Исследование и разработка технологического процесса лазерной полировки стекломатериалов в приборостроении и электронной технике

• Автор: Большепаев, Олег Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Елава 1 ЕЕ 1.2.
1.3.
1.4. Елава
2.Е 2.2. 2.3.
Елава

3.2.
3.3.
Глава
4.Е 4. ЕЕ 4.Е2. 4.ЕЗ.
4.2.
Содержание
Введение
Состояние вопроса и постановка задачи
Обзор методов обработки стекломатериалов концентриро
ванными потоками энергии.
Классификация стекломатериалов и анализ их основных
физико-механических характеристик.
Анализ деталей приборов и предъявляемых к ним требова
ний в промышленности.
Постановка задачи исследований
Разработка и исследование математической модели взаимо
действия лазерного излучения со стекломатериалами. Определение температурного поля в процессе взаимодейст
вия излучения со стекломатериалами.
Определение силового поля в процессе взаимодействия из
лучения со стекломатериалами.
Исследование процессов межфазного взаимодействия на
границе раздела.
Выводы
Определение режимов и управление качеством процесса ла
зерной полировки.
Термолазерная обработка
Разработка экспериментальной установки
Анализ технологических факторов и определение режимов
обработки.
Выводы
Экспериментальные исследования процесса лазерной обра
ботки стекломатериалов.
Экспериментальные исследования процесса лазерной поли
ровки стекломатериалов.
Экспериментальные исследования процесса лазерной поли
ровки шлифованных поверхностей стекломатериалов. Экспериментальные исследования процесса лазерной поли
ровки прецизионных поверхностей стек л оиз делий.
Исследование влияния лазерной полировки на микротвер
дость и химическую устойчивость стекломатериалов. Экспериментальные исследования процесса лазерной поли
ровки фасонных поверхностей стеклоизделий прецизионно-

го приборостроения.
4.2.1. Экспериментальные исследования процессов лазерного
формирования элементов рельефа и повышения вакуумп-лотности волоконно - оптических элементов.
4.2.2. Экспериментальные исследования процессов лазерного
формирования элементов рельефа и повышения вакуумп-лотности стеклоизделий типа "входное окно".
Выводы
Г лава 5 Разработка технологических процессов и перспективы раз
вития лазерного метода полировки стекломатериалов.
Выводы
Общие выводы
Литература
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время стекломатериалы, из-за их уникальных физико -механических свойств, нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. В приборостроении и радиоэлектронике существует гамма стеклоизделий со сложной конфигурацией, к которым предъявляются жесткие требования по качеству, точности формы и микрогеометрии поверхности: оптоэлектронные элементы, электромеханические резонаторы, подложки микросхем, силовые элементы лазерной оптики, компоненты электронно - оптических преобразователей, изделия волоконной оптики и др. Процесс изготовления данных стеклоизделий, построенный на использовании механической обработки со значительным объемом ручного труда, дорогостоящими приспособлениями и абразивов, характеризуется рядом технологических проблем. Особые трудности возникают в тех случаях, когда необходимо осуществить переход от матовой, шлифованной к прозрачной, полированной поверхности, доводку прецизионных поверхностей (до 13, 14 класса), формирование и корректировку элементов рельефа небольших размеров (радиусы 0,5 - 1 мм., фаски 0,3 - 0,5 мм), повысить вакуумные свойства поверхности.
Таким образом, в промышленности сложилась ситуация, когда применение традиционной технологии либо не позволяет достичь необходимого качества обработки, либо становится экономически нецелесообразным. В связи с этим, актуальным становится внедрение новых методов обработки (огневого, электроннолучевого, плазменного, ионнолучевого, лазерного методов), основанных на воздействии на стекломатериал высококонцентрированных потоков энергии и позволяющих при использовании совместно с традиционными способами, решать необходимые задачи.
Сравнительный анализ существующих высокоэнергетических методов показывает, что для решения перечисленных технологических задач применение лазерного метода является предпочтительным.
где Ьи - скрытая теплота испарения материала.
Он обеспечивается в том случае, когда скорость движения фронта испарения близка к средней, за время действия излучения, скорости распространения волны нагрева в материале.
В условиях применения лазерной технологии для полировки стекло-материалов наиболее целесообразным является использование режима испарения при решении задач, связанных со съемом какой-то части материала (полирование грубых поверхностей, удаление части материала при корректировке формы стеклоизделий и т.д.).
Режим плавления материалов реализуется при меньших плотностях мощности и менее энергоемок по сравнению с предыдущим механизмом. Физическая сущность процесса плавления стекломатериалов при лазерном воздействии заключается в следующем.
В ходе воздействия лазерного излучения тепло, выделяющееся в тонком приповерхностном слое, распространяется в толщу стекломатериала благодаря его теплопроводности, охватывая со временем все больший объем. В начале поверхностный слой, а затем более глубокие слои материала размягчаются. При этом часть энергии лазерного излучения расходуется на теплонасыщение стекломатериала, а часть рассеивается с его поверхности в результате теплообмена с окружающей средой. Для реализации режима плавления необходимо, чтобы температура материала, в обрабатываемой области, обеспечивала достаточную его текучесть, но не достигала значения, при которой наступает разложение, испарение и возгонка, входящих в структуру изделия компонентов. Поэтому мощность, падающего на поверхность лазерного потока, следует ограничивать, а сам процесс обработки должен иметь достаточную длительность для обеспечения прогрева стекломатериала на определенную глубину. В этих условиях через некоторое время наступает равновесие между подведенной к мате-