V.Ə.Nərimanov

OPTİK ŞUŞƏ VƏ KRİSTAL MATERİALLARIN MEXANİKİ EMAL

ÜSULLARI

V.Ə.Nərimanov

OPTİK ŞÜŞƏ VƏ KRİSTAL MATERİALLARIN MEXANİKİ EMAL

ÜSULLARI

\Dərs vəsaiti

Azərbaycan Texniki Universitetinin Elmi- Metodiki Şurasının 11.05.2017-ci il tarixli iclasının qərarı ilə ali məktəb tələbələri üçün dərs vəsaiti kimi təsdiq edilmişdir (əmr №82 müx. 17 may 2017).

“Müəllim” nəşriyyatı BAKI - 2017

Rəyçilər: AZİMU-nun Fizika kafedrasının müdiri, f.r.e.d., prof. T.M.Pənahov

AzTU-nun “Maşınqayırma texnologiyası’’ kafedrasının müdiri, t.e.d., prof. N.D.Yusubov

Elmi redaktor: AzTU-nun “Texnoloji komplekslər və xüsusi texnika" kafedrasının müdiri, t.e.d., prof. H.Ə.Hüseynov

Nərimanov V.Ə. OPTİK ŞÜŞƏ VƏ KRİSTAL MATERİALLARIN MEXANİKİ EMAL ÜSULLARI. Ali texniki məktəblər üçün dərs vəsaiti. Bakı, 2017. - 194 s.

Dərs vəsaitində optik şüşə və kristal materialların xüsusiyyətləri və müasir üsulları şərh edilmiş, optik şüşənin istehsal texnologiyası, şüşənin bişirilməsi və hazırlanması, rəngli şüşənin xüsusiyyətləri, keyfiyyət göstəriciləri, kristalların alınma üsulları, optik detalların pəstahlarının hazırlanma texnologiyası, detalların bərkidilmə üsulları, optik detalların keyfiyyətini müəyyənləşdirən əsas anlayışlar, optik detalların, linzaların, prizmaların emal texnologiyası, optik detalların örtükləri, çəkilmə üsulları və xüsusiyyətləri, müxtəlif kristallik materialların mexaniki emalı və fiziki-mexaniki və kimyəvi emal xüsusiyyətləri və s. şərh edilmişdir.

Dərs vəsaiti Ali texniki məktəblərin proqramına uyğun tərtib edilmiş və Optotexnika ixtisası üzrə təhsil alan bakalavrlar üçün nəzərdə tutulmuşdur.

ISBN 978-9952-435-66-5© V.Ə.Nərimanov, 2017

/

J

i

M Ü N D Ə R İ C A T

Ön söz...................................................................................... 7

I. Optik materialların keyfiyyət göstəriciləri və

tələbatlar........................................................................... 10

II. Optik şüşə və onun istehsalı........................................ 13

2.1. Optik şüşə və onun istehsalı...........................................13

2.2. Optik rəngsiz şüşələrin tipləri və markaları....................16

2.3. Optik şüşənin istehsal texnologiyası.............................. 18

2.4. Şixtənin hazırlanması...................................................... 19

2.5. Şüşənin bişirilməsi və hazırlanması...............................21

2.6. Rəngli şüşələrin xüsusiyyətləri, keyfiyyət göstəriciləri.....28

2.7. Kvarslı, texniki, orqanik şüşələr və sitallar.................... 29

lil. Optik kristaiiar.................................................................33

3.1. Optik kristalların növləri.................................................. 33

3.2. Optik kristalların alınma üsulları.................................... 37

3.2.1. Optik kristalların alınmasında Kiropulos metodu...... 38

3.2.2. Optik kristalların alınmasında Verneyl metodu............40

3.2.3. Optik kristalların alınmasında Zona üzrə əritmə

metodu.......................................................................... 42

3.3. Kristalların tərkibinin strukturu.................................... 44

3.4. Epitaksiya üsulu ilə silisium monokristallarınalınması...........................................................................47

3

3.5. Kristalların xüsusiyyətləri.............................................. 50

3.6. Poli və monokristalların (PbTe və Pbl_xMn Te) alın­

ması prosesinin araşdırılması və laboratoriya şəraitin­

də kristalların alınması metodları ilə tanışlıq................. 54

IV. Optik detalların pəstahlarının hazırlanma

texnologiyası...................................................................64

4.1. Pəstahların presləmə ilə alınması............................... 64

4.2. Optik detalların pəstahlarının emal payının hesab­

lanması......................................................................... 69

