Основы наноелектроники / Основы наноэлектроники / ИДЗ / Книги и монографии / Проблемы нанотехнологии деталей машин, 1990, c.132

УДК 62I.9-!87.4

Докт.техв.наукЮ.Ф.Н8заров

ТЕОР.ЕТИЧООКИЕОСНОВЫ НАНОТЕХНолorия

в последнее время в техволоrии размерной обработки появилось новое направление, Еоторое связано о технологическим обеспе­ чением Raчеетва поверхноот~ого слоя на уровне еу6микронных геометрическиххарактеристик, то есть с величиной звачительн~

меньшей (ОКОЛ0 0,001 МЮI), которую предуематриваrот стандарты на

качество поверхностного ояоя lI ,2]. Такое направлениеполучи­

ло название "вавотезвсдогвя", ее ме'l'ОДОЛОГИJi свявава только с обеспечением минимальных Х4рактериетик поверхностного слоя. Однако, на ваш вагяяд, поваеяе "нанозехнодогяя" охватывает создание на поверхности '1'Вердоrо тела не юаьво суБМИRрореJlЬ~­ фа, во веобхо.цимоrо фиэико-химичесхorо состояния. Ковпеппвя на­ нотеХНОJ10ГИИ 6азируетCJI на по.пyqении. задаввьtX ЭХСПJIуатационвых свойств поверхности за счет упраВJI8НМ параметp8МJI поверхности. Прич$8 этап э:ксплуатauииД8та.пеЙ рассматрвваетсяRa.К ваклвчв- теJlЪSая ОТадия 'l'еХВОJ10rичеСRоrомаршрута 06ра60ТКИt поэтому при иэrОТОВJ1ен.ии детаJ1ей с зaдaнJiНМИ ЭХОПJIY8'l'ационвыми свойствами необходимо учи'1'ыв8ьь вэаимоомэь ивтеrра.nъвЬ1Х параметров повер­ хности о 'l'еХНОJlоrией 06ра60'l'RИ поверХВОС'l'И.

нами премоzеsа меТОДОJlоrия нанотеХВ0J10rииt ИО'1'Орая реаяя­ эована на примере изrотовленlЯ де~алей ддв лазерной техниRИ,S 1'81018,1ХnЯ технпи с ИСПОJlыованием ИВфрахраевоrо ИЗJIYЧ9ния,1tог­ да ссвоваой эttсп.лу8ТационноЙ хара.ктеристикоЙ Jm.1lЯвтся страза-: ТeJIЪВая (поrлощате.пъвая) способность э.пектромarнитных излуче­ ний оптичесхоrО.диапаsоsа спектра.

Ках враввяо, такие .детали ввгетевдявтся из раЗЛ:ИЧНЫХ цвет­ ных металлов и спяавов: amol\.1ИВИЙ, мель, мояиоден, инвар И др. Отра~тельная опособность металлических зеркал должна быть ман­ сиааяьаов. НзПРШv1ер, J(J.UI :JЖедвого веркаяа изnyчеН~9 ВОЛНЫ

IO, б мкм свшпе 99 %. Кроме Toro, предъявляются высокие трэоо-

'}

v

вания R точности выполнения отраЖающей поверхности таких звр­ кая, например. откдоненве формы плоского веркаяа доJritВО сос­ тавЛЯТЬ окопо 0.5 мхм на диаметре 500 ММ.

~ обеспечения максимальной отражательной способности

нmли проведенн иссхедования и установлена взаимосвязь Me~цy отражатеЛЬЕОЙ способностью и параметр~~и поверхностного СЛОН.

Существующие в настоящее время теоретические предnосЫF1КИ

06ра60ТI(И метаЛЛИЧ8С· ~X зеркал базируются на известных теори­

ях полирования tJlpecToH t Беильоа, ГребенЩИRОВ и др.) [з,4].

которые объясняют этот процесс с различных позиций. Соrлаево этим теориям МОЖНО объяснить только производительность про­ песса ПОJlИроваВШI и обеспечение минимальных rеОМElтрических параметров поверхности, однако, они не ооъясняют nропесс ·06- разования поверхности с максимальноЯ отражатеnъной способно­

стью.

