Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации



Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа и генератор струи плазмы для его реализации
H05H1/00 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2617697:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)

Изобретение относится к способу и устройству для низкотемпературного упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей газоразрядных приборов, в частности резонаторов моноблочных газовых лазеров, в процессе их технологической сборки. Заявленное устройство содержит диэлектрический корпус, внутри которого размещен внешний цилиндрический электрод, подключенный к генератору периодического напряжения, и внутренний заземленный протяженный электрод. При этом диэлектрический корпус выполнен с возможностью подачи газа вдоль внутреннего заземленного протяженного электрода, а внутренний заземленный протяженный электрод выполнен в виде спирали из термостойкой проволоки толщиной 0,1-0,3 мм. В заявленном способе при атмосферном давлении осуществляют плазменную активацию отполированных поверхностей диэлектриков и приводят их в контакт, причем плазменную активацию поверхностей диэлектриков осуществляют холодной плазменной струей в течение 2-3 с. Технический результат заключается в повышении однородности параметров формируемой плазменной струи и повышении качества оптического контакта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к способам низкотемпературного упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей газоразрядных приборов, например, резонаторов моноблочных газовых лазеров, в процессе их технологической сборки. Известен способ прямого сращивания (бодинга) широкого круга материалов [А.Г. Милехин и др. Инфракрасная спектроскопия кремниевых сращенных пластин. Физика и техника полупроводников. 2006, т. 40, вып. 11], согласно которому активируют отполированные поверхности кремнезема раствором, обеспечивающим разрушение поверхностных силоксановых связей Si-O-Si и формирование силанольных групп Si-OH, активированные поверхности приводят в контакт и нагревают, в результате чего в контакте между ними формируются силоксановые мостики Si-O-Si, образующиеся в результате объемной реакции силанольных групп, принадлежащих разным поверхностям Si-OH+Si-OH→Si-O-Si+H2O, с выделением воды, которую удаляют путем нагрева в вакууме и производят высокотемпературный отжиг при Т>800°С для увеличения количества прореагировавших в объеме контакта силанольных групп и упрочнения бондинга.

Недостатком способа является его относительно высокая сложность, обусловленная, в частности, созданием и поддержанием вакуума.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ [С.А. Головятинский. Модификация поверхности полимеров импульсной плазмой атмосферного давления. Вестник Харьковского университета. №628. 2004], согласно которому осуществляют плазменную активацию отполированных поверхностей диэлектриков и приводят их в контакт, причем, плазменную активацию поверхностей диэлектриков осуществляют импульсным высоковольтным ВЧ-разрядом при атмосферном давлении, создающим неравновесную плазму на обрабатываемой поверхности, при этом, плазменную активацию поводят в интервале от 0,01 до 0,1 секунд.

В этом способе отпадает необходимость создания вакуума, но он обладает относительно узкой областью применения, поскольку он может быть реализован при использовании генераторов плазмы, расстояния между плоскими электродами которого не должно превышать нескольких миллиметров. Следовательно, этим способом можно обрабатывать лишь тонкие пластины, что сильно ограничивает область его применимости, в частности, делает невозможным его использование для упрочнения оптического контакта габаритных деталей лазерных гироскопов. Другой серьезный недостаток этого способа обусловлен тем, что, разряд генератора плазмы на самом деле состоит из множества тонких (диаметром меньше 1 мм) микроразрядов с высокой плотностью тока, которые хаотично распределены в межэлектродном промежутке. Взаимодействие этих микроразрядов с обрабатываемой поверхностью могут привести к существенному изменению рельефа поверхности, в частности, испортить зеркально полированную поверхность, что снижает качество оптического контакта.

Задача, которая решается в предложенном изобретении относительно способа, заключается в расширении его области применения и повышение качества оптического контакта.

Требуемый технический результат заключается в расширении его области применения и повышение качества оптического контакта.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, при атмосферном давлении осуществляют плазменную активацию отполированных поверхностей диэлектриков и приводят их в контакт, причем, плазменную активацию поверхностей диэлектриков, согласно изобретению, осуществляют холодной плазменной струей в течение 2-3 секунд.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, перед плазменной активацией отполированных поверхностей диэлектриков проводят химическую активацию поверхностей.

Известны также устройства для формирования цилиндрических плазменных струй при атмосферном давлении [R. Foest, Е. Kindel, А. Ohl, М. Stieber, K.D. Weltmann, Non-thermal atmospheric pressure discharges for surface modification, Plasma Phys. Controlled Fusion 2005, 47, B525-B536).] Генерация плазмы в известных устройствах производится цилиндрическим барьерным разрядом в узкой диэлектрической трубке, продуваемой газом. По конструкции электродов такие источники могут быть разделены на два типа: а) источники, в которых оба электрода цилиндрической формы расположены на внешней поверхности диэлектрической трубки; б) источники, в которых один электрод цилиндрической формы расположен на внешней поверхности диэлектрической трубки, а второй электрод в виде тонкого стержня расположен внутри трубки на ее оси.

Состав плазмообразующего газа, скорость его продувки, взаимное расположение электродов, а также величина подводимой электрической мощности влияют на длину плазменной струи и состав активных частиц внутри плазменной струи.

