Способ изготовления оптической детали из пористого стекла

 

Изобретение относится к технологии механической обработки заготовок из пористого стекла (ПС) и может быть использовано для изготовления оптических деталей необходимой конфигурации, в том числе и микрооптических элементов (МОЭ). сформированных на подложке из ПС путем локального термического воздействия сформированным пучком лазера на поверхность ПС. Цель изобретения - повышение выхода годных деталей. Для этого перед механической обработкой заготовку пропитывают органической жидкостью, поверхностное натяжение которой не превышает 30 кг/см, причем в качестве пропитывающей жидкости можно использовать изопропиловый спирт, этиловый спирт, ацетон и керосин. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sa>s С 03 С 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4710391/33 (22) 26.06.89 (46) 07.10.91. Бюл. hL 37 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики и Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (72) В.П.Вейко, Г.К;Костюк, Г.П.Роскова, Т.С.Цехомская и Е.Б.Яковлев (53) 666.12 (088.8) (56) Мешковский И.К. и др. Изготовление оптических элементов из пористого стекла.

= Оптико-механическая промышленность, 1985, М 12, с. 22-24. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ ИЗ ПОРИСТОГО СТЕКЛА (57) Изобретение относится к технологии механической обработки заготовок из пориИзобретение относится к технологии механической обработки заготовок из пористого стекла (ПС) и может быть использовано для изготовления оптических деталей необходимой конфигурации, в том числе и микрооптических элементов (МОЭ), сформированных на подложке из ПС путем локального термического воздействия сформированным пучком лазера.

Цель изобретения — повышение выхода годных деталей, Значительное уменьшение разрушения образцов из ПС на стадии механической обработки при заполнении пор органической жидкостью с поверхностным натяжением не выше 30 10 кг/см обусловлено, по-видимому, уменьшением внутренних напря,„,5U ÄÄ 1682337 А1 стого стекла (ПС) и может быть использовано для изготовления оптических деталей необходимой конфигурации, в том числе и микрооптических элементов (МОЭ), сформированных на подложке из ПС путем локального термического воздействия сформированным пучком лазера на поверхность ПС. Цель изобретения — повышение выхода годных деталей. Для этого перед механической обработкой заготовку пропитывают органической жидкостью, поверхностное натяжение которой не превышает

30 10 кг/см, причем в качестве пропитывающей жидкости можно испольэовать изопропиловый спирт, этиловый спирт, ацетон и керосин. 4 з.п, ф-лы, 1 ил. жений, которые испытывают стенки высококремнеземного каркаса ПС, ПС можно рассматривать кзк тело с сообщающейся «р» системой пор, т.е. по существу, это твердое р тело, пронизанное сложной системой капилляров с искривленными поверхностями, имеющими очень малый радиус кривизны.

Как известно, на границе двух фаз, раэ- О4 деленных поверхностью с ненулевой кри-; 4 визной, действует поверхностное (называемое ка лилля рным или папа псовым) давление, пропорциональноеа/г, где а — по- д верхностная энергия вещества; г — радиус кривизны.

Стенки пор внутри ПС находятся под действием всестороннего сжимающего или растягивающего капиллярного давления, 1682337 величина которого по грубым оценкам при г- 107 см и а 3 10 кг/см (для воды) составляет несколько тысяч атмосфер. Величина давления тем меньше, чем меньше а, которая прямопропорционально зависит от поверхностного натяжения j. Поверхностная энергия границы твердое тело —, жидкость ниже, чем твердое тело — воздух. При использовании в процессе шлифовки и полировки летучих органических жидкостей (например пропиловый и изопропиловый спирты, этиловый спирт, керосин) для пропитывания заготовок из ПС давление внутри пор уменьшается и соответственно уменьшается вероятность растрескивания заготовок при механической обработке.

Экспериментальным путем было установлено, что при механической обработке заготовок из ПС, пропитанных изопропи- 20 ловым спиртом, разрушение заготовок в процессе обработки практически не наблюдалось, Для заготовок из ПС с МО3, пропитанных тем же спиртом, выход годных изделий возрос более чем в 3 раза. 25

Сущность изобретения поясняется примерами и чертежом, где изображена заготовка иэ пористого стекла с МОЭ, сформированным путем локального термического воздействия на поверхность заготовки 30 сформированным пучком лазера, где1 — зон» усадки, 2 — термоуплотненная область.

Положительный МОЭ получается путем сошлифовы вания эоны усадки.

