Научная статья на тему 'Исследование влияния морской воды на микрогеометрию поверхности металлических покрытий на оптическом стекле К8'

Исследование влияния морской воды на микрогеометрию поверхности металлических покрытий на оптическом стекле К8 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

  • … еще 2
CC BY
96
33
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МіКРОГЕОМЕТРіЯ / МОДИФіКАЦіЯ / ЕЛЕКТРОННИЙ ПОТіК / МіКРОРЕЛЬєФ / УЛЬТРАЗВУКОВі КОЛИВАННЯ / МИКРОГЕОМЕТРИЯ / МОДИФИКАЦИЯ / ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОТОК / МИКРОРЕЛЬЕФ / УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ / MODIFICATION / ULTRASONIC VIBRATIONS / MIKROGEOMETRY / ELECTRONIC STREAM / MIKROSURFACE

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Коваленко Ю. И., Бондаренко М. О., Рева И. А., Ващенко В. А., Яценко И. В.

Проведены исследования влияния морской воды на микрогеометрию поверхности металлических покрытий на оптическом стекле К8 методом атомносиловой микроскопии. Установлено, что модификация металлизированных поверхностей оптических изделий низкоэнергетическим электронным потоком (Е ≤ 6 кэВ) существенно уменьшает скорость развития их микрорельефа и приводит к разрушению этих поверхностей

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Коваленко Ю. И., Бондаренко М. О., Рева И. А., Ващенко В. А., Яценко И. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Researches of influence of salt water on microgeometry of surface of metallically coverage’s on optical glass of K

Researches of influence of salt water on microgeometry of surface of metallically coverage’s on optical glass of K8 by the method of atomic force microscopy were conducted. Modification of metalbacker surfaces of optical items substantially reduce speed of development of their microrelief the electronic stream of low energy (Е ≤ 6 keV) and results in destruction of these surfaces, it was set

Текст научной работы на тему «Исследование влияния морской воды на микрогеометрию поверхности металлических покрытий на оптическом стекле К8»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

Серiя: Техшчш науки

УДК 621.9.04

Коваленко Ю.1.1, Бондаренко М.О.2, Рева 1.А.1, Ващенко В.А.3, Яценко 1.В.2, Канашевич Г.В.2, Бойко В.П.1

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ МОРСЬКО1 ВОДИ НА М1КРОГЕОМЕТР1Ю ПОВЕРХН1 МЕТАЛЕВИХ ПОКРИТТ1В НА ОПТИЧНОМУ СКЛ1 К8

Проведенi до^дження впливу морськог води на мжрогеометрт поверхт метале-вих покриттiв на оптичному CKni К8 методом атомно-силовог MiKpocKonii. Вста-новлено, що модифтащя металiзoваних поверхонь оптичних виpoбiв низькоенерге-тичним електронним потоком (Е < 6 кеВ) суттево знижуе швидюсть розвинення гхнього мтрорельефу та призводить до руйнування цих поверхонь. Ключовi слова: мiкpoгеoметpiя, модифтащя, електронний потт, мтрорельеф, ультpазвукoвi коливання.

Коваленко Ю.И., Бондаренко М.О., Рева И.А., Ващенко В.А., Яценко И.В., Канашевич Г.В., Бойко В.П. Исследование влияния морской воды на микрогеометрию поверхности металлических покрытий на оптическом стекле К8. Проведены исследования влияния морской воды на микрогеометрию поверхности металлических покрытий на оптическом стекле К8 методом атомно-силовой микроскопии. Установлено, что модификация металлизированных поверхностей оптических изделий низкоэнергетическим электронным потоком (Е < 6 кэВ) существенно уменьшает скорость развития их микрорельефа и приводит к разрушению этих поверхностей

Ключевые слова: микрогеометрия, модификация, электронный поток, микрорельеф, ультразвуковые колебания.

Yu.I. Kovalenko, M. O. Bondarenko, I.A. Reva, V.A. Vaschenko, I. V. Yacenko, G. V. Kanashevich, V.P. Boyko. Researches of influence of salt water on microgeome-try of surface of metallically coverage's on optical glass of K8. Researches of influence of salt water on microgeometry of surface of metallically coverage's on optical glass of K8 by the method of atomic force microscopy were conducted. Modification of metalbacker surfaces of optical items substantially reduce speed of development of their microrelief the electronic stream of low energy (Е < 6 keV) and results in destruction of these surfaces, it was set.