Недостатком конструкции первого типа источника является необходимость использования напряжений с высокой амплитудой, чтобы обеспечить пробой газа и стационарное поддержание разряда внутри трубки. Недостатком конструкции источника второго типа является возникновение в процессе работы неконтролируемых пробоев через плазму между внешним электродом и нижним по потоку концом внутреннего электрода, что приводит к нестабильности режимов плазменной активации.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является генератор струи плазмы на основе цилиндрического барьерного разряда [US 8552335, В2. 08.10.2013], содержащее внешний высоковольтный цилиндрический электрод, внутренний заземленный электрод в форме длинного стержня или трубки, диэлектрическую трубку со специальным диэлектрическим выступом на выходном конце, предохраняющим от возникновения неконтролируемых электрических пробоев через плазму между внешним электродом и нижним по потоку концом внутреннего электрода.

Недостатком наиболее близкого технического решения является неоднородность формируемой струи плазмы в его сечении, т.к. внутренний электрод крепится к корпусу источника только одним концом, далеко расположенным от зоны разряда. В этом случае трудно обеспечить соосность электрода с трубкой, в результате чего разряд внутри источника будет неоднородным, что приведет также к неоднородности параметров струи плазмы.

Задача, которая решается в предложении относительно устройства, заключается в повышении однородности параметров плазменной струи.

Требуемый технический результат заключается в повышении однородности параметров плазменной струи.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в генераторе струи плазмы, содержащем диэлектрический корпус, внутри которого размещен внешний цилиндрический электрод, подключенный к генератору периодического напряжения, и внутренний заземленный протяженный электрод, при этом, диэлектрический корпус выполнен с возможностью подачи газа вдоль внутреннего заземленного протяженного электрода, согласно изобретению, внутренний заземленный протяженный электрод выполнен в виде спирали из термостойкой проволоки толщиной 0,1-0,3 мм.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - схема установки для реализации предложенного способа; на фиг. 2 - функциональная схема генератора струи плазмы; на фиг. 3,а,б - фото струи плазмы;

на фиг. 4 - график, характеризующий зависимость свободной поверхностной энергии ситалла от времени обработки струей плазмы;

на фиг. 5 - графики сравнения силы сцепления обработанных плазмой образцов без термообработки (верхний график) и после термообработки (нижний график).

Установки для реализации предложенного способа упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа (фиг. 1) содержит: 1 - генератор струи плазмы, 2 - струя плазмы, 3 - оправка для крепления обрабатываемых изделий, 4 - автоматизированный XY-координатный столик, 5 - стойка для крепления плазменного источника, 6 -генератор периодического напряжения (высоковольтного синусоидального или импульсного напряжения), 7 - высоковольтный провод для подвода напряжения к генератору струи плазмы, 8 - баллон с плазмообразующим газом, 9 - редуктор для регулирования расхода плазмообразующего газа, 10 - ротаметр для измерения расхода плазмообразующего газа, 11 - трубка для транспортировки газа к плазменному источнику, 12 - стол оператора, 13 - стул оператора.

На схеме генератора струи плазмы (фиг. 2) обозначены: 14 - струя плазмы, 15 - диэлектрическая трубка-капилляр, внутри которой создается барьерный разряд, 16 - внешний цилиндрический электрод, 17 - диэлектрический корпус генератора струи плазмы, 18 - цилиндрическая диэлектрическая вставка между диэлектрической трубкой-капилляром и диэлектрическим корпусом генератора струи плазмы, 19 - внутренний заземленный протяженный электрод в форме спирали из тонкой термостойкой проволоки, 20 - крышка генератора струи плазмы, через которую подается газ и выводятся провода на клемму 21 генератора периодического напряжения (синусоидального или импульсного) и клемму 22 заземления. Расстояния L2, L3 и L4 между элементами генератора могут варьироваться с целью изменения длины струи L1.

В этом устройстве внутри диэлектрического корпуса 17, размещен внешний цилиндрический электрод 16, подключенный к генератору периодического напряжения через клемму 21, и внутренний заземленный протяженный электрод 19, при этом, диэлектрический корпус 17 выполнен с возможностью подачи газа вдоль внутреннего заземленного протяженного электрода 19, выполненный в виде спирали из термостойкой проволоки термостойкой проволоки толщиной 0,1-0,3 мм. Меньший диаметр снижает надежность устройства, а большее значение толщины приводит к неоправданному расходу материала и к нарушению равномерности параметров струи в сечении.

Внешний вид струи плазмы (фиг. 3,а,б) может быть различной. На фото представлены струю при условии, когда в качестве плазмообразующего газа используется аргон, скорость струи на выходе генератора струи плазмы составляет 10 м/с, амплитуда и частота синусоидального напряжения равна, соответственно, U=4 кВ и f=100 кГц, потребляемая электрическая мощность равна W=6.3 Вт. На фиг. 3,а представлена свободная струя, на фиг. 3,б представлена струя, перпендикулярно ударяющая в поверхность, расположенную на расстоянии 8 мм от выхода генератора струи плазмы.

