью стекла К8. Поверхностьодного из контактирующих образцов была недополирована, на ней имелись распределенные по площади каверны, которые составляли 10% площади. В начальный момент времени прочность такого соединения была заметно ниже, чем прочность соединения поверхностей, отполированных обычным способом, но со временем она увеличилась и заметно превысила прочность полированной поверхности.
Причем скорость возрастания прочности и ее конечная величина в этом случае намного больше, чем в опытах с полностью отполированными поверхностями.Каверны, образовавшиеся от шлифования, создают условия для более свободного перемещения микроучастков поверхности, что приводит к ее быстромувыравниванию и увеличению числа взаимодействующих поверхностей.27Здесь необходимо отметить, что при изготовлении лазерных гироскопов требуется не только прочное, но еще и вакуумноплотное соединение. На предприятии проводились эксперименты по пайке блока электродов методом холодного газодинамического напыления.
Вначале напыление проводилось на поверхность,качество полировки которой предполагало наличие большого нарушенного слоя.В результате получалось соединение с высокой механической прочностью, но неудовлетворяющее критерию по вакуумной плотности. После напыления на хорошо полированную поверхность с минимальным нарушенным слоем проблема вакуумной плотности соединения была решена.Нами был сделан вывод о том, что вакуумная плотность в случае плохо отполированных деталей не достигается из-за наличия достаточно большого нарушенного поверхностного слоя. После проведения качественной полировки такойнарушенный слой заметно уменьшается и, соответственно, газ теряет возможность перемещаться по такому слою, и соединение получается вакуумноплотным.Исходя из вышесказанного, становится очевидным, что каким бы ни был заманчивым способ увеличения прочности изделия с помощью недополировки однойиз сопрягаемых поверхностей, такой способ не годится для использования в лазерной гироскопии.Еще одной работой, посвященной исследованию механических свойств ОК,является статья Качкина, Листратовой и Рыжаковой [34].
В работе исследуетсявлияние временного и масштабного факторов на прочностные свойства соединения. Исследуемые образцы были выполнены из оптического стекла К8 с диаметром контактирующих поверхностей 8, 16 и 24 мм. Образцы (по 25 пар каждогодиаметра) выдерживали многократные циклы исследований и измерений, причемпри многократных соединениях и разрывах одной пары механическая прочностьОК оставалась неизменной.В результате проведенных исследований авторами было установлено, что сувеличением диаметра испытуемых образцов механическая прочность ОКуменьшается, что доказывает влияние размерного фактора, выражающегося вувеличении неравномерности посадки на ОК, в увеличении вероятности попада-28ния механических частиц в зону ОК, в увеличении количества дефектов и местных ошибок на поверхности.
Причем прочность для образцов с диаметрами 8 мми 24 мм различается в 2 раза. При увеличении контактной площади наблюдаетсяуменьшение разброса значений по прочности.В работе также были приведены исследования влияния на прочность ОКвременного фактора с учетом влияния масштабного фактора на примере образцовс диаметрами контактирующих поверхностей, равными 16 и 24 мм. Экспериментально подтверждено увеличение прочности соединения с течением времени, обнаруженное ранее в работах [28], [29]. Кроме того, выяснено, что увеличениевремени контактирования приводит к возрастанию разброса исследуемых значений прочности. Причем разброс значений для образцов диаметром 24 мм меньше,чем для образцов диаметром 16 мм.Напоследок уместно будет привести некоторые прочностные свойства исследуемого соединения.
Для оптических стекол и ситаллов прочность ОК при различных типах нагрузок составляет [30]: в случае одноосного растяжения - 0,46 1,00 МПа; сдвигового растяжения - 0,33 - 0,73 МПа; напряжения при кручении 0,38 – 0,82 МПа.Итак, мы выяснили, что изучение ОК является многофакторной задачей. Накачество соединения влияют такие параметры, как отклонение от плоскостностисопрягаемых поверхностей, их чистота, шероховатость.
Также оказывают влияниевременной и масштабный факторы и влияние температурных воздействий.Для лучшего понимания проблемы необходимо в первую очередь понять, засчет каких сил образуется изучаемое нами соединение.1.4. Роль воды в образовании ОКВопрос о природе сил, действующих в ОК, начал прорабатываться еще с первых публикаций на эту тему. Так какие же силы отвечают за образование данногосоединения? Для начала необходимо определиться с расстоянием между поверхностями, при котором возникает взаимодействие.29В литературе указано, что расстояние между поверхностями деталей при соединении методом ОК может составлять 9,4 – 30 Å [30], либо 12 – 180 Å [35].Соответственно, поскольку между контактирующими поверхностями имеется некоторое расстояние и при этом соединение получается вакуумноплотным, тоэтот промежуток должен быть чем-то заполнен.
