Способ обработки каналов в изделиях из ситалла, устройство для его осуществления и состав для обработки каналов в изделиях из ситалла

 

Использование: для полирования внутренней поверхности сквозных отверстий (каналов) в изделиях из ситалла или другой стеклокерамики с высоким качеством обработанной поверхности. Сущность изобретения: для обработки каналов в изделиях из ситалла полировальный раствор реверсивно перемещается через каналы с одновременным возбуждением его ультразвуковыми колебаниями в трех взаимно перпендикулярных плоскостях при сдвиге фаз колебаний относительно друг друга на 90^o. Для контроля диаметров обрабатываемых каналов используется метод измерения расхода полировального раствора. Устройство, реализующее способ, состоит из устройства подвода и перемещения полировального раствора (насос и фильтр), установочного элемента изделия, штуцеров, соединяющих концы каналов через измерители расхода, прямые и обратные клапаны и краны с ванной. Магнитострикционные вибраторы установлены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Состав для химического полирования содержит, мас.%: бифторид аммония 24 - 30; глицерин 7 - 14; триэтаноламин 1 - 2; лимонная кислота 3 - 6; вода - остальное. Обеспечиваемая шероховатость поверхности - 0,0135 - 0,0135 мкм. 3 с. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области обработки ситалла и другой стеклокерамики и может быть использовано для химического полирования каналов в моноблоке лазерного гироскопа.

Известен способ травления светочувствительных стекол, в котором стекло подвергают травлению при комнатной температуре в 20%-ном растворе плавиковой кислоты при одновременном воздействии механических или ультразвуковых колебаний [1] Стекла литиево-алюминиево-силикатные травят при температуре 45^оС в 12-15% -ном растворе плавиковой кислоты с воздействием механических или ультразвуковых колебаний. Использование механических или ультразвуковых колебаний сокращает длительность обработки до 5-10 мин при хорошем качестве поверхности.

Однако в случае полирования каналов длиной 70-220 мм и диаметром 1-3 мм известный способ не обеспечивает необходимую для лазерных гироскопов шероховатость полированной поверхности каналов в пределах 0,0125-0,0135 мкм и не может обеспечить контроль диаметров обрабатываемых каналов.

Цель изобретения повышение класса чистоты, снижение шероховатости обрабатываемой поверхности до величины 0,0125-0,0135 мкм, обеспечение контроля диаметров каналов в процессе обработки и характеризуется следующими существенными признаками.

Полирование осуществляют путем реверсивного перемещения травильного раствора непосредственно через обрабатываемые каналы с одновременным возбуждением травильного раствора в каналах ультразвуковыми колебаниями в трех взаимно перпендикулярных и сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90^о плоскостях. Измеряют расход травильного раствора, проходящего через каждый из каналов, затем нейтрализуют травильный раствор, оставшийся на внутренней поверхности каналов, щелочным раствором и промывают каналы деионизированной водой.

Настоящий способ полирования выгодно отличается от известного тем, что обрабатывают травильным раствором не общую поверхность изделия, а только внутренние (рабочие) поверхности каналов. Это позволяет повысить экологию процесса, так как способ позволяет осуществить замкнутый характер обработки с одновременной очисткой отработанного раствора.

Использование для возбуждения травильного раствора ультразвуковых колебаний, действующих в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и сдвинутых по фазе относительно друг друга на 90^о позволяет создавать суммарный вращающийся вектор колебаний, который взаимодействуя с реверсным движением травильного раствора внутри каналов, обеспечивает более интенсивное и качественное очищение от солей (шлама) внутренней поверхности каналов, что улучшает качество полируемой поверхности и позволяет уменьшить шероховатость до величины 0,0125-0,0135 мкм.

Диаметры каналов являются одной из характеристик изделия, поэтому их контроль является существенной операцией при обработке каналов. Настоящий способ позволяет осуществлять контроль диаметров обрабатываемых каналов косвенным путем по измерению расхода травильного раствора.

Известно устройство для изготовления микроканальных пластин, которое содержит диск, который может вращаться или совершать возвратно-поступательные движения вверх-вниз, на вертикальной оси-штоке. К диску по периферии крепят с помощью держателей заготовки микроканальных пластин, ориентированные таким образом, что продольные оси микроканалов направлены по радиусу диска. Диск с заготовками помещают в ванну, вращают его и подают в травильный раствор под углом 1-10^о к поверхности пластин. В результате в микроканалах начинает действовать эжекторный эффект и центробежная сила, которые способствуют удалению продуктов травления [2] Недостатком данной конструкции является то, что она не позволяет обрабатывать каналы длиной 70-220 мм и расположенные в разных плоскостях изделия, не позволяет контролировать диаметр обрабатываемых каналов.