Увеличение свободной поверхностной энергии ситалла в зависимости от времени обработки плазмой характеризуется графиками (фиг. 4). Графики были получены при условии, что расстояние от выходного сопла генератора струи плазмы до поверхности ситалла L=6 мм, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон, скорость продувки газа сквозь капиллярную трубку V=10 м/с, амплитуда и частота синусоидального напряжения равнялись, соответственно, U=4.5 кВ и f=100 кГц, по потребляемая электрическая мощность составляла W=8 Вт.

Сравнительная характеристика силы сцепления обработанных плазмой образцов без термообработки (верхний график, фиг. 5) и после термообработки (нижний график, фиг. 5). Как следует из анализа графиков, суммарное действие плазмы и низкотемпературной термообработки существенно увеличивает механическую прочность оптического контакта.

Работает генератор струи плазмы следующим образом.

При продувке газа, например аргона, и подаче периодического напряжения на клеммы формируется разряд между электродами и на выходе генератора формируется струя плазмы, используемая для обработки поверхностей деталей с целью упрочнения их оптического контакта.

Предлагаемая конструкция генератора струи плазмы отличается от прототипа тем, что внутренний электрод 19 исполнен из металла в форме спирали, а не в форме стержня или трубки, расположенных, например, в устройстве-прототипе на оси диэлектрической трубки-капилляра. Это снижает возможность нарушения соосности электрода с трубкой, что, в свою очередь, приводит к неоднородности параметров струи плазмы. Кроме того, диаметр тонкой проволоки внутреннего электрода 19 составляет всего 0.1-0.3 мм, что намного меньше диаметра стержня или трубки, расположенных в прототипе на оси диэлектрической трубки. Это снижает неоднородность формируемой струи плазмы. Следует указать также, что нижний по потоку конец внутреннего электрода 19 (правый по чертежу фиг.2) расположен на несколько миллиметров (2-6 мм) выше верхнего конца внешнего цилиндрического электрода 16, а не вровень с нижним концом внешнего электрода как это сделано в прототипе, причем половина последнего по потоку кольца спирали отгибается под углом 90° к плоскости спирали для снижения напряжения пробоя газа внутри трубки. Это повышает надежность устройства и равномерность параметров формируемой струи плазмы. При этом, осесимметричное расположение внутреннего электрода 19 в диэлектрической трубке автоматически достигается за счет того, что внешний диаметр спирали равен внутреннему диаметру трубки, а не выравниванием длинного внутреннего электрода по оси трубки. Фиксация продольного положения внутреннего электрода в трубке производится простым загибом проволоки на входном торце трубки, а не специальной и сложной конструкцией, необходимой в прототипе для механического крепления и юстировки стержня. Поток плазмообразующего газа вводится в устройство вдоль оси диэлектрической трубки, а не перпендикулярно ей, как это делается в прототипе. Внутренний электрод в форме спирали, навитой вдоль внутренней стенки трубки-капилляра, приводит к сильной турбулизации потока в зоне разряда, что обеспечивает поперечную однородность плазмы в струе, в то время как наличие гладкого стержня на оси гладкой трубы препятствует развитию турбулентности. Нижний по потоку край внешнего электрода расположен на расстоянии 10-20 мм от выхода диэлектрической трубки, а не вровень с выходом трубки, как это сделано в прототипе. Устранение неконтролируемых электрических пробоев на выходе газоразрядной трубки между плазменной струей и внешним электродом достигается за счет полной и надежной электрической изоляции всей трубки диэлектрическим корпусом плазменного устройства, а не только диэлектрическим загибом на конце трубки, оставляющим внешний электрод открытым. Конструкция предложенного устройства такова, что подача высокого напряжения может осуществляться как на внешний, так и на внутренний электрод, а не только на внешний электрод, как это сделано в прототипе, в котором внутренний электрод постоянно заземлен. Это позволяет изменять длину и диаметр плазменной струи, истекающей из плазменного устройства, что расширяет диапазон условий обработки, в отличие от прототипа, в котором такой возможности нет.

Использование предложенного устройства позволяет реализовать предложенный способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа.

Плазма широко используется для активации поверхностей разнообразных материалов с целью придания или улучшения адгезионных свойств. Предложенный способ реализуется относительно материалов, применяемых в лазерных гироскопах, т.е. материалах, состоящих в основном или полностью из SiO2. В таком случае поверхностные процессы, обеспечивающие прочный оптический контакт деталей лазерного гироскопа, идентичны тем, которые обеспечивают прямой бондинг (соединение) пластин в кремниевой микроэлектронике. Общая идея всех гидрофильных способов прямого бондинга состоит в том, чтобы вначале разорвать силоксановые связи Si-O-Si на контактирующих поверхностях кремнезема, а затем вновь восстановить их, но уже не на поверхностях, а между поверхностями.

