Способ изготовления многослойных деталей

 

СПОСОБ. ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ДЕТАЛЕЙ путем нанесения по крайней мере на одну стеклянную пластину слоя окрашейнрго порошка, спекания и охлаждения, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повыиения качества деталей, в качестве стеклянной пластины используют шлифованные пластины из прозрачного оптического стекла, в качестве порошка - смесь порошкообразного оптического стекла и красителя при соотношении , мас.%: оптическое стекло 70-80, краситель 20-30, спекание ведут под давлением 1-10 кг/см при температуре, превышающей температуру спекания окрашенного порошка на 50-60°С.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1065364 А

3(5Н С 03 С 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21 ) 2906942/29-33 (22) 09. 04. 80 (46) 07. 01. 84 Бюл. Р 1 (72) Л.М.Кучикян (71) Симферопольский государственный университет им.M.Â.Ôðóíçå (53) 666.1.056(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 647274, кл..С 03 С 27/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 87967, кл. С 03. С 11/00, 1949. (54) (57) СПОСОБ. ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ДЕТАЛЕЙ путем нанесения по крайней мере на одну .стеклянную пластину слоя окрашенного порошка, спекания и охлаждения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества деталей, в качестве стеклянной пластины используют шлифованные пластины из прозрачного оптического стекла, в качестве порошка — смесь порошкообразного оптического стекла и красителя при соотношении, мас.В: оптическое стекло

70-80, краситель 20-30, спекание ведут под давлением 1-10 кг/см2 при температуре, превышающей температуру спекания окрашенного порошка на

50-60 С.

10 6,5364

Изобретение относится к способам изготовления оптических деталей, пред-назначенных для различных функциональных преобразований, например, в оптоэлектронике, B системах оптической обработки информации, а также для g изготовления оптических деталей, предназначенных для передачи одномерного. изображения и визирования на цель, слоевых бленд (одновременного ограничителя угла зрения ). К таким способам относятая способы изготовления стопы чередующихся оптически прозрачных слоев с различными показателями преломления, стопы из чере дующихся оптически прозрачных и непрозрачных слоев. Многослойная опти" ческая деталь предназначена для ограничения угла зрения (ограниченная апертура пучков света ).

Многослойная деталь предпочти-. тельнее обычных бленд и диафрагм„ 20 так как позволяет сильно ограни- чивать углы зрения, иметь малые габариты (длину ) и высокое светопропускание в, пределах рабочего угла зрения. 25

Известен способ изготовления многослойных деталей путем нанесения стеклянных покрытий на стеклянную пластину, создания прижимающего усилия, нагревания до температуры спекания, выдержки и охлаждения(1).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления многослойных деталей пу- 35 тем нанесения на стеклянную пластину слоя порошка, в том числе и окрашенного, спекания их при 800-850 С вЂ” и охлаждения(2 ).

Недостатком известных способов 4О является невысокое качество деталей, так как для изготовления многослойной детали необходимо иметь оптичес" кое стекло двух марок - оптически прозрачное и сильно поглощающее (например, в видимой области спектра j с близкими коэФфициентами термического расширения (ETP ), чтобы не .происходило растрескивание, не было прогиба деталей после спекания слоев и охлаждения до комнатной 50 температуры, и одинаковыми или близкими показателями преломления и чтобы отсутствовало френелевское отражение от границы прозрачный — поглощающий слой, чтобы аоотношение 55 шум-сигнал было минимальным.

Как показывает изучение каталога оптического стекла, выпускаемого .отечественной промышленностью, псщобрать идеальную такую пару стекол gp не удается. Кроме того, гладкая поли-. рованная граница раздела прозрачного и поглощающего слоев даже при неболь-. шой разнице показателей преломления материалов при скольэящем, падении лучей будет сильно отражающей и слоевая бленда работать не будет.

