ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО КЛЕЯ ОК72ФТ15 НА ДЕФОРМАЦИИ НАРУЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОПТИЧЕСКИХ СКЛЕЕННЫХ СБОРОК

Рассмотрены проблемные вопросы, связанные с деформацией наружных поверхностей оптических деталей, возникающих в процессе склеивания.

Ключевые слова: склеивание, склеенная оптическая сборка, деформация оптической поверхности, гидромеханический способ.

Введение

Основным   способом    соединения   оптических    деталей    является    склеивание.

 Недостатком склеивания является деформация оптических поверхностей [1,2]. Деформации наружных поверхностей приводят к изменению технических характеристик оптических сборок и самих изделий.     Эпоксидный оптический клей марки ОК- 72ФТ15, предназначен для склеивания оптических деталей приборов, изготовленных из неорганических стекол всех типов, керамики, кристаллов и металлов, к которым предъявляются повышенные требования по прочности склеивания, влагостойкости, а также вибро- и ударопрочности, работающих в разнообразных климатических условиях, с разностью температурных коэффициентов линейного расширения (∆α) не более 60•10-7С-1 [3,4]. В отличие от клея ОК72ФТ5 клей ОК-72ФТ15 является более эластичным и предназначен для склеивания тонких оптических деталей.

Известно [3], что свойства стекла зависят от температуры полимеризации клея, например, прочность при равномерном отрыве: с повышением температуры прочность повышается. Проведение полимеризации клея при повышенной температуре улучшает и другие эксплуатационные свойства склеенных сборок. Улучшение эксплуатационных свойств не должно приводить к ухудшению технических характеристик приборов, которые зависят от величины отклонения оптических поверхностей от номинальных значений. Задачей исследования является определить влияние температуры полимеризации клея ОК72ФТ15 на деформации наружных поверхностей склеенных оптических сборок.

Методика проведения эксперимента

Для исследования были использованы образцы линз, соответствующие образцам, указанным в [5]. Плосковыпуклые линзы были изготовлены из стекла ЛК7, плосковогнутые линзы были изготовлены из стекла ТФ7. Радиус сферических поверхностей равен 50 мм, диаметр деталей равен 40 мм. Перед склеиванием проводилась чистка склеиваемых поверхностей гидромеханическим способом в чистом помещении [6,7]. Для склеивания был использован оптический клей ОК72ФТ15. После склеивания две сборки выдерживались в нормальных условиях в течение не менее 14 суток для полимеризации клея, по две сборки через сутки после склеивания выдерживались при температурах 50оС, 65оС и 100оС. Термообработка проводилась в течение двух часов. Температуры полимеризации были выбраны в соответствии с [3]. Контроль наружных поверхностей проводился до склеивания и после склеивания и полимеризации. Для контроля формы поверхностей использовался интерферометр Физо с фазовым сдвигом, длина волны 0,6328 мкм, погрешность ±0,05 полосы.

Результаты эксперимента и обсуждение

Результаты измерений формы поверхности представлены в таблице 1. Интерферограммы, обработанные с помощью программного обеспечения Metro Pro, плоских поверхностей линз, полученные после термообработки оптических сборок, представлены на рисунке 1. Как видно из данных таблицы значения N (число интерференционных полос) после склеивания и полимеризации в нормальных условиях изменяются незначительно, как для плосковыпуклой, так и для плосковогнутой линзы. После проведения полимеризации при разных температурах N изменяется в значительной степени. При этом для плосковогнутой линзы (стекло ТФ7) изменения происходят в сторону увеличения «ямы», а для плосковыпуклой линзы (стекло ЛК7) – в сторону увеличения «бугра».

Одной из причин появления значительных деформаций наружных поверхностей склеенных оптических сборок, по-видимому, является фиксирование равновесного состояния системы из двух линз и слоя клея в процессе полимеризации при повышенной температуре. При охлаждении сборки после термообработки до нормальных условий разница в ТКЛР стекла ЛК7, стекла ТФ7 и клея ОК72ФТ15 приводит к возникновению напряжений и, в результате, к деформации наружных поверхностей. ТКЛР стекла ЛК7 составляет 44.10-7 oC-1, стекла ТФ7 - 94.10-7 oC-1, клея ОК72ФТ15 - 1200.10-7 oC-1 [8,4]. Хотя в результате охлаждения в клеевом шве возникают напряжения растяжения, по-видимому, основной причиной появления деформаций наружных поверхностей является разность ТКЛР стекол. Сферическая поверхность плосковыпуклой линзы, изготовленной из стекла ЛК7, при охлаждении испытывает напряжения сжатия. При этом линза изгибается, и на наружной поверхности появляется «бугор». Сферическая поверхность плосковогнутой линзы, изготовленной из стекла ТФ7, при охлаждении испытывает напряжения растяжения. Соответственно, на наружной поверхности появляется «яма».

