Особливості механічної обробки акустооптичних монокристалів парателуриту та тетраборату літію

Пат. № 35135 А, Україна, МКИ 6 С 30В 15/00 “Пристрій для вирощування кристалу”, Шпирко Г.М., Богданова-Борець О.В., Коложварі М.В., Проц Л.А. Заявл.19.08.1999; Опубл. 15.03.2001. Промислова власність Бюл. №2.

Пат. № 37089 А, Україна, МКИ 6 В28D 5/00 "Ріжучий елемент", Шпирко Г.Н., Проц Л.А. Заявл. 21.03.2000; Опубл. 16.04.2001, Промислова власність. Бюл. №3.

Пат. № 62553 А, Україна МКИ 7G01N23/20 „Спосіб контролю якості кристаллу”, Лавриненко В.И., Проц Л.А., Соломон А.М., Пуга П.П. Заявл. 09.04.2003; Опубл. 15.12.2003. Промислова власність. Бюл. №12.

Пат. № 67174 А, Україна, МКИ 7 B24B1/00, C10M173/00 „Спосіб абразивної обробки кристала парателуриту”, Проц Л.А. Заявл. 04.08.2003; Опубл. 15.06.2004, Промислова власність. Бюл. №6.

Лавріненко В.І., Проц Л.А. До питання розробки технології тонкого шліфування монокристалів парателуриту та тетраборату літію // Вісник інженерної академії України. - 2001. _ №3. _ С. 379 _ 382.

Лавріненко В.І., Проц Л.А. Особливості тонкого шліфування монокристалів силленіту та евлітіну // Машиностроение и техносфера на рубеже ХХІ века. _ Донецк: Дон ГТУ. - 2001. _ Т.1. _ С. 252 _ 256.

Лавриненко В.И., Лещук И.В., Проц Л.А. Исследование абразивных возможностей оксидных спеченных инструментальных материалов // Сб. ст. междунар. науч.-техн. конф. "Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы" Шлифабразив - 2001. _ Волжский: ВИСИ філіал ВолгГАСА. _ 2001. - С. 23 _ 26.

Лавриненко В.И., Проц Л.А. К вопросу об оценке обработанной поверхности монокристаллов парателлурита //Физические и компьютерные технологии. Тр. 9 междунар. науч.-техн. конф. _ Харьков: ХНПК „ФЕД”. -2004. _ С. 25 _ 26.

Лавріненко В.І., Проц Л.А. Розробка мастильно-охолоджувальних рідин для прецизійної обробки монокристалів парателуриту та тетраборату літію // Сб. докладов Межд. науч.-техн. семинара „Новые материалы и инструменты”. - Киев: АТМ Украины. - 2005. - С. 60 _ 65.

Проц Л.А., Изучение морфологии полированных поверхностей монокристаллов парателлурита и тетрабората лития // „Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях". Мат. 4-й ежегод. пром. конф. с международ. участием и выставки. п. Славське, Карпати. - Киев: УНЦ “НТТ”. _2004. - С. 199 _ 200.

Проц Л.А., Шпирко Г.Н., Лавриненко В.І. Алмазна обробка елементів акусто-оптичних пристроїв на основі оксидних монокристалів парателуриту та тетрабо-рату літію // Матер. междунар. научн.-техн. конф. „Сверхтвердые инструментальные материалы на рубеже тысячелетий: получение, свойства, применение”. - Київ. К: ИСМ України. _ 2001. _ С. 200 _ 201.

Проц Л.А., Юрійчук О.М., Чичура І.І. Рентгенівська дифракція для оцінки якості обробленої поверхні монокристалів тетраборату літію // Тези доповідей. Конференція молодих учених і аспірантів ІЕФ-2005. Ужгород. _ 2005. _ С. 112.

Лавріненко В.І., Проц Л.А. Підбір структурних складових абразивних суспензій для обробки монокристалів парателуриту та тетраборату літію // Мат. XIV Межд. науч-техн. семинара. “Высокие технологии: тенденции развития”. - Харьков-Алушта: НТУ “ХПИ”. - 2005. - С. 73 _ 74.

АНОТАЦІЇ

Проц Л.А. Особливості механічної обробки акустооптичних монокристалів парателуриту і тетраборату літію. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - „Процеси механічної обробки, верстати та інструменти”. Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля Національної академії наук України, Київ, 2006.

Дисертаційна робота присвячена дослідженням особливостей механічної обробки акустооптичних монокристалів парателуриту і тетраборату літію, наслідком яких є підвищення продуктивності обробки, зниження витрат абразивів та гарантоване досягнення необхідних показників якості оптичних деталей з урахуванням екологічності обробки. Наукову основу рішень склала концепція спрямованої зміни дії абразивного впливу вільного абразиву в зоні обробки та розробка на цій основі ефективних процесів механічної обробки монокристалів (від розрізання до полірування) та нових інструментів і пристроїв. Розроблено технологічний регламент процесу виготовлення оптичних деталей з монокристалів, ріжучий інструмент, методику застосування абразивів та складові абразивної суспензії, режими процесів шліфування і полірування, метод контролю якості кристалів, спосіб і пристрій для вирощування кристалів з урахуванням їх оброблюваності та спосіб безпечного зберігання токсичних відходів.

Ключові слова: монокристал, парателурит, тетраборат літію, оптична деталь, абразив, шліфування, полірування, розрізання.

Prots L.A. Peculiarities of the Machining of Paratellurite and Lithium Tetraborate Acoustooptical Single Crystals.- Manuscript.