Целью изобретения является повышение качества деталей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления; многослойных деталей путем нанесения по крайней мере на одну стеклянную пластину слоя окрашенного порошка, спекания и охлаждения, в качестве стеклянной пластины используют шлифовальные пластины иэ прозрачного оптического стекла, в качестве порошка — смесь порошкообраэного оптического .стекла и красителя при соотношении, мас.Ъ| оптическое стекло 70-. 80, краситель 20-30, спекание ведут под давлением 1-10 кг/см2 при температуре, превышающей температуру плавления Окрашенного порошка на

50-60оС

При меньшей, чем 20% концентрации окрашенного стекла (например, ИКС-6, УФС-6, окись марганца ), поглощающие свет свойства спеченных порошковых слоев получаются неудовлетворительными. При концентрации окрашенного стекла более ЗОВ иэ-эа большого различия в КТР стекла указанных слоев происходит растрескивание охлажденных спеченных деталей.

Для улучшения монолитности порошковых слоев и всей оптической детали в целом, спекание ведут при температуре на 50-60 С выше, чем температура плавления окрашенного порошка. Эта температура соответствует его размягчению и лучшему заполнению пор между частицами порошка из стекла прозрачных слоев. В то же время эта температура ниже температуры размягчения стекла прозрачных .слоев. При меньшей температуре запол- нение пор плохое. При более высокой температуре начинает размягчаться стекло прозрачных слоев и много- слойная деталь теряет свою геометрию.

В процессе изготовления многослойных деталей экспериментально установлено, что давление на спекаемую деталь. лежит в интервале 1-10 кг/см..

2

При давлении, меньшим чем 1 кг/см, частицы спекаются плохо. Светопоглощающее стекло плохо заполняет поры в шихте. При давлении более

10 кг/см2 происходит деформация и растрескивание прозрачных слоев.

Через прозрачные слои многослойной детали свет проходит беспрепятственно с минимальным ослаблением, тогда как свет, упавший на границу раздела прозрачный — поглощающий слой на поглощающий слой, полностью поглощается, даже при скользящем падении на границу раздела прозрачный - поглощающий слой. Для оптичеаки прозрачных слоев вырезают и шлифуют прозрачные пластины (беэ onet

1065364 рации полировки, что ускоряет технологический процесс). Для слоев непрозрачных, частично прозрачных,, измельчают и размалывают обрезки стекла в шаровой мельнице, в стеклян, и порошок добавляют тот или 5 иной порошковый наполнитель для придания требуемых оптико-физических свойств смеси порошка и формируемым из нее слоям, Как установлено, размеры частиц порошка из стекла и добавляемого к стеклопорошку материала не должны превышать .50-30 мкм.

Приготовленную порошковую. массу развешивают на порции по числу соз- f5 даваемых слоев (если слои одинаковой толщины, то порции порошка для ннх равного веса(Внутренние стенки пресс-формы покрывают тонкими пластинами обезвоженной слюды, на дно. 20 пресс"формы поверх слюды кладут тонкую шлифовальную пластину стекла, на стекло ;накладывают и разравнивают отмеренную порцию смеси порошка стекла с порошком-наполнителем, прижимают слой пуансоном, уплотняя его, затем поднимают, пуансон, помещают. на слой порошка отшлифованную стеклянную . пластину (будущий прозрачный слой ), снова прижимают слои к дну пуансоном и повторяют операцию набора заготовки слоевой детали, поверх последнего " верхнего слоя помещают плоскопарал,лельную пластину обезвоженной слюды, вводят пуансон в пресс-форму до упора и помещают пресс-форму с набранной заготовкой слоевой детали в печь для спекания.

В зоне нагрева печи повышают температуру с постоянной, скоростью до температуры спекания; при этой тем- 40 пературе заготовку выдерживают

30-60 мин. Затем, сняв давление, осуществляют медленное охлаждение до температуры отжога, выдерживают деталь. при этой температуре 30-40 мин 45 и, выключив печь, охлаждают спеченную деталь до комнатной температуры. Отжиг проводят многократно.

