НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o408.pdf (897.60Кб)

УДК 621.7-4+621.793/.795

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Развитие современной оптики определяется, прежде всего, точностью изготовления рабочих поверхностей оптических деталей. Поэтому на последней стадии изготовления оптической детали применяется ионно-лучевая обработка. В основе этого метода лежит распыление поверхности твердого тела высокоэнергичными ионами тяжелых газов. После интенсивной ионной обработки на поверхности астроситалла обнаружены микроскопические дефекты, внешне напоминающие сколы. Целью настоящей работы является исследование распределения поверхностной плотности дефектов по размерам, в зависимости от плотности ионного тока.
В качестве ионного источника применялся ускоритель с анодным слоем и фокусированным ионным пучком. Ускоритель работал на аргоне и создавал ионный пучок с гауссовым распределением плотности тока по радиусу. Компенсация избыточного положительного заряда ионного пучка происходила за счет ионизации остаточного газа. Для исключения влияния медленных ионов с периферийных областей ионного пучка, травление производилось через круглую диафрагму диаметром 40 мм.
Обработка поверхности образца производилась при напряжении разряда 3800 В и токе 50 мА в течении 30 мин. Максимальная плотность ионного тока на поверхности образца составляла 20,2 А/м², а плотность мощности – 5,4•10⁴ Вт/м².
Измерение распределения дефектов по размерам производилось в трех областях обработанной поверхности, соответствующих разным плотностям ионного тока: 20.2 А/м², 11.3 А/м², 3.4 А/м². Плотность дефектов определяется их количеством на единицу площади.
Полученные результаты показывают, что при увеличении плотности ионного тока снижается плотность дефектов на поверхности астроситалла. При этом наблюдается изменение вида функции распределения плотности дефектов по размерам: плотность маленьких дефектов снижается, а плотность больших – увеличивается. Также с ростом плотности ионного тока наблюдается увеличение размеров дефектов: при увеличении плотности ионного тока в 6 раз, средний размер дефектов увеличился в 1.6 раза.
Приведенные данные будут полезны для прогнозирования степени разрушения поверхности астроситалла при ионно-лучевом формообразовании, а также для определения минимальных допустимых плотностей мощности ионного пучка.

1. Абдулкадыров М.А., Аннушкин С.И., Герасимов В.М., Молев В.И., Патрикеев А.П., Румянцев В.В., Самуйлов А.В. Заготовки для астрономической оптики из оптического ситалла СО-115М // Формообразование оптических поверхностей: тр. международной академии «Контенант», Российское отделение. Т . 2. М ., 2005. С . 105 - 114.
2. Arnold T., Bohm G., Fechner R., Meister J., Nickel A., Frost F., Hansel T., Schindler A. Ultra-precision surface finishing by ion beam and plasma jet techniques – status and outlook // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2010. Vol. A 616, iss. 2-3. P. 147-156. DOI:10.1016/j.nima.2009.11.013
3. Frost F., Fechner R., Ziberi B., Völlner J., Flamm D., Schindler A. Large area smoothing of surfaces by ion bombardment: fundamentals and applications // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. Vol. 21, no. 22. Art. no. 224026. DOI: 10.1088/0953-8984/21/22/224026
4. Wilson S.R., Reicher D.W., McNeil J.R. Surface Figuring Using Neutral Ion Beams // SPIE Vol. 0966. Advances in Fabrication and Metrology for Optics and Large Optics. 1989. P. 74-81. DOI: 10.1117/12.948051
5. Ghigo M., Canestrari R., Spiga D., Novi A. Correction of high spatial frequency errors on optical surfaces by means of Ion Beam Figuring // SPIE Vol. 6671. Optical Manufacturing and Testing VII. 2007. Art. no. 667114. DOI: 10.1117/12.734273
6. Wenlin Liao, Yifan Dai, Xuhui Xie, Lin Zhou. Microscopic morphology evolution during ion beam smoothing of Zerodur surfaces // Optics Express. 2014.  Vol . 22, no . 1. P . 377-386. DOI :10.1364/OE.22.000377
7. Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Воробьев Е.В., Азербаев А.А. Влияние режима ионной обработки на плотность дефектов и разрушение поверхности астроситалла // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 12. С. 181-191. DOI:10.7463/1214.0748236
8. Духопельников Д.В., Воробьев Е.В., Ивахненко С.Г. Исследование и оптимизация характеристик ионного источника ИИ-200 // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2011. № 10. Режим доступа: http://www.technomag.edu.ru/doc/230165.html (дата обращения 01.05.2015).
9. Воробьев Е.В., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Жуков А.В., Кириллов Д.В., Марахтанов М.К. Холловский ускоритель с фокусированным пучком для наноразмерной обработки крупногабаритных зеркал оптических телескопов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. Спец. вып. Ионно-плазменные технологии. С. 35-41.
10. Марахтанов М.К., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Воробьев Е.В., Крылов В.И. Влияние азимутального отклонения ионов плазменной струи на тяговый КПД двигателя с анодным слоем // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 12. С. 219-232. DOI:10.7463/1212.0483944
11. Марахтанов М.К., Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Воробьев Е.В. Экспериментальное подтверждение эффекта азимутального отклонения ионов в двигателях с анодным слоем // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 11. С. 233-238. DOI:10.7463/1112.0483882