Влияние теплового расширения конструкционных материалов на оптический контакт и стабильность периметра кольцевого лазерного гироскопа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Катков, Александр Анатольевич

• Катков, Александр Анатольевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Катков, Александр Анатольевич

Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретическое исследование оптического контакта

1.1. Виды соединений оптических деталей

1.2. История создания ОК

1.3. Физические свойства ОК

1.4. Роль воды в образовании ОК

1.5. Взаимодействие воды с поверхностью и водородная связь

1.6. Влияние температурных воздействий на состояние поверхности

1.7. Физико-химическая модель ОК

1.9. Методы упрочнения оптического контакта

1.10. Метод гидроксидного катализа

Выводы к главе 1

Глава 2. Экспериментальные исследования оптического контакта

2.1. Цели и подготовка эксперимента

2.2. Определение механизма взаимодействия

2.3. Влияние технологии финишной очистки и ТВО

2.4. Методы упрочнения соединения

2.5. Прочность ОК ситалла Оеагсегат

2.6. Проблема разности ТКЛР материалов, соединяемых ОК

2.7. Напряжения в ОК, возникающие из-за разницы ТКЛР

2.8. Статистическое исследование влияния неплоскостности

сопрягаемых деталей на качество ОК

Выводы к главе 2

Глава 3. Влияние TKJIP материалов, используемых в лазерной гироскопии, на эксплуатационные характеристики прибора

3.1. Проблема TKJIP материалов в лазерной гироскопии

3.2. Общие сведения о ситаллах

3.3. Влияние различных факторов на свойства ситаллов

3.4. Влияние свойств ситалла на тепловое расширение резонатора

3.5. Влияние высокотемпературных отжигов

3.6. Поиск нового материала для производства резонаторов

3.7. Исследования развития свилей в материале Clearceram

3.8. Сравнение материалов СО-115М и Clearceram

3.9. Влияние высокотемпературных отжигов на TKJIP перспективного материала Clearceram

3.10. Экспериментальное исследование пьезопривода

ж

термокомпенсирующей конструкции

3.11. Оптимизация конструкции пьсзокорректора

Выводы к главе 3

Основные результаты работы и выводы

Список используемых сокращений

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние теплового расширения конструкционных материалов на оптический контакт и стабильность периметра кольцевого лазерного гироскопа»

Введение

Современное приборостроение в значительной степени ориентировано на применение бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИМС). Характерные для настоящего времени требования к увеличению дальности полета при сохранении жестких требований к точности выхода в заданную точку маршрута наилучшим образом обеспечиваются при построении БИНС на основе безроторных гироскопов, к каким относится лазерный гироскоп (ЛГ). Такие его свойства, как высокая точность, широкий диапазон измеряемых скоростей, малая чувствительность к перегрузкам, удобство при согласовании с вычислительными устройствами, осуществляющими обработку информации, обеспечивают его использование для различных применений, а именно, в системах ориентации космических аппаратов, в гражданской авиации, в геодезических системах, в морской навигации и в других специальных областях.

К основным преимуществам ЛГ относятся [1]:

- практически мгновенное включение (несколько миллисекунд);

- возможность работы в широком интервале температур (от минус 60°С до 100°С);

- достаточно высокая точность измерения углового перемещения (погенци-

3 .¿j

альная точность таких датчиков оценивается величиной порядкаЮ" — 10" °/час, реальная точность достигает 0,01... 1 °/час);

- отсутствие подвижных частей.

В России производством лазерных гироскопов и инерциальных систем на их основе занимаются: НИИ "Полюс", Раменский приборостроительный завод, Серпуховской завод "Металлист», Арзамасское НПП "Темп-Авиа", Тамбовский завод "Электроприбор". За рубежом - ГП "Завод Арсенал" (Украина), Honeywell (США), Northrop Grumman (США), в которую вошли такие известные фирмы как Litton и Sperry, Kearfott (США), L-3 Communications (США), Sagem (Франция), Thales (Франция), Tamam (Израиль) и др. [2], [3].

В настоящее время одним из насущных вопросов лазерной гироскопии является повышение надежности и долговечности чувствительного элемента - лазерного гироскопа, поскольку приборы на основе ЛГ до своего использования могут в течение длительного времени храниться на складах без возможности обновления газового состава резонатора, кроме того, эти приборы не могут быть реставрированы в составе БИНС.

Газовая смесь, находящаяся в резонаторе, должна сохранять свой состав неизменным в течение не менее 15 лет, давление газовой смеси при этом составляет 612 Па. Чистота рабочих газов имеет очень высокое значение для эффективности работы лазера и срока его эксплуатации. Максимальное количество примесей не должно превышать 0,001 %, а также состав примесей имеет высокое значение. Поэтому для лазерных гироскопов существует необходимость поддерживать чистоту рабочей смеси по примесям, а именно, по водороду, азоту, оксиду углерода, и обеспечивать условия для поддержания высокого и стабильного вакуума в течение всего срока службы прибора.

Постоянство гелий-неоновой смеси во внутреннем объеме резонатора зависит от нескольких факторов, основными из которых являются: качество оптического контакта (ОК), с использованием которого к корпусу резонатора присоединены все навесные элементы, качество пайки в соединениях "ситалл - металл", используемых при изготовлении блока электродов, и качество основного конструкционного материала.

