книги из ГПНТБ / Гущо Ю.П. Фазовая рельефография

Тепловой режим носителя регистрировали по двум параметрам: длительности работы источника нагрева to и соответствующей этому времени максимальной темпе­ ратуре Тмакс (рис. 7-1). Нет необходимости каждый раз регистрировать длительность среза, так как постоянная времени среза одинакова для всех режимов проявления и определяется только теплофизическими параметрами датчика температуры1.

Исследование данного носителя записи проведено для интервала времен проявления от 10 до 0,04 сек.

МКЛ1 JHKJH

Рис. 7-2. Графики зависимостей глубины канав значений испытательного

% —0=0,2.

При временах проявления, меньших 0,04 сек, температу­ ра достигает величины более 200°С, вследствие чего

1 В дальнейшем изложении to и Тмакс будем называть временем

и температурой проявления соответственно, опустив для простоты индекс при Глане.

130

в термопластике наблюдаются необратимые изменение материала.

На рис. 7-2 приведены результаты эксперименталь­ ного исследования сечения динамических поверхностей проявления для всего указанного спектра заряда при че­

Отметим, что проявление и стирание записи может идти как в области высокой эластики, так и в зоне вяз­ кого ньютоновского течения термопластика. Действи­ тельно, из сопоставления термомеханической кривой \(Т ) (рис. 3-3) и зависимостей, приведенных на рис. 7-2, следует, что при времени проявления 10 сек температура проявления и стирания записи лежит в области тем­ ператур между точками стеклования и течения термо­

пластика. При /о=1 сек проявление осуществляется при температуре, меньшей, чем температура течения, а сти­ рание —- при большей. При to, равном 0,04 и 0,1 сек, как стирание, так и проявление происходят при температуре,

заведомо большей, чем температура течения полимера. Исследование проявления при «больших» временах (й)— 10-е 1 сек) важно с точки зрения изучения процес­ сов хладотекучести и самопроявлегшя записи. Времена памяти такой и большей длительности могут представ­ лять интерес в рельефографнческпх оперативных систе­ мах визуализации пли хранения информации, особенно при использовании неподвижных подложек. Как пока­ зывают расчеты, в этих условиях упругость среды тер­ мопластика близка по величине упругости поверхност­

ного натяжения (4G и сфГ соизмеримы).

С другой стороны, скоростям протяжки термопласти­ ческих пленок 10—30 см/сек при проявлении п стирании записи соответствует время ta< \ сек. При этом темпе­ ратура проявления лежит в интервале от 120 до 200°С. При таких температурах движение термопластической среды подчиняется ньютоновскому закону течения. Впервые на это обстоятельство указал Гленн [Л. 76].

Однако Гленн не придавал решающего значения яв­ лению стеканпя заряда. Поэтому он рассматривал окон­ чание проявления как установившийся режим равнове­ сия между силами поверхностного натяжения и элек­ трическими силами. На самом деле, как показывают

132

экспериментальные данные, проявление для всего иссле­ дованного диапазона температуры и времени носит ди­ намический, нестационарный характер. При этом суще­ ствует оптимальный режим.

С целью более детального анализа соотношения про­

времени релаксации сил, обусловленная стенанием за­ ряда, не только соизмерима.

(рис. 7-3) при записи одиночной канавки. На рис. 7-2 вид­ но, что изменение плотности заряда приводит к несовпаде­ нию оптимальных режимов проявления. Однако часто это несовпадение незначительно. В этом случае кривая опти­ мальных режимов проявления t0(T) является общей для любых плотностей заряда. Для изучаемого здесь термо­ пластика зависимость t0(T) изображена на рис. 7-4. Пунктиром на этом же рисунке построена теоретически вычисленная кривая.

С другой стороны, независимость оптимального ре­ жима проявления от плотности заряда позволяет ввести понятие оптимальной модуляционной кривой, т. е. зави­ симости глубины канавки от величины заряда при за­ данном значении /0 н Т0. На рис. 7-5 представлены четыре оптимальные модуляционные кривые. Из рисун­ ка следует, что с повышением температуры проявления глубина канавки увеличивается. Общая закономерность хода кривых нарушается только при малых зарядах в области низкой температуры проявления (около 80°С), при которой наиболее резко изменяются свойства тер-

133

Расчет теоретической зависимости выполнен по формуле (6-5). Экспе­ риментальная и теоретическая кри­ вые построены в относительных еди­ ницах, так как абсолютное значение глубины канавки трудно вычислить из-за неизвестного распределения заряда в термопластическом слое.

Если известны кривая оптимальных режимов про­ явления и ширина зоны нагревания s, то ось времени можно проградуировать прямо в значениях скорости протяжки ленты o= s/t Далее сопоставление графиков рис. 7-4 и 7-6 дает возможность выбрать режим про­

134

поверхности проявления приведено также в [Л. 77]. Внешние характеристики в этой работе сняты при термостатировании режима проявления и стирания записи в интервале температур от 100 до 130 °С.

7-3. Исследование жидких деформируемых слоев

Слабопроводящие жидкие среды для деформируемых слоев были использованы еще в первых опытах Фишера и до настоящего времени их применяют в серийно выпу­ скаемых телевизионных проекторах с большими экра­ нами. Однако до сих пор подбор деформируемой среды в этих проекторах в значительной степени осуществляют эмпирически. Построение динамической' поверхности проявления для масляного слоя позволяет более созна­ тельно подходить к оценке свойств исследуемого слоя

ик выработке требований для вновь создаваемых мате­ риалов.

Вотличие от термопластической записи проявление

истирание рельефа на масляных слоях осуществляют

Рис. 7-7. Структурная схема установ­ ки для снятия внешних характери­ стик жидких деформируемых слоев.

