CC BY
150
БЕСКЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
М.И. Ваганов, И.В. Васильев, Ю.В. Лисицин, Э.С. Путилин
В оптическом приборостроении применяют, в основном, два вида соединений: клеевые и бесклеевые. Последние разделяют на разъемные (оптический контакт - ОК) и неразъемные (глубокий оптический контакт - ГОК). Свойства и характеристики клеевых соединений достаточно подробно изложены в ряде работ [1, 2]. Бесклеевые соединения часто описывают фрагментарно с учетом области их применения. Это, в основном, оптическое производство [2] или прикладные исследования [3].
Между тем в ряде изделий лазерной техники, оптоэлектроники недопустимо присутствие адгезионных (клеевых) слоев. В этих случаях применение бесклеевых соединений становится актуальным и технически необходимым.
Учитывая актуальность такого вида соединений оптических элементов, целесообразно рассмотреть и оценить научно-технический уровень исследований и перспективы реализации бесклеевых соединений.
Разъемные контактные соединения - оптический контакт
Оптический контакт (ОК) давно привлекает исследователей, изучающих поверхности твердых тел. Важными явились работы, связанные с определением расстояния между контактирующими поверхностями и удельной работой разрушения [4, 5]. Эти величины оказались равными 9,4-30 А и (69,2-71,2)-10-3 Дж/м2, соответственно. В этой же работе было отмечено, что если ОК прогреть до I = 400 °С, то удельная работа разрушения возрастает до 400-10-3 Дж/м2. Это была, по-видимому, первая попытка повысить прочность контакта. В более поздней работе [6] методом просветной эллипсометрии определены показатель преломления (1,40-1,43) и толщина зоны ОК (30-60 А).
Необходимость изготовления высокоточных оптических деталей с применением интенсивных режимов обработки потребовала определить предельные значения разрушающих нагрузок для различных пар оптических стекол. Были выполнены комплексные исследования ОК. Соединение, подвергнутое одноосному растяжению, сдвиговым и крутящим нагрузкам, выдерживало усилия (4,7-10,2)-105Н/м2; (3,4-7,4)-105Н/м2 и (3,9-8,4)-105Н/м2, соответственно [7]. В этой же работе предложена методика и разработан способ определения удельной плотности энергии ОК путем измерения скорости разрушения контакта.
Известно, что одной из важнейших операций, необходимых для образования ОК, является чистка поверхностей. Критерии очистки в настоящее время практически отсутствуют, хотя разработаны методы их оценки с использованием краевого угла смачивания и эллипсометрических измерений. Измерение распределения поверхностной энергии при усовершенствовании метода позволило бы оперативно определить качество очистки поверхностей. В работе [8] было показано, что важную роль в образовании контакта играет адсорбированная вода. Ее отсутствие исключало возможность образования и, тем более, существование оптического контакта.
Таким образом, анализируя приведенные, достаточно полно изученные характеристики разъемного контактного соединения полированных оптических поверхностей, можно заключить, что, по-видимому, основным проблемным вопросом в изучении и рациональном применении ОК является чистка поверхностей перед сопряжением. Кроме того, упрочнение ОК, как показывают эксперименты, может быть достигнуто прогревом в интервале температур I = 100-150 °С. Однако при этом разделение поверхностей неминуемо приводит к их повреждению.
Неразъемные контактные соединения - глубокий оптический контакт
Неразъемные контактные соединения получают термообработкой обычного контакта с предварительно нанесенными на сопрягаемые поверхности пленками кремнезема толщиной 80-150 нм. Прогрев осуществляют при t = 250°С в течение 8 часов.
Необходимо отметить, что какие-либо заметные исследования по ГОК практически отсутствуют. Констатируется лишь факт образования неразъемного соединения. Для нанесения пленок кремнезема реализуют, в основном, два способа. Первый заключается в травлении поверхностей в уксусной или азотной кислотах. Второй - гидролиз паров четыреххлористого кремния.
Известны также эксперименты по нанесению кремнеземных пленок из раствора эфира ортокремниевой кислоты. Перечисленные способы достаточно просты в реализации. Однако они не обеспечивают надежную воспроизводимость параметров соединения. В этом отношении наиболее перспективным способом является нанесение пленок кремнезема в вакууме. Этот способ исключает образование агрессивных промежуточных продуктов и позволяет строго выдерживать требуемые режимы пленкообразования.
Таким образом, являясь актуальными в функциональном отношении, бесклеевые контактные соединения настоятельно требуют комплексных исследований. Учитывая характер выполненных работ, можно выделить следующие направления дальнейших исследований:
• изучение оптических и механических характеристик обычного контакта;
• для глубокого оптического контакта - исследование кинетики его образования, выяснение роли промежуточных пленок на свойства и характеристики данного соединения.
Работа выполнена на базе проекта № 20090 "Разработка оптических систем дистанционного зондирования".
Литература
1. Куртц Л.Ю. Склеивание оптических деталей. М.: Оборонгиз, 1944. 130 с.
2. Справочник технолога - оптика / Под ред. С.М. Кузнецова и М.А. Окатова. Л.: Машиностроение, 1983. 414 с.
3. Сударушкин А.С., Вангонен А.И., Золотарев В.М. Исследование влияния качества оптического контакта на спектры НПВО // ОМП. 1988. №3. С. 13-15.
4. Rayleigh, Lord. Lauer of polished silica and glass with further studies optical contact // Proc. Roy. Soc. 1937. A160.
5. Обреимов И.В., Трехов Е.С. Оптический контакт полированных стеклянных поверхностей // ЖЭТФ. 1957. Т.32. Вып. 2. С. 185-192.
6. Абаев Н.И., Лисицин Ю.В., Путилин Э.С. Исследование зоны оптического контакта стеклянных поверхностей методом эллипсометрии // Письма в ЖТФ. 1984. Т.4. Вып. 24. С. 1505-1507.
7. Лисицин Ю. В. Исследование контактного соединения полированных оптических поверхностей. Диссертация кандидата технических наук. Л., 1976. 186 с.
8. Елхин П.М., Лисицин Ю.В., Поздняков О.Ф., Юдин В.С. Роль адсорбированной воды в физико-химическом механизме взаимодействия полированных поверхностей оптического стекла // Физика и химия стекла. 1986. Т.12. №5. С. 611-614.