В диссертации подробно рассмотрены два основных фактора, влияющих на надежность и долговечность лазерного гироскопа: 1) оптический контакт: рассмотрен механизм его образования; определены условия, влияющие на его качество; экспериментально подтверждены и предложены пути повышения его надежности; 2) конструкционный материал: рассмотрены основные материалы, используемые в лазерной гироскопии; исследованы свойства используемого в настоящее время материала - ситалла СО-115М и современного - Оеагсегат; определены способы парирования температурных изменений периметра резонатора вследствие нестабильности в широком температурном диапазоне такой важной

характеристики материала как температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР).

Как уже упоминалось выше, постоянство газовой смеси в объеме резонатора зависит от качества его герметизации от внешней среды, т.е. от качества ОК. Практически все фирмы, как российские, так и зарубежные, разрабатывающие ЛГ, используют схожие схемы ЛГ, где к корпусу резонатора, выполненному в виде моноблочной конструкции, методом ОК присоединяются оптические элементы, как это представлено на рис. 1.

Оптический контакт

контакт

Рис. 1. Корпус ЛГ с присоединенными к нему методом ОК навесными элементами.

Под оптическим контактом понимается разъемное соединение двух полированных хрупких деталей, сближенных на расстояние порядка нанометра в результате действия межмолекулярных сил между соединяемыми поверхностями без использования промежуточного клеящего слоя.

Изначально ОК применялся, в основном, в качестве технологического приема крепления деталей на приспособлениях при изготовлении оптических элементов (плоскопараллельных пластин, клиньев, призм) с высокими требованиями к точности формы и взаимному расположению пластинок. Этот способ фиксации заготовок на приспособлениях при соответствующей точности последних позво-

ляет получать поверхности с отступлением от плоскостности N < 0,1; AN < 0,05, а их взаимное расположение выдерживается с точностью до 0,5 — 1,0".

В настоящее время оптический контакт применяют также для соединения оптических деталей в узлы вместо склеивания в тех случаях, где необходимо исключить влияние клеящего слоя на оптические характеристики сборки, или там, где применение клея нежелательно из-за больших деформаций соединяемых клеем поверхностей.

Для осуществления соединения подобным способом сопрягаемые поверхности должны удовлетворять достаточно жестким требованиям [4]: шероховатость Rz должна быть не более 0,05 по ГОСТ 2789-73 [5], чистота - не ниже III класса по ГОСТ 11141-84 [б]. Допустимые отклонения соединяемых поверхностей от плоскостности составляют: при диаметре соединяемых поверхностей 10-20 мм общая ошибка N - 0,2 кольца (длина волны Х=0,6328 мкм), при диаметре 20-100 мм — 0,3 кольца, при диаметре 100-250 мм - N- 0,5 кольца. Значение локальной неплоскостности AN не должно превышать 0,1 кольца.

В реальности для контроля величины шероховатости поверхности в мире более распространено использование значения S (rms) — среднеквадратичной шероховатости [7], которая рассчитывается по формуле (1):

В этом случае профиль поверхности определяется вдоль линии длиной Ь. Эта линия определяет средний уровень поверхности таким образом, что площади, ограниченные профилем, лежащие выше и ниже этой линии, оказываются равными друг другу. N — количество дискретных точек, расположенных на одинаковом расстоянии вдоль линии Ь, в которых проводится измерение величины расстояния от точек поверхности до среднего уровня поверхности.

В настоящее время значение <5 составляет величину порядка нескольких ангстрем. Что касается оптической чистоты, то при производстве ЛГ используют оп-

(1)

тические детали, поверхности которых удовлетворяют требованиям не ниже II класса. Требования к неплоскостности поверхностей могут составлять для некоторых оптических элементов до N/AN= 0,7/0,5 кольца.

Перед посадкой па ОК поверхности корпуса и соединяемых с ним зеркал и блока электродов, удовлетворяющие указанным выше требованиям, подвергают химобработке, затем очищенные поверхности соединяют с незначительным усилием. При сближении поверхностей па расстояние в несколько десятков ангстрем они прочно соединяются за счет сил молекулярного сцепления.

Механическая прочность соединения составляет для оптических стекол от 0,4 до 0,8 МПа. Зависит она от большого числа факторов, основными из которых являются чистота соединяемых поверхностей, физико-химические свойства поверхности, точность формы, качество обработки, длительность хранения соединения. Очевидно, что для обеспечения надежности ЛГ прочность ОК нужно повышать, для чего необходимо понимать физико-химическую модель соединения и знать, что происходит с оптическим контактом при воздействии повышенных температур.

Применяемая на оптических предприятиях России технология изготовления корпусов и оптических элементов лазерных гироскопов, включая материал, разрабатывалась и внедрялась в 70-х годах прошлого века. Все соскшляющие технологии основывались на достижениях по материаловедению и оборудовании того времени, что сегодня накладывает некоторые ограничения при создании высокоточных и перспективных систем наведения и самонаведения.

Создание современных высокоточных систем наведения и самонаведения летательных аппаратов на базе ЛГ требует разработки технологии изготовления корпусов и других оптических деталей лазерных гироскопов с использованием стеклокерамического материала со специальными свойствами и с повышенными точностными требованиями к геометрическим и оптическим параметрам, обеспечивающим длительное время непрерывной и стабильной работы в широком интервале температур.

Увеличение времени работы ЛГ может быть достигнуто сочетанием нескольких решений, важнейшим и определяющим из которых является использование в ЛГ стеклокерамического материала с ультранизким температурным коэффициентом линейного расширения.