Наиболее сильные изменения происходят при повышении температуры полимеризации до 65оС. При температурах полимеризации свыше 65оС увеличение деформации происходит в меньшей степени, особенно для стекла ТФ7. Как видно из рис.

2 величины деформаций находятся в пропорциональной зависимости от температуры полимеризации клея при температурах до 65оС. При более высоких температурах полимеризации, возможно, за счёт эластичности клея ОК72ФТ15 происходит частичная компенсация напряжений и, соответственно, деформации увеличиваются в меньшей степени.

Ранее были проведены аналогичные исследования для клея марки ОК72ФТ5 [9]. Средние значения деформаций для каждой температуры и каждой марки стекла представлены в таблице 2. Видно, что деформации для обоих клеёв с увеличением температуры полимеризации изменяются одинаковым образом, но деформации, вызванные клеем ОК72ФТ15, как правило, меньше деформаций, вызванных клеем ОК72ФТ5. Это обусловлено, по-видимому, большей эластичностью клея ОК72ФТ15. ТКЛР клеёв не оказывает заметного влияния на деформации, так как клей ОК72ФТ15, имея в два раза больший ТКЛР, создаёт меньшие деформации, чем клей ОК72ФТ5.

На основании выше изложенного можно сказать, что деформации наружных поверхностей, появляющиеся при склеивании оптическим клеем ОК72ФТ15, зависят в первую очередь от температуры термообработки и от разницы ТКЛР стёкол склеиваемых оптических деталей. Полимеризация клея при повышенных температурах приводит к значительным деформациям оптических поверхностей склеенных сборок. ТКЛР клея не оказывает заметного влияния на деформации.

Заключение

Склеивание оптических деталей широко применяется при изготовлении изделий различного назначения. Технические характеристики оптических сборок и самих изделий зависят   от   технологического   процесса   склеивания,   особенно   от   температуры полимеризации. Повышение температуры полимеризации может улучшить эксплуатационные характеристики изделий и, при этом, ухудшить их оптические характеристики.

Таблица    1.    Отклонения   от    заданной   поверхности   наружных   поверхностей оптических сборок, склеенных с использованием клея ОК72ФТ15.

Таблица 2. Средние значения деформаций

1.      Потелов В.В. Исследование возможностей повышения прочностных характеристик оптических склеенных сборок с высокой разностью коэффициентов линейного температурного расширения  // Оптический журнал. 2009. Т.76. №6. С.68-69.

2.      Левинок В.Е., Мартынова В.Б. Бездеформационное склеивание кварца с инваром // Оптический журнал. 1995. №10. С.69-72.

3.      Клеи оптические эпоксидные марки ОК–72ФТ. Общие технические условия, ТУ 2252-005-33122646-14.

 4.      Справочник технолога-оптика / Под ред. Окатова М.А. СПб., 2004. 686 с.

 5.      ОСТ3-6187-95. Клеи оптические. Методы контроля и испытаний.

 6.      Кручинин Д.Ю. Склеивание оптических деталей, имеющих нулевые классы чистоты полированных поверхностей // Оптический журнал. 2011. Т.78. №4. С.73- 75.

7.      Кручинин Д.Ю., Яковлев О.Б. Патент 2454379. Способ склеивания оптических деталей.

8.      ГОСТ 13659-78. Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Основные параметры. Москва. 1985.

9.      Кручинин Д.Ю., Гарайшина Л.Т., Сырицин М.П. Влияние температуры полимеризации клея ОК72ФТ5 на деформации наружных поверхностей оптических склеенных сборок. Сборник научных трудов по итогам международной научно- практической конференции (11 октября 2016 г.), Волгоград, 2016, выпуск III, с. 109-113.