Нами разработана тсоретичеСRие основа навсеезвояогва, ПОЭВОJJЯIOЩИе объЯснить процесс 06раsоВ8НИR М8'l'8ЛJ1Ичес1tОй по­ верLчоети с внсокой отражатenьвой спосоБНостью при размерной

06pa60ТR8.

дmt детапей типа меТaJJJlВчесRИX зеркаJ1 ДJUI отpuеввя ла­ зерного изnyченИJI при ДJ1Ине вовны 10,6 MRМ решение ПРОCSJ18МН нанотеХНОJ10ГИИ связано с ВЫбором интегральных характеристик поверхностного слоя деталей, которне JDAeП бы корреJISUIИОННyD взаимосвязь с отражатеJIЬНОЙ способностью, лрвнятой за ЭRСП.пуа­

тационвую характеристик~.

Проведениuе нами исследования лоевояаяа опредеавть такие

~нтегральнне характеристики поверхностного слоя.

на рис.! приведена cxe~и гравичвоrо САОЯ металлической

поверхности, которая ПрИБита нами ДJIЯ определения интеrра.пь-­

ных характеристик.

~ оценки геометрическихХВpaR'1'ерис1'ИR мы ИСПОJIЫOВ8J1И

принятш в теПJ10фИЗИRе Параметр. которЫй называется "фlRТОР шероховатости" (рис.2) (6,7J. ФизичесlШЙ смылJ1 qaXTOpa шеро..

ховатости захлючается в отношении ПJ1ощади гладкой. ~r и Э8Jv7Ьt- f какщей (шероховатость) частв РО1 впадина (внступа) шерохова-

J:/,(I

В общем случае при наличии на поверхности шероховатости

различного пор&дRa фактор шероховатости Р МОЖНО предстивить как произведение факторов шероховатости неровностей каждого

ся веявчана нероввссееа шероховатости Rq~OtI МRМ• .в мучае. когпа ~Q~0,1 t веявчана Р практически равна 1. и оценку пара­

метров поверхнооти следует ПрОИЭВОДИТЬ ПО величине ра60тн эхектрона (РВЗ).

Рис. 1. Схема яоверзвоезного rраничного слоя:

5

Рио.2. ПрофиJIЬ шероховатое!.

Комплексная оцевва физико-пwичеоltоrо состояния повер­ ХНОСТИ после JПD60ГО теХНОJlоrическоrо воздействия учитьtвaет изменение ТОНКОЙ структуры поверхности, фазовоrо и химичеоио­ го С9става и др. Эта оценка учитывает 0оо6ен~ооти электронно­ го строения метаJLПa, наличие свооодвых меХТрО80В, которне об­ разуют на границе раздеna метanя - ВОЗдуХ ~ОЙНОЙ эneхтричес­ КИЙ свой.

Атомы меТ8J1JlИЧеской поверхности находятся в осоовк УОl1О­ виях ПО оравнвнив с атомами внутри основного MeTaJ1J12. Эти ус­ ловия связаны с нарушением в одном из вапраВJIений етроrой пе­ РИО,дичноети кристаллической решетки, с обрывом трансляционной

симметрии вристалла.

электроны, движущиеся внутри поверхности, реarируют на ЭТОТ обрыв, и в результате образуется поверхностная зона. RO- ТОР-~Л отличается осоовма своясева....ш по сравнению с основвам мотавдом. Свойства электронов и строение поверхности отлича­ ются от строения и .своЙств металла в 06ъеме.

б

на .ме'.L'8J1JIИчеекоЙ поверхвос'l'И ВСJ1едствие" Т8ХНOJlоrическоrо

воздействия, особенно при обработке резанием, образуются раз­ J.1ИЧВоrо рода веМ8'l'8JIJIИЧеские пяевка (дявдевтрвчвокив или полупроводвввовве}. В И8ХО'1'ОРНХ CJJYЧ8ЯХ их толщина будет значительно превнmaть высоту шероховатости. Этот фактор необ­

ходимо учитнвать при назначении технологии изготовления метал­

ЛИЧ8СIGП зеркал.

нами получена корреnsции M~ о~тельной способностью аавервогс излучения (;l:; IO,6 мим) и величиной РВЭ, которая бы­ па измерена через веnичину хонтактвой развооти потенциалов.