Применяемый в настоящее время ведущими фирмами России материал - си-талл СО-115М в качестве конструкционного в связи с возрастающими требованиями к системам наведения и самонаведения по точности, долговечности, времени непрерывной работы перестал удовлетворять по таким параметрам как: свильность, однородность и пузырность. Кроме того, диапазон изменения ТКЛР в интервале температур от минус 60°С до 100°С слишком велик для работы ЛГ в одномодовом режиме, к тому же направление изменения ТКЛР в рассматриваемом температурном диапазоне меняет знак, причем точка перехода через ноль колеблется от минус 60°С до 80°С в зависимости от партии ситалла.

При производстве ЛГ и для их стабильной и долговременной работы ТКЛР материала должен быть стабильным, а его изменение должно быть сведено к минимуму при изменении температуры от минус 60°С до 200°С.

Подобный материал производят и поставляют па рынок несколько крупных фирм в мире, это Zerodur фирмы Shott (Германия), Clearceram фирмы OHARA (Япония), ULE фирмы Corning и СО-115М производства ОАО "JI30C" (Россия).

В диссертации рассмотрены конструкционные материалы, отвечающие современным требованиям лазерной гироскопии, которые применяются отечественными и зарубежными фирмами при изготовлении лазерных датчиков.

При выборе материала руководствуются следующими критериями, удовлетворяющими требованиям производства лазерных гироскопов:

- ультранизкий ТКЛР для компенсации температурных уходов оптического периметра резонатора;

- низкая газопроницаемость для обеспечения вакуумной плотности и герметичности внутреннего объема резонатора;

- коэффициент пропускания для рабочих длин волн лазера должен превышать 85 % для обеспечения устойчивой генерации в резонаторе;

- химическая стойкость к агрессивным жидкостям для обеспечения возможности качественной очистки оптических поверхностей резонатора от полирующих композиций;

- высокая твердость для обеспечения возможности качественной полировки поверхности с прецизионной точностью.

В диссертации подробно рассмотрена проблема влияния ТКЛР конструкционных материалов на технологические и эксплуатационные характеристики кольцевого лазерного гироскопа (КЛГ). Одним из основных проявлений негативного влияния температурного расширения материалов является случай нарушения соединения оптических элементов резонатора в результате температурного прогрева, входящего в технологический процесс изготовления прибора, из-за разности ТКЛР соединяемых деталей, поскольку при относительно массовом производстве ЛГ трудно обеспечить ситуацию, когда одна из соединяемых поверхностей (корпус) и другая (например, зеркало) были бы изготовлены из ситалла одной варки и имели бы близкий ТКЛР. Такое нарушение ведет к разгерметизации внутреннего объема датчика и, следовательно, к нарушению генерации лазерного излучения. В этом случае многие операции приходится проводить заново, что существенно увеличивает время и стоимость изготовления КЛГ.

Другим проявлением является изменение длины оптического периметра резонатора в результате самопрогрева прибора и изменения окружающей температуры. Даже использование средств активной термокомпенсации, представляющей собой систему с обратной связью, основными исполнительными элементами которой являются пьезокорректирующие устройства, не позволяет полностью нивелировать температурные приращения периметра. В случае превышения возможностей активной компенсации происходит кратковременное нарушение лазерной генерации (пока система не изменит длину периметра на одну длины волны). Такие нарушения недопустимы в современных ЛГ. Для квадратного лазерного гироскопа со стороной 4 см необходимая точность поддержания длины периметра резонатора во всем интервале температур не превышает десяти ангстрем [8]. Поэтому при исследовании ТКЛР оптических ситаллов будет уместно определить его

влияние на тепловые уходы длины периметра резонатора лазерного гироскопа с целью создания более эффективной пассивной термокомпенсации.

Исходя из вышеизложенного, тематика диссертационной работы определилась следующими задачами:

1) уточнение физико-химической модели ОК, установление природы сил, действующих в соединении;

2) определение влияния температурных воздействий на химические процессы, происходящие при ОК;

3) рассмотрение методов, позволяющих упрочнить соединение;

4) установление влияния различия ТКЛР соединяемых материалов на напряжения, возникающие в ОК;

5) исследование ТКЛР существующих и перспективных материалов для лазерной гироскопии;

6) исследование влияния ТКЛР материалов на температурные уходы длины оптического периметра лазерных гироскопов с целью создания наилучшей пассивной термокомпенсации;

7) разработка конструкции пьезокорректирующего устройства с элементами пассивной термокомпенсации для парирования температурных приращений оптического периметра ЛГ при использовании различных конструкционных материалов.

Научная новизна результатов диссертации

1. Впервые с учетом технологии производства ЛГ исследован и уточнен механизм взаимодействия двух оптических поверхностей при соединении методом ОК, а именно:

- исследовано соединение, в котором только одна, либо обе детали подвергались высокотемпературному отжигу непосредственно перед осуществлением ОК;

- исследовано влияние технологии финишной очистки деталей непосредственно перед посадкой на ОК. Доказано, что использование чистящего средства

Eclipse не приводит к увеличению прочности соединения, но облегчает позиционирование деталей;

- подтверждено положительное влияние продолжительной термовакуумной обработки (ТВО) на прочность ОК;

- исследована взаимосвязь между неплоскостностыо поверхностей оптических элементов и процентом выхода годных приборов.

2. Впервые определена допустимая разность в TKJJP соединяемых деталей при определенной экспериментальным путем прочности сборки, достигаемой при существующей технологии производства ЛГ, и показаны пути улучшения качества соединения.

3. Впервые исследованы параметры ситалла СО-115М, используемого в серийном производстве ЛГ, в частности, ТКЛР, и показано, что разность средних значений ТКЛР в интервале рабочих температур прибора (от минус 60 до 90°С)

п

для различных партий материала может превышать 5-10" 1/°С, при этом температура изменения вектора расширения ситалла варьируется в диапазоне от минус 60 до 80°С.

