Upload
others
View
15
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
V.Ə.Nərimanov
OPTİK ŞUŞƏ VƏ KRİSTAL MATERİALLARIN MEXANİKİ EMAL
ÜSULLARI
V.Ə.Nərimanov
OPTİK ŞÜŞƏ VƏ KRİSTAL MATERİALLARIN MEXANİKİ EMAL
ÜSULLARI
\Dərs vəsaiti
Azərbaycan Texniki Universitetinin Elmi- Metodiki Şurasının 11.05.2017-ci il tarixli iclasının qərarı ilə ali məktəb tələbələri üçün dərs vəsaiti kimi təsdiq edilmişdir (əmr №82 müx. 17 may 2017).
“Müəllim” nəşriyyatı BAKI - 2017
Rəyçilər: AZİMU-nun Fizika kafedrasının müdiri, f.r.e.d., prof. T.M.Pənahov
AzTU-nun “Maşınqayırma texnologiyası’’ kafedrasının müdiri, t.e.d., prof. N.D.Yusubov
Elmi redaktor: AzTU-nun “Texnoloji komplekslər və xüsusi texnika" kafedrasının müdiri, t.e.d., prof. H.Ə.Hüseynov
Nərimanov V.Ə. OPTİK ŞÜŞƏ VƏ KRİSTAL MATERİALLARIN MEXANİKİ EMAL ÜSULLARI. Ali texniki məktəblər üçün dərs vəsaiti. Bakı, 2017. - 194 s.
Dərs vəsaitində optik şüşə və kristal materialların xüsusiyyətləri və müasir üsulları şərh edilmiş, optik şüşənin istehsal texnologiyası, şüşənin bişirilməsi və hazırlanması, rəngli şüşənin xüsusiyyətləri, keyfiyyət göstəriciləri, kristalların alınma üsulları, optik detalların pəstahlarının hazırlanma texnologiyası, detalların bərkidilmə üsulları, optik detalların keyfiyyətini müəyyənləşdirən əsas anlayışlar, optik detalların, linzaların, prizmaların emal texnologiyası, optik detalların örtükləri, çəkilmə üsulları və xüsusiyyətləri, müxtəlif kristallik materialların mexaniki emalı və fiziki-mexaniki və kimyəvi emal xüsusiyyətləri və s. şərh edilmişdir.
Dərs vəsaiti Ali texniki məktəblərin proqramına uyğun tərtib edilmiş və Optotexnika ixtisası üzrə təhsil alan bakalavrlar üçün nəzərdə tutulmuşdur.
ISBN 978-9952-435-66-5© V.Ə.Nərimanov, 2017
/
J
i
M Ü N D Ə R İ C A T
Ön söz...................................................................................... 7
I. Optik materialların keyfiyyət göstəriciləri və
tələbatlar........................................................................... 10
II. Optik şüşə və onun istehsalı........................................ 13
2.1. Optik şüşə və onun istehsalı...........................................13
2.2. Optik rəngsiz şüşələrin tipləri və markaları....................16
2.3. Optik şüşənin istehsal texnologiyası.............................. 18
2.4. Şixtənin hazırlanması...................................................... 19
2.5. Şüşənin bişirilməsi və hazırlanması...............................21
2.6. Rəngli şüşələrin xüsusiyyətləri, keyfiyyət göstəriciləri.....28
2.7. Kvarslı, texniki, orqanik şüşələr və sitallar.................... 29
lil. Optik kristaiiar.................................................................33
3.1. Optik kristalların növləri.................................................. 33
3.2. Optik kristalların alınma üsulları.................................... 37
3.2.1. Optik kristalların alınmasında Kiropulos metodu...... 38
3.2.2. Optik kristalların alınmasında Verneyl metodu............40
3.2.3. Optik kristalların alınmasında Zona üzrə əritmə
metodu.......................................................................... 42
3.3. Kristalların tərkibinin strukturu.................................... 44
3.4. Epitaksiya üsulu ilə silisium monokristallarınalınması...........................................................................47
3
3.5. Kristalların xüsusiyyətləri.............................................. 50
3.6. Poli və monokristalların (PbTe və Pbl_xMn Te) alın
ması prosesinin araşdırılması və laboratoriya şəraitin
də kristalların alınması metodları ilə tanışlıq................. 54
IV. Optik detalların pəstahlarının hazırlanma
texnologiyası...................................................................64
4.1. Pəstahların presləmə ilə alınması............................... 64
4.2. Optik detalların pəstahlarının emal payının hesab
lanması......................................................................... 69
4.3. Optik detalların pəstahlarının emal üsulları və
bərkitmə hazırlıq işləri.....................................................71
