СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ СЕЛЕНИДА ЦИНКА Российский патент 2008 года по МПК C30B33/10 C30B29/48 

Описание патента на изобретение RU2338014C2

Заявляемое изобретение относится к способам обработки оптических материалов и касается разработки способа обработки массивных (диаметром до 200 мм) оптических элементов из селенида цинка, используемых в качестве пассивных оптических элементов высокомощных CO2-лазеров и других приборов, работающих в ИК-диапазоне длин волн.

Известен способ обработки оптических материалов из селенида цинка, включающий химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника инертного полимерного материала Politex, и химического активного компонента - полирующего раствора в виде устойчивых, растворимых в воде гипогаллитов щелочных или щелочноземельных металлов, при этом полировку ведут при давлении 100-500 г/см2, с постоянным поддержанием поверхности селенида цинка в смоченном избыточным количеством упомянутого полирующего раствора состоянии, с последующим удалением с отполированной поверхности остатков полирующего раствора током неполирующей среды, например воды (см. патент США №3869323, опубл. 04.03.75).

Недостатком способа является то, что он не обеспечивает возможность получения оптического элемента с высоким качеством геометрии поверхности и высоким качеством ее чистоты, из-за применения в качестве материала полировальника мягкого синтетического материала. Известен способ обработки оптических элементов из селенида цинка, включающий предварительную шлифовку микропорошками окиси алюминия и последующую глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника пекоканифольной полировочной смолы с температурой размягчения (по кольцу и шару) 63°С. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) использовали дистиллированную воду, в которую, на конечной стадии, добавляли небольшие количества окислителя следующего состава: 100 мг перманганата калия, 10 мл серной кислоты и 40 мл воды. Полирование проводили при удельном давлении 25-300 г/см2 (Гаврищук Е.М. и др. // Прикладная физика, 2005, №5, с.107-111).

Способ обеспечивает высококачественную обработку поверхности образца селенида цинка, отвечающую 3 классу чистоты без ухудшения плоскостности.

Недостатком способа является то, что он разработан с использованием в качестве материала полировальника пекоканифольной полировочной смолы, которая не вырабатывается отечественной промышленностью. Предприятия оптической промышленности сами подбирают и готовят составы смол для полирования выпускаемых изделий. Приготовление пекоканифольных смол является сложным технологическим процессом, с одной стороны, а с другой стороны - упомянутые смолы неустойчивы, состав их со временем меняется, что вызывает неудобства при их использовании.

Известен способ обработки оптических элементов из селенида цинка, включающий глубокую шлифовку микропорошками оксида алюминия с последующей глубокой химико-механической полировкой с использованием в качестве материала полировальника смол на основе модифицированной живичной канифоли с температурой размягчения 56-73,5°С и активного химического компонента, в качестве которого использовали 1 М раствор азотной кислоты. Полировку проводили при температуре окружающей среды. Полученная поверхность отвечает 4 классу чистоты по ГОСТ 11141-84 (Гаврищук Е.М. и др. / Неорганические материалы, 2006, том 42, №7, стр.775-780).

Задачей авторов настоящей статьи являлось исследование химико-механической полировки селенида цинка с использованием полировочных смол на основе модифицированной живичной канифоли и изучение влияния температуры размягчения полировальной смолы на скорость съема материала и оптические характеристики поверхности селенида цинка. Давление, при котором проводили полировку селенида цинка, указано конкретно на изделие, при котором проводили исследования.

Упомянутый способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является недостаточно высокое качество обработки поверхности селенида цинка, что ограничивает область его практического использования.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа обработки оптических элементов из селенида цинка, полученного CVD-методом, направленного на повышение качества обработки поверхности селенида цинка за счет повышения ее чистоты в сочетании с заданной геометрией поверхности образца.

Эта задача решается за счет того, что в способе обработки оптических элементов из селенида цинка, включающем глубокую шлифовку и последующую глубокую химико-механическую полировку при температуре окружающей среды с использованием в качестве материала полировальника смол на основе модифицированной живичной канифоли, химически активного компонента и смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), согласно заявляемому изобретению используют смолу с температурой размягчения 50-80°С, в качестве химически активного компонента используют азотную или хлорную кислоты или их смесь с концентрацией раствора 0,5-5 М и полировку ведут при давлении 25-500 г/см2.

В качестве СОЖ предпочтительно использовать дистиллированную воду, обеспечивающую наиболее высокую чистоту обработки поверхности.

В качестве модификаторов канифоли предпочтительно использовать гликоли, например диэтиленгликоль, глицерин, или диенофилы, например акриловую кислоту, обеспечивающие наиболее высокую чистоту обработки поверхности.

Заявляемый способ позволяет получить поверхность селенида цинка, отвечающую 3 классу чистоты поверхности по ГОСТ 11141-84 с отклонением от плоскости не более одного интерференционного кольца с местной ошибкой не более 0,1 интерференционного кольца. Скорость съема материала составляет (4-11)·10-3 (г/ч·см2).