4. Впервые достигнуто время непрерывной работы прибора без переключения на соседнюю моду в течение 4-х и более часов путем использования пассивной компенсации температурных приращений оптического периметра резонатора ЛГ.

5. Впервые разработана конструкция пьезопривода с термокомпенсацией, позволяющая увеличить время непрерывной работы прибора.

Защищаемые положения

1. Исследованы и определены параметры технологических процессов и характеристики сопрягаемых оптических поверхностей для обеспечения необходимой прочности ОК при изготовлении резонаторов ЛГ.

2. Разработанный комплекс дополнительных требований к параметрам материалов, используемых в лазерной гироскопии, позволил выбрать, опробовать

и рекомендовать к применению альтернативный конструкционный материал для производства ЛГ, а именно, Clearceram-Z Regular, фирмы OHARA (Япония).

3. Модернизированный и опробованный в производстве метод пассивной компенсации температурных уходов периметра резонатора ЛГ обеспечивает непрерывную работу прибора без переключения моды во всем интервале рабочих температур.

Практическая ценность результатов работы

1. Внедрена в производство инструкция входного контроля основного конструкционного материала для производства ЛГ.

2. Рекомендован к применению в выпускаемых датчиках новый конструкционный материал Clearceram-Z Regular для производства оптических элементов ЛГ.

3. Результаты работы позволили разработать техническое задание (ТЗ) для создания нового конструкционного материала, удовлетворяющего современным требованиям, предъявляемым к ЛГ, на основе которого была поставлена ОКР «Ситалл-ЛГ» с бюджетным финансированием па Лыткаринском заводе оптического стекла.

4. Разработана конструкция термокомпенсирующего блока пьезоэлектрического, который совместно с использованием нового конструкционного материала Clearceram-Z Regular обеспечивает режим работы прибора без смены моды во всем интервале рабочих температур.

5. Увеличено время непрерывной работы кольцевого лазерного гироскопа ЭК-104С в одномодовом режиме с одного часа до четырех часов при сохранении точностных параметров прибора.

6. Внедрена в производство оптимизированная конструкция блока пьезоэлектрического, позволяющая увеличить вибро- и ударопрочность датчика, а также повысить на 20 ... 25 % динамический диапазон регулировки периметра при сохранении управляющих напряжений;

7. Уточнены требования к параметрам поверхности оптических элементов ЛГ (неплоскостности, степени гидрофильности, шероховатости) с целью оптимизации технологии мойки и финишной очистки деталей для осуществления качественного соединения методом оптического контакта.

Глава 1. Теоретическое исследование оптического контакта

1.1. Виды соединений оптических деталей

В настоящее время существуют различные методы для соединения оптических деталей, которые могут и зачастую успешно используются при производстве лазерных гироскопов. Все они имеют свои преимущества и недостатки, поэтому перед началом исследований необходимо уделить внимание рассмотрению основных методов соединения оптических элементов.

Основными требованиями, предъявляемыми к соединению оптических деталей в лазерной гироскопии, являются: вакуумная плотность, достаточная прочность, способность сохранять целостность в широком интервале температур, раз-борность, стойкость к химическим воздействиям. Кроме того, соединение должно осуществляться без нагревания сборки выше 200°С. Последнее требование связано с тем, что по существующей технологии среди материалов, используемых в ЛГ, имеется припой, нагрев которого выше данной температуры недопустим.

Итак, на сегодняшний день в современном оптическом приборостроении наиболее распространены следующие методы соединения оптических деталей [9]:

1. Наиболее часто используемым методом является метод склеивания. При использовании данной технологии на поверхность соединяемых деталей наносится слой клея. После этого соединение либо выдерживается в течение некоторого времени, либо подвергается температурному воздействию, либо подвергается воздействию ультрафиолетового излучения. Это недорогой и очень эффективный метод соединения оптических деталей. Но у такого способа присутствует ряд недостатков, недопустимых при использовании в лазерной гироскопии. К таким недостаткам относятся:

- чувствительность к высоким и низким температурам;

- плохая сопротивляемость химическим воздействиям;

- возможное смещение склеиваемых деталей относительно друг друга вследствие температурных воздействий;

- возможное выделение нежелательных газов из клеевого слоя, что для вакуумных соединений является недопустимым;

- неразборность клеевого соединения.

2. Еще одним распространенным видом соединения оптических деталей является диффузионная сварка. Для создания подобного соединения две оптические детали нагреваются и соединяются при приложении давления. При этом температура, при которой состоится соединение, должна составлять не менее 80% от температуры плавления материала. В случае использования ситаллов такая температура варьируется в пределах 800 - 1000°С, что является недопустимым для сборки лазерных гироскопов. Кроме того, такое соединение является неразъемным.

3. Метод соединения деталей с использованием промежуточного слоя жидкого стекла. При использовании данного метода соединяемые поверхности полируются, очищаются и покрываются расплавленным стеклом. Затем детали соединяются, причем температура стекла составляет 400-650°С, при этом к ним прикладывается давление. При соединении оптических деталей данным методом обеспечивается высокая механическая прочность и высокая химическая сопротивляемость.

В патенте [10] фирмы Honeywell описано соединение оптических элементов лазерного гироскопа с помощью промежуточного слоя жидкого стекла. Такой принцип соединения заметно уменьшает стоимость готового прибора по сравнению с ОК из-за уменьшения требований к качеству соединяемых поверхностей. Подобный способ сборки лазерных гироскопов применяется, например, при производстве лазерного гироскопа GG1308 (фирма Honeywell) [11]. Одним из основных недостатков данного метода является образование неразборного соединения и нагрев области сборки.