Keywords: mikrogeometry, modification, electronic stream, mikrosurface, ultrasonic vibrations.

Постановка проблеми. В останнш час все бшьшого розповсюдження у навтацшних приладах та системах морських суден, плавучих заводiв та платформ набувають елементи мш-рооптики та штегрально! оптики виконаш i3 оптичного скла, як-то: окремi мшролшзи та !хш растри, колiматори оптичних систем, оптичш фшьтри тощо. До таких елеменив висуваються бшьш жорстю вимоги до якосп поверхонь (суцшьнють та однорщшсть металевого покриття, залишковi мiкронерiвностi не бiльшi за 25 нм, повна вщсутнють нанодефекпв - нанотрщин, борознин, точок) та висою техшко-експлуатацшних характеристик (довготривалють безперерв-но! експлуатацп, стшкосп до перепаду температур в умовах агресивного середовища - морсь-ко! води) [1].

Аналiз останшх дослщжень i публжацш. Iснуючi способи захисту таких поверхонь оптичних виробiв докладно описаш в роботах [2-4] i, в основному, полягають в нанесенш на таю металiзованi поверхш захисних полiмерних плiвок або !хнш хiмiчнiй обробщ. Проте, таю Тому, для пщвищення експлуатацшних властивостей способи обробки не дозволяють отримати оптичш вироби з необхщними техшко-експлуатацшними характеристиками, а також збшьшують !хню

1 здобувач, Черкаський державний технологiчний ушверситет, м. Черкаси

2 канд. техн. наук, доцент, Черкаський державний технологiчний ушверситет, м. Черкаси

3 д-р техн. наук, проф., Черкаський державний технологiчний ушверситет, м. Черкаси

В1СНИК ПРИАЗРВСЬКРГР ДЕFЖАВНGГG TEXHI4HGrG УН1ВЕРСИТЕТУ

Серiя: TexHÍ4HÍ науки

вaгy та сoбiвapтiсть мeтaлiзoвaниx eлeмeнтiв мiкpooптики та iнтeгpaльнoï oптики, кoлeктивoм Miжнapoднoгo нaвчaльнo-нayкoвoгo ^rnpy «Miкpoнaнoтexнoлoгiï та oблaднaння» пpи 4epracbra-му дepжaвнoмy тexнoлoгiчнoмy yнiвepситeтi 6yno poзpoблeнo спoсiб, який ^eA^ye в oднoмy тex-нoлoгiчнoмy циклi тexнoлoгiю нaнeсeння тoнкиx мeтaлeвиx плiвoк на плoскoпapaлeльнi пластини з oптичнoгo скла мapoк К8 (К108, К208) з пoдaльшoю oбpoбкoю стpiчкoвим eлeктpoнним псго^м та мoдepнiзoвaнe oблaднaння на бaзi вaкyyмнoï yстaнoвки УВН-71 [5].

Мета статт - дoслiджeння впливу мopськoï вoди на мiкpoгeoмeтpiю пoвepxнi мeтaлeвиx пoкpиттiв на oптичнoмy склi К8, мoдифiкoвaниx низькoeнepгeтичним стpiчкoвим eлeктpoнним ш-тoкoм iз зaлyчeнням мeтoдy aтoмнo-силoвoï мiкpoскoпiï■

Викладення основного мaтерiaлу. В modi oб'eктiв дoслiджeння викopистoвyвaлися Dno^ кoпapaлeльнi пластини 20x20x2 мм з oптичнoгo скла К8 у юль^си 30 шт. на oflpy з пoвepxoнь якиx peзистивним мeтoдoм пpoвoдилoся oсaджeння тoнкиx мeтaлeвиx (Al, Ni, Ag, Cr, Cu) шиитов товщишю 500 нм з тoчнiстю ±5% (кoнтpoль тoвщини oсaджyвaниx пoкpиттiв пpoвoдився за вдо-мим мeтoдoм [6]).

