Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке
Представлены результаты исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия сапфира (α-Al2O3) и полировального состава на основе коллоидного кремнезема SiO2, имеющего место при полировании прецизионных деталей электронной техники и оптических систем. Установлено, что основным факт...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20735 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке / В.В. Рогов, Н.Д. Рублев, Т.Л. Кротенко, А.В. Троян // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 4. — С. 75-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860268145439145984 |
|---|---|
| author | Рогов, В.В. Рублев, Н.Д. Кротенко, Т.Л. Троян, А.В. |
| author_facet | Рогов, В.В. Рублев, Н.Д. Кротенко, Т.Л. Троян, А.В. |
| citation_txt | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке / В.В. Рогов, Н.Д. Рублев, Т.Л. Кротенко, А.В. Троян // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 4. — С. 75-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Сверхтвердые материалы |
| description | Представлены результаты исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия сапфира (α-Al2O3) и полировального состава на основе коллоидного кремнезема SiO2, имеющего место при полировании прецизионных деталей электронной техники и оптических систем. Установлено, что основным фактором, интенсифицирующим это взаимодействие, является ускорение химической реакции между Al2O3 и SiO2 при увеличении температуры в зоне контакта, экспериментально подтверждающее химическую природу процесса трибохимического полирования и позволяющее значительно снизить его трудоемкость.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:03:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 4 75
Исследование процессов обработки
УДК 621.623
В. В. Рогов, Н. Д. Рублев, Т. Л. Кротенко,
А. В. Троян (г. Киев)
Исследования интенсивности
трибохимического контактного
взаимодействия полировального состава
и сапфира при его обработке
Представлены результаты исследования интенсивности трибо-
химического контактного взаимодействия сапфира (α-Al2O3) и полировального
состава на основе коллоидного кремнезема SiO2, имеющего место при полиро-
вании прецизионных деталей электронной техники и оптических систем. Уста-
новлено, что основным фактором, интенсифицирующим это взаимодействие,
является ускорение химической реакции между Al2O3 и SiO2 при увеличении тем-
пературы в зоне контакта, экспериментально подтверждающее химическую
природу процесса трибохимического полирования и позволяющее значительно
снизить его трудоемкость.
Ключевые слова: трибохимия, полирование, сапфир, кремнезем.
О гипотетическом химическом взаимодействии между окси-
дами Al2O3 и SiO2 и использовании его при полировании деталей электрон-
ной техники и оптических систем из сапфира (монокорунда) водной суспен-
зией на основе коллоидного кремнезема SiO2 (с прохождением этого процес-
са по уравнению Al2O3 + H2O + 2SiO2 → Al2SiO7·H2O) известно из ряда ин-
формационных источников [1—5]. Однако в этих материалах подтверждения
химической природы рассмативаемого процесса нет. В то же время он обес-
печивает высокое качество поверхности, хотя и является трудоемким. Прове-
денные в Институте сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украи-
ны исследования [6, 7] взаимодействия Al2O3 с SiO2 с использованием мето-
дов термодинамического, спектрального, рентгено-флюоресцентного анали-
зов, а также ИК спектроскопии и метода многократного нарушенного полно-
го внутреннего отражения реальных доказательств существования взаимо-
действия не дали, но показали его возможность. Единственным эксперимен-
тальным доказательством является убыль массы обрабатываемого сапфира
при трибохимическом полировании его суспензией на основе коллоидного
кремнезема SiO2 [8]. Углублению исследований в этом направлении, выявле-
© В. В. РОГОВ, Н. Д. РУБЛЕВ, Т. Л. КРОТЕНКО, А. В. ТРОЯН, 2008
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 76
нию факторов, влияющих на интенсивность указанного процесса, и возмож-
ности повышения производительности полирования посвящена данная рабо-
та. В качестве таких факторов использовали:
— температуру полировальной водной суспензии на основе коллоидного
кремнезема SiO2 с температурным градиентом согласно правилу Вант-Гоффа
[9], по которому после каждого повышения температуры на 10 °С скорость
химической реакции увеличивается в 2—4 раза;
— номинальное давление ра прижима обрабатываемого образца сапфира к
полировальнику;
— концентрацию коллоидного кремнезема SiO2 в водной суспензии поли-
ровального состава.