4. В одном из современных патентов фирмы Honeywell [12] приведен еще один интересный способ соединения деталей лазерного гироскопа. При ис-

пользовании этого метода на первом этапе на соединяемые поверхности оптических элементов (корпус-зеркало) наносится слой связующего материала. При этом соединяющие материалы подбирают таким образом, чтобы температура образования их сплава была ниже температуры плавления каждого из соединяемых материалов, а температура плавления сплава - выше температуры плавления связующего материала с самой низкой температурой плавления. На следующем этапе слой связующего материала на одной поверхности соединяют со слоем связующего материала на другой поверхности при температуре меньше температуры плавления любого из соединяемых материалов. Эффективность процесса может быть повышена путем нанесения дополнительного слоя между оптическим элементом и основным связующим слоем. Такие материалы выбираются исходя из того, что соединение между подобным материалом и основным связующим или поверхностью оптического элемента будет лучше, чем непосредственное соединение между оптическим элементом и основным связующим материалом.

Например, можно использовать сплав индия и золота на стеклокерамической подложке, на которую предварительно будет нанесен слой хрома. Температура плавления золота 1064°С, индия - 156°С. Если их соединить при температуре 40 -90°С, то они начнут диффундировать друг в друга, образуя сплав с температурой плавления 232 - 450°С, что заметно выше температуры плавления индия.

5. Наиболее подходящим для наших целей является соединение методом оптического контакта (OK) и некоторые его вариации. При традиционном OK поверхности оптических деталей полируются, очищаются и соединяются вместе без использования клея. К неоспоримым достоинствам подобного соединения относится его разборность без повреждения поверхностей соединяемых деталей. Это обусловлено небольшой механической прочностью соединения.

Такой метод соединения оптических деталей для лазерной гироскопии описан в патентах [13-16] фирмы Honeywell, [17 - 19] фирмы Singer, [20] фирмы Carl Zeiss, [21] L-3 Communications Corp. Полученное соединение может быть дополнительно герметизировано с помощью нанесения на контактную границу жидкого стекла, расплавленного индия или эпоксидной смолы.

Другие фирмы не приводят открытых данных по виду сборки своих изделий, обычно просто упоминают, что зеркала присоединяются к корпусу. Тем не менее исходя из схемы лазерных гироскопов видно, что их можно соединить представленными выше способами.

На отечественных предприятиях: ОАО "НИИ "Полюс" им. М.Ф.Стельмаха", Тамбовский завод "Электроприбор", Серпуховской завод "Металлист", Раменский приборостроительный завод (РПЗ), Арзамасское НПП "Темп-Авиа", а также ГП "Завод "Арсенал" (Украина) для сборки лазерных гироскопов применяют метод оптического контакта.

На сегодняшний день существует несколько вариаций технологии оптического контакта.

6. Метод прямого сращивания - аналогичный ОК метод соединения оптических деталей, используемый в полупроводниковой индустрии. Такая технология включает в себя дополнительный шаг - создание ковалентной связи между поверхностями, которая значительно сильнее связей в традиционном ОК. Это достигается путем нагрева сборки до температур 450-800°С. Этот метод практически аналогичен методу глубокого оптического контакта (ГОК). Дополнительный шаг также может включать в себя приложение давления к соединению. Являясь неразборным после приложения температурного воздейс твия, на этапе сборки

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Катков, Александр Анатольевич, 2016 год

Литература

1) Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в судостроительных измерительных комплексах//Изд-во «Судостроение». Л. 1977. 152 с.

2) Barbour N. М. Inertial Navigation Sensors // Advances in Navigation Sensors and Integration Technology. 2004. P.2-1 -2-22.

3) Белов A.B., Соловьева Т.И. Инновационные прикладная магистерская программа "Интеллектуальные лазерные навигационные системы" в МИЭМ НИУ ВШЭ для подготовки специалистов для обновляемых отечественных высокотехнологичных предприятий // Сетевой электронный научный журнал "Системотехника". 2012. №10. 8 с.

URL: http://www.systech.miem.edu.ru/?q=2l.doc

4) Окатов М.А., Антонов Э.А. и др. Справочник технолога-оптика // под ред. Окатова М.А. 2-е издание. Изд-во «Политехника». СПб. 2004. 679 с.

5) ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики // Изд-во «Стандартинформ». М. 2006. 7 с.

6) ГОСТ 11141-84. Детали оптические. Классы чистоты поверхностей. Методы контроля // Изд-во «Издательство стандартов». М. 1984. 24 с.

7) Потелов В.В. Высокоточные призменпые модули для оптико-электронных приборов и комплексов // Дис. д.т.н. М. 2009. 284 с.

8) Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных систем // под. общ. ред. д.т.н. Распопова В.Я. ГПЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». СПб. 2009. 280 с.

9) Mgatt С., Traggis N., Dessu К. Optical Fabrication: Optical contacting grows more robust // Laser Focus World. 2006. Vol. 42. №1. P. 95-98.

10) Cristina S., Timothy A. et. al. Seal and method of making same for gas laser//US 6,406,578 В 1.2002.

11) Vimnins M.F., Gallop L.D. Performance evaluation of the Honeywell GG 1308 miniature ring laser gyroscope // Defense research establishment Ottawa. Report №1166. 1993.49 р. URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/flilltext/u2/a266418.pdf.