Пoлoвинa iз oтpимaниx таким чишм oб'eктiв (15 штук) пiдлягaлa o6po6^ низькoeнepгeтич-ним (Е < 6 кeB) eлeктpoнним пoтoкoм стpiчкoвoï фopми пpи питомш пoтyжнoстi Рпит = 2103...3,5103 Вт/см2 та швид^с^ oбpoбки Vo6p = 2,5...4 см/с. Eкспepимeнти пo впливу мopськoï вoди на змiнy мiкpoгeoмeтpiï дoслiджyвaниx oб'eктiв пpoвoдилися згiднo ОСТ 1 90033-71. В^щт зpaзки шдщялися на п'ять гpyп пo шють зpaзкiв в кoжнiй (тpи - бeз oбpoбки eлeктpoнним ппoтo-гам, щe тpи - пiсля o6po6ra eлeктpoнним пoтoкoм за вищeзaзнaчeними peжимaми)■ Чoтиpи гpyпи зpaзкiв витpимyвaлися в мopскiй вoдi сoлoнyвaтiстю 10,8%о (мю^ зaбopy - м■Mapiyпoль) пpи тeм-пepaтypi +20 ос на пpoтязi, вiдпoвiднo, 1 xв; 15 xв; 60 xв; 900 xв■ Для вiдтвopeння yмoв aгpeсивнoгo сepeдoвищa з oднoчaсним впливoм на дoслiджyвaнi o6'Œra мexaнiчнoï да, щe oflpa ipyrn зpaзкiв витpимyвaлися у peзepвyapi з мopськoю вoдoю пpи нaклaдaннi УЗ-тливань (30 кГц; 45 Вт) пpoтя-гoм 15 xв■ Дoслiджeння мiкpoгeoмeтpiï пoвepxoнь зpaзкiв пpoвoдилися на ^млада «NT-206» ^^o-бник: ТДВ «Mикpoтeстмaшины», м■Гoмeль, Бiлopyсь) в лaбopaтopiï «Пpиклaднoï oптики та ACM» MHHU, «Miкpoнaнoтexнoлoгiï та oблaднaння»■ Пpи цьoмy були викopистaнi кpeмнieвi зoнди «Ultrasharp CSC12» (виpoбник: «Mikromasch», Hiмeччинa)■ Дo складу укладу тaкoж вxoдить сис-тeмa мiкpoпoзицioнyвaння та вбyдoвaний oптичний дoвгoфoкyсyючий мiкpoскoп Logitech (виpoб-ник: «Logitech Inc», США) за дoпoмoгoю якж здiйснювaлoся пoзицioнyвaння вимipювaльнoï сис-тeми ACM на oкpeмi дтянки ш пoвepxнi зpaзкa■ Bимipювaння мiкpopeльeфy пoвepxнi зpaзкiв ^o-вoдилoся в стaтистичнoмy peжимi на дiлянкax пoвepxнi, максимальш 13*13 мкм, згiднo poзpoблe-

них в po6oTÍ [7] методик та рекомендацш (рис. 1-3).

в)

а)

+9

+6

+3

б)

1 гд 1 л-

\ о f ' ' \ ' \Л л ' < « У л ( К s

! А 7 ' 1 иf у

i i > /ч ; i 1 V VV г V 111

V \ д ы ' р ' V i i \ *\

\2 '1 / \ 1 )

4 5 6 7 S 9 Дoвжинa лpoфiлю, мкм

10

11

12 13

14

Рис.1 - Зoвнiшнiй вигляд (а), тoпoгpaмa (б) та пpoфiлoгpaфa (в) пoвepxнi (плoщaдкa 10x10 мкм) пластини зi скла К8 (20x20 мм) з пoкpиттям Al бeз мoдифiкaцiï (1) та з мoдифiкaцieю (2) eлeктpoнним пoтoкoм та пoдaльшoï витpимки в мopськiй вoдi на пpoтязi 60 xвилин■ NT-206V

1

2

0

3

6

9

0

2

3

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2010 р. Серiя: Техшчш науки Вип. №20

* +40

о+2°

& 0

и

о

-20

g -40

о S

m -60.

