1.2. Типовой технологический процесс

Независимо от конструкции покрытия и способа нанесения слоев типовой технологический процесс включает в себя следующие операции:

1. Подготовка оптической детали. Подготовка оснастки для нанесения покрытия (подложкодержатель, индивидуальные оправы для деталей, диафрагма для экранирования, экранирующие маски).

2. Подготовка пленкообразующего материала.

3. Подготовка технологического оборудования для нанесения покрытий выбранным методом.

4. Нанесение покрытия.

5. Контроль в процессе формирования.

6. Послеоперационный технический контроль основных параметров в процессе его жизнедеятельности.

Общей для всех методов изготовления интерференционных покрытий является операция выбора подложки.

К подложкам, на которые наносится оптические интерференционные покрытия, предъявляются следующие требования:

1. она должна быть прозрачной (слабо- или мало-поглощающей) или обеспечивать известное поглощение в заданной области спектра,

2. химически инертной, обладать высокой механической прочностью, выдерживать нагрев до температуры, при которой формируется покрытие, иногда до 800°С и при изготовлении покрытий в вакууме выдерживать обработку тлеющим разрядом. Кроме того, она должна быть оптически однородной и допускать полирование, быть совместимой с материалом покрытий (некоторые комбинации слоев и подложек не обеспечивают хорошей адгезии, другие дают трещины или из-за большой разницы коэффициентов термического расширения, разрушаются при нагреве), а также выдерживать все условия эксплуатации и внешние воздействия.

Наличие загрязнений на подложке оказывает существенное влияние на адгезию и свойства покрытий. Для получения прочных покрытий, не отстающих от стекла или другого материала поверхность последнего должна быть очищена от жиров, воды и др. видов загрязнений.

3. Методы очистки оптической поверхности перед нанесением покрытия

Прочность покрытия и степень его сцепления с подложкой зависит не столько от чистоты поверхности (количество дефектов на её поверхности), сколько от степени ее очистки от загрязнений. Очистка подложки может быть осуществлена различными способами:

1. Химико-механическим.

2. Ультразвуковой обработкой.

3. Защитой очищенных поверхностей низкотемпературными соединениями.

4. Ионной бомбардировкой.

Выбор способа очистки зависит от марки стекла (пятнающиеся и налетоопасные нельзя очищать с использованием дистиллированной воды) и степени загрязнения.

Выбор метода очистки подложки не зависит от метода нанесения.

Химическая очистка.

Известно несколько методов химической очистки стекла. Эти методы успешно применяют для очистки больших поверхностей и сильных загрязнений, но они неприемлемы для очистки деталей, размеры которых не превышают 10 мм и при их толщине менее 1 мм.

Степень очистки химическими методами достаточно высока. Они непригодны для удаления слоев воды и углеводородов толщиной несколько ангстрем. Очищенные химическим способом поверхности быстро загрязняются на открытом воздухе. Окончательная очистка полированной поверхности производится путем нагрева, ее в вакууме или бомбардировкой быстрыми ионами.

Химические растворы успешно применяются для очистки стеклянных пластмассовых и металлических поверхностей путем протирки их хлопчатобужной тканью, смоченной в соответствующем растворителе заданной концентрации. Стеклянные поверхности подвергаются окончательной чистке ватным тампоном, смоченном в изопропиловом спирте или спиртосодержащей смеси (применяется медицинский эфир со спиртом). После просыхания на стеклянной поверхности при дыхании на нее образуется однородный узор. Если на узоре от дыхания наблюдается рисунок или капельный налёт, то протирку следует повторить.

Если покрытие наносится в вакууме, то главной целью химической обработки является получение однородной поверхности, т.е. полное избавление от жировых полос, пятен, воды и пыли.

При полировке стекла на его поверхности образуется заряд, прочно удерживающий мелкие частицы, наличие которых приводит к образованию отверстий в осажденной пленке. Применение обезжиривающих салфеток позволяет свести к минимуму число загрязняющих частиц на поверхности стекла.