4.4. Optik detalların keyfiyyətini müəyyənləşdirən əsas
anlayışlar....................................................................... 81
V. Optik səthlərin emal proseslərinin əsasları................ 88
5.1. Ümumi məlumat............................................................ 88
5.2. Optik detalların səthlərinin pardaqlanması.................. 89
5.3. Optik səthlərin cilalanması........................................... 90
5.4. Abraziv və cilalayıcı materiallar.................................... 92
5.5. Maqnit-abraziv cilalama üsulları................................... 95
VI. Tipik optik detalların hazırlanma texnologiyası...... 96
6.1. Ümumi məlumat.............................................................. 96
6.2. Linzaların hazırlanma texnologiyası............................ 97
6.2.1. Linzaların fərdi istehsalda hazırlanması................. 97
4
6.2.2. Linzaların seriyalı istehsalda hazırlanması............ 99
6.2.3. Linzaların kütləvi istehsalda hazırlanması.............. 101
6.3. Prizmaların hazırlanma texnologiyası...................... 103
6.3.1. Prizmaların fərdi istehsalda hazırlanması................ 103
6.3.2. Prizmaların seriyalı və kütləvi istehsalda
hazırlanması............................................................. 105
• 6.4. Optik detalların birləşdirilməsi.................................. 107
6.5. Optik detalların hazırlanma texnoloji prosesinin
tipik nümunələri........................................................... 111
6.5.1. Optik detaiiara olan təiəbatlar................................ 111
* 6.5.2. Optik detalların işçi cizgilərinin nümunələri............ 112
6.6. Şüşə məmulların emalı.............................................. 124
VII. Optik detalların örtükləri......................................... 131
7.1. Örtüklərin vəzifəsi, növləri və çəkilmə texnologiyası 131
7.2. örtüyün kimyəvi üsulla çəkilməsi............................. 135
7.3. Örtüyün fiziki üsulla çəkilməsi.................................... 138
7.4. Örtüklərin xüsusiyyətləri və tətbiqi........................... 140
7.5. Örtüklərin nəzarət üsulları.......................................... 149
VIII. Optik kristallik materialların mexaniki emalı 152
8.1. Optik kristallik materialların əsas fiziki-mexaniki və
fiziki-kimyəvi xüsusiyyətləri........................................ 152
8.2. Mikrobərkliyi 6x106Pa-dək olan optik kristal
materialların mexaniki emalı.........................................160
5
8.2.1. Kristalların pəstahlara bölünməsi..............................162
8.2.2. Kristalik materialların cilalanma texnologiyasının
xüsusiyyətləri..............................................................170
8.3. Optik keramikanın mexaniki emal xüsusiyyətləri.. 173
8.4. Mikrobərkliyi 106Pa-dan çox olan optik kristallik
materialların mexaniki emalı..................................... 180
8.5. Pozulmuş (korlanmış) qatın quruluşunun və
dərinliyinin tədqiq üsulları.......................................... 188
İstifadə olunan ədəbiyyatlar................................... 192
6
Ön söz
Qeyd etmək lazımdır ki, optik detalların emal
olunacaq səthlərinin dəqiqliyi riyazi dəqiq həqiqi
səthlərdən fərqlənir və onlarla atom qatı qədər təşkil edir.
Bunu ənənəvi optik texnologiyanın üç şərti əsasında
mümkün etmək olur: alətin və detalın qarşılıqlı sürtünməsi;
dəzgah-alət və detalın özümərkəzlənən bəndlərdən
istifadə edilməsi, eləcə də əks interferension nəzarət
üsulunu tətbiq etməklə səthlərin yüksək dəqiqliklə
çatdırılması.
XX əsrin 80-ci illərindən optikada çoşqun sintez
prosesi olmuşdur. Müxtəlif sahələrdən yüksək texnolo
giyaların nəticəiəri optikaya intensiv tətbiq edilmişdir. Hava
yastıqlarında yüksək sürətli şpindellər işlənmiş və tətbiq
edilmiş, onun bazası əsasında dəqiq almaz yonma dəz-
gahları yaranmışdır. 1mkm-dən kiçik dəqiqliklə icraçı
mexanizmlərin mövqeləşdirilməsi yeni yaradıcılığa imkan
yaradan yüksək dəqiqlikli induktiv tənzimləyicilər işlən
mişdir. Koherentliyinin uzunluğu bir neçə metr olan lazer
şüasından geniş istifadəyə başlanmışdır.