Праtmfчески эта зависимость на меди и 8.moминии представилась

rипер60JIОЙ (в,9J. Эта зависимость аппроксвааровадась сяедпо­

шим ВJфU8нием:

Приведевваа эавиСИItfOс-rь ПОЗВOJIИ'1' pe8J1И80В8l'Ь пропесо хон...

TpOJlll отpazaтeJlЪВОI способвости на фJJl.иmвом Э'l'attе техвОJ10rи­ чесltоrо проuеоса DrО1'Оuевиа эер1t8Jla.

Вa!tBНМ IIOментом в техво.norии И3rО'1'ОВJIевия ме'l'8JJJ1ичеоRИX SSPR8J1 ЯВJUIетCJI опреJt8J18вие фахтора ваСJJ.едотвеввооти преднду­ IЦП опеpand. :которНй воввоаяве оптимизировать процесс 06ра- 60!КИ. .

ДJUI ИСCJ18Дoвaвиst теХВОJ1~еСItой наследственности нами

6ъша разработава '1'еоретико-графовая модель технологического

проuеСС8 изrО'1'ОВJ18НИЯ меТaJ1JIИЧесitоrо зеРRaJ1а [IO].

CorJ18CBO этой МОJte.nи 6ш разработав rраф теХНОJ10гичес-

хай ое'1'И C=(~v) • где каждой вершине ~iglIi=TI~ соответ- ствует раЗJ1ИЧвое сосюявяе а6разиввой поверхности, а квждому

проnеоС8. .

дзш ОПРЦeJIeВИJI ОП'1'ИМ8J1ЪВОro пути rраф C=(x,v) 1tfодифи­

IШpовав д06aвJ18виеll фикПВВНХ вершив И взвешиванием ваадсгс

op.eB~вaвBOГO ребра эваqевий.j"К.I-Й коордаватв.

,.,

Э:RазарОВЮ.Ф., мёjiЬ8'itRОВ О.Н. B~60P оптимального мар­

шрута обработки деталей с учетом технологической наследствен­ ности//Вестник машиностроения, 1986, ~ б. С.4?-49.

IO. Корженевич И.М., МеJIЬНИКОЗ О.Н. t Назаров Ю.Ф. Опти­

ческие свойства металлической поверхности с пленкой ~азличной проводимости//Поверхнос'l'Ъ. ФИЗика, ХИМИЯ, механива. I98З,Jё 2.

С.137-144.

Маринин Г.В., Кояовояьцев г.и., Лазарев М.Д•• Горохов в.с., задорин А.Г.

НАНОТЕХНOJIOIИЯ И ОБРАБОТКА дgrAJ!FЙ С СYIШiКPОННОЙ ТОЧНОСТШ

РаЭВИ'1'Ие п,рецизионноrо маmииостроениа и прИ60РОС'l'роенШI обуе­

J10ВИJIО создание и со~ерmеВО'l'Вовавие технологических процессов,

а ТaRЖ8 меТ8JIJIОрежУЩИХ станков, режущих инотрументов и ХОН­ '1'РOJIъно-измеРИТ8nЪННХ средств, позвOJIJDOЩИX ооеопвчвтъ ватоюв­ Jlевие прецизионннх детапеl маlDИR и прИ60рОВ С DовншевнЬ1МИ тех­ НJA8СIGIМИ требованиями в точностннм. параме'1'р8.М.

Тах, в начале 7о.-х годов твХНОJIогичес:кие процесск ооеспв­ чиваJIИ финиmвyи) обработку деmлей маmив и прИ60рОВ В диапазоне михроме'1'РОD. В вовце 7О-х тодов 6Ы1IИ созданы '1'еХНОJIоrичеспе процессн. которае ПОЗВOJIИJШ вести механическую обработку ОТД8ЛЬ­ внх деТaJlей машин и при60РОВ в диапазоне уже нанометров.

По прогвоэу ученых R началу 2! вена ДОЛЖНЫ 6ыть созданы

'l'аки& теХНОJ10гичеокиепроцеосн, а также меТSJIJlорежущие станка,

вонтрсяьно-яемерятеаьнвесредства и инструменты. воюрае вне­

сут кардинальные изменения в существующие представления о нор­ мах точности в маmиностроении, в том часле в отаввсстроении, а

ТaRЖ8 при60ростроении.