4.3. Optik detalların pəstahlarının emal üsulları və

bərkitmə hazırlıq işləri.....................................................71

4.4. Optik detalların keyfiyyətini müəyyənləşdirən əsas

anlayışlar....................................................................... 81

V. Optik səthlərin emal proseslərinin əsasları................ 88

5.1. Ümumi məlumat............................................................ 88

5.2. Optik detalların səthlərinin pardaqlanması.................. 89

5.3. Optik səthlərin cilalanması........................................... 90

5.4. Abraziv və cilalayıcı materiallar.................................... 92

5.5. Maqnit-abraziv cilalama üsulları................................... 95

VI. Tipik optik detalların hazırlanma texnologiyası...... 96

6.1. Ümumi məlumat.............................................................. 96

6.2. Linzaların hazırlanma texnologiyası............................ 97

6.2.1. Linzaların fərdi istehsalda hazırlanması................. 97

4

6.2.2. Linzaların seriyalı istehsalda hazırlanması............ 99

6.2.3. Linzaların kütləvi istehsalda hazırlanması.............. 101

6.3. Prizmaların hazırlanma texnologiyası...................... 103

6.3.1. Prizmaların fərdi istehsalda hazırlanması................ 103

6.3.2. Prizmaların seriyalı və kütləvi istehsalda

hazırlanması............................................................. 105

• 6.4. Optik detalların birləşdirilməsi.................................. 107

6.5. Optik detalların hazırlanma texnoloji prosesinin

tipik nümunələri........................................................... 111

6.5.1. Optik detaiiara olan təiəbatlar................................ 111

* 6.5.2. Optik detalların işçi cizgilərinin nümunələri............ 112

6.6. Şüşə məmulların emalı.............................................. 124

VII. Optik detalların örtükləri......................................... 131

7.1. Örtüklərin vəzifəsi, növləri və çəkilmə texnologiyası 131

7.2. örtüyün kimyəvi üsulla çəkilməsi............................. 135

7.3. Örtüyün fiziki üsulla çəkilməsi.................................... 138

7.4. Örtüklərin xüsusiyyətləri və tətbiqi........................... 140

7.5. Örtüklərin nəzarət üsulları.......................................... 149

VIII. Optik kristallik materialların mexaniki emalı 152

8.1. Optik kristallik materialların əsas fiziki-mexaniki və

fiziki-kimyəvi xüsusiyyətləri........................................ 152

8.2. Mikrobərkliyi 6x106Pa-dək olan optik kristal

materialların mexaniki emalı.........................................160

5

8.2.1. Kristalların pəstahlara bölünməsi..............................162

8.2.2. Kristalik materialların cilalanma texnologiyasının

xüsusiyyətləri..............................................................170

8.3. Optik keramikanın mexaniki emal xüsusiyyətləri.. 173

8.4. Mikrobərkliyi 106Pa-dan çox olan optik kristallik

materialların mexaniki emalı..................................... 180

8.5. Pozulmuş (korlanmış) qatın quruluşunun və

dərinliyinin tədqiq üsulları.......................................... 188

İstifadə olunan ədəbiyyatlar................................... 192

6

Ön söz

Qeyd etmək lazımdır ki, optik detalların emal

olunacaq səthlərinin dəqiqliyi riyazi dəqiq həqiqi

səthlərdən fərqlənir və onlarla atom qatı qədər təşkil edir.

Bunu ənənəvi optik texnologiyanın üç şərti əsasında

mümkün etmək olur: alətin və detalın qarşılıqlı sürtünməsi;

dəzgah-alət və detalın özümərkəzlənən bəndlərdən

istifadə edilməsi, eləcə də əks interferension nəzarət

üsulunu tətbiq etməklə səthlərin yüksək dəqiqliklə

çatdırılması.

XX əsrin 80-ci illərindən optikada çoşqun sintez

prosesi olmuşdur. Müxtəlif sahələrdən yüksək texnolo­

giyaların nəticəiəri optikaya intensiv tətbiq edilmişdir. Hava

yastıqlarında yüksək sürətli şpindellər işlənmiş və tətbiq

edilmiş, onun bazası əsasında dəqiq almaz yonma dəz-

gahları yaranmışdır. 1mkm-dən kiçik dəqiqliklə icraçı

mexanizmlərin mövqeləşdirilməsi yeni yaradıcılığa imkan

yaradan yüksək dəqiqlikli induktiv tənzimləyicilər işlən­

mişdir. Koherentliyinin uzunluğu bir neçə metr olan lazer

şüasından geniş istifadəyə başlanmışdır.