Помимо химического способа очистки осуществляется очистка паром. В этом случае детали размещаются в специальных подставках, которые вместе со стеклами промываются проточной дистиллированной воды. Затем подставку помещают в изопропиловый спирт, далее подставка помещается в камеру, где производится очистка парами изопропилового спирта. Стекла остаются в парах спирта пока они не приобретут температуру пара, затем подставка вынимается из камеры. С поверхности остывшего стекла спирт быстро испаряется. Стекло считается годным для помещения в камеру, где осаждается пленкообразующее вещество. Стекла только что очищенные паром обладают весьма большим коэффициентом трения относительно ткани. Аналогичное явление наблюдается после очистки подложки и после нанесе­ния на нее покрытий испаренных в вакууме, поэтому в случае свежеполированных поверхностей можно использовать такую обработку.

Ультразвуковая очистка.

Деталь на специальных подставках (рис 1.5), обеспечивающих минимальный контакт с обрабатываемой поверхностью и максимальный доступ жидкости к обрабатываемой поверхности, помещают в камеру,

заполненную очищающим раствором. Затем камеру обрабатывают ультразвуком, после чего жидкость сливают проточной дистиллированной водой. Потом детали осушают ультразвуком и снова помещают в камеру для обработки жидкостью. Процесс состоит из 3-7 этапов. На первом и последнем этапе обработка осуществляется дистиллированной водой. На других этапах – различными видами растворителей, состав которых определяется химической стойкостью подложки, степенью загрязнения и формой оптической детали.

Наиболее часто этот метод используется при очистке деталей из полимерных, деталей сложной геометрической формы (растры, линзы Френеля).

Защита (межоперационная) очищенных поверхностей низкотемпературными соединениями.

Он состоит в очистке поверхности обычными химическими средствами (растворы, жидкости), протирочными, обычными тампонами, смоченными жидкостями с высокой температурой кипения. Поверхность стекла, протирается до получения на ней тонкого, однородного слоя жидкости, который защищает поверхности и воспринимает на себя грязь атмосферы. После воздействия на поверхность оптической детали тлеющего разряда защитные пленки распыляются вместе с осевшей на них грязью. Для успешного применения этого метода целесообразно применение жидкости с минимальной температурой кипения 200-300° С. Этот метод чистки наиболее целесообразен, когда оборудование для нанесения покрытий удалено от места полировки.

Контроль химической чистоты поверхности перед формированием покрытия.

Метод дыхательного узора.

Поверхности свободные от жирообразных загрязнений конденсируют гладкую зеркальную пленку воды с маленьким отражением. Водяная пленка имеет меньший показатель преломления, чем отекло и создает на поверхности просветляющее покрытие. По мере испарения толщина пленки уменьшается. Углы смачивания водяной плёнки, возникающей при дыхании на чистых поверхностях приближаются к 0, в то время как на загрязнённых поверхностях они значительно больше. Появляется некий рисунок, являющийся индикатором чистоты поверхности, если рисунок отсутствует, деталь считается чистой.

Контроль распылением.

Сухая поверхность выдерживается в мелкой водяной пыли, на загрязненной поверхности капли собираются в большую каплю, в то время как на чистой остается мелкая водяная пыль.

Это неразрушающий метод контроля, который обеспечивает высокую точность.

Контроль на разрыв водяной пленки.

Требует навыка и обеспечивает относительно высокую точность. Если чистую подложку вынуть из сосуда с чистой водой, то на поверхности остается сплошная пленка. Наличие загрязнений разрывает последнюю.

Перечисленные методы являются наиболее простыми, неразрушающими и не требуют дополнительного оборудования, позволяют визуально оценить качество поверхности.

Измерение угла смачивания.

Угол между касательной капли воды и поверхностью является мерой смачивания поверхности. На полностью смоченной поверхности этот угол равен 0. На несмачиваемой поверхности капли имеют полусферическую форму с углом смачивания приближающимся к 180° С. Этот метод скорее оценочный.