Опытным путем было установлено, что использование смол с температурой размягчения 50-80°С является оптимальным с точки зрения качества геометрии и чистоты поверхности селенида цинка. Использование смол с температурой размягчения ниже 50°С и выше 80°С не обеспечивает высокого качества геометрии и чистоты поверхности. При температуре размягчения ниже 50°С смола будет слишком мягкая для удержания зерна полирующего микропорошка, а при температуре выше 80°С - слишком жесткая для получения требуемой чистоты поверхности.

Давление в интервале 2,5-500 г/см2, при котором ведут полировку, является оптимальным с точки зрения геометрии и чистоты поверхности селенида цинка, с одной стороны, и скорости съема слоя материала, с другой. Опытным путем было установлено, что проведение полировки при давлении ниже 2,5 г/см2 резко снижает скорость съема слоя материала, а при давлении выше 500 г/см2 качество поверхности ухудшается за счет микроразрушений материала.

В процессе химико-механической обработки использование азотной или хлорной кислот или их смеси с концентрацией 0,5-5 М обеспечивает максимально возможную скорость съема материала, при этом обработанная поверхность соответствует 3 классу чистоты согласно ГОСТ 11141-84. Все упомянутые признаки являются существенными, т.к. каждый из них необходим, а вместе они достаточны для решения поставленной задачи - разработки способа обработки оптических элементов из селенида цинка, обеспечивающего повышение чистоты в сочетании с заданной геометрией поверхности образца.

Пример 1. Обработке подвергали CVD-селенид цинка с площадью поверхности 25 см2 и толщиной 5 мм. Поверхность последовательно шлифовали микропорошками окиси алюминия с размером зерна 20, 10 и 5 мкм соответственно, затем проводили глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника смолы с температурой размягчения 59°С на основе живичной канифоли, модифицированной диэтиленгликолем. Полирование проводили при давлении 345 г/см2 в течение 105 минут. В процессе полирования в зону обработки добавляли азотную кислоту с концентрацией 1 моль/л и дистиллированную воду. Скорость съема слоя материала составляла 8,6·10-3 (г/ч·см2). Обработанная поверхность соответствует З классу чистоты согласно ГОСТ 11141-84, с отклонением по плоскости не более одного интерференционного кольца (N≤1), местная ошибка не превышала 0,1 интерференционного кольца (ΔN≤1).

Пример 2. Обработке подвергали CVD-селенид цинка с площадью поверхности 86 см2 и толщиной 3 мм. Поверхность последовательно шлифовали микропорошками окиси алюминия с размером зерна 20, 10 и 5 мкм соответственно, затем проводили глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника смолы с температурой размягчения 59°С на основе живичной канифоли, модифицированной диэтиленгликолем. Полирование проводили при давлении 162 г/см2 в течение 105 минут. В процессе полирования в зону обработки добавляли азотную кислоту с концентрацией 1 моль/л и дистиллированную воду. Скорость съема слоя материала составляла 1,95·10-3 (г/ч·см2). Обработанная поверхность соответствует З классу чистоты согласно ГОСТ 11141-84, с отклонением по плоскости не более одного интерференционного кольца (N≤1), местная ошибка не превышала 0,1 интерференционного кольца (ΔN≤1).

Пример 3. Обработке подвергали CVD-селенид цинка с площадью поверхности 86 см2 и толщиной 3 мм. Поверхность последовательно шлифовали микропорошками окиси алюминия с размером зерна 20, 10 и 5 мкм соответственно, затем проводили глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника смолы с температурой размягчения 59°С на основе живичной канифоли, модифицированной диэтиленгликолем. Полирование проводили при давлении 162 г/см2 в течение 105 минут. В процессе полирования в зону обработки добавляли смесь азотной и хлорной кислот с концентрацией 2 моль/л и дистиллированную воду. Скорость съема слоя материала составляла 2,4·10-3 (г/ч·см2). Обработанная поверхность соответствует З классу чистоты согласно ГОСТ 11141-84, с отклонением по плоскости не более одного интерференционного кольца (N≤1), местная ошибка не превышала 0,1 интерференционного кольца (ΔN≤1).

Пример 4. Обработке подвергали CVD-селенид цинка с площадью поверхности 25 см2 и толщиной 5 мм. Поверхность последовательно шлифовали микропорошками окиси алюминия с размером зерна 20, 10 и 5 мкм соответственно, затем проводили глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника смолы с температурой размягчения 61°С на основе живичной канифоли, модифицированной акриловой кислотой. Полирование проводили при давлении 450 г/см2 в течение 105 минут. В процессе полирования в зону обработки добавляли азотную кислоту с концентрацией 5 моль/л и дистиллированную воду. Обработанная поверхность соответствует З классу чистоты согласно ГОСТ 11141-84, с отклонением по плоскости не более одного интерференционного кольца (N≤1), местная ошибка не превышала 0,1 интерференционного кольца (ΔN≤1).