12) Ford C., Piatt W. Solid liquid inter-diffusion bounding for ring laser gyroscopes // US 6,234,378 B1. 2001.

13) Weber M., Gustafson H. Ring laser angular rate sensor // EP 0 201 854 B1. 1990.

14) Altmann G., Weber M. Method of making a ring laser // EP 0 251 128 B1.

1992.

15) Barrett E., Bloomington M. Ion beam sputtered mirrors for ring laser gyros //US 4,848,909. 1989.

16) Podgorski T. Spiegelanordnung // EP 0 228 042 A2. 1986.

17) Ljong B., Krupick W. Path length controller for ring laser gyroscope // EP 0 293 528 Al. 1988.

18) Ljong B. et al. // Path length controller for ring laser gyroscope US 4,691,323. 1987.

19) Ljong B.etal. Indium seal for gas laser //US 4,153,317. 1979.

20) Guttner A. et al. Method of making laser gyro resonator blocks // US 5,181,306. 1993.

21) Morris et. al. Ring laser gyroscope with ion flux trap electrode // EP 0 998 771 Bl. 2000.

22) Thorland et al. Method of joining mirrors to ring laser gyro block assemblies // US 6,728,286 B2. 2004.

23) Gwo D. Hydroxide-catalyzed bonding // US 6 548 176 B1. 2003.

24) Ellife E.J., Bogenstahl J., Deshpande A. et. al. Hydroxide-catalysis bonding for stable optical systems for space // Class. Quantum Grav. № 22. 2005. P. 257-267.

25) Plobl A., Krauter G. Wafer direct bonding: tailoring adhesion between brittle materials // Materials Science and Engineering. R. 25. 1999. P. 1-88.

26) Haisma J., Spierings G. Contact bonding, including direct-bonding in a historical and recent context of materials science and technology, physics and chemistry. Historical review in a broader scope and comparative outlook // Materials Science and Engineering R. 37. 2002. P. 1-60.

27) Обреимов И.В, Трехов Е.С. Оптический контакт полированных стеклянных поверхностей //ЖЭТФ. 1957. №2. С. 185-193.

28) Качкин С.С., Лисицин Ю.В. Прочность соединения оптическим контактом стеклянных деталей // ОМП. 1980. №3. С. 34-36.

29) Лисицын Ю.В. Исследование контактного соединения полированных оптических поверхностей // Дис. к.т.н. Л. 1976. 193 с.

30) Баганов М.И., Васильев И.В., Лисицын Ю.В., Путилин Э.С. Бесклеевые соединения оптических деталей. Современное состояние. Перспективы развития//Научно-технический вестник. 2002. Вып. 5. С. 146-147.

31) Лаврентьев В.В. Исследование фактической площади контакта полимеров//Высокомолекулярные соединения. 1962. №8. С. 1151-1154.

32) Любовина Л.А. Механическая прочность оптического контакта при испытаниях на отрыв // ОМП. 1967. №3. С 41-43.

33) Журавлев Г.И., Лисицын ТО.В., Агафонов Э.П., Чаленко Н.С. О взаимосвязи разрушения с поверхностной энергией контактного соединения полированных оптических поверхностей // Докл. V Всес. симп. по механоэмиссии и ме-ханохимии твердых тел. Таллин. 1975. Т. 1. С. 254-259.

34) Качкин С.С., Листратова Г.В., Рыжакова В.А. Влияние масштабного и временного факторов на механическую прочность оптического контакта // ОМП. 1989. №3. С. 46-48.

35) Казаков E.H., Лисицин Ю.В., Путилин Э.С. Определение расстояния между контактирующими высокоточными поверхностями оптических материалов // Докл. VII всес. симп. по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Ташкент. 1981. Т. 2. С. 96-98.

36) Ахматов A.C., Болотич И.П., Овчарова Р.Д. Исследование методом эллипсометрии оптического контакта прозрачных диэлектриков // ОМП. 1975. №8. С. 9-10.

37) Золотарев В.М., Качкин С.С., Кураева Л.Н., Лисицын Ю.В. Спектроскопическое исследование поверхностей стекла, соединенных оптическим контактом // ОМП. 1977. №6. С. 69-70.

38) Золотарев В.М., Кураева JI.H., Качкин С.С., Лисицын Ю.В. Исследование механизма контактного взаимодействия плоских поверхностей диэлектриков // ФТТ. 1978. № 1.С. 177-181.

39) Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы // Изд-во «Наука». Новосибирск. 1982. 159 с.

40) Семибратов М.Н., Зубаков В.Г. и др. Технология оптических деталей // Учебник для оптических специальностей технических вузов. Под ред. Семибра-това М.Н. Изд-во «Машиностроение». М. 1978. 415 с.

41) Елхин П.М., Лисицын Ю.В., Поздняков О.Ф., Юдин B.C. Роль адсорбированной воды в контактном взаимодействии полированных поверхностей оптического стекла //ФХС. 1986. №5. С.611-614.

42) Елхин П.М., Журавлев Г.И., Лисицин Ю.В., Поздняков О.Ф., Юдин B.C. Масс-спектрометрическое исследование процесса разрушения оптического контакта // Тез. докл. X юбилейного всес. симп. по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Ростоа-иа-Дону. 1986. С. 132.

43) Поздняков О.Ф., Поздняков А.О., Регель В.Р. Экспериментальные исследования механической и термической стабильности межфазной области полимер-подложка // ФТТ. №5. 2005. С. 924-930.

44) Журавлев Г.И. Лисицын Ю.В. Исследование электроадгезионных явлений в контактном соединении оптических стекол //Докл. VII всес. симп. по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Ташкент. 1981. Т. 2. С. 32-36.