Пример 1. 10 заготовок из пори- 35 стого стекла с относительным объемом п о р д = 0,3 cM /см и радиусом пор г = 30 А отжигают при 650 С в течение 2 ч. После охлаждения до комнатной температуры их пропитывают иэопропиловым спир- 40 . том с поверхностным натяжением при

20 С j = 22,75 10 кг/см) в течение 6 ч.

После чего заготовку шлифуют и полируют со все;< сторон соответствующими водными абразивными суспензиями. Далее тщатель- 45 но промывают бензином, высушивают на воздухе, промывают в воде и сушат вновь сначала на воздухе (в течение 1 сут.), а затем при температуре 550 С в течение 2 ч. В результате годными оказались 9 пластин, 50

Пример 2. 10 заготовок из пористого стекла с относительным объемом пор д = 0,45 см /м и радиусом пор г= 70 А з з отжигают при 600 С в течение 2 ч. После охлаждения до комнатной температуры их 55 пропитывают в пропиловом спирте (поверх= ностное натяжение при20ОСj=23,8.10 кг/см) в течение 6 ч. Далее эти заготовки наклеивают на подогретое приспособление. шлифуют и полируют. После чего готовое изделие отклеивают от приспособления при подогреве и промывают сначала бензином, а затем дополнительно водой. Сушку проводят первоначально на воздухе в течение 1012 ч, а затем при температуре 550 С в течение.1 ч. В результате годными оказались все пластины.

Пример 3. 6 заготовок из пористого стекла с относительным объемом пор д= 0,42 см /м и радиусом пор

r-- 100 А на одной из поверхностей которых путем локального термического воздействия сформированным пучком излучения COz-лазера (Л =10,6 мкм) с максимальной мощностью излучения Р = 50

Вт сформированы отрицательные МОЭ с диаметром зоны усадки d = 1,7 мм, глубиной

Н = 1,2 мм, толщиной термоуплотненного слоя h = 0,22 мм, отжигают при 600 С в течение 3 ч, После охлаждечия до комнатной температуры их пропитывают в этиловом спирте (поверхностное натяжение при

20 С j = 22,75 ° 10 З кг/см) в течение 1 сут.

Далее шлифуют и полируют поверхность заготовок с М03 до полного удаления зоны усадки на глубину 1,2 мм, После чего промывают эти заготовки с положительным МОЭ сначала бензином, а затем водой. Сушку производят первоначально на воздухе в течение 10-12 ч, а затем при температуре

600 С в течение 2 ч. В результате годными оказались 3 пластины с МОЭ.

Пример 4. 8 заготовок из пористого стекла с относительным объемом пор д=0,58см /смэи радиусом пор r=270А с отрицательным МОЗ, сформированным путем локального термического воздействия излучения СО -лазера на поверхность заготовки, отжигают при 650 С в течение

2 ч. После охлаждения до комнатной температуры их пропитывают в ацетоне (поверхностное натяжение при 20 С

j= 23,7 10 э кг!см) в течение 5 — 6 ч. Далее шлифуют и полируют поверхность заготовок с МОЭ (d = 1,2 мм, Н = 0,5 мм, h = 0,27 мм) до полного удаления зоны усадки на глубину

0,5 мм. После чего промывают заготовку с положительным МОЗ сначала бензином, а потом водой. Сушку производят сначала на воздухе в течение 10-12 ч, а затем при температуре 600 С в течение 2 ч. В результате годными оказались 5 пластин с МОЭ.

Шлифование и полирование заготовок из пористого стекла во всех приведенных примерах проводилось на шлифовальнополировальном станке типа ШП (1).

Пример 5. При обработке керосином, поверхностное натяжение которого

1682337

) = 28,9 10 кг/см, выход годных изделий составляет 50-60 .

Составитель Т.Никульникова

Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Редактор Е,Савина

Заказ 3380 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101.Формула изобретения

1. Способ изготовления оптической детали из пористого стекла путем термообработки при 600-650 С, пропитки жидкостью. шлифования и полирования с последующей отмывкой в растворителе, сушки на воздухе и термообработки при

550-600 С, отл и ч а ю щи и с я teM, что, с целью повышения выхода годных деталей, в качестве пропитывающей жидкости используют органическую жидкость с поверхностным натяжением не более

30 10 кг/см.

2, Способ по п,1, отличающийся тем, что в качестве пропитывающей жидко5 сти используют изопропиловый спирт.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пропитывающей жидкости используют этиловый спирт.

4. Способ по п1,отлича ющийся

10 тем, что в качестве пропитывающей жидкости используют ацетон.

5. Способ поп.1,отлича ющийся тем, что в качестве пропитывающей жидкости используют керосин.