Плазменная активация деталей может производиться непосредственно на сборочном столе (см. фиг. 1) оператора, а не в специализированной химической лаборатории. Она производится в течение нескольких секунд, не требует сушки деталей после их активации и позволяет ставить поверхности на оптический контакт сразу же после плазменной обработки на сборочном столе оператора. Плазменная активация поверхности происходит не за счет химических процессов, формирующих стабильные Si-OH силанольные группы, а преимущественно за счет физических процессов, обусловленных взаимодействием с поверхностью метастабилей гелия, аргона, азота и других активных частиц плазмы. А активные частицы плазмы (Не*, Ar*, N2* и др.) разрывают ковалентные Si-O-Si связи и создают на поверхности большое число короткоживущих (около одного часа) открытых (свободных) Si-O- и Si- связей, которые не создаются известным химическим способом:

Плазменная активация в процессе обработки удаляет с поверхности молекулярную воду, которая остается от химической обработки или адсорбируется гидрофильной поверхностью после химической активации

Плазменная активация удаляет с обработанной поверхности остающиеся после химической обработки углеродные пленки или хемосорбированные углеродосодержащие соединения, снижающие прочность оптического контакта.

Формирование крепких силоксановых Si-O-Si связей между активированными поверхностями при их контакте происходит без выделения воды преимущественно за счет прямого соединения свободных Si-O- и Si- связей от противоположных поверхностей: Si-O-+-Si→Si-O-Si, а не за счет реакций силанольных групп, сопровождающихся выделением воды: Si-OH+Si-OH→Si-O-Si+H2O.

Формирование оптического контакта активированных плазмой деталей происходит практически без выделения воды, что существенно снижает количество пустот (войдов) в области контакта и усиливает механическую прочность ОК без дополнительного прогрева деталей и улучшает вакуумные свойства оптического контакта. Плазменная активация позволяет за счет кратковременного низкотемпературного прогрева усилить прочность оптического контакта до уровня, достигаемого в известном химическом способе лишь при высокотемпературном отжиге. Плазменная активация позволяет устранить из технологии упрочнения оптического контакта операцию вакуумного высокотемпературного отжига.

Описанный выше способ может быть осуществлен в комбинации с предварительной химической обработкой поверхностей.

В этом случае при предварительной химической обработке, например, RCA очисткой поверхностей в растворе H2O/H2O2/NH4OH в объемном соотношении 5:1:1) производится дополнительно плазменная активация их поверхности в окружающем воздухе за счет обдува газообразным реагентом (струей плазмы). П плазменная активация удаляет с поверхности молекулярную воду, которая остается после химической обработки или адсорбируется гидрофильной поверхностью, удаляет с обработанной поверхности остающиеся после химической обработки углеродные пленки или хемосорбированные углеродосодержащие соединения, снижающие прочность оптического контакта. Плазменная активация поверхности разрушает Si-OH силанольные группы, созданные химическим способом, и формирует на поверхности большое число короткоживущих (около одного часа) открытых (свободных) Si-O- и Si- связей. Формирование крепких силоксановых Si-O-Si связей между активированными поверхностями при их контакте происходит без выделения воды преимущественно за счет прямого соединения свободных Si-O- и Si- связей от противоположных поверхностей: Si-O-+-Si→Si-O-Si, а не за счет реакций силанольных групп, сопровождающихся выделением воды: Si-OH+Si-OH→Si-O-Si+H2O. Формирование оптического контакта активированных плазмой деталей происходит практически без выделения воды, что существенно снижает количество пустот (воидов) в области контакта и усиливает механическую прочность ОК без дополнительного прогрева деталей. Плазменная активация, выполненная после химической активации, позволяет за счет кратковременного низкотемпературного прогрева усилить прочность оптического контакта до уровня, достигаемого в известном химическом способе лишь при высокотемпературном отжиге. Плазменная активация, выполненная после химической активации, позволяет устранить из технологии упрочнения оптического контакта операцию вакуумного высокотемпературного отжига.

Для реализации предложенного способа может быть использована установка (фиг. 1). Установка содержит: 1 - генератор струи плазмы, 2 - струя плазмы, 3 - оправка для крепления обрабатываемых изделий, 4 - автоматизированный XY-координатный столик, 5 - стойка для крепления плазменного источника, 6 - генератор периодического напряжения (высоковольтного синусоидального или импульсного напряжения), 7 - высоковольтный провод для подвода напряжения к генератору струи плазмы, 8 - баллон с плазмообразующим газом, 9 - редуктор для регулирования расхода плазмообразующего газа, 10 - ротаметр для измерения расхода плазмообразующего газа, 11 - трубка для транспортировки газа к плазменному источнику, 12 - стол оператора, 13 - стул оператора.

Использую предложенное устройство может быть сформирована струя плазмы (фиг. 3,а,б). Внешний вид струи плазмы может быть различной. На фото представлены струю при условии, когда в качестве плазмообразующего газа используется аргон, скорость струи на выходе генератора составляет 10 м/с, амплитуда и частота синусоидального напряжения равны, соответственно, U=4 кВ и f=100 кГц, потребляемая электрическая мощность равна W=6.3 Вт. На фиг. 3,а представлена свободная струя, на фиг. 3,б представлена струя, перпендикулярно ударяющая в поверхность, расположенную на расстоянии 8 мм от выхода генератора струи плазмы.

