CC BY
23
УДК 535:533.9
И. С. Мифтахов, Э. Ф. Вознесенский, И. Ш. Абдуллин, А. О. Фадеев, Л. Гатауллин
ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАЗМЫ ВЧ-РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ
ПОЛИРОВКИ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
Ключевые слова: ВЧ разряд, полировка, кристаллическая структура, шероховатость, атомно-силовая микроскопия.
Установлено, что ВЧИ-плазменная обработка позволяет провести прецизионную полировку нанорельефа оптических материалов поликристаллического строения. Наблюдается снижение рельефности поверхности до 10 раз при начальной высоте рельефа 4-150 нм.
Keywords: RF discharge, polishing, polycrystalline structure, roughness, atomic force microscopy.
It was established that the RFI-plasma treatment allows for precision polishing of nanorelief of optical materials with polycrystalline structure. A decrease in the surface relief up to 10 times in case of height of initial relief 4-150 nm, was found.
На сегодняшний день накоплен богатый опыт в области физико-химических методов полировки. Однако когда речь идет о частотах поверхностей до единиц нанометров и менее, наиболее перспективными методами полировки являются электрофизические и в частности ионные и ионно-плазменные методы. Появление материалов с новыми оптическими характеристиками позволяет создавать оптические и светотехнические изделия, основанные на усовершенствованных принципах, с улучшенными техническими свойствами [1-3].
Целью работы является экспериментальное исследование процессов ионной полировки оптических материалов и изделий
поликристаллического строения в условиях ВЧ плазмы пониженного давления. Поставленная цель достигается при выборе методики ионно-плазменной полировки оптических материалов, экспериментальных исследованиях процессов полировки оптических материалов
поликристаллического строения в условиях плазмы ВЧ-разряда пониженного давления.
В качестве объектов исследования использовались образцы оптически прозрачной керамики. Эксперименты по прецизионной полировке поверхности оптических материалов проводились в плазме высокочастотного индукционного разряда пониженного давления, использовалась экспериментальная ВЧИ-плазменная установка, описанная в источнике [4].
Проведен выбор и обоснование режимов ионно-плазменной полировки оптических материалов. Наиболее эффективным режимом для полировки выбранного объекта являлся следующий: сила тока на аноде генераторной лампы Ia= 1,7 А; расход плазмообразующего газа G= 0,04 г/с; продолжительность обработки т = 10 мин, давление в рабочей камере P = 60 Па плазмообразующий газ -аргон.
Рельеф поверхности материалов
исследовался методом атомно-силовой
микроскопии, анализ и расчет параметров шероховатости проводился с применением специализированного ПО Nova фирмы Nt-MDT. АСМ-изображения поликристаллического
материала до НТП-обработки приведены на рис. 1, значения исходной шероховатости составили 2050 нм, амплитудные значения перепадов высот достигают 80-150 мкм. Рельеф поверхности поликристаллического материала после ВЧИ-плазменной полировки приведен на АСМ-изображениях, рис. 2. Как видно из полученных данных, размер шероховатостей уменьшился приблизительно в 10 раз до 3,5-4 нм вместо с 3555 нм, амплитудные значения перепадов высот также уменьшились с 80-150 нм до 8-10 нм. Расчетные параметры шероховатости исходного и НТП-модифицированного образцов приведены в таблице 1.
г-. '
а б
i I
Рис. 1 - АСМ-изображение поверхности образца поликристаллического материала до НТП обработки, размер кадра 15x15 мкм: а) модель рельефа поверхности; б) топографическое изображение; в) гистограмма распределения высот рельефа
Таким образом, установлено, что ВЧИ-плазменная обработка позволяет провести прецизионную полировку нанорельефа оптических материалов поликристаллического строения. Ионная полировка материалов
поликристаллического строения позволяет снизить
амплитудные значения высот рельефа и усредненные значения шероховатости до 10 раз.
[
3 4 пт
Рис. 2 - АСМ-изображение поверхности образца поликристаллического материала после НТП обработки, размер кадра 15х15, мкм: а) модель рельефа поверхности; б) топографическое изображение; в) гистограмма распределения высот рельефа
Работа выполнена в рамках контракта №13-
101/470К от 11 июня 2013г. (тема 52-13), проект
№1779.
Литература
1. Мифтахов, И.С. Ионная полировка оптических материалов аморфного строения в условиях ВЧ-разряда пониженного давления / И.С. Мифтахов, Э.Ф. Вознесенский, И.Ш. Абдуллин, // Вестник казанского технологического университета. - 2014. -№ 23.- С. 73-74.
2. Трофимов, А.В. Формирование функционального микрорельефа на поверхности оптических материалов аморфного строения в условиях вч-разряда пониженного давления / А.В. Трофимов, Э.Ф. Вознесенский, И.Ш. Абдуллин, М. Алкин // Вестник казанского технологического университета. -2014. - № 23.- С. 85-86.
3. Вурзель Ф.Б. Плазменная обработка стекла. / Ф. Б. Вурзель, В. Ф. Назаров, Е. М. Попова // Физика и химия обработки материалов. - 1978 -№2-С.53-57.
4. Абдуллин, И.Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, Н.Ф. Кашапов. - Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2000. - 348 с.
Таблица 1 - Параметры шероховатости образца до и после НТП-полировки, нм
б
а
в
Параметр Исходный Образец после
шероховатости образец НТП-полировки
Максимальная
высота рельефа 81,8464 22,1722
(Zmax)
Минимальная
высота рельефа, 0 0
(Zmin)
Среднее арифметическое из абсолютных значений 1,2642 0,597039
отклонений
профиля (Ra)
Среднее
квадратическое отклонение 1,88673 0,751269
профиля (RMS)
© И. С. Мифтахов, асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; Э. Ф. Вознесенский, д.т.н., проф. той же кафедры, [email protected]; И. Ш. Абдуллин, д.т.н, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; А. О. Фадеев, студент той же кафедры; Л. Гатауллин, студент той же кафедры.
© 1 S. Miftakhov - graduate of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, Kazan National Research Technological University, [email protected]; E. F. Voznesensky, Doctor of Technical Sciences, Professor of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, Kazan National Research Technological University, [email protected]; I. Sh. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of. « Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, Kazan National Research Technological University, [email protected]; A. O. Fadeev, student of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department; L. Gataullin, student of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, Kazan National Research Technological University.