45) Holt R.B., Smith H.I., Gussenhoven M.S. Research on optical contact bonding// 1966. 43 p. URL: http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/643285.pdf

46) Tong Q., Gosele M. Wafer bonding and Layer Splitting for Microsystems // Adv. Matter. 1999. №11. P. 1409-1425.

47) Tong Q., Cha G., Gafiteanu R., Gosele U. Low temperature wafer direct bonding // Journal of microelectromechanical systems. Vol. 3. №1. P. 29-35.

48) Суворов А.Л., Богданович Б.Ю. Технологии структур кремний на изоляторе // Монография. МИЭТ. М. 2004. 407 с.

49) Качкин С.С. Роль воды в бесклеевом контактном соединении поверхностей неорганических диэлектриков // Оптический журнал. 1997. №7. С. 51-53.

50) Петрова J1.B., Калюкова E.H. Химия воды // Учебное пособие для студентов нехимических специальностей. УлГТУ. Ульяновск. 2004. 48 с.

51) Кузнецов A.M. Адсорбция воды на металлических поверхностях // Соросовский образовательный журнал. 2000. №5. С. 45-51.

52) Никитина JT.H. Таблицы равновесного удельного влагосодержания и энергии связи воды с материалами // Под ред. Лыкова A.B. Госэнергоиздат. М.-Л. 1963. 176 с.

53) Ершова Г.Ф., Зорин З.М., Чураев Н.В. ИК-спектры поглощения полимолекулярных адсорбционных слоев воды на поверхности кварца // Коллоидный журнал. 1979. №1. С. 19-23.

54) Айлер Р. Химия кремнезема // Перевод Л.Т. Журавлева, под ред. В.П. Пряшникова. Изд-во «Мир». М. 1982. Ч. 2. 712 с.

55) Алесковский В.Б. Химия надмолекулярных соединений // Изд-во С. петербургского ун-та. СПб. 1996. 256 с.

56) Чукин Т.Д. Химия поверхности и строение дисперсного кремнезема // Типография «Палладии» ООО «Принта». М. 2008. 172 с.

57) Сергеев Л.В., Байгожин А., Фаттахов С.Г. Адгезия органических полимеров к силикатному стеклу. II. Образование органосилоксановых пленок и их взимодействие с поверхностью оптического стекла // Высокомолекулярные соединения. 1962. №7. С. 977-980.

58) Сайко Д.С., Ганжа В.В. и др. Адсорбционные слои воды на поверхности тонких пленок алюминия // ЖТФ. 2009. №12. С. 86-91.

59) ГОСТ ИСО 14644-1-2002. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воздуха // Изд-во «Стандартинформ». М. 2006. 20 с.

60) Valiin О., Eineforse В., Hedlund С., Thornell G. Direct bonded quartz resonators // International frequency control symposium and PDA exhibition. Seattle. 2001. P. 345-348.

61) Грехов И.В., Костина J1.C. и др. Прямое сращивание кремниевых пластин с одновременным формированием диффузионных слоев // ЖТФ. 2001. №6. С. 45-51.

62) Грехов И.В., Костина JI.C. и др. Прямое сращивание пластин карбида кремния с регулярным рельефом на интерфейсе // Письма в ЖТФ. 2006. №10. С. 76-81.

63) Аргунова Т.С., Витман Р.Ф. и др. Снижение уровня упругих напряжений в структурах, полученных прямым сращиванием кремния // ФТТ. 1999. №11. С. 1953-1962.

64) Takeuchi Y., Miyagawa О., Kawai Т., Sawada К., Sata S. Non-adhesive direct bonding of tiny parts by means of ultraprecision trapezoid microgrooves // Microsystem technologies. 2001. №7. P. 6-10.

65) Reid S., Cagnoly G. et al. Influence of temperature and hydroxide concentration on the setting time of hydroxy-catalysis bonding // 2006. 7 p.

URL: http://www.ligo.org/pdf^public/reid02.pdf

66) Vaggel A.A., Enge D. et al. Hydroxide catalysis bonding of silicon carbide //journal of the European Ceramic Society. 2008. Vol. 28. P. 303-310.

67) Balaban В., Preston A., Mueller G. Hydroxide-catalysis bonding for space-based optical systems. 2006. 14 p.

URL: http://www.phvs.ufl.edu/REU/2006/reports/balaban.pdf

68) Moriceau H. A bright future for direct wafer bonding 11 CLEFS CEA. 2005. №52. P. 44-46.

69) Виноградов A.H., Запотылько H.P., Катков А.А., Матвеев E.B. Особенности оптического контакта в лазерной гироскопии // Сборник материалов «Всероссийской конференции молодых специалистов, ученых и студентов памяти главного конструктора, академика АН СССР В.И. Кузнецова». М., 2013. С. 52-53.

70) Виноградов А.Н., Запотылько IT.P., Катков А.А., Матвеев Е.В. Проблемы оптического контакта при соединении элементов гелий-неоновых лазеров // Оптический журнал. 2014. №4. С. 61-67.

71) Буин А.П. Влияние изменения температуры на деформацию деталей, установленных на оптический контакт // ОМП. 1959. №3. С. 33-37.

72) Smart R.N., Ramsey J.V. On the production and use optical contact bond // Notes on experimental technique and apparatus. 1964. Vol. 41. 514 p.

73) Запотылько H.P., Катков А.А., Полехин И.Н. Влияние неплоскостности оптических поверхностей на качество бесклеевого контактного соединения деталей // Труды XII межвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электроники, экологии и медицине». М. 2011. С. 194-199.

