Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке
Изучено влияние кристаллографической ориентации сапфира и его отжига на шероховатость поверхности при алмазном шлифовании и полировании. Вивчено вплив кристалографічної орієнтації сапфіру та його відпалу на шорсткість поверхні при алмазному шліфуванні та поліруванні. The influences of the crystallog...
Saved in:
| Published in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126027 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке / А.В. Волошин, Л.А. Литвинов, Е.В. Слюнин // Сверхтвердые материалы. — 2013. — № 1. — С. 74-78. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126027 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Волошин, А.В. Литвинов, Л.А. Слюнин, Е.В. 2017-11-11T17:33:15Z 2017-11-11T17:33:15Z 2013 Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке / А.В. Волошин, Л.А. Литвинов, Е.В. Слюнин // Сверхтвердые материалы. — 2013. — № 1. — С. 74-78. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126027 [621.7.015:620.191.35]:679.822 Изучено влияние кристаллографической ориентации сапфира и его отжига на шероховатость поверхности при алмазном шлифовании и полировании. Вивчено вплив кристалографічної орієнтації сапфіру та його відпалу на шорсткість поверхні при алмазному шліфуванні та поліруванні. The influences of the crystallographic features and thermal treatment on the roughness of the sapphire surface with a diamond grinding and polishing are studied. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Исследование процессов обработки Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке Effect of the crystallographic orientation on the sapphire surface roughness in diamond machining Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке |
| spellingShingle |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке Волошин, А.В. Литвинов, Л.А. Слюнин, Е.В. Исследование процессов обработки |
| title_short |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке |
| title_full |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке |
| title_fullStr |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке |
| title_full_unstemmed |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке |
| title_sort |
влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке |
| author |
Волошин, А.В. Литвинов, Л.А. Слюнин, Е.В. |
| author_facet |
Волошин, А.В. Литвинов, Л.А. Слюнин, Е.В. |
| topic |
Исследование процессов обработки |
| topic_facet |
Исследование процессов обработки |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of the crystallographic orientation on the sapphire surface roughness in diamond machining |
| description |
Изучено влияние кристаллографической ориентации сапфира и его отжига на шероховатость поверхности при алмазном шлифовании и полировании.
Вивчено вплив кристалографічної орієнтації сапфіру та його відпалу на шорсткість поверхні при алмазному шліфуванні та поліруванні.
The influences of the crystallographic features and thermal treatment on the roughness of the sapphire surface with a diamond grinding and polishing are studied.
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126027 |
| citation_txt |
Влияние кристаллографической ориентации на шероховатость поверхности сапфира при алмазной обработке / А.В. Волошин, Л.А. Литвинов, Е.В. Слюнин // Сверхтвердые материалы. — 2013. — № 1. — С. 74-78. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT vološinav vliâniekristallografičeskoiorientaciinašerohovatostʹpoverhnostisapfiraprialmaznoiobrabotke AT litvinovla vliâniekristallografičeskoiorientaciinašerohovatostʹpoverhnostisapfiraprialmaznoiobrabotke AT slûninev vliâniekristallografičeskoiorientaciinašerohovatostʹpoverhnostisapfiraprialmaznoiobrabotke AT vološinav effectofthecrystallographicorientationonthesapphiresurfaceroughnessindiamondmachining AT litvinovla effectofthecrystallographicorientationonthesapphiresurfaceroughnessindiamondmachining AT slûninev effectofthecrystallographicorientationonthesapphiresurfaceroughnessindiamondmachining |
| first_indexed |
2025-11-27T07:10:20Z |
| last_indexed |
2025-11-27T07:10:20Z |
| _version_ |
1850806159488843776 |
| fulltext |
www.ism.kiev.ua/stm 74
УДК [621.7.015:620.191.35]:679.822
А. В. Волошин, Л. А. Литвинов, Е. В. Слюнин (г. Харьков)
Влияние кристаллографической ориентации
на шероховатость поверхности сапфира
при алмазной обработке
Изучено влияние кристаллографической ориентации сапфира и
его отжига на шероховатость поверхности при алмазном шлифовании и поли-
ровании.
Ключевые слова: сапфир, шлифование, полирование, отжиг,
шероховатость поверхности, кристаллографическая ориентация.
Существующие технологии алмазно-абразивной обработки
сапфира являются трудоемкими, поэтому затраты на получение требуемого
качества поверхности составляют значительную часть стоимости детали [1].