Thesis submitted for the Candidate of Science Degree (Technical Sciences), specialized field 05.03.01 - "Machining Processes, Machines and Tools". V.M. Bakul Institute for Superhard Materials, the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The present work is dedicated to the studies of peculiarities of the machining of paratellurite and lithium tetraborate acoustooptical single crystals which result in higher machining rate, lower abrasive consumption and guaranteed attainment of the required quality of optical elements' surface taking into account an ecological aspect. The scientific basis of the work was the concept of a directional variation of the effect of abrasive action of an unbounded abrasive in the machining region and the development of efficient processes of machining of the above single crystals (from cutting to polishing), new tools and devices. The technology for producing optical elements from single crystals as well as cutting tools, methods of abrasive material applications and constituents of an abrasive suspension have been developed. Grinding and polishing conditions, a method of the crystal quality control, a way and a device for growing the crystals with account of their machinability as well as the method of the safe conservation of toxic waste have been devised.

Key words: single crystal, paratellurite, lithium tetraborate, optical element, abrasive, grinding, polishing, cutting.

Проц Лариса Анатольевна. Особенности механической обработки акустооптических монокристаллов парателлурита и тетрабората лития. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - „Процессы механической обработки, станки и инструменты”. Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля Национальной академии наук Украины, Киев, 2006.

Диссертационная работа посвящена исследованиям особенностей механической обработки поверхностей монокристаллов парателлурита и тетрабората лития (ТБЛ), направленных на повышение производительности обработки, снижение затрат абразивных материалов и гарантированное достижение необходимых показателей качества оптических деталей (ОД) с учетом экологичности обработки.

Научную основу диссертационной работы составляет концепция направленного изменения воздействия зерен свободного абразива в зоне обработки и разработка на этой основе эффективных процессов механической обработки монокристаллов парателлурита и ТБЛ, а также новых инструментов и устройств для получения ОД с необходимыми показателями обработанных поверхностей.

Изучены особенности процессов резки выращенных заготовок монокристаллов, установлены условия их эффективного и качественного разрезания за счет использования схемы перекатывания зерен в зоне обработки, разработан специальный режущий инструмент, применение которого повышает производительность разрезания до 2,5 раз и снижает затраты абразивов до 2-х раз.

Исследованы особенности процессов шлифования свободным абразивом монокристаллов и показано, что для достижения минимального дефектного поверхностного слоя обрабатываемой поверхности изменить, по сравнению с процессом разрезания, концепцию абразивного воздействия абразивных зерен путем реализации схемы частичного их закрепления в шлифовальном инструменте и повышения однородности абразивных зерен за счет седиментации. Установлено, что дополнительно, для эффективной реализации предложенной концепции при шлифовании монокристаллов парателлурита в состав смазывающе-охлаждающих технологических суспензий необходимо добавлять пропиленгликоль и калиевые соли стеариновой кислоты, а для шлифования ТБЛ этиленгликоль и калиевые соли стеариновой кислоты. Применение таких подходов позволяет повысить противодавление в зоне обработки, для компенсации негативного воздействия на поверхность, чувствительных к силовым нагрузкам монокристаллов, возросших при новой концепции нормальных сил от действия абразивных зерен, и улучшить удержание зерен в зоне обработки, что позволило при шлифовании монокристаллов снизить затраты абразивов в 1,8 - 2,4 раза, повысить выход годных заготовок для дальнейшего их использования в качестве оптических деталей до 80 % и получить поверхности с показателями шероховатости Ra= 0,04 _ 0,08 мкм та Rmax = 0,20 _ 0,50 мкм, как основы для дальнейшего качественного полирования. Для оценки качества обрабатываемой поверхности монокристаллов методами рентгенодифрактометричного сканирования И/2И и качания получены зависимости ширин рефлексов от Cu К_в - излучения от поверхностей монокристаллов парателлурита и ТБЛ, сориентированных по разным кристаллографическим плоскостям. Установлено, что метод качания более информативен, поскольку более чувствителен к общему состоянию обработанной поверхности, что позволило разработать запатентованный рентгенодифрактометрический метод исследования качества обработанных поверхностей монокристаллов бесконтактным способом и эффективно применять его для их оценки, когда традиционные методы малоинформативны.

Изучены особенности процесса полирования монокристаллов и показано, что для формообразования плоских поверхностей, с высокой геометрической точностью, положение о необходимости закрепления абразивных зерен в полировальном инструменте необходимо скоректировать путем использования инструментов с более мягким основанием (смоляным), целенаправленной коррекцией абразивосодержащего слоя инструмента с соответствующим изменением технологических режимов процессов полирования.

Методом атомно-силовой микроскопии показано, что наиболее качественные показатели шероховатости поверхности и ее микрорельефа при одинаковых условиях обработки характерны для кристаллографических плоскостей (110), а худшие _ для плоскостей (001) и установлено, что для монокристаллов ТБЛ, выращенных с меньшей скоростью вытягивания, вдоль плоскости (100) микрорельеф более равномерен. Это позволило разработать запатентованные способ и устройство для выращивания кристаллов направленной кристаллизацией расплава и установлены эффективные режимы выращивания монокристаллов и конфигурации сориентированных затравок, необходимых для получения оптически качественных кристаллов с кристаллографическими гранями, поверхности которых легче поддаются механической обработкой.

Для решения экологических проблем механической обработки предложено способ обеззараживания токсических отходов монокристаллов парателлурита, который основан на введении ингибитора взаимодействия двуокиси теллура с водой, в результате чего предотвращается процесс восстановления теллура с образованием теллуроводорода.

На основе исследований разработаны практические рекомендации и техно-логический регламент на процесс механической обработки акустооптических монокристаллов парателлурита и ТБЛ, а результаты разработок прошли опытно-промышденную проверку и внедрение.

Ключевые слова: монокристалл, парателлурит, тетраборат лития, оптическая деталь, абразив, шлифование, полирование.

Размещено на Allbest.ru