Hesablayıcı texnikanın və kompüter texnologiya
larının geniş istifadəsi imkan yaratmışdır:7
- ardıcıl yaxınlaşmalar metodunu avtomatlaşdırmaq;
- etibarlı əks əlaqəni təmin etmək;
- yüksək dəqiqliklə ağır işləri yerinə yetirmək;
- nəticələrin yüksək dəqiqliklə təkrar istehsalını təmin
etmək;
- mümkün səhvlərin qarşısını almaq üçün prosesi
yerinə yetirməkdən əvvəl onu modelləşdirmək;
- əməliyyatları proqram üzrə yerinə yetirmək;
- proseslərin təhlükəsizliyini təmin etmək.
Sadalanan texniki qərarların tətbiqi nəticəsində
ənənəvi optik texnologiya məhsulun keyfiyyətinin və məh
suldarlığının prinsipial olaraq yeni səviyyəsinə çatmışdır.
Təqdim olunan ədəbiyyatda optik materialların key
fiyyət göstəriciləri və tələbatlar şərh edilmişdir. Öncə optik
şüşə və onun istehsal texnologiyası, şüşənin bişirilməsi və
hazırlanması nəzərdən keçirilmişdir. Optik kristalların növ
ləri və alınma üsulları təfsilatlı şərh edilmişdir.
Optik detalların pəstahlarının hazırlanma texnolo
giyası və eləcə də optik səthlərin emal prosesinin əsasları
nəzərdən keçirilmişdir.
Tipik optik detalların: linzaların, prizmaların fərdi,
seriyalı və kütləvi istehsalda səciyyəvi emal texnologiyaları
8
r
*
və optik detalların örtükləri və çəkilmə üsulları təfsilatlı
şərh edilmişdir.
Təqdim olunan vəsaitdə, eləcə də optik kristallik
materialların mexaniki emal texnologiyası, onunla əlaqə
dar tövsiyələr şərh edilmişdir.
9
I. OPTİK MATERİALLARIN KEYFİYYƏT GÖSTƏRİCİLƏRİ VƏ TƏLƏBATLAR
Optik detallar əsasən optik (rəngsiz və rəngli), eləcə
də orqanik və kvars şüşələrindən və süni kristallardan
hazırlanırlar. Optik materialların xüsusiyyətləri bir sıra
göstərici və tələbatlarla [1,2] səciyyələnir:
• civə spektrində ( A - 546,07 nm) e yaşıl xətti üçün
sınma göstəricisi və onun nominal qiymətdən sapma
hədləri (A n e} \
• orta dispersiya (nF, -n c,) -kadmium spektrində
(spektrin görünən hissəsində mavi və qırmızı kənar
sahələri) 480,0 və 643,8nm dalğa uzunluğu üçün sınma
göstəricilərinin fərqi və onun nominal qiymətdən sapma
hədləri
A(nF.- nc.) ;
orta dispersiya əmsalı
V = ■(nF -n c, ) ’
• optik eynicinsililik-sınma göstəricilərinə şüşənin
pəstahının eynicinsliliyi. Bu pəstahın kollimator qurğu-
ıo
sunda sınağı zamanı həlletmə bucağının cp" nəzəri həll-
etmə bucağına cp"= 120'7D olan nisbətini təcəssüm edir,
burada D-pəstahın diametri və ya düzbucaqlı pəstahın ən
kiçik tərəfidir;
• şüanın ikiqat sınması-şüşənin yumşaldılmasının
(termiki emal) keyfiyyət göstəricisidir, bu termiki emal
nəticəsində gərginlikli şüşədə şüalar adi və qeyri adiyə
ayrılan şüaların yolları fərqini xarakterizə edir, 1sm şüşədə
nanometrlə ölçülür;
• xəttin- zolağın olmaması- şüşədə şüanın sınma
göstəricisi eynicinsliliyi səciyyələndirən xətlərin olmaması,
nəzarət etalonları ilə müqayisə edilir: A-sinfində iki istiqa
mət (prizmalar) və B-sinfində bir istiqamət (linza, lövhələr);
• qabarcıqlıq - şüşənin keyfiyyət göstəricisidir, pəs-
tahda ən böyük diametrli qabarcıq və ya daşla və qabar-
cıqların sayı və 0,03mm-dən böyük diametrdə olan daş
ların sayı ilə səciyyələnir;
• zəifləmə göstəricisi - A-mənbəyindən şua axını 10
dəfəyədək udulma və yayılma nəticəsində zəiflədiyi məsa
fənin tərs qiymətilə səciyyələnir;
• kimyəvi dayanıqlıq - zəif turşu məhlullarının təsirin
dən şüşənin cilalanmış səthində ləkənin və rütubətli
ıı
atmosferin təsirindən şüşənin səthində damcılı-qiqroskopik
qatın-ərpin əmələ gəlməsilə səciyyələnir;
• spektral ötürmə - isıq buraxma tələbatları (rəngli
şüşələr üçün).