Hesablayıcı texnikanın və kompüter texnologiya­

larının geniş istifadəsi imkan yaratmışdır:7

- ardıcıl yaxınlaşmalar metodunu avtomatlaşdırmaq;

- etibarlı əks əlaqəni təmin etmək;

- yüksək dəqiqliklə ağır işləri yerinə yetirmək;

- nəticələrin yüksək dəqiqliklə təkrar istehsalını təmin

etmək;

- mümkün səhvlərin qarşısını almaq üçün prosesi

yerinə yetirməkdən əvvəl onu modelləşdirmək;

- əməliyyatları proqram üzrə yerinə yetirmək;

- proseslərin təhlükəsizliyini təmin etmək.

Sadalanan texniki qərarların tətbiqi nəticəsində

ənənəvi optik texnologiya məhsulun keyfiyyətinin və məh­

suldarlığının prinsipial olaraq yeni səviyyəsinə çatmışdır.

Təqdim olunan ədəbiyyatda optik materialların key­

fiyyət göstəriciləri və tələbatlar şərh edilmişdir. Öncə optik

şüşə və onun istehsal texnologiyası, şüşənin bişirilməsi və

hazırlanması nəzərdən keçirilmişdir. Optik kristalların növ­

ləri və alınma üsulları təfsilatlı şərh edilmişdir.

Optik detalların pəstahlarının hazırlanma texnolo­

giyası və eləcə də optik səthlərin emal prosesinin əsasları

nəzərdən keçirilmişdir.

Tipik optik detalların: linzaların, prizmaların fərdi,

seriyalı və kütləvi istehsalda səciyyəvi emal texnologiyaları

8

r

*

və optik detalların örtükləri və çəkilmə üsulları təfsilatlı

şərh edilmişdir.

Təqdim olunan vəsaitdə, eləcə də optik kristallik

materialların mexaniki emal texnologiyası, onunla əlaqə­

dar tövsiyələr şərh edilmişdir.

9

I. OPTİK MATERİALLARIN KEYFİYYƏT GÖSTƏRİCİLƏRİ VƏ TƏLƏBATLAR

Optik detallar əsasən optik (rəngsiz və rəngli), eləcə

də orqanik və kvars şüşələrindən və süni kristallardan

hazırlanırlar. Optik materialların xüsusiyyətləri bir sıra

göstərici və tələbatlarla [1,2] səciyyələnir:

• civə spektrində ( A - 546,07 nm) e yaşıl xətti üçün

sınma göstəricisi və onun nominal qiymətdən sapma

hədləri (A n e} \

• orta dispersiya (nF, -n c,) -kadmium spektrində

(spektrin görünən hissəsində mavi və qırmızı kənar

sahələri) 480,0 və 643,8nm dalğa uzunluğu üçün sınma

göstəricilərinin fərqi və onun nominal qiymətdən sapma

hədləri

A(nF.- nc.) ;

orta dispersiya əmsalı

V = ■(nF -n c, ) ’

• optik eynicinsililik-sınma göstəricilərinə şüşənin

pəstahının eynicinsliliyi. Bu pəstahın kollimator qurğu-

ıo

sunda sınağı zamanı həlletmə bucağının cp" nəzəri həll-

etmə bucağına cp"= 120'7D olan nisbətini təcəssüm edir,

burada D-pəstahın diametri və ya düzbucaqlı pəstahın ən

kiçik tərəfidir;

• şüanın ikiqat sınması-şüşənin yumşaldılmasının

(termiki emal) keyfiyyət göstəricisidir, bu termiki emal

nəticəsində gərginlikli şüşədə şüalar adi və qeyri adiyə

ayrılan şüaların yolları fərqini xarakterizə edir, 1sm şüşədə

nanometrlə ölçülür;

• xəttin- zolağın olmaması- şüşədə şüanın sınma

göstəricisi eynicinsliliyi səciyyələndirən xətlərin olmaması,

nəzarət etalonları ilə müqayisə edilir: A-sinfində iki istiqa­

mət (prizmalar) və B-sinfində bir istiqamət (linza, lövhələr);

• qabarcıqlıq - şüşənin keyfiyyət göstəricisidir, pəs-

tahda ən böyük diametrli qabarcıq və ya daşla və qabar-

cıqların sayı və 0,03mm-dən böyük diametrdə olan daş­

ların sayı ilə səciyyələnir;

• zəifləmə göstəricisi - A-mənbəyindən şua axını 10

dəfəyədək udulma və yayılma nəticəsində zəiflədiyi məsa­

fənin tərs qiymətilə səciyyələnir;

• kimyəvi dayanıqlıq - zəif turşu məhlullarının təsirin­

dən şüşənin cilalanmış səthində ləkənin və rütubətli

ıı

atmosferin təsirindən şüşənin səthində damcılı-qiqroskopik

qatın-ərpin əmələ gəlməsilə səciyyələnir;

• spektral ötürmə - isıq buraxma tələbatları (rəngli

şüşələr üçün).