Одной из главных задач обработки сапфира является удаление нарушенного
дефектного слоя и получение необходимого качества поверхности [2]. Для
достижения низкой шероховатости, а также исключения стадии финишной
обработки для некоторых типов изделий, необходимо проведение более де-
тальных исследований, в частности, исследования влияния кристаллографи-
ческой ориентации на состояние обработанной поверхности.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Исследования проводили на плоскопараллельных образцах размером
3×4×40 мм, вырезанных из сапфира с ориентацией исследуемых плоскостей
(0001), { 0110 }, { 0211 } и { 2110 }. Параметры шероховатости поверхности
после различных видов обработки измеряли профилометром-профилографом
TR-200. Образцы последовательно обрабатывали закрепленным абразивом
АС зернистостью 100/80, 80/63, 63/50, а затем полировали алмазными микро-
порошками АСМ зернистостью 28/20, 10/7, 3/2 в свободном состоянии.
Шлифованные и полированные образцы отжигали в течение 4 ч при 1850 °С
в вакууме.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В связи с анизотропией сапфира различные кристаллографические плос-
кости обрабатываются по-разному, что, соответственно, сказывается на со-
стоянии поверхности после обработки [3, 4]. Так, параметр шероховатости
шлифованной поверхности в плоскости { 0211 } меньше, чем плоскости бази-
са (0001), что особенно заметно при обработке закрепленным абразивом АС
100/80 (рис. 1). Наблюдаемые различия в состоянии поверхности плоскости
базиса и призмы, по-видимому, обусловлены тем, что плоскостями скола в
сапфире являются плоскости призмы. В процессе шлифования на поверхно-
сти создается слой сплошной трещиноватости, а из этого слоя по образовав-
шимся трещинам выкрашиваются частицы. Важным параметром, влияющим
на шероховатость поверхности, является угол между направлением распро-
© А. В. ВОЛОШИН, Л. А. ЛИТВИНОВ, Е. В. СЛЮНИН, 2013
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2013, № 1 75
странения трещины и поверхностью образца. При обработке плоскости бази-
са трещины образуются под большим (∼ 80–110°) углом к поверхности обра-
ботки, для плоскостей призмы этот угол существенно меньше (∼ 5–40°). В
первом случае образуются глубокие каверны, во втором – существенно менее
глубокие и широкие, что способствует уменьшению шероховатости.
1,305
1,151
1,096
1,428
1,097
0,801
0,618
1,166
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
R
a,
м
км
{1010} {1120} {1012} (0001) – – –
Рис. 1. Влияние кристаллографической ориентации сапфира на шероховатость его поверх-
ности при шлифовании закрепленными зернами алмазного шлифпорошка зернистостью
100/80 (до (�) и после (�) отжига в вакууме).
Для полированных поверхностей сапфира наблюдается обратная карти-
на – максимальная шероховатость в плоскости { 0211 }, минимальная – в
плоскости { 2110 } (рис. 2). Шероховатость полированных поверхностей сап-
фира коррелирует с микротвердостью соответствующих плоскостей. Так, в
направлении < 2110 > кристалла микротвердость и сопротивление сверлению
максимальные [5].
0,0256
0,027
0,0297
0,02180,0227
0,021
0,0255
0,019
0
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
R
a,
м
км
{10–10} {11–20} {10–12} (0001)
Рис. 2. Влияние кристаллографической ориентации сапфира на шероховатость его поверх-
ности при полировании алмазными микропорошками в свободном состоянии зернисто-
стью 10/7 (до (�) и после (�) отжига в вакууме).
www.ism.kiev.ua/stm 76
Сравнение профилограмм поверхности { 0211 } образцов до и после отжи-
га показывает существенное различие их по характеру и величине микроне-
ровностей (рис. 3). Для образцов, шлифованных закрепленным абразивом
(АС 100/80), средняя величина микронеровностей профиля Ra ≈ 1 мкм. Вы-
сокотемпературный отжиг снижает шероховатость поверхности в 2 раза (Ra ≈
0,5 мкм).
мкм
1 2 3 мм
0
4
8
12
16
–
–4
–8
–12
–16
а
мкм
1 2 3 мм
0
4
8
12
16
–4
–8
–12
–16
б
Рис. 3. Типичные профилограммы поверхности сапфира в плоскости { 0211 }, обработан-
ной закрепленным абразивом (АС 100/80) (до (а) и после (б) отжига при температуре
1850 °С в течение 4 ч); Ra ≈ 1 (а) и 0,6 (б) мкм.