вих1дна поверхня

б)

поверхня июля УЗ-ди

1

/

\2

10 11 12 13 14

123456789 Довжина профшю, мкм

в)

Рис.2 - Зовшшнш вигляд (а), тоиограма (б) та профшографа (в) поверхш (площадка 10x10 мкм) пластини 3i скла К8 (20x20 мм) з покриттям Al без модифжацп поверхш електронним потоком до (1) та шсля (2) УЗ дп протягом 15 хвилин в середовищд морсько!' води. NT-206V.

s

m -9

2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 Довжина профшю, мкм

в)

Рис.3 - Зовшшнш вигляд (а), топограма (б) та профшографа (в) поверхш (площадка 10x10 мкм) пластини 3i скла К8 (20x20 мм) з покриттям Al шсля модифжацп поверхш електронним потоком до (1) та шсля (2) УЗ дп протягом 15 хвилин в середовишд морсько!' води. NT-206V.

2

1

В результат проведених дослщжень було встановлено, що без та при модифжацп поверхонь зразюв низькоенергетичним електронним потоком стрiчковоï форми та наступнш витрим-цi в морскiй водi протягом 1 хв; 15 хв та 60 хв, залишковi мiкронерiвностi становили, вщповщ-но, 16,8 нм; 17,3 нм; 17,8 нм - для зразюв без модифжацп та 15,3 нм; 17,1 нм; 18,0 нм - для мо-дифжованих зразюв, що не перевищувало граничних значень залишкових мiкронерiвностей (25 нм), яю висуваються до цих виробiв (вихiдне значення залишкових мiкронерiвностей поверхонь цих зразюв становило 15.. .17 нм) (рис. 1, зразки 1, 2).

При цьому залишковi мiкронерiвностi металiзованих поверхонь оптичних зразкiв без електронно-променевоï модифiкацiï, витриманих в морсюй водi протягом 900 хв становили 27,9 нм, а шсля ïхньоï модифжацп - залишилися на рiвнi 22,3 нм.

BICH^ nP^3QBCbKQrQ ДEFЖАBНGГG TEXHI4HGrG УНIBEFCИTETУ

Cерiя: Tехнiчнi науки

В тoй жe час, дoслiджeння лpoфiлoгpaм лoвepxoнь зpaзкiв дoзвoлив встaнoвити, щo мeтaлiзoвaнi лoвepxнi, як1 ne були мoдифiкoвaнi eлeктpoнним лoтoкoм e бшьш те-oднopiднi та мютять пeвнy кшькють нaнoдeфeктiв (pис■1,б (1), pn^^ (1)) в лopiвняннi з1 зpaзкaми, лoвepxнi якиx були мoдифiкoвaнi низькoeнepгeтичним eлeктpoнним лoтo-кoм (pис■1,б (2), pHa!^^)), щo, на нашу думку, e oснoвнoю лpичинoю лpишвидшeнoï pytoa^ï тaкнx лoкpнттiв■ Дoслiджeння гpyпи зpaзкiв, якi витpимyвaлися у мopськiй вoдi пpи oднoчaснiй дiï yльтpaзвyкoвoгo толивання (30 кГц; 45 Вт) дoзвoлили встaнoвити, щo нaвiть пpи нeвeликoмy часу витpимки (15 xß) за циx yмoв зpaзкiв нe мoдифiкoвaниx eлeктpoнним пoтoкoм, ïxнi зaлишкoвi мiкpoнepiвнoстi збiльшyються з 15...17 нм дo 110...125 нм, а сама пoвepxня e нeoднopiднoю та мiстить значну кшькють нaнoдeфeктiв (pис■2)■

В той жe час зaлишкoвi мiкpoнepiвнoстi зpaзкiв мoдифiкoвaниx низькoeнepгeтичним eлeктpoнним пoтoкoм залишалися на piвнi 15...18 нм фис.3).