12
li. OPTİK ŞÜŞƏ VƏ ONUN İSTEHSALI
2.1. Optik şüşə və onun istehsalı
Şüşənin əsas tərkib hissəsi kremnezdən S i02 və
ona əlavə olunan müxtəlif oksidiərdən (natrium, kalsium,
kalium, barium, magnezium, aiüminium, qurğuşun oksid-
ləri), fosfor duzu və ftor turşusu və b. kimyəvi birləşmə
lərdən ibarətdir. Bu əlavələr geniş optik diapozona və
xüsusiyyətlərə malik şüşə markaları almağa imkan verir.
Şüşənin xətti genişlənmə əmsalı a=(60-70)10'7-dir.
Bir sıra kimyəvi maddələr, məsələn S i02 silisium
oksidi, B20 5 bor anhidridi, P20 5 fosfor anhidridinin ərintisi-
nin soyudulması şüşəyəbənzər hala çevrilir. Bəzi kimyəvi
maddələr (məsələn, Al20 3 gili) şüşəni formalaşdırır.
Şüşəni formalaşdıran müxtəlif maddələr qrupları da vardır:
silikat (S i02 əsası), borat (B2Os əsası), fosfat (P2Os əsası)
və başqaları. Şüşəni formalaşdıran əsaslar şüşədə disper-
siyanın gedişinə əsas təsir göstərir.
Çoxkomponentli optik şüşələrin əksəriyyəti, onların
optik xüsusiyyətlərinin müxtəlifliyi, Mendeleyev dövri
sisteminin çox elementlərinin oksidlərinin müxtəlif nisbət
lərində tərkibə daxil etlməklə əldə edilir (şəkil 2.1). Hər
oksid şüşənin optik xüsusiyyətlərinə müəyyən təsir göstə
rir. Məsələn, silisium oksidi şüşənin tərkibində çox
olduqca, onun sınma göstəricisi azalır.
Şüşənin struktur toru bir neçə maddələrin, məsələn,
AI2O3 gilinin başqa maddələrlə əridilməsi nəticəsində
yaradılır.
Şəkil 2.1. Qızdırma zamanı şüşənin aqreqat halının dəyişməsi: bərk şüşə, 1- bənzər maddə; 2- yumşaldılmış şüşə kütləsi;3- maye şüşə
Şüşə kütlələrinin əridilmə texnologiyasının yüksəl
dilməsi üçün ərintinin temperaturunun azaldılması, qatı-
lığın azaldılması və şüşənin kimyəvi davamlığının artırıl
14
ması - tərkibə qələvi-torpaq elementlərinin (kalium, litium,
kalsium) oksidləri daxil edilir. A/2O3 oksidlərinin az miq
darda əlavə edilməsi şüşənin kristallaşdırma qabiliyyətinin
azalmasına imkan yaradır. Ümumi halda arsenin, sürmə
və kükürd birləşmələri (0,2 - 1 % miqdarında) əridilmiş
şüşə kütləsinin şəffaflaşdırıcıları kimi istifadə edilir. Onlar
ərimə prosesində qabarçıqların məhv edilməsini sürət
ləndirir və dəmir oksidlərinin zərərli boya qarışıqlarını
neytrallaşdırır.
Şüşə istehsalı texnologiyasında [17] həmçinin kim
yəvi maddələr tətbiq edilir. Bişirmənin başlanğıc dövründə
şüşə kütləsinin qatdığı müvəqqəti aşağı salınır və prosesin
aparılmasını sürətləndirir. Belə maddələrə ammonium
sulfatı, kalium biftoridi və başqaları aiddir. Gələcəkdə onlar
parçalanaraq oksidlər yaradir və ya qazaoxşar birləşmələr
şəklində buxarlanırlar. Optik şüşələrin sintetik tərkibinə
adətən 4 - 1 2 müxtəlif oksidlər daxildir. Məsələn, K mar
kalı şüşə tipi yeddi oksidə malikdir: SİO2 - 72 %; B2O3 -
8,15 %; K20 - 10,45 %; Na20 - 7,20 %, CaO - 1,55 %;
MgO - 0,45 %; A120 3 - 0,20 %.
Optik şüşənin iki növü vardır:
15