Увеличение свободной поверхностной энергии ситалла в зависимости от времени обработки плазмой характеризуется графиками (фиг. 4). Графики были получены при условии, что расстояние от выходного сопла генератора струи плазмы до поверхности ситалла L=6 мм, в качестве плазмообразующего газа использовался аргон, скорость продувки газа сквозь капиллярную трубку V=10 м/с, амплитуда и частота синусоидального напряжения равнялись, соответственно, U=4.5 кВ и f=100 кГц, по потребляемая электрическая мощность составляла W=8 Вт.

На фиг. 5 представлена сравнительная характеристика силы сцепления обработанных плазмой образцов без термообработки (верхний график, фиг. 5) и после термообработки (нижний график, фиг. 5). Графики получены по результатам эксперимента, когда обрабатываемая поверхность была расположена на расстоянии 8 мм от выхода генератора струи плазмы.

Как следует из анализа графиков, суммарное действие плазмы и низкотемпературной термообработки существенно увеличивает механическую прочность оптического контакта.

Плазменная активация ситалла резко улучшила гидрофильные свойства его поверхности. Результаты экспериментов по определению свободной поверхностной энергии ситалла в зависимости от времени обработки плазмой представлены. Полная поверхностная энергия ситалла увеличивается почти в 2,5 раза, причем полярная составляющая поверхностной энергии увеличивается почти в 3 раза, что свидетельствует о существенном увеличении свободных связей и силанольных групп на активированной поверхности.

Методами атомно-силовой микроскопии и оптической интерферометрии (с помощью интерферометра «белого» света) определена морфология поверхности ситалла до и после плазменной активации при разных длительностях обработки. Установлено, что плазменная активация разработанным плазменным устройством является "мягкой" и не меняет морфологию поверхности (т.е. не вызывает эрозии ее верхних слоев) вплоть до нескольких минут обработки одного и того же участка поверхности. Однако время экспозиции плазмой существенно влияет на механическую прочность ОК, которая определялась методом отрыва активированных поверхностей, посаженных на оптический контакт. Перед посадкой на ОК обработанные плазмой образцы проходили визуальную проверку с помощью оптического микроскопа.

Механическая прочность оптического контакта обработанных плазмой и контрольных ситалловых и клеарсерамовых образцов испытывалась с помощью специального оборудования. Испытаниям подвергались активированные образцы, не прошедшие термообработку, и прошедшие термообработку в течение 40 часов. Оказалось, что оптимальное время плазменной активации составляет несколько секунд, при этом прочность оптического контакта увеличилась в 2,12 раза для изделий из ситалла и в 1,72 раза для изделий из клеарсерама по сравнению с контрольными образцами, прошедшими стандартную химическую активацию, но не прошедшими плазменную активацию. При этом, существенное увеличение прочности оптического контакта получилось не только для пар ситалл-ситалл и клеарсерам-клеарсерам, но также и для смешанной пары ситалл-клеарсерам. Кроме того, низкотемпературная термообработка изделий, прошедших плазменную активацию, дополнительно увеличило механическую прочность оптический контакт для некоторых изделий, прошедших только химическую активацию, увеличение механической прочности достигало 3,5 раза.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении однородности параметров формируемой плазменной струи, что позволяет повысить качество плазменной активации отполированных поверхностей диэлектриков и повысить качество оптического контакта при реализации способа упрочнения оптического контакта.

1. Способ упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей лазерного гироскопа, заключающийся в том, что при атмосферном давлении осуществляют плазменную активацию отполированных поверхностей диэлектриков и приводят их в контакт, отличающийся, тем что, плазменную активацию поверхностей диэлектриков осуществляют холодной плазменной струей в течение 2-3 с.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед плазменной активацией отполированных поверхностей диэлектриков проводят химическую активацию поверхностей диэлектриков.

3. Генератор струи плазмы для осуществления способа по п. 1, содержащий диэлектрический корпус, внутри которого размещен внешний цилиндрический электрод, подключенный к генератору периодического напряжения, и внутренний заземленный протяженный электрод, при этом диэлектрический корпус выполнен с возможностью подачи газа вдоль внутреннего заземленного протяженного электрода, отличающийся тем, что внутренний заземленный протяженный электрод выполнен в виде спирали из термостойкой проволоки толщиной 0,1-0,3 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к источникам получения и управления потоком плазмы атмосферного давления. Источник образован цилиндрической трубкой из диэлектрического материала, с входной частью - трактом для поступления газа и выходной частью - соплом для вывода плазмы.

Изобретение относится к области плазменной техники. Система (1) водяного охлаждения для плазменной пушки (2), способ охлаждения плазменной пушки (2) и способ увеличения срока службы плазменной пушки (2).

Изобретение относится к плазменным технологиям, в частности к способам измерения поглощенной мощности в СВЧ-разрядах. При реализации предложенного способа измерения мощности, поглощаемой единицей объема СВЧ-разряда, получают СВЧ-разряд в водородсодержащем газе, фотографируют плазму СВЧ-разряда через светофильтр, выделяющий линию серии Бальмера, по интенсивности оптического излучения определяют границу плазмы разряда, вычисляют занимаемый плазмой объем, а также поглощаемую плазмой полную мощность.

