Високоточна обробка сапфіра
Сапфір завдяки своїм унікальним фізичним властивостям може використовуватися для виготовлення оптичних виробів, що працюють в екстремальних умовах, тобто при впливі високих температур, тисків, механічних навантажень, агресивних середовищ і радіації.
Для успішного застосування оптичних виробів вирішальне значення має якість полірованої поверхні. Існувала раніше технологія полірування сапфіра, яка характеризувалася застосуванням сильних хімічних впливів, приводила до досить високого класу шорсткості поверхні (Ra порядку 10А), але не забезпечувала скільки-небудь оптично точну форму поверхні, навіть для плоских вікон. Вироби, виготовлені за такою технологією, масово застосовуються в годинниковій промисловості, в електроніці і т.д. але рідко придатні для точних оптичних приладів.
Компоненти для приладів традиційно виготовлялися шляхом механічної обробки, що призводило до більш високої точності форми поверхні, однак не забезпечувало високих параметрів оптичної чистоти і шорсткості.
Головна складність суміщення механічної та хімічної обробки полягала в тому, що застосовувані суспензії - травители сапфіра руйнували матеріали полірувального інструменту.
В результаті досліджень, проведених в нашій компанії, була розроблена нова технологія хіміко-механічної поліровки сапфіра, що забезпечує мінімальну шорсткість і, одночасно, високі вимоги по чистоті і точності оптичної поверхні.
Шорсткість поверхні
Шорсткість поверхні в процесі полірування контролювалася на атомно-силовому мікроскопі (АСМ) Solver Pro.
На малюнках приведені профілограми шорсткостей полірованих поверхонь зразків для різних стадій їх обробки за нашою технологією.
Як видно з малюнків, з плином часу обробки змінюється і шорсткість, і структура поверхні - шорсткість зменшується, а структура стає більш однорідною.
Отримана шорсткість Ra становить 9 А, що відповідає кращим зразкам виробів, до яких інші виробники не пред'являють вимог по точності форми поверхні. Таке низьке значення шорсткості при одночасній відсутності «волосяних» подряпин практично виключає светорассеяніє, що особливо важливо для лазерних застосувань. За нашою ж технології вдається одночасно отримати і високі значення точності поверхні - див. Нижче.
Ускладнює фактором точної обробки сапфіра є анізотропія його механічних і інших фізичних властивостей. Найменш всього позначається вона на плоских поверхнях, тому саме для них досяжні найвищі результати. А найбільш складними з сферичних поверхонь є напівсферичні ковпаки і мікролінзи. Технологія відпрацьована для напівсферичних ковпаків і мікролінз розміром від 3 мм до 180 мм і товщиною стінки, відповідно, від 0.25 мм до 6 мм.
плоскі вікна
За розробленою технологією виготовляються вікна діаметром до 250 мм, точність форми поверхні яких (що проходить хвильовий фронт TWD або площинність) становить до 0.1 lambda (lambda 633 нм), а чистота поверхні 20/10 MIL.
Інтерферограмма проходить хвильового фронту для вікна з сапфіра з наступними параметрами:
- Діаметр: 120мм;
- Товщина: 15 мм;
- Клас чистоти: 20/10 MIL.
напівсферичні ковпаки
Була відпрацьована технологія і виготовлені партії ковпаків діаметром від 10 до 200 мм, з товщиною стінки від 2 мм і з наступними середніми параметрами:
- Різнотовщинність по всьому виробу - 0,02 мм;
- Точність форми поверхні: в центральній зоні - 0.5 lambda, в крайових зонах - 1-1,5 lambda;
- Клас чистоти - 60/40 MIL;
