Диссертация (1143290), страница 40
Текст из файла (страница 40)
изм.Содержание Al2O3ПлотностьПредел прочности при статическомизгибеМодуль упругости при изгибеМикротвердостьУдарная вязкостьТрещиностойкость%г/см3МПаНормируемое значение поТУ≥ 95≥ 3,75≥ 350ГПаГПакДж/м2МПа.м1/2≥ 300≥ 16≥33÷5В целях создания прозрачного защитного покрытия, важным является получение крупных монокристаллов лейкосапфира высокого структурного качества,именно решению данной задачи и посвящена диссертационная работа. В настоя288щее время по методу Багдасарова Х.С. выращиваются монокристаллы лейкосапфира размерами 320×400×20-30 мм.По результатам сравнительных испытаний, проведенным в ОАО «НИИ Стали», можно оценить эффективность применения лейкосапфира для создания прозрачного защитного покрытия (таблица 6.12).Таблица 6.11 – Результаты сравнительных испытаний слоистых прозрачныхпреград 5 класса защиты по ГОСТ Р 51136-2008№Испытанная преградаСредство испыта- Общая толУдельный весп/пнийщина, мм композиции, кг/м21.
Многослойный стеклоблок из сили- Ударная волня со44103,5катного стекла с тыльной защитной скоростью 830 м/спленкой2. Лейкосапфир + кварцевое стекло + Ударная волня со2667,2поликарбонатскоростью 830 м/сТаблица 6.12 – Результаты испытаний в ОАО «НИИ Стали»Объект испытаний№ образцаСредство и условия испытаний9,8 мм Al2O3-керамика +10 мм ткань Т-750 (суммарная поверхностнаяплотность 487 г/дм3)1234Ударная волнаСкорость Результатударной испытанийволны,м/с803Непробитие808композиции815818Испытания (в ОАО «НИИ Стали») разных опытных слоистых структур с лицевым слоем из сапфира привели к экономии по массе и толщине в сравнении ссуществующими прозрачными преградами не менее 30 %. Благодаря своим свойствам, сапфир является одним из наиболее перспективных материалов для защитных покрытий, но цена его очень велика из-за высокотемпературной технологииполучения и необходимости проведения операций механической обработки и полировки.
Проблемой также является получение не плоских пластин, а деталей криволинейной формы. Более того, существуют ограничения в возможности получения лейкосапфира больших размеров, что связано с необходимостью применения289крупных индукционных печей и дорогостоящего оборудования, поэтому использование данного материала в России для защитного покрытия в текущее время является проблематичным. В диссертационной работе рассматривается оптимизациятехнологического процесса получения изделий из сапфира для электронной техники с целью сокращения стоимости технологического процесса получения сапфираи улучшения качества кристаллов сапфира большого размера.Преимущества такого защитного покрытия очевидны – сапфир толщиной 30миллиметров способен обеспечить такую же защиту, как стекло толщиной в 100миллиметров [303-304].В процессе соударения ударника с поверхностью защитного элемента возникают сложные физические явления, сопровождающиеся интенсивным динамическим деформированием, прогибами, распространением волн различной природы,трещинообразованием и др.
Представленная совокупность факторов существеннозатрудняет теоретический анализ проблемы ударного взаимодействия. Таким образом, при разработке новых видов защитных элементов основным видом их испытаний является натурный эксперимент.В работе [303] была экспериментально исследована партия кристаллов сапфира без дефектов на противодействие ударной волне узкой направленности. Партия кристаллов содержала 10 кристаллов с размерами 50×50 мм, 75×75 мм,100×100 мм. Толщина подложки (высокомодульный полиэтилен) варьировалась взависимости от толщины образца для компенсации недостатка толщины монокристалла сапфира подложкой более дешевой по цене.В таблице 6.13 представлены результаты исследований.290Таблица 6.13 – Результаты исследованийОпыт №15 ммОпыт №26,5 ммОпыт №37,6 ммОпыт №48,5 ммОпыт №510 мм320 г/дм2320 г/дм2320 г/дм2320 г/дм2320 г/дм27 мм5 мм3 мм2 мм1 ммКинетическаяэнергияm=64 гV=827м/секm=64 гV=827м/секm=64 гV=827м/секm=64 гV=827м/секm=64 гV=827м/секРасстояние до образца5м5м5м5м5мРезультатОтрицательныйОтрицательныйПоложительныйПоложительныйПоложительныйТолщина образцаПоверхностнаяплотность кристаллаТолщина подложки (высокомодульный полиэтилен)Исследования, выполненные в ОАО «Кираса» (г.