Изобретение направлено на реализацию описанного выше способа и снижению шероховатости обрабатываемой поверхности до величины 0,0125-0,0135 мкм. Это достигается тем, что устройство содержит ванну с травильным раствором, устройство подвода и перемещения травильного раствора относительно обрабатываемой поверхности изделия, установочный элемент изделия, магнитострикционные вибраторы, расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Устройство подвода и перемещения травильного раствора состоит из насоса, фильтров и штуцеров с уплотнителями, размещенных в установочном элементе изделия и подключенных к одному и другому концам обрабатываемых каналов. Ответные части штуцеров с одного конца обрабатываемых каналов соединены через измерители расхода, прямые запорные клапаны, первый кран и первый фильтр с первым впускным патрубком ванны, одновременно ко входу каждого измерителя расхода подключен выход, к выходу прямого запорного клапана вход обратного запорного клапана, ответные части штуцеров с другого конца обрабатываемых каналов, через второй кран и второй фильтр соединены со вторым впускным патрубком ванны, а выпускной патрубок ванны через насос, третий и четвертый краны соединены со входами первого и второго кранов.

На фиг.1 изображено установочное устройство с изделием, магнитострикционными вибраторами и штуцерами; на фиг.2 схема подачи и перемещения травильного раствора.

Изделие 1 представляет собой восьмигранный моноблок из ситалла, в котором просверлены четыре канала. Изделие 1 установлено верхней плоской частью в амортизатор 2, который может быть выполнен из твердой резины, фторопласта или другого материала. Амортизатор 2 закреплен в установочном устройстве 3 изделия, которое представляет собой для данного изделия, концентрический кронштейн, к плоской части которого закреплен кронштейн 4, ребро которого опущено в центральное отверстие изделия. На ребре кронштейна на амортизаторе 5 закреплен магнитострикционный вибратор 6, который торцовой плоскостью плотно примыкает к внутренней поверхности изделия 1. На боковой части установочного устройства 3 размещен на амортизаторе 7 магнитострикционный вибратор 8, который торцовой плоскостью плотно примыкает к одной из граней изделия и положение оси которого перпендикулярно оси магнитострикционного вибратора 6, а также штуцеры 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 с уплотнителями 17, 18 шпильки для закрепления кронштейна. Нижняя плоская часть изделия 1 прижата магнитострикционным вибра- тором 19, установленным через амортизатор 20 на плату 21, которая скреплена с установочным устройством изделия посредством шпилек 22. Штуцеры, подсоединенные к одному и другому концам обрабатываемых каналов, соединены шлангами. С одного конца штуцеры 9, 10, 11, 12 через измерители расхода 23, 24, 25, 26 и прямые клапаны 27, 28, 29, 30, выходы которых через первый кран 31 и первый фильтр 32 соединены с первым впускным патрубком 33 ванны 34. С другого конца штуцеры 13, 14, 15, 16 соединены через второй кран 35 и второй фильтр 36 со вторым впускным патрубком 37 ванны 23. Параллельно, последовательно соединенным измерителям расхода и прямым клапанам 23 и 27, 24 и 28, 25 и 29, 26 и 30 установлены обратные клапаны 38, 39, 40, 41. Выходной патрубок 42 ванны 34 соединен через насос 43 и третий 44 и четвертый 45 краны со входами первого 31 и второго 35 кранов.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально краны 44 и 35 закрыты, а краны 45 и 31 открыты. Травильный раствор из ванны 34 через выпускной патрубок 42 с помощью насоса 43 через открытый кран 45 подается в штуцеры 13, 14, 15, 16 и через обрабатываемые каналы и штуцеры 9, 10, 11, 12 поступает на вход измерителей расхода 23, 24, 25, 26 и выходы обратных клапанов 38, 39, 40, 41. С выхода измерителей расхода 23, 24, 25, 26 через прямые клапаны 27, 28, 29, 30, открытый первый кран 31, первый фильтр 32, первый выпускной патрубок 33 травильный раствор поступает в ванну 34. В другой такт обработки краны 31 и 45 закрыты, краны 35 и 44 открыты. В этом случае травильный раствор через открытый кран 44 и обратные клапаны 38, 39, 40, 41 подается на штуцеры 9, 10, 11, 12 и через обрабатываемые каналы, штуцеры 13, 14, 15, 16, открытый кран 35, второй фильтр 36, второй выпускной патрубок 37 поступает в ванну 34. Время прохождения травильного раствора в одну и другую стороны регламентируется технологическими условиями.