Для выполнения исследований на базе инструментального узла шлифо-
вально-полировального станка мод. 6ШП-100М был смонтирован лаборатор-
ный стенд, схема которого приведена на рис. 1.
pa
7
8
10
9
6
5
4 3
2 1
Рис. 1. Схема лабораторного стенда на базе станка 6ШП-100М для исследования процесса
трибохимического полирования сапфира (α-Al2O3): станина станка (1), инструментальный
шпиндель станка (2), обрабатываемый образец сапфира (0001) Ø 50 мм (3); электронагре-
ватель (4), регулятор напряжения (5), емкость для полировального состава (суспензии) (6),
поводок станка 6ШП-100М для осуществления осциллирующих движений (7), полиро-
вальный состав (8), термометр (9), полировальный инструмент (10) с подложкой из замши
марки 6Ж.
Работа указанного устройства происходила при частоте вращения полиро-
вального инструмента nи = 100 об/мин, числе двойных осциллирующих дви-
жений поводка nдв. ход/мин = 50, давлениях прижима обрабатываемого образца
сапфира ра = 0,02 и 0,034 МПа, температурах полировального состава, воз-
растающих последовательно (20, 30, 40, 50 °С) в зоне обработки, регулируе-
мых электронагревателем с помощью регулятора напряжения и контроли-
руемых термометром. Обрабатываемый образец и полировальный инстру-
мент в процессе полирования постоянно находились в среде полировальной
суспензии. Поверхность исходного образца сапфира с шероховатостью по
Ra ≈ 0,002 мкм предварительно обрабатывали по плоскости на операциях
грубого, тонкого, доводочного шлифования и алмазного полирования по
технологии ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины. После трибохимического
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2008, № 4 77
полирования в течение 300 мин образец тщательно промывали, высушивали
и с помощью аналитических весов АДВ-200 II класса фиксировали убыль его
массы в миллиграммах. Результаты исследования представлены в таблице.
Влияние различных факторов на интенсивность взаимодействия
Al2O3 с SiO2 при трибохимическом полировании сапфира
Факторы влияния Интенсивность убыли массы сапфира
J, мг/ч
Температура в зоне обработки, °С 20 30 40 50
0,02 2,76 3,28 3,84 4,40 Номинальное давление ра, МПа
0,03 2,00 3,40 3,92 4,50
11 2,76 3,28 3,84 4,40 Концентрация С, %, коллоидного
кремнезема в водной суспензии 16 2,10 1,92 2,88 3,14
Из данных таблицы следует, что последовательное повышение температу-
ры от 20 до 50 °С (при ра = 0,02 МПа) увеличивает интенсивность J убыли
массы соответственно в 1,19, 1,17, 1,15 раза, т. е. менее чем в два раза, и, та-
ким образом, не согласуется с правилом Вант-Гоффа. Видимо, энергия Еа
активации реакции Al2O3 c SiO2 мала [10] и ее скорость слабо зависит от тем-
пературы в исследованном интервале. Повышение номинального давления ра
до 0,03 МПа не увеличивает J. Увеличение концентрации коллоидного крем-
незема SiO2 в составе полировальной суспензии, так же как и давления, не
увеличило интенсивность реакции взаимодействия Al2O3 и SiO2. Указанное,
прежде всего, является подтверждением того, что главным фактором интен-
сивности убыли массы (съема материала) сапфира при данном виде полиро-
вания является скорость химического взаимодействия Al2O3 c SiO2. Это под-
тверждается также результатами поэлементного анализа (“CamScan-4DV”)
образующейся на поверхности образца сапфира после трибохимического
полирования пленки (налета) из продуктов реакции (предположительно као-
линита — Al2Si2O7), содержащих элементы Al и Si. В целом же увеличение
температуры в зоне полирования до 50 °С увеличивает интенсивность съема
материала при полировании в 1,6 раза. При этом средние значения парамет-
ров шероховатости полированной поверхности, измеренные на атомно-
силовом микроскопе “Nanoscop-IIIa”, составили aR = 0,14 нм, qR = 0,25 нм,
maxR = 9,42 нм (рис. 2).
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 мкм
Рис. 2. Фрагмент сканирования поверхности образца сапфира после трибохимического
полирования; ×10000.
www.ism.kiev.ua; www.rql.kiev.ua/almaz_j 78
Таким образом, результаты выполненных исследований подтвердили хи-
мическую природу взаимодействия α-Al2O3 c коллоидным кремнеземом SiO2
в процессе трибохимического полирования деталей из сапфира. Основным
фактором, интенсифицирующим процесс снятия материала при полировании,
является увеличение скорости реакции между Al2O3 и SiO2 при увеличении
температуры в зоне обработки за счет подогрева полирующего состава в ин-
тервале температур 20—50 °С. Это позволяет значительно повысить произ-
водительность процесса и снизить его трудоемкость.