74) Анненков Ю.М., Ивашутенко А.С. Перспективные материалы и технологии в электроизоляционной и кабельной техники // изд-во Томского политехи. ун-та. 2011.212с.

75) Славуцкая И.В. Технология производства лазерных гироскопов за рубежом // Экспресс-обзор. 1986. №5. С. 1-28.

76) Сигаев В.Н., Михайленко Н.Ю. Наноструктурированные стекломате-риаллы и их применение в современной технике // учебно-методич. комплекс в 2 т. РХТУ им. Д.И. Менделеева. М. 2010. Т. 1. 148 с.

77) Алексеева И.П., Голубков В.В., Карапетян Г.О., Чуваева Т.Н. Изучение процесса кристаллизации литиевоалюмосиликатного стекла с добавками Zr02 // ФСХ. №3. 1979. С. 296-302.

78) Беленький Г.Л., Салаев Е.Ю., Сулейманов Р.А. Деформационные явления в слоистых кристаллах//Успехи физических наук. 1988. №1. С.89-124

79) Sprengard R., Binder К et al. On the interpretation of experimental Raman spectrum of ¡3-eucryptite LiAlSi04 from atomistic computer modeling // Journal of noncrystalline solids. 2000. № 274. P. 264-270.

80) Алексеева И.П., Димшиц О.С. и др. Фазовый распад и кристаллизация литиевоалюмосиликатных стекол с добавкой Z1-O2 // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Высокие технологии в оптических и информационных системах. 2005. Вып. 23. С. 14-21.

81) Игнатов A.M., Крехова ЕЛО. Создание технологии производства крупногабаритных заготовок оптического ситалла СО-115М // ОАО ЛЗОС. 5 с.

URL: www.oop-ros.org/maket/part2/2 20.doc

82) Варшал Б.Г. Изменение спектральных свойств алюмосиликатных стекол с двуокисью титана на начальной стадии кристаллизации // ФХС. 1981. №2. С. 215-222.

83) Чуваева Г.И., Подушко Е.В. Зависимость некоторых свойств ситаллов от содержания катализатора // ОМИ. 1966. №6. С.29-32.

84) Бужинский И.М., Жуковец Ж.Г. и др. Исследование свойств ситаллов системы LÍ2-AI2O3-P2O5-SÍO2 // ОМП. 1980. №9. С. 26-28.

85) Запотылько Н.Р., Катков A.A., Полехин И.Н., Тихменев Н.В. Влияние ТКЛР материалов, используемых в лазерной гироскопии, на эксплуатационные характеристики прибора // Вопросы оборонной техники. Серия 9. 2012. №6. С. 61-68.

86) Дилатометр DIL 402С. Каталог продукции фирмы NETZSCH. URL: www.netzsch-thermal-analysis.com/uploads/tx nxnetzschmedia/files/20 ru.pdf

87) Бужинский И.М, Жуковец Ж.Г. Исследование теплового расширения ситаллов на лазерном дилатометре в интервале температур от -60 до 80°С // Метрология. 1986. № 9. С. 38-42.

88) Белоногова E.K. Zerodur - уникальная стеклокерамика // Экспресс-информация. 1980. №18. С. 1-3.

89) Славуцкая И.В. Технология производства лазерных гироскопов за рубежом // Экспресс обзор. 1986. №15. С. 1-28.

90) Каталог продукции фирмы SCHOTT. Zerodur.

URL: www.schott.com/advanced optics/download/schott zerodur kataloa july 2011 en_pdf

91) Каталог продукции фирмы CORNUNG. ULE. URL: www.corning.com/workarea/showcontent.apsx7id-20993

92) Каталог продукции фирмы OHARA. Clearceram-Z. URL: www.oharacorp.com/pdf/ccz-brochure-med.res.pdf

©

93) Запотылько II.Р., Катков A.A., Недзвецкая A.A., Тихменев Н.В. Пье-зокорректор лазерного гироскопа для наноперемещеиий с дополнительной пассивной термокомпенсацией ухода периметра // Труды 1-й всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых «функциональные наномате-риалы для космической техники». М. 2010. С. 203-208.

94) Попов В.Д. Коррекция исходной формы биморфного зеркала сочетанием электрического и термического способов управления //

URL: http://pvd2.narod.ru/publ/TermocoiTection.htm

95) Albers et al. Apparatus for thermal tuning of path length control drivers // Patent US. 5,148,076. 1992.

96) Запотылько H.P., Катков A.A., Недзвецкая A.A. Пьезокорректор для компенсации тепловых вариаций длины оптического пути резонатора лазерного гироскопа // Оптический журнал. 2011. №10. С. 10-12.

97) Запотылько Н.Р., Катков A.A., Синельников А.О. Пассивная термокомпенсация оптического периметра лазерных гироскопов, изготовленных с использованием различных конструкционных материалов // Датчики и системы. 2014. №1. С. 8-13.

98) Колчев А.Б., Ларионов П.В., Фомичев A.A. Исследование тепловых дрейфов лазерных гироскопов с магнитооптической частотной подставкой // Электронный научный журнал «Исследовано в России». 2006. С. 2388-2397. URL: www.zhurnal.ape.relan.ru/articles/2006/249.pdf

99) Голяев Ю.Д., Колбас Ю.Ю., Толстенко К.А., Точилкин С.А. Система регулировки периметра для зеемаповского кольцевого лазера с настройкой на продольную моду с заданной четностью // Электронная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника. 1991. №1. С. 68-70.