Пермь), показали, что сапфир с плоскостью роста 1102, полученный методом ГНК, имеет высокую прочность и может найти дальнейшее применение в различных областях, касающихсяоптического наблюдения при воздействии направленных ударных волн со скоростями до 830,0 м/сек. Результаты исследований показали, что наибольшее влияниена защиту от кинетического воздействия ударной волны оказывает толщина слоясапфира. Керамика дает почти 40 % выигрыш в весе в сравнении со стальной панелью в более высоких классах защиты, именно поэтому, предложено разрабатывать защитную панель в виде сапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 –ZnO – керамика.291Таблица 6.14 – Сравнительные характеристики защиты, выполненной из различных материалов [302]МатериалУровень защиты по ГОСТ Р 50744-95 (поверхностнаяплотность г/дм2/толщина защитной структуры (мм))12356аБроневая сталь135/1,7187/2,4343/4,4500/6,4860/11,0Титан135/3,0155/3,5310/7,0445/100-104/110210/22--100/------360-420-400/17460/19260-340-290/16360/20Высокомолекулярный 40/4,0полиэтилен (СВМПЭ)Арамидные ткани35/4Керамика на основе корунда (Al2O3)Керамика на основе ---карбида бора на подложке из СВМПЭСотрудники физического факультета Витебского государственного университета (ВГУ) им.
П.М. Машерова (Беларусь) предложили сделать тройной спаймодульный как “слоеный пирог”. Внешний слой – обычная керамическая пластинатолщиной 3 миллиметра. Второй слой – керамические шарики или цилиндры, залитые вязким смолистым составом. Кроме того, что этот слой обеспечивает гибкость, закругленные поверхности его компонентов окончательно сбивают ударноевоздействие с прямого пути. В результате до третьего слоя (3-миллиметровой керамической пластины) добирается ударная волна с минимальной кинетическойэнергией.В нашей разработке защитного покрытия предлагается использовать многослойную структуру – сапфир – стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnO – керамика.
Удельный вес керамики в 2,5 раза меньше стали.292Наша разработка не требует оригинальных дорогих комплектующих и сложного оборудования.Предложенная структура защитного покрытия на основе сапфира представлена на рисунке 6.29 [305].Рисунок 6.29 – Структура защитного покрытия на основе сапфираРазработан технологический маршрут изготовления защитного покрытия наоснове сапфира, который представлен на рисунке 6.30.Рисунок 6.30 – Схема технологического маршрута создания спая сапфир –стекловидный диэлектрик PbO – B2O3 – ZnO – керамика для защитного покрытия293Для получения защитного покрытия требуемых габаритов возможны изменения в технологическом маршруте получения спая стекловидный диэлектриксапфир (см.
п. 6.4.1), которые приведены на рисунке 6.31.Рисунок 6.31 – Схема технологического маршрута создания спая легкоплавкое стекло – сапфир для защитного покрытияАвторомдиссертацииполученопытныйобразецсапфир-стекло-керамическая подложка (рисунок 6.31), который сочетает в себе достоинства всехматериалов.294Рисунок 6.32 – Опытный образец структуры сапфир-стекло-керамическаяподложка для защитного покрытияДля увеличения стойкости панели к многократному кинетическому воздействию необходимо уменьшение размеров керамических компонентов, что приво295дит к эффекту локализации зоны разрушения панелей.
Однако с уменьшениемразмеров керамических компонентов возрастает относительная площадь зазоровмежду ними в пределах одиночного слоя их укладки, что уменьшает эффективность всей конструкции защитного покрытия в целом. Для устранения данного недостатка предлагается укладку компонентов проводить так, чтобы компоненты одного слоя перекрывали зазоры между компонентами смежных с ним слоев (рисунок 6.33).Рисунок 6.33 – Схема двухслойной укладки защитных панелейТаким образом, результаты исследований показали, что спай «сапфир – стекловидный диэлектрик – керамика» – один из наиболее перспективных материаловдля изготовления защитных покрытий.
Важным достоинством таких панелей является повышенная стойкость к кинетическому воздействию ударной волны и их малый вес.6.5 Выводы по главе 61.Полученные результаты исследования процессов выращивания кри-сталлов могут быть использованы для улучшения эксплуатационных характеристик теплового узла для роста кристаллов сапфира методом ГНК.2.Проведена оптимизация технологического процесса получения подло-жек высокого качества из сапфира для производства интегральных схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