1. Новый способ полировки поверхности кристаллов. — Densoken Nyusu (News in Electro-
technical Lab.). — 1973. — 230. — P. 5. (яп.).
2. Yasunaga N., Imanaka O. Polishing hart crystals with soft powder // Technocrat. — 1975. —
8, N 9. — P. 15—21.
3. Gütsche H. W., Moody J. W. Polishing of sapphire witch colloidal silica // I. Electrochem.
Soc. Solid State Sci. Technol. — 1978. — 125, N 1. — P. 136—138.
4. ОСТ 11.054.267—80. Изделия электронной техники. Пластины из лейкосапфира. Техно-
логические процессы.
5. Айлер Р. Химия кремнезема: В 2 ч. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. — Ч. 1. — 416 c.;
Ч. 2. — 712 c.
6. Исследование закономерностей процессов диспергирования и формирования оптичес-
ких поверхностей деталей из синтетического монокорунда (α-Al2O3) при их финишной
обработке: (Отчет) / ИСМ НАН Украины. — № ГР 0100U004915. — Киев, 2002. — 108 с.
7. Разработка и оптимизация технологии финишной прецизионной обработки оптиче-
ских деталей и элементов наноэлектроники из монокорунда (α-Al2O3): (Отчет) / ИСМ
НАН Украины. — № ГР 0103U006666. — Киев, 2005. — 108 с.
8. Рогов В. В., Рублев М. Д., Троян А. В. и др. Развитие технологии финишной, прецизион-
ной обработки функциональных поверхностей оптических и электронных деталей из
синтетического монокорунда // Сверхтв. материалы. — 2002. — № 5. — С. 83—87.
9. Практикум по физической химии / Под ред. В. В. Буданова, Н. К. Воробьева. — М.:
Химия, 1986. — 382 с.
10. Леенсон И. Вант-Гоффа правило. — http://www.krugosvet.ru/articles/115/1011506/1011506a1.htm
Ин-т сверхтвердых материалов Поступила 22.02.08
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20735 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3119 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:03:08Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рогов, В.В. Рублев, Н.Д. Кротенко, Т.Л. Троян, А.В. 2011-06-04T17:25:35Z 2011-06-04T17:25:35Z 2008 Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке / В.В. Рогов, Н.Д. Рублев, Т.Л. Кротенко, А.В. Троян // Сверхтвердые материалы. — 2008. — № 4. — С. 75-78. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20735 621.623 Представлены результаты исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия сапфира (α-Al2O3) и полировального состава на основе коллоидного кремнезема SiO2, имеющего место при полировании прецизионных деталей электронной техники и оптических систем. Установлено, что основным фактором, интенсифицирующим это взаимодействие, является ускорение химической реакции между Al2O3 и SiO2 при увеличении температуры в зоне контакта, экспериментально подтверждающее химическую природу процесса трибохимического полирования и позволяющее значительно снизить его трудоемкость. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Исследование процессов обработки Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке Article published earlier |
| spellingShingle | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке Рогов, В.В. Рублев, Н.Д. Кротенко, Т.Л. Троян, А.В. Исследование процессов обработки |
| title | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке |
| title_full | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке |
| title_fullStr | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке |
| title_full_unstemmed | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке |
| title_short | Исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке |
| title_sort | исследования интенсивности трибохимического контактного взаимодействия полировального состава и сапфира при его обработке |
| topic | Исследование процессов обработки |
| topic_facet | Исследование процессов обработки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/20735 |
| work_keys_str_mv | AT rogovvv issledovaniâintensivnostitribohimičeskogokontaktnogovzaimodeistviâpolirovalʹnogosostavaisapfirapriegoobrabotke AT rublevnd issledovaniâintensivnostitribohimičeskogokontaktnogovzaimodeistviâpolirovalʹnogosostavaisapfirapriegoobrabotke AT krotenkotl issledovaniâintensivnostitribohimičeskogokontaktnogovzaimodeistviâpolirovalʹnogosostavaisapfirapriegoobrabotke AT troânav issledovaniâintensivnostitribohimičeskogokontaktnogovzaimodeistviâpolirovalʹnogosostavaisapfirapriegoobrabotke |