П р и м e p 1. Для изготовления слоевого селектора — слоевого волоконного элемента, представляющего

50 собой набор чередующихся пластин из прозрачного и непрозрачного (сильно поглощающего)слоя стекол, показате« ли преломления которых равны, испольэовали оптическое стекло К-19. Для оптически прозрачных слоев нарезали и шлифовали пластины нескольких размеров: 8,7х150х0,5 мм; 54,8х2,0х х1,0 мм, 5,7х20х2 мм. Меньшую по объему массу стекла марки К-19, которую 60 составляли забракованные при нарез- ке пластины, остатки стекла от заготовок размельчали и раэмалывали в шаровой мельнице до размера частиц (50-30 мкм. Полученный стеклянный порошок тщательно смешивали с окрашенным стеклом УФС-6. Процентное содержание стеклопорошка 70% и красителя УФС-6 — 30%., Порошковую смесь развешивали на 10-12 равных порций весом 0,5-1,0 г. Режимы способа приведены в таблице. Набор заготовки производили в пресс-форме, по дну и боковым стенкам, которой предварительно проложили плоскопараллельный слой из .пластинок слюды толщиной в несколько десятков микрон.

На дно пресс-формы помещали первую отшлифованную стеклянную .пластину, затем при поднятом пуансоне засыпали в пресс-форму отмеренную порцию порошковой смеси стекла и красителя, порошок разравнивали по поверхности пластины скребком с ровной и острой нижней кромкой. Затем.поверх слоя порошка накладывали вторую шлифовальную стеклянную пластину и при введении пуансона в пресс-форму йод давлением осуществляли уплотнение и выравнивание порошка в .слое, этим же выдерживали параллельность второй шлифованной пластины по отношению к первой. Затем пуансон выводили из пресс-формы, засыпали вторую.. порцию порошковой смеси и повторяли операцию вплоть до набора требуемого числа слоев из шлифованных пластин и смеси порошков (18-2О слоев1.После введения последней стеклянной пластинки в пресс-форму поверх стекла накладывали плоскопараллелЬный листок слюды, вводили пуансон, до упора и помещали пресс-форму в электропечь.

Нагревание пресс-формы с заготовкой до температуры спекания производили с постоянной скоростью 1.-2 град/мин, Спекание вели при температуре, равной температуре плавления окрашенного порошка (490ОС } плюс 60 С, т.е.

550 С. При температуре спекания и давлении заготовку выдерживали

30-60 мин, затем при снятии давления осуществляли медленное (2-3 град/мин ) охлаждение до 400 С, выдерживали деталь при этой температуре 30-40 мин и, выключив печь, охлаждали деталь до комнатной температуры, затем вынимали из печи и из пресс-формы.

П р и м "е .р 2. Слоевую бленду, . состоящую иэ оптически прозрачных и непрозрачных слоев, спекали при меньщей, чем в первом случае температуре .(температура спекания 540 С), смесь изготовляли иэ 75% стекла п 19, и 25% стекла УФС-6. Технология изготовления аналогична примеру 1.

П р и и е р 3. Слоевую бленду, состоящую иэ 20% УФС-6 и 80% К-19 спекали при 545ОС.

1065364

Количество прозрачного стекла, Ъ

Температура спекания,С

Давление при спе кании, кг/см

Количество красителя, В б

Качество деталей

Количество трещин размером

1х10 мм

Соотношение шум-сигнал,В

Прогиб детали, мм

550

30

540

2,5

10

545

20

17

540

19

545

75

12,5

550

25 25

0 5

570

Составитель Г.Буровцева

Техред С. Мигунова . Корректор A. Повх

Редактор Г. Волкова

Тираж 473 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10989/25

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Иэ таблицы следует, что оптималь- 25 ными режимами спекания являются температура, превышающая температуру плавления окрашенного порошка на

50-60 С, давление 1-10 кг/см и соотношение прозрачного стекла н окрашенного 70-80 и 20-30% соответственно.

Предлагаемый способ изготовления стеклянных слоевых деталей позволяет сравнительно простыми технологическими операциями осуществить изго товление большого класса оптических деталей, высокого качества, которые ранее не могли быть. осуществлены.

Эти детали практически представляют собой монолиты, .которые могут работать в широком диапазоне положительных и отрицательных температур, в условиях глубокого вакуума и высоких давлений. Они могут изготовлять.— ся иэ стекол, стойких к радиации и космическому излучению. При этом сокращаются затраты времени на изготовление таких, деталей, практически исключается брак в процессе производства.