Изготовление и контроль оптических деталей - Ефремов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
При свободном моллировании куски (рис. 2.4,а) или листы (рис. 2.4, б) стекла подгоняют по массе, форме и габаритным размерам, чтобы получить в дальнейшем заготовку необходимого размера.
Кусок или лист стекла 1 помещают в шамотную форму 2, на дно которой насыпают слой подсып-
Рис. 2.4. Моллирование
ки. Форму устанавливают в пламенную или электрическую печь. В печи стекло постепенно разогревается, приобретает пластическое состояние, а затем оседает на форму, приобретая требуемую конфигурацию 3.
25
При принудительном моллировании разогретую до размягчения заготовку формуют с применением вакуума. Этим достигается хорошее заполнение формы стеклом. Моллированные заготовки подвергают отжигу.
Прессование стекла. При прессовании куска стекла, разогретого до температуры размягчения, получают заготовку необходимой формы и размеров с припуском на обработку. Прессовки изготовляют для серийного производства оптических деталей.
Применение прессовок снижает себестоимость оптических деталей, уменьшает количество и трудоемкость заготовительных операций. Перед началом прессования стекло контролируют на отсутствие свилей, пузырей и других дефектов. Куски стекла подбирают с одинаковой массой для получения прессовок заданного размера. Для прессовок размером более 100 мм, идущих малыми партиями, подгонку массы производят вручную, удалением молотком выступающих участков стекла и взвешиванием куска.
При изготовлении прессовок небольшого размера массой 5—45 г каждая блок стекла распиливают на пластины, которые затем проверяют на качество, размечают и раскалывают на мелкие квадратные кусочки — нарезки. Нарезки стекла нагревают в печах до температуры 800—110СРС в зависимости от марки стекла и конфигурации прессуемой заготовки. Нагрев заготовок производят за несколько минут. Нагретые заготовки (на рис. 2,5 обозначен пунктиром) укладывают в матрицу 2 пресс-формы, которая расположена около нагревательной печи. Для получения качественной поверхности прессовки пуансон 1 и матрицу 2 пресс-формы подогревают до температуры 350—550° С. На поверхности прессовки 3 выдавливают клеймо, указывающее марку и номер партии стекла.
Отжиг стекла. Оптическое стекло в кусках или прессовках подвергают отжигу — термической обработке. Отжиг уменьшает остаточные напряжения, вызывающие двойное лучепреломление в стекле. Продолжительность отжига зависит от размеров заготовки, его выполняют в такой последовательности:
1. Стекло нагревают или охлаждают до температуры отжига (380—630° С) со скоростью 5—7° С в час.
2. Стекло выдерживают при верхней температуре отжига Тв в течение 6—72 ч.
3. Стекло охлаждают до нижней температуры отжига Гн, лежащей на 100—150° ниже Тв со скоростью 0,1—5 град/ч.
4. Охлаждают стекло до комнатной температуры со скоростью 3—10 град/ч.
Режим отжига зависит от марки стекла, массы детали и требований к двойному лучепреломлению и однородности. Время от-
Рис. 2.5. Прессование
26
жига оптических деталей с размерами до 150 мм обычно колеблется от 5 до 30 сут. Продолжительность отжига заготовок для астрономической оптики достигает нескольких месяцев.
Для отжига применяют пламенные и электрические печи периодического или непрерывного действия. Требуемый режим отжига поддерживается автоматически.
Для прессовок первоначально проводят грубый отжиг в течение 4—6 ч с последующим контролем на наличие внешних дефектов: шамота, складок, вмятин, заколов и т. д. Годные прессовки поступают на тонкий отжиг. После отжига заготовки контролируют на двойное лучепреломление.
2.6. Выращивание оптических кристаллов
Оптические кристаллы. В оптическом приборостроении применяют кристаллы, отличающиеся от стекла высокой прозрачностью в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, широким диапазоном показателей преломления, большим коэффициентом средней дисперсии и т. д.
Особое место кристаллы занимают в новейших областях науки и техники: квантовой электронике, космической технике и др. В твердотельных оптических квантовых генераторах в качестве активной рабочей среды широко применяют активизированные ионные кристаллы рубина, флюорита, иттриево-алюминиевого граната. Условия эксплуатации оптических изделий в космосе или агрессивных средах, например при исследовании газов в аэродинамических трубах, вызывает необходимость применения сапфира и карбида кремния.
В оптике применяют как природные кристаллы, например, каменную соль NaCl, кварц Si02, исландский шпат СаС03 и т. д., так и синтетические кристаллы. Природные оптические кристаллы, отвечающие требованиям прозрачности, однородности; со значительными размерами встречаются крайне редко. Поэтому в промышленности применяют в основном синтетически выращиваемые кристаллы. Кристаллы, которые в природе не встречаются, получают только синтетически.
В оптике наибольшее применение нашли следующие кристаллы.
Кристаллический кварц Si02 кристаллизуется в виде гексагональной призмы; оптически анизотропен, имеет одну оптическую ось; для длины волны А,=0,589 мкм показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей составляют пе= 1,564 и «0=1,553 (оптически положителен, т. е. пе>п0)\ из-за малой разности пе и п0 не применяют для поляризаторов. Кварц вращает плоскость поляризации на 22° на 1 см хода луча вправо или влево и обладает пьезоэффектом — способностью электризоваться под действием механических нагрузок, применяют в основном для спектральных приборов в диапазоне длин волн от 0,18 до 10 мкм. Кристаллический кварц чувствителен к изменениям температуры (растрескивается), твердость по Моосу 7, спайность отсутствует.