Бисновки

1. Пpи витpимцi в мopскiй вoдi oптичниx зpaзкiв з наж^ними на ïxню пoвepxню мeтaлeви-ми плiвкaми пpoтягoм 1 xв; 15 xв; 60 xв та 900 xв, зaлишкoвi мiкpoнepiвнoстi ж пepeви-щували, вiдпoвiднo, 16,8 нм; 17,3 нм; 17,8 нм та 27,9 нм (виxiднe знaчeння зaлишкoвиx мiкpoнepiвнoстeй пoвepxoнь циx зpaзкiв стaнoвилo 16,7 нм), тoдi як тсля oбpoбки мeтaлi-зoвaниx пoвepxoнь циx зpaзкiв низькoeнepгeтичним eлeктpoнним пoтoкoм с^чтов^' фo-pми ïxнi зaлишкoвi мiкpoнepiвнoстi змiнюються нeсyттeвo (15 нм - виxiднe знaчeння мш-poнepiвнoстeй; 15,3 нм; 17,1 нм; 18,0 нм та 22,3 нм - вiдпoвiднo, тсля 1 xв; 15 xв; 60 xe та 900 xв витpимки) i нe пepeвищyють гpaничниx знaчeнь зaлишкoвиx мiкpoнepiвнoстeй (25 нм), як висуваються дo циx виpoбiв■

2. Зaлишкoвi мiкpoнepiвнoстi мeтaлiзoвaниx oптичниx пoвepxoнь нe мoдифiкoвaниx eлeкт-poнним пoтoкoм вжe чepeз 15 xв витpимки в мopськiй вoдi ^и дiï yльтpaзвyкoвoгo кoли-вання (30 кГц; 45 Вт) збшьшуються з 15...17 нм дo 110...125 нм, тoдi як пiсля мoдифiкa-цп тaкиx пoвepxoнь низькoeнepгeтичним eлeктpoнним пoтoкoм змiнeння зaлишкoвиx мь кpoнepiвнoстeй ж спoстepiгaлoся■

Cпиcoк використаних джерел:

1. Кaнaшeвич Г.В. Отощальи мeтoди oбpoбки oптичнoгo скла / Г.В. Кaнaшeвич, Д.1. Котeльнiков, В.А. Вaщeнко // Щд peд■ пpoфeсopa Д.1. Кoтeльникoвa■ - Чepнiгiв: "Ci-вepськa думка", 2002. - 215 с.

2. Защитная rae^a [Элeктpoнный peсypс] / Peжим дoстyпa: http://www.sdi.ua/ru/articles.html; Дата дoстyпa - 2009 г.

3. Haнeсeниe зaщитныx пoкpытий на дeтaли мeтaллooптики [Элeктpoнный peсypс] / Peжим дoстyпa: http://abdullatip05.livejournal.com/1639.html; Дата дoстyпa - 29.11.2009 г.

4. Пат. 96105716/12 Poœ^, C03C25/10; B05C3/12. ^тоб нaнeсeния пoкpытия на вo-лoкнa и yстpoйствo для eгo oсyщeствлeния / Эббот Джон Стил III, Уилльямс Pmapd Рид (еША); Заявл. 21.03.96; Опубл. 10.01.02.

5. Пат. 4177 У^аша, MКИ C03B29/00; H01J37/305. Пpистpiй для eлeктpoннo-пpoмeнeвoгo пoлipyвaння виpoбiв / Г.В.Кaнaшeвич, Ю.I.Ковaлeнко, М.О.Бондaрeнко, В.A.Вaщeнко, В.П.Бойко, М.П.Рудь, ГВ.Ящнко (У^аша); Заявл. 20.02.04; Опубл. 17.01.2005; Бюл. №1.

6. Бoндapeнкo M■О■ Bимipювaння товщини тoнкиx кoмпoзицiйниx пoкpиттiв в ^o^ti ïx-ньoгo oсaджeння у вaкyyмi / М.О. Бондaрeнко, Н.1. Божко, О.В. Котляр, П.1. Курилeнко // Teзи дoпoвiдeй VIII Miжнapoднoï нayкoвo-тexнiчнoï кoнфepeнцiï «Пpилaдoбyдyвaння 2009: стан i ^pOTe^^m», Кшв, 28-29 квiтня 2009. - C. 122-123.

7. Baщeнкo В.А., Бoндapeнкo M■О■, Кaнaшeвич Г.В. та ш. Дiaгнoстикa фyнкцioнaльниx ша-piв у виpoбax мiкpooптики i нaнoeлeктpoнiки, oтpимaниx eлeктpoнними тexнoлoгiями // Звгг з HДP (заключний) / MОHУ; № ДP 0106U004500. — К., 2008. — 94 с.

Pe^rnern": Caмoтyгiн C.C. д.т.н., пpoф■ ПДТУ

Cтaггя нaдiйшлa 16.02.2010

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.