Природа этого заполняющего вещества и его влияние на силы межмолекулярного взаимодействия будут рассмотрены далее.Для определения толщины и состава межконтактного слоя проводились исследования ОК методом эллипсометрии в проходящих световых лучах [36]. В исследовании использовались образцы из оптического стекла К8, которые обрабатывались и устанавливались на ОК производственным способом.
В ходе проведенных работ между сопрягаемыми поверхностями был обнаружен слой стороннего вещества толщиной 95 Å с усредненным показателем преломления n = 1,29,параметры которого определяются оптическими свойствами воды, воздуха истекла [37].На прочность ОК большое влияние оказывают адсорбированные на контактируемых поверхностях вещества. Основным адсорбатом является вода, попадающая из воздуха. В статье [37] исследовано образование полимолекулярных слоевводы и кинетика их роста на плоских полированных поверхностях безводногоплавленого кварца, соединенных оптическим контактом.
Исследования проводились методами ИК - спектроскопии пропускания.По поводу своих экспериментов авторы делают вывод о том, что между контактирующими поверхностями остается свободное пространство, доступное длязаполнения его молекулами воды, силы сцепления которой со стеклом играют основную роль в образовании ОК.Также проводилось исследование оптических и спектральных характеристикконтактного слоя двух взаимодействующих поверхностей в условиях оптическогоконтакта методом многократного нарушенного полного внутреннего отражения(МНПВО) [38].
Данный метод позволяет получить информацию о природе и концентрации молекул, адсорбированных на поверхностях, и данные о структурно-30механических свойствах контактного слоя. В результате измерений было установлено, что контактный слой содержит молекулярно-сорбированную воду и углеводороды.Средняя толщина слоя воды между контактирующими поверхностями в соединении для нормальных условий составила, по оценкам авторов, 12±2 Å. Относительно малая толщина прослойки воды в сравнении с высотами микронеровностей, равными 4 - 6 нм, обусловлена наличием углеводородов, которые наряду сводой заполняют пространство между микровыступами полированной поверхности.
С учетом углеводородов толщина зазора составляет уже 40 - 100 Å, что хорошо совпадает со средними данными для величины микровыступов поверхностей.В данной работе авторы также продолжили исследования, проводимые в [37].Наряду с оптическими характеристиками в работе измерялись прочностные свойства контактного соединения. После вакуумирования и пребывания соединенныхОК образцов в атмосфере с высокой влажностью они были подвергнуты воздействию нормальных растягивающих напряжений и сдвиговых напряжений. Онисоставили 0,9 МПа и 0,1 МПа, соответственно.
В исходном состоянии исследуемые величины были 0,6 МПа и 0,4 МПа. Эти изменения авторы объясняют существованием более однородного контакта между поверхностями, который при высокой влажности осуществлялся через сплошную прослойку адсорбированной воды. Фактическая площадь взаимодействия при этом близка к номинальной. Увеличение значения предельного нормального напряжения свидетельствует о значительной роли жидкой фазы для прочности ОК, которая в данном случае определяется только молекулярными связями, действующими между адсорбированнымина этих поверхностях молекулами воды. По результатам исследований авторы,аналогично [37], делают вывод о чрезвычайно важной роли адсорбированных молекул воды и углеводородов в осуществлении прочного контакта между взаимодействующими поверхностями.Аналогичные явления проникновения жидкости в контактное пространствоможно наблюдать на примере слюды [39].
Это твердые тело, представленное тон-31кими, относительно слабо связанными слоями. В некоторых случаях связи междуслоями настолько слабы, что в межслоевое пространство может проникать вода.Одним из признаков проникновения воды в это пространство является ступенчатая зависимость одного из параметров ячейки (обычно это параметр с) от общегосодержания воды. Например, для слоистых гидросиликатов кальция при одних итех же параметрах ячейки a и b, параметр c принимает различные значения в зависимости от содержания воды: при 19% содержания воды в материале параметрс = 14,03 Å, при 10% с = 11,37 Å, а при полном высушивании с = 9,3 Å.Видно, что величина ступеньки составляет 2,66 Å и 2,07 Å, что немногимменьше диаметра молекулы воды 2,8 Å.
Поэтому, принято считать, что при содержании воды в материале 10% в пространстве между силикатными слоями помещается один монослой воды. Эффект, наблюдаемый в слюде, по-видимому,аналогичен процессам, рассмотренным в работах [37], [38].Методами ЯМР было получено, что вода в межслоевых пространствах слюдыпредставляет собой разупорядоченную твердую фазу, устойчивую до температур150-300ºС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
