Влияние параметров ВЧИ-плазменной обработки в среде аргона на сглаживание рельефа минерального стекла

УДК 535:533.9

И. С. Мифтахов, Э. Ф. Вознесенский, И. Ш. Абдуллин, А. О. Фадеев, Ф. С. Шарифуллин

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЧИ-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ В СРЕДЕ АРГОНА

НА СГЛАЖИВАНИЕ РЕЛЬЕФА МИНЕРАЛЬНОГО СТЕКЛА

Ключевые слова: ВЧИ-разряд пониженного давления, стекло, микрорельеф, полировка, аморфная структура, шероховатость, конфокальная микроскопия.

В статье проведен выбор и обоснование параметров ВЧИ-плазменной обработки для полировки матированного стекла. Установлен режим, обеспечивающий снижение шероховатости образца на 20-35%.

Keywords: RF discharge of low pressure, glass, micro, polished, amorphous structure, roughness, confocal microscopy.

In the article the selection and justification of the parameters of the RFI plasma processing for polishing frosted glass. The mode for reducing the roughness of the sample by 20-35% is set.

В работе [1] исследована возможность применения ВЧИ-плазменной обработки в среде аргона на сглаживание рельефа минерального стекла. Установлено, что наиболее эффективным режимом является 1а = 1,5 А (ток на аноде генераторной лампы), G = 0,08 г/с (расход плазмообразующего газа), T = 15 мин (продолжительность обработки), P = 300 Па (давление внутри камеры), плазмообразующий газ -аргон, при котором удалось достичь снижения значения шероховатостей до 35%. В данной работе рассмотрено влияние параметров продолжительности обработки и значений силы тока на аноде генераторной лампы на искомый эффект сглаживания рельефа поверхности минерального стекла [2].

В качестве объектов исследования, как и в работе [1], использовались образцы матированного стекла по ГОСТ 32360-2013. Плазменная обработка образцов стекла проводилась на экспериментальной ВЧИ-плазменной установке, описанной в источнике [3]. В качестве ключевых параметров варьирования выбран ток на аноде генераторной лампы (1а) и продолжительность обработки (Т); параметры давления (Р = 300 Па), расхода плазмообразующего газа ^ = 0,08 г/сек), высота установки образца (Н= 65 мм) сохранялись постоянными.

Параметры шероховатости оценивались методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ). Перечень образцов и варианты параметров плазменной обработки приведены в таблице 1.

Результаты кубической интерполяции относительных значений среднего арифметического из абсолютных значений отклонений профиля (Яа) и суммы средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины; (Яг) в зависимости от параметров ВЧИ-плазменной обработки приведены на рисунках 1-2.

Исходя из полученных данных, можно сделать выводы, что для низкоэнергетической ВЧИ-плазменной полировки минерального стекла наиболее эффективными являются третий и шестой режимы обработки (1а = 2,5 А, G= 0,08 г/с, Т=15 мин; 1а = 2,5 А, G= 0,08 г/с, Т=30 мин, соответственно).

Таблица 1 - Режимы ВЧИ-плазменной обработки образцов матового стекла

Образец Режим ВЧИ-плазменной обработки

Образец №1* Ia = 1,5 А, G = 0,08 г/с, T = 15 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №2* Ia = 2,0 А, G = 0,08 г/с, T = 15 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №3* Ia = 2,5 А, G = 0,08 г/с, T = 15 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №4 Ia = 1,5 А, G = 0,08 г/с, T = 30 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №5 Ia = 2,0 А, G = 0,08 г/с, T = 30 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №6 Ia = 2,5 А, G = 0,08 г/с, T = 30 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №7 Ia = 1,5 А, G= 0,08 г/с, T=60 мин, H=65 мм, Р=300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №8 Ia = 2,0 А, G = 0,08 г/с, T = 60 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

Образец №9 Ia = 2,5 А, G= 0,08 г/с, T = 60 мин, H = 65 мм, Р = 300 Па, плазмообразующий газ - аргон

*- по данным [1]

а б

Рис. 1 - Влияние величины силы тока на аноде генераторной лампы ВЧИ-плазменной установки и продолжительности обработки на значение йЯа

а б

Рис. 2 - Влияние величины силы тока на аноде генераторной лампы ВЧИ-плазменной установки и продолжительности обработки на значения

Установленный эффект сглаживания рельефа поверхности наглядно проявляется на КЛСМ-микрофотографиях (рис. 3).

а б

Рис. 3 - КЛСМ-изображения поверхности матированного стекла до плазменной обработки

КЛСМ-изображений поверхности демонстрируют развитую поверхность исследуемых образцов, рельеф образован макровыступами с латеральными размерами 20-30 мкм, между макровыступами имеются микродефекты с латеральными размерами 1-3 мкм (рис.За). У образцов, прошедших ВЧИ-

плазменную обработку удалены микродефекты и сглажен основной рельеф (рис. 3б). Данные микроскопии свидетельствуют о том, что помимо полировки, произошло также очищение поверхности от микродефектов.

Экспериментальные данные позволяют с уверенностью сказать о целесообразности использования ВЧИ-плазменной обработки в процессах полировки оптических материалов аморфного строения, при этом наиболее эффективными являются режимы с более высоким током на аноде генератора лампы (1а) и временем обработки менее 60 минут. Ранее проведенные исследования позволяют предположить, что уменьшение высоты установки образца над срезом плазматрона позволит добиться более значительных результатов, что требует проведения дальнейших исследований.

Работа выполнена в рамках контракта №13-101/470К от 11 июня 2013г. (тема 52-13), проект № 1779.

Литература

1. Мифтахов, И.С. Применение низкотемпературной плазмы ВЧ-разряда пониженного давления в процессах ионной полировки матированного стекла / И.С. Мифтахов, Э.Ф. Вознесенский, И.Ш. Абдуллин, А.О. Фадеев// Вестник технологического университета. - 2015. Т.18, -№ 12.- С. 44-48.

2. 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.

3. 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.

© И. С. Мифтахов, асп. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, fortmayn@mail.ru; Э. Ф. Вознесенский, д.т.н., профессор той же кафедры, howrip@mail.ru; И. Ш. Абдуллин, д.т.н, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; А. О. Фадеев, студ. той же кафедры; Ф. С. Шарифуллин, д.т.н., г.н.с. той же кафедры, sharifullin80@mail.ru.

©LS. Miftakhov, graduate of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, fortmayn@mail.ru; E. F. Voznesensky, Doctor of Technical Sciences, Professor of the same Department, howrip@mail.ru; 1 Sh. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of. «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, abdullin_i@kstu.ru; A. O. Fadeev, student of the same Department; F. S. Sharifullin, Doctor of Technical Sciences, chief scientific officer of the same Department, sharifullin80@mail.ru.