Финишная обработка высокоточных изделий

НАУЧНЫЕ ПРОРЫВЫ

Евгения Коробко

заведующая

лабораторией реофизики и макрокинетики Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор

Геннадий Городкин

научный сотрудник лаборатории реофизики и макрокинетики Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси

Финишная обработка высокоточных изделий

Тенденции развития современных оптических и оптоэлектронных приборов требуют достижения качественно новых характеристик их компонентов. Важнейшая из них — состояние нано-рельефа поверхности оптических элементов.

Высокие требования предъявляются, в первую очередь, к компонентам лазерных и оптоэлектронных систем. Например, рабочая поверхность зеркала авиационного лазерного гироскопа из поликристаллического ситалла должна иметь значение среднеквадратичной шероховатости менее 3 ангстрем, что вдвое лучше параметров, достигаемых производственными технологиями. Кроме того, значение спектральной характеристики оптической поверхности (PSD-функция), определяющей рассеивание лазерного луча, должно быть менее 1. Получить такие результаты с помощью традиционных технологий обработки оптических деталей чрезвычайно тяжело. Для достижения означенной цели применяют технологии магнито-реологического полирования (МРП).

При обработке с их помощью подложки лазерных зеркал среднеквадратичная шероховатость Rq уменьшается в 4 раза, а характеристика рассеяния на нанорельефе улучшается в 16—19 раз по сравнению с получаемыми поверхностями на оптических заводах.

Технология магнитореологического полирования впервые была разра-

ботана в Институте тепло- и мас-сообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси и представляет собой процесс контролируемой компьютером мягкой финишной обработки деталей, обеспечиваемый изменением характеристик магнитореологической полировальной жидкости (МРПЖ). Под действием магнитного поля она меняет свои реологические свойства, переходя из жидкого текучего состояния в вязкопластичное. В отличие от традиционных методик, когда поверхности находятся в полном контакте, при магнитореологическом полировании работает только небольшое пятно обработки, в котором происходит процесс уноса материала. Программируемую доводку поверхности можно проводить согласно ее заданной топографии. На выходе из зоны воздействия магнитного поля МРПЖ разжижается, переносится в приемный контейнер и там перемешивается. Такая технология, применимая для деталей любой формы, позволяет обеспечить требуемый унос тепла из зоны локальной обработки и снизить вероятность возникновения дефектов поверхности детали.

Технология магнитореологического полирования перспективна также для получения пленок кремния на диок-сидной подложке толщиной в 20—50 нм с отклонением толщины не более 5%. Такие кремниевые пластины SOI (кремний на изоляторе) необходимы в

№1(95)_2011 НАУКА И ИННОВАЦИИ

11

ТЕМА НОМЕРА

Перечень материалов деталей, обрабатываемых методом магнитореологического полирования

Все виды оптического стекла

Оптическая керамика: астроситал, церодур

Твердые кристаллы: лейкосапфир, карбид кремния, нитрит кремния

Полупроводниковые кристаллы: германий, кремний, арсенид галлия

Оптические кристаллы: сульфид цинка, селенид цинка, ниобат лития

Водорастворимые оптические кристаллы: LiF, дигидрофосфат калия

Немагнитные металлические сплавы: А1, Мо, V, Т нержавеющая сталь L316

микроэлектронике при создании процессоров высокого быстродействия и больших объемов памяти взамен комплементарных метал-оксид-полупроводниковых (КМОП) структур. Указанная технология предоставляет

уникальную возможность обработки деталей сложной формы, получения ненарушенного приповерхностного слоя, высокого качества поверхности. С помощью специально разработанного оборудования для финишного

Установка магнитореологического полирования

магнитореологического полирования различных оптических и полупроводниковых материалов возможно осуществление производства лазерных оптоэлектронных систем, высокоэнергетических лазерных устройств, оптических элементов лазерных гироскопов, деталей астрооптики, полупроводниковых элементов электронной промышленности.

В ИТМО НАН Беларуси установлены закономерности влияния физико-химических факторов (температуры, дисперсного состава, интенсивности магнитного поля), реологические особенности поведения полировальных жидкостей нового поколения и изучено влияние условий их течения на процесс массопереноса в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью. На основе этих изысканий разработан и изготовлен кассетный модуль маг-нитореологического полирования, который в 2007 г. установлен и продолжает успешно функционировать в составе компьютеризированного полировального центра в ФГУП НПО «Оптика» (Москва). В рамках зарубежного контракта в 2010 г. создана установка, способная обрабатывать сферические, плоские и асферические оптические детали диаметром 10 +200 мм. Точность получаемой поверхности может достигать величины А /60, а качество поверхности — 0,2 + 1,0 нанометров.

Совместными усилиями ученых НАН Беларуси, специалистов ведущих оптических предприятий — УП КБТЭМ-ОМО, ОАО «Пеленг», ОАО «БелОМО» и других на основе полученных результатов в республике может быть создана производственная база для изготовления нового поколения изделий опто- и микроэлектроники с уникальными характеристиками, потенциальный рынок для реализации которых включает страны СНГ, Китай, Индию и др.

12

НАУКА И ИННОВАЦИИ №1(95)_2011