Для реализации вышеизложенного способа химического полирования каналов изделий из ситалла посредством устройства предлагается состав для химического полирования изделий из ситалла.

Наиболее близким по сущности к предложенному составу является состав, который включает фторсодержащий компонент, глицерин, этиленгликоль и триэтаноламин [3] Недостаток наличие плавиковой кислоты и трудность достижения шероховатости поверхности R_a 0,0125-0,0135 мкм.

Настоящее изобретение направлено на улучшение экологии состава и обеспечение получения обработанной поверхности с шероховатостью R_a 0,0125-0,0135 мкм.

Это достигается путем использования в составе для химического полирования ситалла, мас. в качестве фторсодержащего вещества бифторид аммония 24-30; глицерин 7-14; триэтаноламин 1-2; лимонная кислота 3-6; вода остальное.

Преимущества заявленного состава для химического полирования по сравнению с известным: повышение экологической чистоты процесса, так как основным компонентом травителя является бифторид аммония, а не плавиковая кислота, что позволило снизить газовыделение в процессе травления; за счет применения в растворе лимонной кислоты химическое полирование осуществляется при нормальной температуре (20±5^оС), что еще уменьшило газовыделение в процессе травления, тогда как большинство из известных растворов требует прогрева до температуры 40-80^оС; исключена проблема травматизма от ожогов плавиковой кислотой.

В связи с тем, что бифторид аммония бурно реагирует со стеклокерамическими материалами, наблюдается неравномерность травления, что ухудшает качество поверхности. Для более равномерного травления применена добавка регулятор скорости травления глицерин, играющий роль буфера, блокирующего участки, находящиеся ниже основной линии поверхности. Выступы, не блокированные глицерином, травятся с большей скоростью. При оптимальном содержании глицерина скорость травления обеспечивает наименьшую шероховатость поверхности, одновременно уменьшается испарение раствора. Добавки этиленгликоля и триэтаноламина обеспечивают равномерное удаление продуктов реакции.

Конкретные составы раствора представлены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ обработки каналов в изделиях из ситалла, включающий воздействие травильным раствором и ультразвуковыми колебаниями при перемещении раствора относительно обрабатываемой поверхности, нейтрализацию и промывку, отличающийся тем, что травильный раствор перемещают через каналы реверсивно с одновременным изменением расхода, а воздействие ультразвуковыми колебаниями осуществляют в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и при взаимном сдвиге фаз колебаний на 90^o.

2. Устройство для обработки каналов в изделиях из ситалла, включающее емкость с травильным раствором, механизмы подачи и перемещения травильного раствора, держатель изделия, отличающееся тем, что оно снабжено тремя магнитострикционными вибраторами, расположенными в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, а каждый механизм подвода и перемещения травильного раствора образован насосом, фильтром и штуцером с уплотнителем и установлен на держателе с возможностью подвода травильного раствора с обоих концов обрабатываемых каналов, при этом ответные части штуцеров с одного конца обрабатываемых каналов соединены через измерители расхода, прямые запорные клапаны, первый кран и первый фильтр с первым впускным патрубком емкости, одновременно к входу каждого измерителя расхода подключен выход, а к выходу прямого запорного клапана вход обратного запорного клапана, ответные части штуцеров с другого конца обрабатываемых каналов через второй кран и второй фильтр соединены с вторым впускным патрубком емкости, а выпускной патрубок емкости через насос и третий и четвертый краны с входами первого и второго кранов.

3. Состав для обработки каналов в изделиях из ситалла, включающий фторсодержащий компонент, глицерин, триэтаноламин и воду, отличающийся тем, что он в качестве фторсодержащего компонента содержит бифторид аммония и дополнительно лимонную кислоту при следующем содержании компонентов, мас.

Бифторид аммония 24 30 Глицерин 7 14 Триэтаноламин 1 2 Лимонная кислота 3 6
Вода Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3