Improvement of surface layers properties of precision engineering elements of optical ceramics by preliminary electron - beam surfacing

Abstract

To prevent destruction of the elements made of optical ceramics the practical importance has the preliminary el ectron - beam treatment of their surfaces during the manufacturing stage of devices based on them. This allows improving the propertie s of the surface layers of the elements, making them more resistant to external thermal and mechanical impacts. Aim: The aim of this research is to research the impact of parameters of preliminary electron - beam treatment of the elements made of optical ceramics to prevent their destruction, improvement of the surface layers properties and increasing of their resistance to ex ternal thermo - influences. Materials and Methods: The discs with diameter of 3∙10 – 2 ...5∙10 – 2 m and thickness of 4∙10 – 3 ...6∙10 – 3 m and hemispherical cowl with diameter of 4∙10 – 2 ...8∙10 – 2 m were used to research the impact of electron - beam parameters on surface layers properties of the elements made of optical ceramics. Results: After researches it was established that for studied range of electron beam parameters ( F n = 10 6 ...1.6∙10 7 W/m 2 , V = 10 – 3 ...10 – 1 m/s) the micro hardness of the elements surface increases from 1.2...2.9 GPa (unprocessed elements) to 5.7...6.4 GPa (processed elements). It was defined, that improvement of these properties leads to improvement of elements resistance to external thermo - influences. The critical values of external heat streams and the time of their actions are increase in 1.3...1.7 times. The excess these parameters le ads to the destruction of the elements and failure of the devices for the studied range o f external pressure variation 10 5 ...10 7 Pa. The maximum allowable values of thermal stresses in elements are raised from 50...140 to 160...370 MPa at the heating temperatures of 300...1200 K

Для запобігання руйнуванням елементів з оптичних керамік практичне значення має попередня електронно - променева обробка поверхонь на стадії виготовлення приладів на їх основі, яка дозволяє покращувати властивості поверхневих шарів елементів. Мета: Мет ою роботи є дослідження впливу параметрів попере д- ньої електронно - променевої обробки елементів з оптичних керамік на попередження їх руйнувань, покращення властивостей поверхневих шарів і підвищення стійкості до зовнішніх термодій. Матеріали і методи: Для дослідження впливу параметрів електронного променя на властивості поверхневих шарів елементів з оптичної кераміки використовувались диски діаметром 3∙10 – 2 ...5∙10 – 2 м і товщиною 4∙10 – 3 ...6∙10 – 3 м , півсферичні обтічники діаметром 4∙10 – 2 ...8∙10 – 2 м. Для проведення досліджень термі ч- ної дії рухомого електронного променя на елементи з оптичної кераміки було використано електронно - променеве обладнання, що дозволяє реалізувати стрічковий електронний промінь шириною 5∙10 – 4 ...5∙10 – 3 м , довжиною 6∙10 – 2 ...8∙ 10 – 2 м , густиною теплової дії F n = 5∙10 6 ...9∙10 8 Вт/м 2 і швидкістю переміщення V = 5∙10 – 3 ...10 – 1 м/с. Результати: В результаті проведених експериментальних досліджень встановлено, що для розглядуваних діапазонів зміни параметрів електронного променя ( F n = 10 6 ...1,6∙10 7 Вт/м 2 , V = 10 – 3 ...10 – 1 м/с) мікротвердість поверхні елементів змінюється від 1.2...2.9 (для необроблених елементів) до 5.7...6.4 ГПа (для оброблених елементів). П окращення вказаних властивостей приводить до підвищення стійкості елементів до зовнішніх термодій. Збільшено у 1.3...1.7 рази критичні значення зовнішніх теплових потоків та час їх дії. Перевищення цих параметрів призводить до руйнування елементів та виходу з ладу приладів для досліджуваного діапазону зміни зовнішнього тиску 10 5 ...10 7 П а. Підвище но гранично допустимі значення термопружних напружень з 50...140 до 160...370 МПа при температурах нагріву 300...1200 К.