Improvement of surface layers properties of precision engineering elements of optical ceramics by preliminary electron-beam surfacing
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.2.49.2016.13Keywords:
precision engineering, optical ceramics, electron beam, microstructure, hardness, thermal stressesAbstract
To prevent destruction of the elements made of optical ceramics the practical importance has the preliminary electron-beam treatment of their surfaces during the manufacturing stage of devices based on them. This allows improving the properties of the surface layers of the elements, making them more resistant to external thermal and mechanical impacts. Aim: The aim of this research is to research the impact of parameters of preliminary electron-beam treatment of the elements made of optical ceramics to prevent their destruction, improvement of the surface layers properties and increasing of their resistance to external thermo-influences. Materials and Methods: The discs with diameter of 3∙10-2…5∙10-2 m and thickness of 4∙10-3…6∙10-3 m and hemispherical cowl with diameter of 4∙10-2…8∙10-2 m were used to research the impact of electron-beam parameters on surface layers properties of the elements made of optical ceramics (KO1, KО2, KО3, KО5, KО12). Results: After researches it was established that for studied range of electron beam parameters (Fn = 106...1.6∙107 W/m2, V = 10-3...10-1 m/s) the micro-hardness of the elements surface increases from 1.2…2.9 GPa (unprocessed elements) to 5.7…6.4 GPa (processed elements). It was defined, that improvement of these properties leads to improvement of elements resistance to external thermo-influences. The critical values of external heat streams and the time of their actions are increase in 1.3...1.7 times. The excess these parameters leads to the destruction of the elements and failure of the devices for the studied range of external pressure variation 105...107 Pa. The maximum allowable values of thermal stresses in elements are raised from 50...140 MPa to 160...370 MPa at the heating temperatures of 300...1200 K.
Downloads
References
Bessmertnyi, V.S. Plasma treatment of glasses (A review) / V.S. Bessmertnyi // Glass and Ceramics. — 2001. — Vol. 58, Issue 3–4. — PP. 121–124.
Тарасов, В.В. Инфракрасные системы «смотрящего типа»: монография / В.В. Тарасов, Ю.Г. Якушенков. — М.: ЛОГОС, 2004. — 443 с.
Тепловые процессы при электронной обработке оптических материалов и эксплуатации изделий на их основе: монография / В.А. Ващенко, Д.И. Котельников, Ю.Г. Лега и др. — К.: Наукова думка, 2006. — 368 c.
Anderberg, B. Laser weapons: The dawn of a new military age / B. Anderberg, M.L. Wolbarsht. — New York: Plenum Press, 1992. — 244 p.
Airborne laser sensors and integrated systems / R. Sabatini, M.A. Richardson, A. Gardi, S. Ramasamya // Progress in Aerospace Sciences. — 2015. — Vol. 79. — PP. 15–63.
Современные аспекты лазерной терапии: монография / М.Н. Бонусь, А.И. Гладкова, С.А. Горбатюк и др.; ред.: В.Д. Попов. — Черкассы: Вертикаль, 2011. — 607 c.
Канашевич, Г.В. Перспективи використання електронного променю в технології інтегральної оптики / Г.В. Канашевич, В.А. Ващенко, М.О. Бондаренко // Вісник Черкаського інженерно-технологічного інституту. — 2000. — № 2. — С. 189–193.
Спеціальні методи обробки оптичного скла. Технологія, техніка, економіка / М.П. Бочок, М.П. Бутко, В.А. Ващенко та ін.; за ред. Д.І. Котельніков. — Чернігів: ЧДТУ, 2002. — 152 с.
Получение функциональных слоев в оптическом стекле и керамике методом электронной обработки / Г.Н. Дубровская, Г.В. Канашевич, В.А. Ващенко и др. // Сб. докл. Междунар. науч.-практ. симпозиума «Функциональные покрытия на стеклах» (FCG-1). — Харьков: НТЦ ХФТИ «Константа», 2003. — С. 135–137.
Основи електронної мікрообробки виробів з оптичних матеріалів: монографія / В.А. Ващенко, І.В. Яценко, Ю.Г. Лега, О.В. Кириченко. — К.: Наукова думка, 2011. — 560 c.
Influence of parameters by electronic ray on properties of superficial layers of optical elements of exact instrument-making / I. Yatsenko, V. Antoniuk, M. Bondarenko, V. Vashchenko // Proceedings of Scientific-Technical Conference “Innovations in Engineering”, 10-11 September 2015, Burgas, Bulgaria. — Sofia: Scientific-Technical Union of Mechanical Engineering, 2015. — PP. 64–66.
Определение критических значений параметров внешних термовоздействий на поверхность обтекателей ИК-приборов в условиях выстрела и полета / И.В. Яценко, В.С. Антонюк, В.А. Ващенко, В.В. Цыбулин // Наноинженерия. — 2015. — № 12. — С. 20–25.
Упреждение возможных разрушений оптических обтекателей ИК-приборов в условиях выстрела и полета / И.В. Яценко, В.С. Антонюк, В.А. Ващенко, В.В. Цыбулин // Наноинженерия. — 2015. — № 12. — С. 26–31.
Попередження можливих руйнувань оптичних елементів точного приладобудування в умовах зовнішніх термодій / І.В. Яценко, В.С. Антонюк, В.А. Ващенко, В.В. Цибулін // Журнал нано- та електронної фізики. — 2016. — Т. 8, № 1. — С. 01027-1 — 01027-6.
Yatsenko, I.V. Experimental and statistical models of impact determination of the electron beam parameters on surface layers properties of optical elements in precision instruments building / I.V. Yatsenko // Пр. Одес. політехн. ун-ту. — 2016. — Вип. 1(48). — С. 65–71.
Engel, L. An atlas of metal damage: surface examination by scanning electron microscope / L. Engel, H. Klingele. — 2nd Ed. — Herne: Flender Service, 2001. — 271 p.
Горелик, С.С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, Л.Н. Расторгуев. — М.: МИСИС, 2002. — 358 с.
Bauer, E. Surface microscopy with low energy electrons / E. Bauer. — New York: Springer, 2014. — 496 p.
