НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o191.pdf (1034.59Кб)

УДК 623.454.255.2

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана Лыткаринский завод оптического стекла

Для достижения высочайшей точности и минимальной шероховатости поверхности при производстве крупногабаритных оптических деталей для финишной доводки применяют ионно-лучевую обработку. В отличие от других оптических материалов, при ионной обработке стеклокристаллических материалов (ситаллов), шероховатость поверхности не уменьшается, а возрастает. Такое поведение связано, во-первых, с поликристаллической структурой материала, а во-вторых, с появлением на его поверхности микродефектов. Настоящая работа посвящена исследованию влияния режима ионной обработки на количество дефектов, образующихся на поверхности астроситалла СО-115М.
В качестве ионного источника использовался ускоритель с анодным слоем с электромагнитной фокусировкой ионного пучка и компенсацией избыточного заряда на остаточном газе. Ускоритель обеспечивал гауссово распределение плотности ионного тока на поверхности обрабатываемого образца. Ускоритель работал в трех режимах: 1 – U_p = 2 кВ, I_р = 110 мА; 2 – U_p = 3 кВ, I_р = 110 мА; 3 – U_p = 3,8 кВ, I_р = 50 мА (U_p – напряжение разряда, I_р – ток разряда). Время обработки составляло 30 мин. 
Для количественной оценки степени разрушения поверхности использовалась поверхностная плотность дефектов, равная отношению суммарной площади дефектов на рассматриваемом участке ко всей площади участка. Площадь дефектов вычислялась по микрофотографиями обработанной поверхности.
Исследования показали, что при всех режимах обработки на поверхности образовывались дефекты в виде микроскопических сколов. Распределение плотности дефектов соответствовало распределению плотности ионного тока по поверхности образца. При повышении плотности мощности ионного тока размер дефектов становился больше, и их количество увеличивалось. При постоянной плотности мощности рост ускоряющего напряжения приводил к снижению плотности дефектов. Показано, что процесс образования дефектов носит пороговый характер: для каждого ускоряющего напряжения существует плотность мощности, при которой дефекты не образуются. Результаты работы могут быть полезны при выборе режимов ионно-лучевой обработки при производстве крупногабаритной оптики.

1. Абдулкадыров М.А., Аннушкин С.И., Герасимов В.М., Молев В.И., Патрикеев А.П., Румянцев В.В., Самуйлов А.В. Заготовки для астрономической оптики из оптического ситалла СО-115М // Формообразование оптических поверхностей: труды международной академии «Контенант», Российское отделение. Т . 1. М., 2005. С. 105-114.
2. Павлушкин. Н.М. Химическая технология стекла и ситаллов. М.: Стройиздат, 1983. 432 с.
3. Мартынов М.И., Михнев Р.А., Семенов А.П., Штандель С.К. Технология и метрология малоразмерной ионно-лучевой обработки оптических деталей // Формообразование оптических поверхностей: труды международной академии «Контенант», Российское отделение. Т. 1. М., 2005. С. 151-170.
4. Arnold T., Bohm G., Fechner R., Meister J., Nickel A., Frost F., Hansel T., Schindler A. Ultra-precision surface finishing by ion beam and plasma jet techniques – status and outlook // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2010. Vol. 616, is. 2-3. P. 147-156. DOI:10.1016/j.nima.2009.11.013
5. Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно- и электронно-лучевой технологии. М .: Машиностроение , 1989. 56 с .
6. Frost F., Fechner R., Ziberi B., Völlner J., Flamm D., Schindler A. Large area smoothing of surfaces by ion bombardment: fundamentals and applications // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. Vol. 21, no. 22. Art. no. 224026 (20 pp.). DOI: 10.1088/0953-8984/21/22/224026
7. Wilson S.R., Reicher D.W., McNeil J.R. Surface Figuring Using Neutral Ion Beams // Proc. SPIE. Vol. 0966. Advances in Fabrication and Metrology for Optics and Large Optics. 1989. P. 74-81. DOI: 10.1117/12.948051
8. Young-Sik Ghim, Shin-Jae You, Hyug-Gyo Rhee, Ho-Soon Yang, Yun-Woo Lee. Ultra-precision surface polishing using ion beam figuring // Proc. SPIE. Vol. 8416, 6th International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies: Advanced Optical Manufacturing Technologies. 2012. Art. no. 84161O. DOI: 10.1117/12.973725
9. Allen L.N. Progress in ion figuring large optics // Proc. SPIE. Vol. 2428, Laser-Induced Damage in Optical Materials: 1994. 1995. Р. 237-247. DOI: 10.1117/12.213776
10. Ghigo M., Cornelli S.,Canestrari R., Garegnani D. Development of a large ion beam figuring facility for correction of optics up to 1.7 m diameter // Proc. SPIE. Vol. 7426, Optical Manufacturing and Testing VIII. 2009. Art. no. 742611. DOI: 10.1117/12.826433
11. Ghigo M., Canestrari R., Spiga D., Novi A. Correction of high spatial frequency errors on optical surfaces by means of Ion Beam Figuring // Proc. SPIE. Vol. 6671, Optical Manufacturing and Testing VII. 2007. Art. no. 667114. DOI: 10.1117/12.734273
12. Воробьев Е.В., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Жуков А.В., Кириллов Д.В., Марахтанов М.К. Холловский ускоритель с фокусированным пучком для наноразмерной обработки крупногабаритных зеркал оптических телескопов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. Спец. вып. Ионно-плазменные технологии. С. 35-41.
13. Марахтанов М.К., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Воробьев Е.В., Крылов В.И. Влияние азимутального отклонения ионов плазменной струи на тяговый КПД двигателя с анодным слоем // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 12. С. 219-232. DOI:10.7463/1212.0483944
14. Марахтанов М.К., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Воробьев Е.В. Экспериментальное подтверждение эффекта азимутального отклонения ионов в двигателях с анодным слоем // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 11. С. 233-238. DOI:10.7463/1112.0483882
15. Духопельников Д.В., Юрченко А.А. Экспериментальное исследование технологического ускорителя "радикал" без катода компенсатора // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2004. № 3. С. 74-83.