Изобретение относится к электрореактивным двигателям прямоточного типа (ПЭРД), в которых в качестве рабочего вещества используется газообразная окружающая среда. ПЭРД предназначен для управления движением низкоорбитального космического аппарата.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен электродуговой плазмотрон.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки.

Изобретение относится к устройству для осуществления процесса плазменного химического осаждения из паровой фазы. Цилиндрический резонатор устройства плазменного химического осаждения стекломатериала из паровой фазы на внутреннюю поверхность подложки в виде трубки содержит наружную цилиндрическую стенку, выполненную с резонансной полостью, проходящей в периферийном направлении вокруг оси цилиндра, боковую стенку с частями, ограничивающими резонансную полость в направлении оси цилиндра, и щелевую структуру, расположенную в периферийном направлении вокруг оси цилиндра с обеспечением доступа микроволновой энергии из резонансной полости радиально внутрь упомянутой трубки.

Изобретение относится к области средств получения высоких динамических давлений и температур и может быть использовано для проведения химических реакций, изменения кристаллической структуры твердых тел при высоком давлении и температуре, в частности для получения искусственных алмазов (алмазного порошка), для сжатия DT-льда с целью получения нейтронного источника, для осуществления инерциального термоядерного синтеза.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен электрод для использования в горелке для сварки плазменной дугой.

Изобретение относится к области получения плазм, представляет собой способ и устройство для получения плазмы, которые могут использоваться для обогрева, уничтожения любых типов отходов, газификации углеродсодержащих твердых и жидких материалов, для плавления и пайки металлических и неметаллических материалов.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в газоразрядных устройствах с самонакаливаемым полым катодом. Способ изготовления самонакаливаемого полого катода из нитрида титана для систем генерации плазмы включает формирование трубчатого изделия из смеси порошков, содержащей нитрид титана, 10 вес.% титана, не более 2 вес.% пластификатора поливинилбутираля, импульсным или статическим прессованием, экструзией, шликерным литьем или альтернативным способом, отжиг трубчатого изделия в вакуумной печи в потоке азота при давлении 1 Па при температуре 500°С в течение 1 ч для термического разложения пластификатора и удаления продуктов разложения из объема трубчатого изделия, установку трубчатого изделия в качестве катодного электрода в электроразрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку азота через трубчатое изделие, приложение между анодом и трубчатым изделием напряжения и зажигание тлеющего разряда между трубчатым изделием и анодом, ток которого постепенно увеличивают по мере прекращения дугообразования, что обеспечивает удаление поверхностных загрязнений и рост температуры трубчатого изделия, переход разряда в термоэмиссионный дуговой режим и нагрев катода до температуры 2000°С. Выдержка сформованного трубчатого изделия в плазме собственного разряда в качестве катодного электрода при работе в термоэмиссионном дуговом режиме обеспечивает его твердофазное спекание и формирование самонакаливаемого полого катода из нитрида титана с высокой плотностью, термоэмиссионными свойствами и повышенным ресурсом. 3 ил.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами, расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом при подаче напряжения на разрядный промежуток на катоде образуется канал, созданный тепловой кумулятивной струей, плавящей металл, исходящий из точки контакта катода и проволочки. Технический результат – возможность управлять траекторией тепловой кумулятивной струи, плавящей металл, и траекторией образованного ей канала на поверхности металлического катода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в малогабаритных приборах ЯМР- и ЭПР-спектроскопии высокого спектрального разрешения. Технический результат состоит в повышении степени однородности магнитного поля в рабочей области системы и увеличении его напряженности. Магнитная система содержит заключенные в замкнутый магнитопровод две установленные параллельно друг другу с образованием воздушного зазора остаточно намагниченные пластины, выполненные наборными из жестко соединенных между собой постоянных магнитов. Каждый из них имеет фиксированное соответствующее расчетному значение модуля вектора магнитного момента и его пространственную ориентацию в теле магнита согласно местоположению в пластине. С одной стороны магнитные пластины жестко соединены с магнитопроводом. Пластина по размещению магнитов делится на три концентрические зоны: центральную, составляющую по площади (Sц) величину 10-15% от всей площади полюса (S), периферийную, имеющую площадь (Sп), равную 54-60% от величины S, и промежуточную, равную по площади Sпр разности Sпр=S-(Sц+Sп). В центральной зоне установлены идентичные по величине магнитного момента магниты с ориентацией вектора остаточной намагниченности перпендикулярно плоскости пластины. Модуль их вектора составляет величину 0,6 по отношению к таковому у периферийных магнитов с аналогичной ориентацией вектора остаточной намагниченности. В промежуточной зоне установлены магниты с величиной модуля вектора остаточной намагниченности, равной таковой у периферийных, но с его ориентацией в теле магнита в направлении к центру пластины под углом в диапазоне 50÷60° относительно нормали к плоскости пластины. 2 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретения относятся к способам и устройствам для осуществления тлеющего разряда и могут найти применение при обработке поверхности и нанесении покрытий на поверхности различных изделий в вакууме, в машиностроении для поверхностной термообработки, напыления и упрочнения, а также для получения излучения, например для накачки лазеров. Технический результат - обеспечение горения тлеющего разряда при давлении от 10 Торр и ниже. В способе осуществления тлеющего разряда, включающем зажигание тлеющего разряда между анодом и катодом в газоразрядной камере с поперечным к направлению электрического поля потоком рабочего газа, при зажигании тлеющего разряда устанавливают давление в газоразрядной камере от P=10 Торр и ниже, создают разные концентрации частиц газа в различных областях межэлектродного пространства, за счет организации сверхзвукового потока рабочего газа в заданной области межэлектродного зазора в поперечном к электрическому полю направлении при скорости потока газа более V=300 м/с. Устройство для осуществления тлеющего разряда содержит откачную вакуумную систему, подключенную к газоразрядной камере с размещенными в ней анодом, катодом, патрубками для подачи и откачки рабочего газа, устройством для формирования потока рабочего газа. Устройство содержит конфузор, а устройство для формирования потока рабочего газа выполнено как сверхзвуковое сопло, являющееся диффузором, причем конфузор и диффузор установлены в межэлектродном пространстве в газоразрядной камере соосно против друг друга таким образом, что ось конфузора и диффузора находится в поперечном к оси анода и катода направлении на заданном расстоянии относительно анода и катода, также имеется патрубок для откачки остаточного газа из газоразрядной камеры. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электроду для плазменных горелок для плазменной резки и применению электрода для указанной плазменной горелки. Электрод для плазменных резаков, выполненный в соответствии с изобретением, содержит держатель электрода и эмиссионную вставку, которые соединены друг с другом запрессовкой и/или подгонкой по форме. Эмиссионная вставка вдоль своей продольной оси имеет по меньшей мере одну секцию, которая расположена между двумя другими секциями или рядом с другой секцией и имеет уменьшенный наружный диаметр при вращательно-симметричной конструкции эмиссионной вставки, или имеет уменьшенную поверхность поперечного сечения при вращательно несимметричной эмиссионной вставке по отношению к другой(им) секции(ям). Секция (7.22), имеющая постоянный наружный диаметр или постоянную поверхность поперечного сечения, расположена между указанной секцией (7.23) с уменьшенным наружным диаметром или уменьшенной поверхностью поперечного сечения и конически сужающейся секцией. Технический результат - повышение срока службы и качества резки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 22 ил.