12

li. OPTİK ŞÜŞƏ VƏ ONUN İSTEHSALI

2.1. Optik şüşə və onun istehsalı

Şüşənin əsas tərkib hissəsi kremnezdən S i02 və

ona əlavə olunan müxtəlif oksidiərdən (natrium, kalsium,

kalium, barium, magnezium, aiüminium, qurğuşun oksid-

ləri), fosfor duzu və ftor turşusu və b. kimyəvi birləşmə­

lərdən ibarətdir. Bu əlavələr geniş optik diapozona və

xüsusiyyətlərə malik şüşə markaları almağa imkan verir.

Şüşənin xətti genişlənmə əmsalı a=(60-70)10'7-dir.

Bir sıra kimyəvi maddələr, məsələn S i02 silisium

oksidi, B20 5 bor anhidridi, P20 5 fosfor anhidridinin ərintisi-

nin soyudulması şüşəyəbənzər hala çevrilir. Bəzi kimyəvi

maddələr (məsələn, Al20 3 gili) şüşəni formalaşdırır.

Şüşəni formalaşdıran müxtəlif maddələr qrupları da vardır:

silikat (S i02 əsası), borat (B2Os əsası), fosfat (P2Os əsası)

və başqaları. Şüşəni formalaşdıran əsaslar şüşədə disper-

siyanın gedişinə əsas təsir göstərir.

Çoxkomponentli optik şüşələrin əksəriyyəti, onların

optik xüsusiyyətlərinin müxtəlifliyi, Mendeleyev dövri

sisteminin çox elementlərinin oksidlərinin müxtəlif nisbət­

lərində tərkibə daxil etlməklə əldə edilir (şəkil 2.1). Hər

oksid şüşənin optik xüsusiyyətlərinə müəyyən təsir göstə­

rir. Məsələn, silisium oksidi şüşənin tərkibində çox

olduqca, onun sınma göstəricisi azalır.

Şüşənin struktur toru bir neçə maddələrin, məsələn,

AI2O3 gilinin başqa maddələrlə əridilməsi nəticəsində

yaradılır.

Şəkil 2.1. Qızdırma zamanı şüşənin aqreqat halının dəyişməsi: bərk şüşə, 1- bənzər maddə; 2- yumşaldılmış şüşə kütləsi;3- maye şüşə

Şüşə kütlələrinin əridilmə texnologiyasının yüksəl­

dilməsi üçün ərintinin temperaturunun azaldılması, qatı-

lığın azaldılması və şüşənin kimyəvi davamlığının artırıl­

14

ması - tərkibə qələvi-torpaq elementlərinin (kalium, litium,

kalsium) oksidləri daxil edilir. A/2O3 oksidlərinin az miq­

darda əlavə edilməsi şüşənin kristallaşdırma qabiliyyətinin

azalmasına imkan yaradır. Ümumi halda arsenin, sürmə

və kükürd birləşmələri (0,2 - 1 % miqdarında) əridilmiş

şüşə kütləsinin şəffaflaşdırıcıları kimi istifadə edilir. Onlar

ərimə prosesində qabarçıqların məhv edilməsini sürət­

ləndirir və dəmir oksidlərinin zərərli boya qarışıqlarını

neytrallaşdırır.

Şüşə istehsalı texnologiyasında [17] həmçinin kim­

yəvi maddələr tətbiq edilir. Bişirmənin başlanğıc dövründə

şüşə kütləsinin qatdığı müvəqqəti aşağı salınır və prosesin

aparılmasını sürətləndirir. Belə maddələrə ammonium

sulfatı, kalium biftoridi və başqaları aiddir. Gələcəkdə onlar

parçalanaraq oksidlər yaradir və ya qazaoxşar birləşmələr

şəklində buxarlanırlar. Optik şüşələrin sintetik tərkibinə

adətən 4 - 1 2 müxtəlif oksidlər daxildir. Məsələn, K mar­

kalı şüşə tipi yeddi oksidə malikdir: SİO2 - 72 %; B2O3 -

8,15 %; K20 - 10,45 %; Na20 - 7,20 %, CaO - 1,55 %;

MgO - 0,45 %; A120 3 - 0,20 %.

Optik şüşənin iki növü vardır:

15