Термообработка шлифованных образцов существенно улучшает качество
поверхности вследствие рекристаллизации дефектного приповерхностного
слоя и испарения загрязняющих этот слой включений [6–8]. При этом
уменьшается высота неровностей, увеличивается среднее расстояние между
ними (рис. 4), повышается класс обработки, параметр шероховатости Ra
уменьшается на 15–45 % (см. рис. 1).
При термообработке полированной поверхности параметр шероховатости
уменьшается на 12–22 % (см. рис. 2).
При более высокой (∼ 2000 °С) температуре отжига для полированных об-
разцов наблюдается иная картина. Хотя плотность дислокаций на поверхно-
сти оказывается равной объемной плотности и практически полностью исче-
зает слой с повышенной плотностью дислокаций, шероховатость поверхно-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2013, № 1 77
сти увеличивается. Из-за термического травления поверхности ухудшаются
оптические свойства [3].
100 μm
а
100 μm
б
Рис. 4. Микроснимки шлифованной (АС 100/80) поверхности сапфира до (а) и после (б)
отжига.
Таким образом, максимальный эффект достигается вакуумным отжигом
изделий из сапфира с шероховатостью поверхности Ra ≥ 1 мкм.
ВЫВОДЫ
При прочих равных условиях параметр шероховатости Ra поверхности
сапфира при обработке зависит от кристаллографической ориентации обра-
батываемых граней. Минимальный параметр шероховатости для шлифован-
ных поверхностей наблюдается в плоскости ( 0211 ), для полированных – в
плоскости ( 2110 ).
Отжиг в вакууме уменьшает шероховатость шлифованных образцов на
15–45 %, а полированных на 12–22 % по сравнению с исходным состоянием.
Вивчено вплив кристалографічної орієнтації сапфіру та його відпалу на
шорсткість поверхні при алмазному шліфуванні та поліруванні.
Ключові слова: сапфір, шліфування, полірування, відпал, шорсткість
поверхні, кристалографічна орієнтація.
The influences of the crystallographic features and thermal treatment on the
roughness of the sapphire surface with a diamond grinding and polishing are studied.
Keywords: sapphire, grinding, polishing, annealing, surface roughness,
crystallographic orientation.
1. Рогов В. В., Рублев Н. Д., Троян А. В., Попельнюк В. Н. Развитие технологии прецизион-
ной обработки функциональных поверхностей оптических и электронных деталей из
синтетического монокорунда (сапфира) // Сверхтв. материалы. – 2002. – № 5. – С. 83.
2. Kaltaev Kh. Sh-ogly, Sidelnicova N. S., Danco A. Ya. et al. Thermochemical etching of sap-
phire in CO + H2 gas atmosphere // Functional Materials. – 2010. – 17, N 3. – P. 395–400.
3. Волошин А. В., Литвинов Л. А., Островская Е. Л. и др. Влияние кристаллографической
ориентации на трибологические характеристики монокристаллов корунда // Материалы
электронной техники. – 2004. – № 1. – С. 16–19.
4. Добровинская Е. Р., Литвинов Л. А., Пищик В. В. Энциклопедия сапфира. – Харьков:
Ин-т монокристаллов НАНУ. – 2004. – 510 с.
5. Голубь Б. И. Синтетический корунд и его применение в промышленности: обзор
зарубежной техники. – М., 1961. – 7 c.
www.ism.kiev.ua/stm 78
6. Добровинская Е. Р., Литвинов Л. А., Рубинов Ю. А. Влияние термического и механичес-
кого воздействия на свойства сапфирового полого волновода волновых ИК-лазеров //
Оптико-механическая промышленность. – 1991. – № 7. – С. 32–34.
7. Довгань М. Е., Зайцева В. И., Шахнович М. И. Влияние способа полировки на состояние
поверхности и прозрачность монокристаллического корунда // Физика и химия
обработки материалов. – 1976. – № 4. – С. 146–148.
8. Кривоносов Е. В. Влияние условий отжига на оптические и механические ха-
рактеристики монокристаллов корунда: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. –
Харьков, 1989. – 20 с.
Ин-т монокристаллов НТК Поступила 12.07.11
“Институт монокристаллов” НАН Украины
|