/ — проектор: 2 — экран; 3 — оптико-элек­

при постоянной температуре. Поскольку толщина слоев составляет 50—100 мкм, можно считать, что заряд рас­ пределен близко к поверхности слоя.

Поверхностное распределение заряда н постоянный температурный режим масляных слоев позволяют рас­ считывать с большей точностью, чем для термопластиков, их внешние характеристики.

В этом параграфе основное внимание уделим только сопоставлению теоретических и экспериментальных дан­ ных при построении одной внешней характеристики масляного слоя — кривой оптимальных режимов про­ явления.

Для экспериментального исследования внешних ха­ рактеристик масляного слоя мы использовали серийный проектор типа «Эйдофор». Структурная схема экспери­ ментальной установки приведена на рис. 7-7 {Л. 78]. С помощью устройства управления электронным лучом проектора 1 на масляный слой записывают электриче-

135

скпй растр. Изменения рельефа па масле с помощью оптического устройства воспроизведения преобразуют в изменение яркости экрана 2. Электрический сигнал, пропорциональный яркости экрана, с помощью преобра­ зователя 3 подают на вход вертикальных пластин

растекается по поверхности на два-три порядка быстрее объемного стекания заряда внутрь деформируемого слоя для обоих сортов масла. Исследование других известных нам масляных слоев подтверждает, что процессы поверх­ ностных перетоков заряда идут намного быстрее объ­ емных.

На рис. 7-8 изображены экспериментальные и теоре­ тические зависимости ta(T).

Рассмотрение графиков рис. 7-8 показывает, что

вобласти более высоких температур проявления кривые оптимальных режимов идут более полого, чем в области низких температур. Совпадение расчета и эксперимента

вэтом случае подтверждает правильность исходных предпосылок, выбранных при постановке теоретической

задачи.

7-4. Исследование гелеобразных слоев

Гелеобразный материал выгодно отличается от мас­ ляного и термопластического тем, что во время прояв­ ления и стирания рельефа он способен сохранить свою

1 36

форму. Поскольку гелеобразные слои не подвержены текучести, на них можно получить равновесный режим деформации, т. е. такой режим, когда деформирующие силы находятся в статическом равновесии с силами по­ верхностного натяжения и упругими силами гелеобраз­ ной среды. Обычно рельеф на гелеобразных слоях создают внешним электрическим полем.

■Пространственный рельеф напряженности электриче­ ского поля, имитирующий устройство управления, мож-

Рис. 7-9. Схема установки для снятия внешних характеристик гелеобразных деформируемых слоев.

но создать, расположив вблизи свободной поверхно­ сти деформируемого слоя металлический электрод, выполненный в виде периодического растра и соединен­ ный с одним из полюсов управляемого источника напря­ жения. Другой полюс источника подсоединяют к про­ водящему прозрачному слою, расположенному под гелеобразным слоем. В разработанной нами установке (Л. 62] для исследования гелеобразных слоев в качестве управляющего электрода применена металловолоконная шайба с напыленным на одной из ее поверхностей металлическим проводящим слоем.

Схема установки изображена на рис. 7-9. Слой ге­ ля 1 наносят на прозрачный электропроводящий слой 2, покрывающий одну из граней призмы 3. Вблизи сво­ бодной поверхности слоя 1 крепят металловолоконную шайбу 4, покрытую с одной стороны проводящим слоем 5. Мы использовали шайбу с диаметром волокна 0,15 мм и расстоянием между центрами волокон 0,3 мм. Зазор между поверхностями слоя 1 и шайбы 4 устанавливали

равным 20 мкм. Щелевое оптическое устройство считы­ вания рельефа проецирует световой поток, пропорцио­ нальный глубине рельефа, на светочувствительный эле­

исоответствующей ей ем 2. Напряжение источника

подают на второй вход осцил­ лографа 7. Величина сигнала, вырабатываемого фотоумно­

жителем, при используемых освещенностях линейно связана с величиной пропускаемого к фотоумножителю светового потока. При необходимости получения абсо­ лютных величин глубины решетки, пропорциональных световому потоку, измерительное устройство следует отградуировать с помощью слоя с известным профилем рельефа. В качестве такого слоя удобно использовать термопластик с фиксирован­ ным на его поверхности рельефом.

На рис. 7-10 изображена типичная осциллограмма кривой свечения 1, получа­ ющаяся под действием прямоуцольных импульсов на­ пряжения 2. Обычно длитель­ ность нарастания импульса напряжения во много раз меньше применяемых дли­ тельностей импульса t0. На

кривой свечения отчетливо различаются два участка:

действие внешних сил на слой отсутствует, то по форме

138

этого участка можно определить механическую постоян­ ную времени выравнивания поверхности рельефа тм, которая является одной из важных характеристик записи. Графический способ определения постоянной времени тм методом подкасательной показан на рис. 7-10. На рис. 7-11 приведена осциллограмма кривой свечения, где виден участок кривой, соответствующий равновес­ ному состоянию деформации. Наличие этого участка

пульса напряжения, являющегося в данном случае вход­ ной величиной, характерными параметрами могут слу­ жить амплитуда U и длительность импульса 4.

На рис. 7-12 построено семейство зависимостей мак­ симальной глубины канавки от напряжения источника U при различных длительностях импульса напряжения 4- Из графиков следует, что на участке рабочих напря­ жений они практически прямолинейны, хотя с уменьше­ нием напряжения имеется тенденция к переходу графи­ ков к форме, близкой к параболе. По-видимому, при малом напряжении его составляющие Uо и Ui [см. фор­ мулу (6-15)] соизмеримы друг с другом и максимальная глубина канавки оказывается приблизительно пропор­