Пример 5. Обработке подвергали CVD-селенид цинка с площадью поверхности 25 см2 и толщиной 5 мм. Поверхность последовательно шлифовали микропорошками окиси алюминия с размером зерна 20, 10 и 5 мкм соответственно, затем проводили глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника смолы с температурой размягчения 61°С на основе живичной канифоли, модифицированной акриловой кислотой. Полирование проводили при давлении 30 г/см2 в течение 200 минут. В процессе полирования в зону обработки добавляли азотную кислоту с концентрацией 0,5 моль/л и дистиллированную воду. Обработанная поверхность соответствует З классу чистоты согласно ГОСТ 11141-84, с отклонением по плоскости не более одного интерференционного кольца (N≤1), местная ошибка не превышала 0,1 интерференционного кольца (ΔN≤1).

Похожие патенты RU2338014C2

название год авторы номер документа
Способ абразивной обработки металлооптических зеркал 2002
  • Алиференко М.А.
  • Каплан Б.М.
  • Миронов Б.Н.
  • Павлов К.Н.
  • Смирдин Н.В.
  • Судаков В.Ю.
  • Экман Е.В.
RU2223850C1
ПОЛИРОВАЛЬНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТИПА А В> И СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТИПА А В> 1999
  • Мустафаев А.Г.
  • Тешев Р.Ш.
RU2170991C2
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛИРОВАЛЬНИКА 1992
  • Фролов А.В.
  • Суханов А.Е.
  • Недосекин А.Г.
  • Мамонов С.К.
  • Уткин Н.И.
  • Мизев А.В.
  • Маслов В.П.
  • Чистов А.А.
  • Романовцева Т.Н.
RU2041891C1
Алмазно-абразивный состав для полирования боратных стекол 1975
  • Морозов Э.Н.
  • Морозов И.А.
SU563006A1
СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 2007
  • Острун Борис Наумович
RU2347659C2
Состав для подложки полировального инструмента 1990
  • Николаев Николай Александрович
  • Сироткин Леонид Викторович
SU1835422A1
СПОСОБ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПЛАСТИН АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ 2014
  • Киселева Лариса Васильевна
  • Болтарь Константин Олегович
  • Власов Павел Валентинович
  • Еремчук Анатолий Иванович
  • Ефимова Зинаида Николаевна
  • Лопухин Алексей Алексеевич
  • Савостин Александр Викторович
RU2545295C1
КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2014
  • Попок Надежда Александровна
RU2562492C1
СПОСОБ ПОЛИРОВКИ КРИСТАЛЛОВ ХЛОРИДА СЕРЕБРА 2006
  • Колесников Николай Николаевич
  • Горячев Анатолий Николаевич
  • Берзигиярова Надежда Сергеевна
RU2311499C1
Полировальный состав 1978
  • Сочнева Валентина Георгиевна
  • Зайцева Валентина Ивановна
  • Довгань Михаил Евдокимович
  • Говорова Римма Александровна
SU794052A1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ СЕЛЕНИДА ЦИНКА

Изобретение относится к способам обработки массивных (диаметром до 200 мм) оптических элементов из селенида цинка, используемых в качестве пассивных оптических элементов высокомощных СО2-лазеров и других приборов, работающих в ИК-диапазоне длин волн. Способ включает глубокую шлифовку микропорошками окиси алюминия и глубокую химико-механическую полировку с использованием в качестве материала полировальника смол на основе модифицированной живичной канифоли с температурой размягчения 50-80°С, химически активного компонента, в качестве которого используют азотную или хлорную кислоты или их смесь с концентрацией 0,5-5 М и смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Полировку ведут при давлении 25-500 г/см2. Способ позволяет получить поверхность селенида цинка, отвечающую 3 классу чистоты поверхности по ГОСТ 11141-84 с отклонением от плоскости не более одного интерференционного кольца с местной ошибкой не более 0,1 интерференционного кольца. Скорость съема материала при упомянутых условиях обработки составляет (4-11)·10-3 г/ч·см2. 2 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 338 014 C2

1. Способ обработки оптических элементов из селенида цинка, включающий глубокую шлифовку и последующую глубокую химико-механическую полировку при температуре окружающей среды, с использованием полировочных смол на основе модифицированной живичной канифоли, химически активного компонента и смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), отличающийся тем, что используют смолы с температурой размягчения 50-80°С, в качестве химически активного компонента используют азотную или хлорную кислоты или их смесь с концентрацией 0,5-5М, а полировку ведут при давлении 25-500 г/см2.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификаторов живичной канифоли используют гликоли или диенофилы.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве СОЖ используют дистиллированную воду.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2338014C2

ГАВРИЩУК Е.М
и др
Полирование ZnSe с использованием смол на основе канифоли
«Неорганические материалы», т.42, №7, 2006, с.775-780
ГАВРИЩУК Е.М
и др
Влияние условий полирования на качество обработки оптических поверхностей элементов из селенида цинка для изделий, работающих в ИК-диапазоне
«Прикладная физика», №5, 2005, с.107-111
US 3869323 А, 04.03.1975.

RU 2 338 014 C2

Авторы

Гаврищук Евгений Михайлович

Кушнир Светлана Рафаиловна

Радбиль Беньюмин Александрович

Тимофеев Олег Владимирович

Даты

2008-11-10Публикация

2006-12-04Подача