Разработка и исследование технологического процесса изготовления оптических зеркал из бериллия

• Автор: Любарский, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 43 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Анализ и выбор конструкционных материалов для
изготовления облегченных зеркал
2. Исследование бериллия - нового материала оптического приборостроения
3. Разработка конструкций облегченных зеркал из бериллия.
Способы крепления зеркал
4. Разработка концепции технологии изготовления облегченных оптических зеркал из бериллия ТШП
5. Разработка и исследование технологических процессов механической обработки корпусов зеркал из
бериллия ТШП
6. Разработка и исследование технологического процесса
оптической обработки бериллия ТШП
7. Разработка и исследование технологического процесса нанесения конструкционного стеклянного покрытия
на бериллий ТШП
8. Разработка и исследование технологических процессов размерной стабилизации облегченных остеклованных
зеркал из бериллия ТШП
9. Оптическое формообразование. Нанесение оптических
. покрытий. Испытания. Гигиена бериллия
10. Отработка и внедрение технологии изготовления
облегченных остеклованных бериллиевых зеркал
Основные результаты работы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В истории развития оптических систем можно отчетливо выделить две тенденции: конкуренцию линзовых (рефракторных) и зеркальных (рефлекторных) систем и конкуренцию стекла и металла в качестве материалов для изготовления зеркал.
Со времени создания Галилеем в 1609 г. первой оптической системы - линзового телескопа начали предприниматься попытки преодоления недостатков рефракторной оптики, основными из которых являются хроматические и сферические аберрации.
В результате до середины XVIII века развитие линзовых телескопов шло по пути создания длиннофокусных (30-40 м и более) телескопов сравнительно небольшого диаметра (4-20 см), для которых обе аберрации становятся малыми.
Альтернативная идея создания телескопов с использованием зеркал была высказана еще при жизни Галилея, однако более совершенные оптические схемы были предложены позже - Д.Грегори (1663 г.) и Кассегреном (1672 г.), причем схема Кассегрена и схема Ричи-Кретьена получили наиболее широкое распространение. Первые удачные модели оптических зеркальных систем с зеркалами из металлических материалов были созданы Ньютоном в 1668-1671 гг. Главным преимуществом рефлекторов являются отсутствие хроматических аберраций и принципиальная возможность устранения сферических аберраций, благодаря чему некоторое время астрономы отдают предпочтение зеркальным телескопам, с их более четкими и яркими изображениями.
В качестве материала зеркал использовался “зеркальный” сплав на основе меди, что в то время давало единственную возможность получать оптические поверхности с достаточно высоким коэффициентом отражения. К наивысшим достижениям того времени относятся телескоп Гершеля с бронзовым зеркалом диаметром 1220 мм (1773 г.) и телескоп У.Парсонса (лорда Росса) с бронзовым зеркалом диаметром 1820 мм (1845 г.).
Между тем появление методов расчета ахроматических линзовых систем (1758 г), совершенствование технологии варки крупногабаритных заготовок оптического стекла привели к быстрому прогрессу рефракторных систем. В течение следующих 140 лет диаметр линзовых телескопов непрерывно увеличивался. В 1898 г. в Йеркской обсерватории близ Чикаго вступил в строй самый большой в мире (диаметр 1020 мм) линзовый телескоп. При этом, по существу, был достигнут предел размеров линзовых приборов вследствие огромных трудностей получения однородных заготовок стекла для линз такого размера, больших деформаций линз под действием собственного веса и сильного уменьшения яркости изображения из-за большой толщины линз. В последние 100 лет не предпринимаются попытки превзойти это достижение.

Что касается напряженно-деформированного дефектного слоя, то была выбрана радикальная технология полного его удаления методом размерного химического травления - стабилизирующая обработка методом химического травления [36].
Технический бериллий, штампованный из порошка (ТШП), представляет собой микролегированный сплав, склонный к распаду и старению, т.е. изменению структурно-фазового состояния материала в результате распада твердого раствора атомов примесей в бериллии (состав примесей представлен в табл.2).
С целью подавления данного механизма размерной нестабильности было необходимо разработать стабилизирующую термообработку, обеспечивающую максимальную стабильность фазового состава бериллия. Для исследования структурно-фазового состояния бериллия был использован ядерный гамма-резонансный спектрометр на ядрах железа, которое является основной металлургической примесью в бериллии и имеет удобный мессбауэровский изотоп Ре57. Это позволило с высокой точностью провести исследования распределения железа в бериллии после различных термических обработок и разработать оптимальный режим искусственного старения, заключающийся в нагреве до температуры 650°С в течение 6 часов в вакууме с остаточным давлением 10"4 мм рт.ст.
Эту термическую обработку целесообразно проводить на этапе изготовления корпуса зеркала, когда выполнены практически все механические обработки за исключением чистовых операций, на которых должны быть получены самые высокие для данного изделия точности - порядка единиц микрометров.
Следствием анизотропии температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) бериллия является появление внутренних микронапряжений между различно ориентированньми кристаллитами при охлаждении от высоких температур отжига или искусственного старения.
Этот эффект в совокупности с неоднородной кристаллической текстурой, присутствующей в крупногабаритных заготовках бериллия, приводит к появлению ориентированных микронапряжений, т.е. по существу, к внутренним макронапряжениям в изделии. В отличие от макронапряжений механической или термической природы ориентированные микронапряжения, как следует из самого механизма их возникновения, не могут быть устранены высокотемпературной обработкой типа стабилизирующего отжига. В данном случае эффективной является термоциклическая обработка (ТЦО), заключающаяся в чередовании операций охлаждения и нагрева. Охлаждение до отрицательных температур вызывает интенсивную релаксацию микронапряжений за счет пластической деформации в области межзеренных границ.