Изобретение относится к области генерирования химически активных частиц физическими методами воздействия и может быть использовано в биомедицинских исследованиях. Основу изобретения составляет искровой электрический разряд на воздухе, создающий плазму, излучение которой создает в обрабатываемой жидкости химический эффект. Технический результат - увеличение энергетической эффективности воздействия. Способ генерирования химически активных частиц в жидкости с использованием электрического разряда содержит этап, при котором на обрабатываемый объект воздействуют импульсным ультрафиолетовым излучением плазмы электрического разряда (200-280 нм), величина разрядной емкости С составляет 3.3 нф, величина высокого напряжения 11 кВ, величина балластного сопротивления R=14 МОм, зазор между разрядными электродами 3 мм. Мощность импульса электрического разряда оптимизирована для получения максимального химического эффекта в жидкости. Положение максимума спектра излучения плазмы выбрано в районе 220 нм. При увеличении мощность разряда максимум спектра сдвигается в область более коротких волн, когда большая часть энергии поглощается воздухом, а при уменьшении мощности максимум спектра сдвигается в область более длинных волн, химическая активность которых меньше. Кроме того, при большой мощности разряда активные частицы, образующиеся в жидкости под действием излучения, гибнут во взаимодействиях между собой, не производя химического эффекта. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для получения электрического разряда в большом объеме. Технический результат - увеличение объема горения электрического разряда. По первому варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, в качестве другого электрода используют проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. По второму варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых твердый, а другой - электролит, в качестве другого электрода используют непроточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. По обоим вариантам в качестве твердого электрода могут использовать электрод из металла, или сплава, или диэлектрика, или пористого материала. По третьему варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, один из электродов представляет собой струю электролита, а другой - проточный электролит, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. По четвертому варианту в способе получения электрического разряда, включающем подачу напряжения между электродами, один из которых электролит, в качестве электродов используют струи электролита, которые образуют между собой угол 0≤α≤180°, напряжение между электродами устанавливают высокочастотное в пределах от 1000 до 6000 В. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области переработки зольных отходов угольных тепловых электростанций с целью их утилизации в качестве, в частности, материалов для производства строительных изделий. В способе переработки золы-уноса угольных теплоэлектростанций, включающем высокотемпературную обработку в атмосфере азота, процесс ведут в присутствии мочевины при соотношении зола-унос:мочевина, равном 1:1, а высокотемпературную обработку осуществляют в потоке азотной плазмы при температуре плазмы 4000-6000°С при мощности плазмотрона 25 кВт и скорости потока плазмы 60-100 м/с с последующим охлаждением в атмосфере азота, подаваемого со скоростью 60-80 м/с, и разделением разнодисперсных фракций в условиях вихревого циклонирования и фильтрации на рукавном фильтре. Технический результат – утилизация отходов, расширение ассортимента полезных продуктов, получаемых в результате утилизации золы. 2 ил., 1 пр.

Изобретение обеспечивает генерацию плотной объемной импульсной плазмы и может быть использовано для интенсификации процессов взаимодействия частиц в объеме и одновременного ограничения температуры поверхности изделий, нагреваемых ионным потоком из плазмы. Способ генерации плотной объемной импульсной плазмы основан на возбуждении разряда с самонакаливаемым полым катодом в газоразрядной системе источника электронов с плазменным эмиттером и формировании широкого электронного пучка, ионизирующего и возбуждающего газ в объеме. Разряд с самонакаливаемым полым катодом зажигают в импульсно-периодическом режиме, при этом сочетание параметров режима (амплитуда, длительность и частота повторения импульсов) выбирают таким образом, чтобы приращение температуры эмитирующей поверхности полого катода за время импульса (Tmax-Tmin) обеспечивало требуемую величину импульсного тока термоэмиссии катода, а отвод тепла в объем полого катода и излучение с его внешней поверхности за время паузы не привели к снижению температуры эмитирующей поверхности полого катода ниже минимального уровня Tmin, обеспечивающего минимальный стартовый ток термоэмиссии для развития разряда при подаче импульса напряжения, причем значения температур определяются из соотношения Ричардсона-Дэшмана Imax=AT2maxexp(-eϕ/koTmax)S1и Imin=AT2minехр(-eϕ/koTmin)S1, длительность импульса t и частота повторения импульсов f определяются из соотношений (Tmax-Tmin)=(2q/λ)(αt/π)1/2, q=k1UIImax/S1, k1ImaxU⋅f⋅t~k2σT4minS2, где Imax, Imin - требуемая амплитуда тока и минимальный стартовый ток термоэлектронной эмиссии катода, S1, S2 - площадь эмитирующей и внешней поверхности полого катода, А - термоэлектрическая постоянная, Tmax, Tmin - максимальная импульсная и минимальная стартовая температура полого катода, еϕ - работа выхода электронов из материала полого катода, е - заряд электрона, ko - постоянная Больцмана, q - импульсная плотность мощности, выделяющейся на эмитирующей поверхности полого катода, λ и α - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности материала полого катода соответственно, π=3,14; k1 - доля ионного тока в общем токе на полый катод, U - напряжение горения импульсного разряда; k2 - коэффициент излучения (степень черноты) внешней поверхности полого катода, σ - постоянная Для нанесения покрытий в плазме электронного пучка могут быть использованы совместно с электронным источником распылительная система, формирующая поток атомов в направлении обрабатываемых изделий, а также плазмохимические реакции с участием компонентов газовой смеси, активируемой низкоэнергетическим электронным пучком. Технический результат - повышение эффективности возбуждения и ионизации газа и обеспечение возможности изменять структурно-фазовое состояние и функциональные характеристики изделий. 6 ил.

Группа изобретений относится к источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, и может быть использована в различных областях науки и техники, где необходима подсветка коротковолновым ультрафиолетовым или вакуумным ультрафиолетовым излучением, например в фотохимии, в фотобиологии, фотоионизационных приборах. Технический результат - упрощение конструкции, получение плазменных струй атмосферного давления в воздухе без принудительной прокачки воздуха и снижение расхода газа в средах, содержащих смеси легкоионизуемых газов с электроотрицательными газами. Способ заключается в том, что зажигают искровой разряд между двумя острийными электродами, один электрод оставляют под плавающим потенциалом, причем на второй электрод подают высоковольтные импульсы напряжения положительной полярности с фронтом нарастания 0.1<τ<10 мкс, зажигание разряда осуществляют между электродами, установленными под углом 0<α<160°, формируя плазменную струю в месте максимальной кривизны токового канала. Устройство, реализующее способ, содержит два острийных электрода, образующих искровой разрядный промежуток, один электрод является свободным, высоковольтный источник питания, второй электрод, расположенный под углом 0<α<160° к первому, является высоковольтным и имеет положительную полярность напряжения с фронтом нарастания 0.1<τ<10 мкс, разрядный промежуток составляет 5<d<20 мм. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для низкотемпературного упрочнения оптического контакта диэлектрических поверхностей газоразрядных приборов, в частности резонаторов моноблочных газовых лазеров, в процессе их технологической сборки. Заявленное устройство содержит диэлектрический корпус, внутри которого размещен внешний цилиндрический электрод, подключенный к генератору периодического напряжения, и внутренний заземленный протяженный электрод. При этом диэлектрический корпус выполнен с возможностью подачи газа вдоль внутреннего заземленного протяженного электрода, а внутренний заземленный протяженный электрод выполнен в виде спирали из термостойкой проволоки толщиной 0,1-0,3 мм. В заявленном способе при атмосферном давлении осуществляют плазменную активацию отполированных поверхностей диэлектриков и приводят их в контакт, причем плазменную активацию поверхностей диэлектриков осуществляют холодной плазменной струей в течение 2-3 с. Технический результат заключается в повышении однородности параметров формируемой плазменной струи и повышении качества оптического контакта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх