ЛАЗЕРНОЕ ТЕРМОРАСКАЛЫВАНИЕ ХРУПКИХ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПО ЗАМКНУТЫМ КРИВОЛИНЕЙНЫМ КОНТУРАМ
ËÀÇÅÐÍÀß ÔÈÇÈÊÀ È ÒÅÕÍÈÊÀ
ÓÄÊ 621.791.78
ËÀÇÅÐÍÎÅ ÒÅÐÌÎÐÀÑÊÀËÛÂÀÍÈÅ ÕÐÓÏÊÈÕ ÍÅÌÅÒÀËËÈ×ÅÑÊÈÕ ÌÀÒÅÐÈÀËΠÏÎ ÇÀÌÊÍÓÒÛÌ ÊÐÈÂÎËÈÍÅÉÍÛÌ ÊÎÍÒÓÐÀÌ
© 2008 ã. Ñ. Â. Øàëóïàåâ, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Þ. Â. Íèêèòþê; À. À. Ñåðåäà Ãîìåëüñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èì. Ô. Ñêîðèíû, ã. Ãîìåëü, Ðåñïóáëèêà Áåëàðóñü E-mail: shalupaev@gsu.unibel.by, nikitjuk@gsu.unibel.by, sereda@gsu.unibel.by
 ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû àíàëèçà ïðîöåññîâ ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî çàìêíóòûì êðèâîëèíåéíûì êîíòóðàì. Îïèñàíû ðàçðàáîòàííûå àâòîðàìè òåõíè÷åñêèå ïðèåìû, îáåñïå÷èâàþùèå êà÷åñòâåííîå óëó÷øåíèå òåõíîëîãèè, ñóùåñòâóþùåé â íàñòîÿùåå âðåìÿ. Âûïîëíåí ðàñ÷åò òåðìîóïðóãèõ ïîëåé, ôîðìèðóåìûõ â îáðàáàòûâàåìîì ìàòåðèàëå â ðåçóëüòàòå åãî îáðàáîòêè ïî êðóãîâîìó êîíòóðó.
Êîäû OCIS: 350.3390.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.05.2007.
Ïîñòîÿííîå ïîâûøåíèå òðåáîâàíèé ê êà÷åñòâó ïðåöèçèîííûõ èçäåëèé, ñâÿçàííîå ñ ìèíèàòþðèçàöèåé ñîâðåìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ, âûçûâàåò íåîáõîäèìîñòü ðàçðàáîòêè íîâûõ ëàçåðíûõ ìåòîäîâ âûñîêîòî÷íîãî ðàçäåëåíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè óæå ñóùåñòâóþùèõ òåõíîëîãèé ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ.
Ïåðâûå ñîîáùåíèÿ ïî äàííîé òåìàòèêå äàòèðóþòñÿ êîíöîì 70-õ ãîäîâ [1]. Øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ìåòîäû ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïîëó÷èëè â 80-å ãîäû [2, 3].
 íàñòîÿùåå âðåìÿ îäíèì èç íàèáîëåå ýôôåêòèâíûõ ìåòîäîâ âûñîêîòî÷íîãî ðàçäåëåíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ÿâëÿåòñÿ óïðàâëÿåìîå ëàçåðíîå òåðìîðàñêàëûâàíèå, îòëè÷èòåëüíàÿ îñîáåííîñòü êîòîðîãî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ðàçäåëåíèå ìàòåðèàëà ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå îáðàçîâàíèÿ ìèêðîòðåùèíû, ôîðìèðóåìîé â ðåçóëüòàòå ïîâåðõíîñòíîãî íàãðåâà ìàòåðèàëà ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì è ïîñëåäóþùåãî îõëàæäåíèÿ çîíû íàãðåâà õëàäàãåíòîì. Ê îñíîâíûì ïðåèìóùåñòâàì óïðàâëÿåìîãî ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ îòíîñÿòñÿ âûñîêàÿ òî÷íîñòü ðàçäåëåíèÿ, âûñîêàÿ ñêîðîñòü îáðàáîòêè, áåçîòõîäíîñòü è ïîâûøåííàÿ ïðî÷íîñòü ïîëó÷àåìûõ èçäåëèé [4, 5].
 ðÿäå ñëó÷àåâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ èçäåëèé ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìû âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ðåçêè õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî çàìêíóòûì êðèâîëèíåéíûì êîíòóðàì (ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü èçãîòîâëåíèå çàãîòîâîê äëÿ ïðîèçâîäñòâà àâòîìîáèëüíûõ çåðêàë). Ïðè ýòîì èçâåñòíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ äëÿ ýòèõ öåëåé óïðàâëÿåìîãî ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ (ÓËÒ) [4].
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Àíàëèç ðàáîò ïî äàííîé òåìàòèêå è ñîáñòâåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè íàëè÷èå ó òåõíîëîãèè ÓËÒ öåëîãî ðÿäà ñóùåñòâåííûõ íåäîñòàòêîâ, ÿâëÿþùèõñÿ ïðè÷èíîé íèçêîé òî÷íîñòè îáðàáîòêè è íèçêîãî êà÷åñòâà îêîí÷àòåëüíûõ èçäåëèé. Îñòàíîâèìñÿ íà ñóùíîñòè âîçíèêàþùèõ òðóäíîñòåé è ðàññìîòðèì ðàçðàáîòàííûå ðåøåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùèå èõ ïðåîäîëåíèå.
 ïåðâóþ î÷åðåäü îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå èçâåñòíûõ óñòàíîâîê ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ â ñëó÷àå íàíåñåíèÿ ìèêðîòðåùèíû ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó â ñèëó èõ êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ çîíû ïîäà÷è õëàäàãåíòà îòíîñèòåëüíî òðàåêòîðèè ðàçäåëåíèÿ, ÷òî âûçûâàåò ëèáî ïîÿâëåíèå çàìåòíûõ îòêëîíåíèé ôîðìèðóåìîé ìèêðîòðåùèíû îò ëèíèè âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ëèáî ïðåêðàùåíèå ðåçêè. Äàííîå îáñòîÿòåëüñòâî îñîáåííî ÷åòêî ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ðàáîòå íà ìàëûõ ðàäèóñàõ ñëîæíûõ ëèíèé îáðàáîòêè.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî íåäîñòàòêà áûëà ðàçðàáîòàíà ñõåìà óñòàíîâêè, îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå 5-êîîðäèíàòíîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ. Ðåçóëüòàò, äîñòèãàåìûé ïðè èñïîëüçîâàíèè äàííîé óñòàíîâêè, çàêëþ÷àåòñÿ â óñòðàíåíèè îòêëîíåíèé çîíû âîçäåéñòâèÿ õëàäàãåíòà îò ëèíèè äâèæåíèÿ ëàçåðíîãî ïó÷êà âî âðåìÿ îáðàáîòêè çà ñ÷åò íåçàâèñèìîãî ïåðåìåùåíèÿ ôîðñóíêè ïîäà÷è õëàäàãåíòà [6].
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî îïèñàííîå âûøå òåõíè÷åñêîå ðåøåíèå ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì, íî íå äîñòàòî÷íûì óñëîâèåì äëÿ óìåíüøåíèÿ îòêëîíåíèé ðàçäåëÿþùåé ìèêðîòðåùèíû îò ëèíèè îáðàáîòêè. Äåëî â òîì, ÷òî â ñëó÷àå ðåçêè ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó ñèììåòðèÿ òåðìîóïðóãèõ íàïðÿæåíèé, õà-
11
ðàêòåðíàÿ äëÿ ïðÿìîëèíåéíîé ðåçêè, íàðóøàåòñÿ åùå ïî íåñêîëüêèì ïðè÷èíàì.
Îäíîé èç íèõ ÿâëÿåòñÿ âëèÿíèå óæå ïðîãðåòûõ ó÷àñòêîâ ìàòåðèàëà, íàõîäÿùèõñÿ âíóòðè êðèâîëèíåéíîãî êîíòóðà, ÷òî ìîæåò ïðèâîäèòü ê îòêëîíåíèþ òðåùèíû îò ëèíèè îáðàáîòêè [4]. Îäíàêî áîëåå ñóùåñòâåííîé ïðè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ëàçåðíûõ ïó÷êîâ ýëëèïòè÷åñêîé ôîðìû, îðèåíòèðîâàííûõ ïî êàñàòåëüíîé ê êðèâîëèíåéíîé òðàåêòîðèè äâèæåíèÿ. Èñïîëüçîâàíèå òàêîé ôîðìû ëàçåðíûõ ïó÷êîâ (ñì., íàïðèìåð, [4]) îáåñïå÷èâàåò îïòèìàëüíûå (ïî ñðàâíåíèþ ñ ïó÷êàìè êðóãëîé ôîðìû) óñëîâèÿ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ òåðìîóïðóãèõ íàïðÿæåíèé ïðè ðåàëèçàöèè ïðÿìîëèíåéíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ. Èñïîëüçîâàíèå ýëëèïòè÷åñêèõ ïó÷êîâ äëÿ ðåçêè ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó ïðè èõ îðèåíòàöèè ïî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè îáðàáîòêè ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî êðàÿ ïó÷êà íå ñîâìåùàþòñÿ ñ ëèíèåé ðåçà, ÷òî âûçûâàåò íåñèììåòðè÷íûé íàãðåâ ìàòåðèàëà. Òàêîé íåñèììåòðè÷íûé íàãðåâ îïðåäåëÿåò îòêëîíåíèå òðåùèíû îò çàäàííîé ëèíèè îáðàáîòêè è îò íàïðàâëåíèÿ, ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ê ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà.
Ñëåäñòâèåì âûøåóêàçàííûõ îáñòîÿòåëüñòâ ÿâëÿþòñÿ ïîíèæåíèå òî÷íîñòè îáðàáîòêè è óõóäøåíèå êà÷åñòâà êðîìîê ïîñëå äîêàëûâàíèÿ ëàçåðíûõ ìèêðîòðåùèí ïðè ïîëó÷åíèè êîíå÷íîãî èçäåëèÿ.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ íåæåëàòåëüíûõ îòêëîíåíèé ìèêðîòðåùèíû îò ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ê ïîâåðõíîñòè íàïðàâëåíèÿ â äàííîé ðàáîòå ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, îáåñïå÷èâàþùåãî îáúåìíûé íàãðåâ ìàòåðèàëà (íàïðèìåð, äëÿ ñèëèêàòíûõ ñòåêîë è àëþìîîêñèäíîé êåðàìèêè ñ äëèíîé âîëíû λ = = 1,06 ìêì). Ïðè÷åì ýòîò äîïîëíèòåëüíûé íàãðåâ öåëåñîîáðàçíî (â ñîîòâåòñòâèè ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè íàáëþäåíèÿìè) îñóùåñòâëÿòü ñ îïðåäåëåííûì ñìåùåíèåì îò ëèíèè ðåçà (ñì. ðèñ. 1).
Íà ðèñ. 1 ïîçèöèÿ 1 ñîîòâåòñòâóåò ëàçåðíîìó ïó÷êó ñ äëèíîé âîëíû 10,6 ìêì, ïîçèöèÿ 2 – çîíå âîçäåéñòâèÿ õëàäàãåíòà, ïîçèöèÿ 3 – ñå÷åíèþ ëàçåðíîãî ïó÷êà ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì. Îòðåçêîì À îáîçíà÷åí ïðåäâàðèòåëüíûé íàäðåç íà ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà, íàíîñèìûé ïåðïåíäèêóëÿðíî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè ðåçà. Òî÷êîé Î îáîçíà÷åíî íà÷àëî êîíòóðà îáðàáîòêè.
Äëÿ âûÿñíåíèÿ îñîáåííîñòåé äâóõëó÷åâîé ñõåìû òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî çàìêíóòûì êðèâîëèíåéíûì òðàåêòîðèÿì áûëî âûïîëíåíî êîíå÷íî-ýëåìåíòíîå ìîäåëèðîâàíèå ýòîãî ïðîöåññà [7], ðåçóëüòàòû êîòîðîãî ïðèâåäåíû íèæå (ñì. ðèñ. 2–4).
Ïðè ðàñ÷åòàõ ïîëàãàëè, ÷òî ïëîòíîñòü ñòåêëà ρ0 ïîñòîÿííà è ðàâíà 2450 êã/ì3. Ìîäóëü óïðóãîñòè, êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà è êîýôôèöèåíò òåìïåðàòóð-
12
1
3
2Â Î
À
Ðèñ. 1. Ñõåìà âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ çîí âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíûõ ïó÷êîâ è õëàäàãåíòà. (Ïîÿñíåíèÿ ñì. â òåêñòå.)
íîãî ðàñøèðåíèÿ ïðèíèìàëèñü ðàâíûìè ñîîòâåòñòâåííî Å = 68 ÃÏà, ν = 0,221, αT = 89×10–7 (1/°Ñ). Áûëè ó÷òåíû çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è óäåëüíîé òåïëîåìêîñòè îò òåìïåðàòóðû.  ñîîòâåòñòâèè ñ [8, 9] ïðè ðàñ÷åòàõ ñ÷èòàëîñü, ÷òî òåïëîïðîâîäíîñòü ñòåêëà ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû îò íîðìàëüíîé äî òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ïðèìåðíî â 2 ðàçà, à óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ïðèìåðíî â 1,5 ðàçà. Ïðèíèìàëîñü, ÷òî èñïîëüçóåìûå ïàðàìåòðû ïîäà÷è âîçäóøíî-âîäÿíîé ñìåñè îáåñïå÷àò îõëàæäåíèå ïîâåðõíîñòè ñòåêëà ñ êîýôôèöèåíòîì òåïëîîòäà÷è, ðàâíûì 6800 Âò/ì2K [10].
Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü äëÿ ïëàñòèíû c ðàçìåðàìè 50×25×4 ìì. Ðàäèóñ ïåðåìåùåíèÿ öåíòðîâ ýëëèïòè÷åñêîãî ïó÷êà è õëàäàãåíòà ðàâåí 17,5 ìì. Ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü ðåçêè ïðèíèìàëàñü ðàâíîé 15 ìì/ñ. Èñïîëüçîâàëèñü ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíûõ ïó÷êîâ: áîëüøàÿ îñü À = 14×10–3 ì, ìàëàÿ îñü  = 2×10–3 ì äëÿ ïó÷êà ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ λ = 10,6 ìêì è ìîùíîñòüþ èçëó÷åíèÿ Ð = 30 Âò; ðàäèóñ ïÿòíà èçëó÷åíèÿ YAG-ëàçåðà R = 1×10–3 ì è ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ Ð0 = 40 Âò.
Ðàñ÷åòû áûëè âûïîëíåíû äëÿ òðåõ ñõåì ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ îáðàáîòêè ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó:
– îáû÷íàÿ îäíîëó÷åâàÿ ñõåìà óïðàâëÿåìîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ [4],
– äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ê ãåîìåòðè÷åñêîìó öåíòðó êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà,
– äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè îò ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà.
Îòìåòèì, ÷òî ïðè âûáðàííûõ ðåæèìàõ îáðàáîòêè ìàêñèìàëüíûå òåìïåðàòóðû âî âñåõ ÷åòûðåõ ñëó÷àÿõ íå ïðåâûøàþò äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ, ñîîòâåò-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ñòâóþùåãî òåìïåðàòóðå ñòåêëîâàíèÿ ñèëèêàòíîãî ñòåêëà.
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè ôîðìèðîâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû R íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ â ñëó÷àå ÓËÒ. Èç ðàññìîòðåíèÿ äàííîãî ðèñóíêà âèäíî, ÷òî äëÿ ñëó÷àÿ îäíîëó÷åâîé îáðàáîòêè õàðàêòåðíî íåñèììåòðè÷íîå ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèé σr îòíîñèòåëüíî ëèíèè ðàçäåëåíèÿ. Ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿåòñÿ óïîìÿíóòàÿ âûøå àñèììåòðèÿ íàãðåâà ìàòåðèàëà îòíîñèòåëüíî ëèíèè ðàçäåëåíèÿ, îáóñëîâëåííàÿ èñïîëüçîâàíèåì ýëëèïòè÷åñêîãî ëàçåðíîãî ïó÷êà, îðèåíòèðîâàííîãî ïî êàñàòåëüíîé ê êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó. Àíàëèç ïðåäñòàâëåííûõ çàâèñèìîñòåé íàïðÿæåíèé σr ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî èñïîëüçîâàíèå äàííîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ðåæèìà ïðèâåäåò ê îòêëîíåíèþ ðàçäåëÿþùåé ìèêðîòðåùèíû îò âåðòèêàëüíîãî íàïðàâëåíèÿ, ÷òî è íàáëþäàåòñÿ â ýêñïåðèìåíòå.
Ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 3 àíàëîãè÷íûå çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî ëèíèè ôîðìèðîâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, äëÿ ñëó÷àÿ äâóõëó÷åâîé îáðàáîòêè ïðè ñìåùåíèè â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè íà 1 ìì ïó÷êà YAG-ëàçåðà ê öåíòðó êîíòóðà îáðàáîòêè ïîêàçûâàþò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå äàííûõ ñõåì ðàçìåùåíèÿ ïó÷êîâ îáåñïå÷èâàåò çàìåòíîå óâåëè÷åíèå ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèé ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé (ñ 22 ÌÏà ïðè îäíîëó÷åâîé ñõåìå, äî 33 ÌÏà ïðè èñïîëüçîâàíèè 2-é ñõåìû îáðàáîòêè). Îäíàêî òàêîå ðàçìåùåíèå ëàçåðíûõ ïó÷êîâ ïðèâîäèò ê åùå áîëüøåé íåñèììåòðè÷íîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ ïîëåé íàïðÿæåíèé.
Àíàëèç ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 4 çàâèñèìîñòåé íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè ôîðìèðîâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, äëÿ ñëó÷àÿ äâóõëó÷åâîé îáðàáîòêè ñ èñïîëüçîâàíèåì ñõåìû ñî ñìåùåíèåì ïó÷êà YAGëàçåðà îò öåíòðà êîíòóðà îáðàáîòêè ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä î öåëåñîîáðàçíîñòè òàêîãî ðàçìåùåíèÿ ïó÷êîâ äëÿ óñòðàíåíèÿ îòêëîíåíèé ìèêðîòðåùèíû îò âåðòèêàëüíîãî íàïðàâëåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ ñëåâà è ñïðàâà îò ëèíèè ðàçäåëåíèÿ ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò ïî ñâîèì çíà÷åíèÿì. Êðîìå ýòîãî, ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ êàê ðàñòÿãèâàþùèõ, òàê è ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé íàõîäÿòñÿ â îäíîé âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè. Èìåííî òàêàÿ ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ ëàçåðíûõ ïó÷êîâ è õëàäàãåíòà â ýêñïåðèìåíòå îáåñïå÷èâàåò íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû.
Ïðîâåäåííûé àíàëèç ðàñïðåäåëåíèÿ òåðìîóïðóãèõ ïîëåé ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîãî ëàçåðíîãî âîçäåéñòâèÿ ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
σr, ÌÏà 30 15
0 –15
0
1
2 10 20 R, ìì
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû (îäíîëó÷åâàÿ ñõåìà òåðìîðàñêàëûâàíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëëèïòè÷åñêîãî ïó÷êà ÑÎ2ëàçåðà). 1 – z = 0, 2 – z = 0,25 ìì.
σr, ÌÏà 30 15
1
0 –15
0
2 10 20 R, ìì
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû R (äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ê ãåîìåòðè÷åñêîìó öåíòðó êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà). 1 – z = 0, 2 – z = 0,25 ìì.
σr, ÌÏà 30
1
15
0 –15
0
2 10 20 R, ìì
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû R (äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè îò ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà). 1 – z = 0, 2 – z = 0,25 ìì.
13
âíåñåíèÿ ñóùåñòâåííûõ èçìåíåíèé â ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå çîíû ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé. Âñëåäñòâèå ýòîãî ñîçäàþòñÿ ïðåäïîñûëêè äëÿ ñîçäàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîíôèãóðàöèè ïîëåé íàïðÿæåíèé ñæàòèÿ, ïîçâîëÿþùåé ñêîìïåíñèðîâàòü èõ àñèììåòðèþ.
Òàêèì îáðàçîì, çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ñ äëèíîé âîëíû, ñîîòâåòñòâóþùåé îáúåìíîìó ïîãëîùåíèþ ìàòåðèàëîì, âîçìîæíî óñòðàíåíèå îòêëîíåíèÿ íàíîñèìîé ìèêðîòðåùèíû îò ïåðïåíäèêóëÿðíîé ê ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà ïëîñêîñòè.
Åùå îäíîé ïðîáëåìîé ïðè ðåçêå ïî çàìêíóòîìó êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó ÿâëÿåòñÿ îòêëîíåíèå ëèíèè ðåçà îò çàäàííîé òðàåêòîðèè â ìåñòå çàìûêàíèÿ êîíòóðà. Çäåñü íà ðàñïðîñòðàíåíèå íàíîñèìîé ìèêðîòðåùèíû îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå åå ñîáñòâåííûé “õâîñò”, âåðøèíà êîòîðîãî, êàê è âåðøèíà ñàìîé ìèêðîòðåùèíû, ÿâëÿåòñÿ êîíöåíòðàòîðîì çíà÷èòåëüíûõ íàïðÿæåíèé. Äëÿ ðåøåíèÿ äàííîé ïðîáëåìû îêàçàëîñü öåëåñîîáðàçíûì ïðîâîäèòü èíèöèàëèçàöèþ êðèâîëèíåéíîé çàìêíóòîé ìèêðîòðåùèíû îò ïðåäâàðèòåëüíî íàíåñåííîé â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ïðÿìîëèíåéíîé ìèêðîòðåùèíû.  ýòîì ñëó÷àå â ìåñòå çàìûêàíèÿ êîíòóðà ëàçåðíîé îáðàáîòêè íå ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå äîïîëíèòåëüíîé çîíû çíà÷èòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ó âåðøèíû “õâîñòà” êðèâîëèíåéíîé ìèêðîòðåùèíû.
Êðîìå òîãî, âîçíèêàþò ñóùåñòâåííûå òðóäíîñòè ïðè äîêàëûâàíèè íàíåñåííûõ ëàçåðíûõ ìèêðîòðåùèí ïðè ïîëó÷åíèè êîíå÷íîãî èçäåëèÿ â ñëó÷àå âûáîðà êîíòóðà îáðàáîòêè â âèäå çàìêíóòîé êðèâîëèíåéíîé òðàåêòîðèè.  õîäå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé áûëî îïðåäåëåíî, ÷òî äëÿ êà÷åñòâåííîãî îêîí÷àòåëüíîãî ðàçäåëåíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü êðàòêîâðåìåííûé íàãðåâ ñòåêëÿííîé ïëîñêîïàðàëëåëüíîé ïëàñòèíû êîëüöåâûì èñòî÷íèêîì òåïëà ñî ñòîðîíû, ïðîòèâîïîëîæíîé ïîâåðõíîñòè ëàçåðíîé îáðàáîòêè.
Äëÿ âûÿñíåíèÿ îñîáåííîñòåé ïðîöåññà òåðìè÷åñêîãî äîêàëûâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, ïîëó÷åííîé â ñòåêëÿííîé ïëîñêîïàðàëëåëüíîé ïëàñòèíå ìåòîäîì ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ, áûëè âûïîëíåíû ðàñ÷åòû òåðìîóïðóãèõ ïîëåé, ôîðìèðóåìûõ êîëüöåâûì èñòî÷íèêîì òåïëà â îáðàáàòûâàåìîì ìàòåðèàëå. Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ðàäèàëüíûõ íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïðåäâàðèòåëüíî íàíåñåííîé êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíå. Àíàëèç çàâèñèìîñòåé íàïðÿæåíèé σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ ïîêàçûâàåò, ÷òî íà íàãðåâàåìîé ïîâåðõíîñòè â çîíå äåéñòâèÿ êîëüöåâîãî òåïëîâîãî èñòî÷íèêà äåéñòâóþò çíà÷èòåëüíûå (îêîëî 150 ÌÏà) ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Íà ïðîòèâîïîëîæíîé ïîâåðõ-
14
σr, ÌÏà 50
2
0 –50 3
–100 –150
0
1 10
20 R, ìì
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû. 1 – íà íàãðåâàåìîé ïîâåðõíîñòè (z = 0), 2 – â ñåðåäèíå ïëàñòèíû (z = 1 ìì), 3 – íà ñòîðîíå ñ íàíåñåííîé ìèêðîòðåùèíîé (z = 2 ìì).
íîñòè íàõîäèòñÿ òàêæå îáëàñòü ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé ïîðÿäêà 50 ÌÏà.
Ïðè ýòîì âî âíóòðåííèõ ñëîÿõ ìàòåðèàëà ôîðìèðóåòñÿ îáëàñòü ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé, çíà÷åíèé êîòîðûõ äîñòàòî÷íî äëÿ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ óæå ñóùåñòâóþùåé ìèêðîòðåùèíû. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå êîëüöåâîãî èñòî÷íèêà òåïëà ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ðàñïðåäåëåíèå òåðìîóïðóãèõ ïîëåé â ìàòåðèàëå, íåîáõîäèìîå äëÿ îêîí÷àòåëüíîãî ðàçâèòèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, íàíåñåííîé ìåòîäîì ÓËÒ.
Çàêëþ÷åíèå
 õîäå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé âûÿâëåíû óñëîâèÿ ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî êðèâîëèíåéíûì òðàåêòîðèÿì, âûïîëíåíèå êîòîðûõ îáåñïå÷èâàåò óñòðàíåíèå îòêëîíåíèÿ ôîðìèðóåìîé ìèêðîòðåùèíû îò ëèíèè îáðàáîòêè:
– òî÷íîå ñîâìåùåíèå ïîëîæåíèÿ çîíû âîçäåéñòâèÿ õëàäàãåíòà íà ïîâåðõíîñòü ìàòåðèàëà ñ ëèíèåé âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ;
– èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîãî îáúåìíîãî ëàçåðíîãî íàãðåâà ìàòåðèàëà, âûïîëíÿåìîãî ñî ñìåùåíèåì îò ëèíèè ðåçà â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè îò öåíòðà ê êðàþ êîíòóðà îáðàáîòêè;
– íàíåñåíèå íà ïîâåðõíîñòü ìàòåðèàëà ïðåäâàðèòåëüíîãî íàäðåçà, ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ê êîíòóðó îáðàáîòêè;
– ïðèìåíåíèå êðàòêîâðåìåííîãî èíòåíñèâíîãî íàãðåâà èñòî÷íèêîì òåïëà, èìåþùèì ôîðìó êîíòóðà îáðàáîòêè, äëÿ äîêîëà ëàçåðíî-èíäóöèðîâàííîé ìèêðîòðåùèíû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Lumley R.M. Controlled separation of brittle materials using a laser // Am. Ceram. Soc. Bull. 1969. V. 48. Ð. 850–854.
12. Ìà÷óëêà Ã.À. Ëàçåðíàÿ îáðàáîòêà ñòåêëà. Ì.: Ñîâ. ðàäèî, 1979. 136 ñ.
13. Áîêóòü Á.Â., Êîíäðàòåíêî Â.Ñ., Øàëóïàåâ Ñ.Â. è äð. Òåðìîóïðóãèå ïîëÿ â òâåðäûõ òåëàõ ïðè èõ îáðàáîòêå ëàçåðíûìè ïó÷êàìè ñïåöèàëüíîé ãåîìåòðèè // Ìèíñê: Ïðåïðèíò Èíñòèòóò ôèçèêè ÀÍ ÁÑÑÐ, 1987. 59 ñ.
14. Êîíäðàòåíêî B.Ñ. Ñïîñîá ðåçêè íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ // Ïàòåíò Ðîññèè. ¹ 2024441.1994.
15. Øàëóïàåâ Ñ.Â., Øåðøíåâ Å.Á., Ñåðäþêîâ À.Í., Íèêèòþê Þ.Â. Ëàçåðíîå òåðìîðàñêàëûâàíèå äèýëåêòðè÷å-
ñêèõ ìàòåðèàëîâ // CERAMICS. POLISH CERAMIC BULLETIN. Krakow. 2001. V. 65. Ð. 75–83.
16. Øàëóïàåâ Ñ.Â., Øåðøíåâ Å.Á., Íèêèòþê Þ.Â. Ñåðåäà À.À. Óñòàíîâêà äëÿ ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 2164. 2005.
17. Øàáðîâ Í.Í. Ìåòîä êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ â ðàñ÷åòàõ äåòàëåé òåïëîâûõ äâèãàòåëåé. Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1983. 212 ñ.
18. Êèêîèí È.Ê., Àâåðèí Â.Ã., Àðîíçîí Á.À. Òàáëèöû ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí: Ñïðàâî÷íèê / Ïîä ðåä. Êèêîèíà È.Ê. Ì.: Àòîìèçäàò, 1976. 1008 ñ.
19. Ñòåêëî. Ñïðàâî÷íèê / Ïîä ðåä. Ïàâëóøêèíà Í.Ì. Ì.: Ñòðîéèçäàò, 1973. 487 ñ.
10. Áîãóñëàâñêèé È.À. Âûñîêîïðî÷íûå çàêàëåííûå ñòåêëà. Ì.: Èçä. ëèò. ïî ñòðîèòåëüñòâó, 1969. 208 ñ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
15
ÓÄÊ 621.791.78
ËÀÇÅÐÍÎÅ ÒÅÐÌÎÐÀÑÊÀËÛÂÀÍÈÅ ÕÐÓÏÊÈÕ ÍÅÌÅÒÀËËÈ×ÅÑÊÈÕ ÌÀÒÅÐÈÀËΠÏÎ ÇÀÌÊÍÓÒÛÌ ÊÐÈÂÎËÈÍÅÉÍÛÌ ÊÎÍÒÓÐÀÌ
© 2008 ã. Ñ. Â. Øàëóïàåâ, êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê; Þ. Â. Íèêèòþê; À. À. Ñåðåäà Ãîìåëüñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èì. Ô. Ñêîðèíû, ã. Ãîìåëü, Ðåñïóáëèêà Áåëàðóñü E-mail: shalupaev@gsu.unibel.by, nikitjuk@gsu.unibel.by, sereda@gsu.unibel.by
 ðàáîòå ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû àíàëèçà ïðîöåññîâ ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî çàìêíóòûì êðèâîëèíåéíûì êîíòóðàì. Îïèñàíû ðàçðàáîòàííûå àâòîðàìè òåõíè÷åñêèå ïðèåìû, îáåñïå÷èâàþùèå êà÷åñòâåííîå óëó÷øåíèå òåõíîëîãèè, ñóùåñòâóþùåé â íàñòîÿùåå âðåìÿ. Âûïîëíåí ðàñ÷åò òåðìîóïðóãèõ ïîëåé, ôîðìèðóåìûõ â îáðàáàòûâàåìîì ìàòåðèàëå â ðåçóëüòàòå åãî îáðàáîòêè ïî êðóãîâîìó êîíòóðó.
Êîäû OCIS: 350.3390.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.05.2007.
Ïîñòîÿííîå ïîâûøåíèå òðåáîâàíèé ê êà÷åñòâó ïðåöèçèîííûõ èçäåëèé, ñâÿçàííîå ñ ìèíèàòþðèçàöèåé ñîâðåìåííîãî îáîðóäîâàíèÿ, âûçûâàåò íåîáõîäèìîñòü ðàçðàáîòêè íîâûõ ëàçåðíûõ ìåòîäîâ âûñîêîòî÷íîãî ðàçäåëåíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè óæå ñóùåñòâóþùèõ òåõíîëîãèé ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ.
Ïåðâûå ñîîáùåíèÿ ïî äàííîé òåìàòèêå äàòèðóþòñÿ êîíöîì 70-õ ãîäîâ [1]. Øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ìåòîäû ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïîëó÷èëè â 80-å ãîäû [2, 3].
 íàñòîÿùåå âðåìÿ îäíèì èç íàèáîëåå ýôôåêòèâíûõ ìåòîäîâ âûñîêîòî÷íîãî ðàçäåëåíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ÿâëÿåòñÿ óïðàâëÿåìîå ëàçåðíîå òåðìîðàñêàëûâàíèå, îòëè÷èòåëüíàÿ îñîáåííîñòü êîòîðîãî çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ðàçäåëåíèå ìàòåðèàëà ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå îáðàçîâàíèÿ ìèêðîòðåùèíû, ôîðìèðóåìîé â ðåçóëüòàòå ïîâåðõíîñòíîãî íàãðåâà ìàòåðèàëà ëàçåðíûì èçëó÷åíèåì è ïîñëåäóþùåãî îõëàæäåíèÿ çîíû íàãðåâà õëàäàãåíòîì. Ê îñíîâíûì ïðåèìóùåñòâàì óïðàâëÿåìîãî ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ îòíîñÿòñÿ âûñîêàÿ òî÷íîñòü ðàçäåëåíèÿ, âûñîêàÿ ñêîðîñòü îáðàáîòêè, áåçîòõîäíîñòü è ïîâûøåííàÿ ïðî÷íîñòü ïîëó÷àåìûõ èçäåëèé [4, 5].
 ðÿäå ñëó÷àåâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ èçäåëèé ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìû âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ðåçêè õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî çàìêíóòûì êðèâîëèíåéíûì êîíòóðàì (ïðèìåðîì ìîæåò ñëóæèòü èçãîòîâëåíèå çàãîòîâîê äëÿ ïðîèçâîäñòâà àâòîìîáèëüíûõ çåðêàë). Ïðè ýòîì èçâåñòíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ äëÿ ýòèõ öåëåé óïðàâëÿåìîãî ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ (ÓËÒ) [4].
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Àíàëèç ðàáîò ïî äàííîé òåìàòèêå è ñîáñòâåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè íàëè÷èå ó òåõíîëîãèè ÓËÒ öåëîãî ðÿäà ñóùåñòâåííûõ íåäîñòàòêîâ, ÿâëÿþùèõñÿ ïðè÷èíîé íèçêîé òî÷íîñòè îáðàáîòêè è íèçêîãî êà÷åñòâà îêîí÷àòåëüíûõ èçäåëèé. Îñòàíîâèìñÿ íà ñóùíîñòè âîçíèêàþùèõ òðóäíîñòåé è ðàññìîòðèì ðàçðàáîòàííûå ðåøåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùèå èõ ïðåîäîëåíèå.
 ïåðâóþ î÷åðåäü îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, ÷òî èñïîëüçîâàíèå èçâåñòíûõ óñòàíîâîê ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ â ñëó÷àå íàíåñåíèÿ ìèêðîòðåùèíû ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó â ñèëó èõ êîíñòðóêòèâíûõ îñîáåííîñòåé ïðèâîäèò ê ñìåùåíèþ çîíû ïîäà÷è õëàäàãåíòà îòíîñèòåëüíî òðàåêòîðèè ðàçäåëåíèÿ, ÷òî âûçûâàåò ëèáî ïîÿâëåíèå çàìåòíûõ îòêëîíåíèé ôîðìèðóåìîé ìèêðîòðåùèíû îò ëèíèè âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ëèáî ïðåêðàùåíèå ðåçêè. Äàííîå îáñòîÿòåëüñòâî îñîáåííî ÷åòêî ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ðàáîòå íà ìàëûõ ðàäèóñàõ ñëîæíûõ ëèíèé îáðàáîòêè.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî íåäîñòàòêà áûëà ðàçðàáîòàíà ñõåìà óñòàíîâêè, îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ êîòîðîé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå 5-êîîðäèíàòíîé ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ. Ðåçóëüòàò, äîñòèãàåìûé ïðè èñïîëüçîâàíèè äàííîé óñòàíîâêè, çàêëþ÷àåòñÿ â óñòðàíåíèè îòêëîíåíèé çîíû âîçäåéñòâèÿ õëàäàãåíòà îò ëèíèè äâèæåíèÿ ëàçåðíîãî ïó÷êà âî âðåìÿ îáðàáîòêè çà ñ÷åò íåçàâèñèìîãî ïåðåìåùåíèÿ ôîðñóíêè ïîäà÷è õëàäàãåíòà [6].
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî îïèñàííîå âûøå òåõíè÷åñêîå ðåøåíèå ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì, íî íå äîñòàòî÷íûì óñëîâèåì äëÿ óìåíüøåíèÿ îòêëîíåíèé ðàçäåëÿþùåé ìèêðîòðåùèíû îò ëèíèè îáðàáîòêè. Äåëî â òîì, ÷òî â ñëó÷àå ðåçêè ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó ñèììåòðèÿ òåðìîóïðóãèõ íàïðÿæåíèé, õà-
11
ðàêòåðíàÿ äëÿ ïðÿìîëèíåéíîé ðåçêè, íàðóøàåòñÿ åùå ïî íåñêîëüêèì ïðè÷èíàì.
Îäíîé èç íèõ ÿâëÿåòñÿ âëèÿíèå óæå ïðîãðåòûõ ó÷àñòêîâ ìàòåðèàëà, íàõîäÿùèõñÿ âíóòðè êðèâîëèíåéíîãî êîíòóðà, ÷òî ìîæåò ïðèâîäèòü ê îòêëîíåíèþ òðåùèíû îò ëèíèè îáðàáîòêè [4]. Îäíàêî áîëåå ñóùåñòâåííîé ïðè÷èíîé ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ëàçåðíûõ ïó÷êîâ ýëëèïòè÷åñêîé ôîðìû, îðèåíòèðîâàííûõ ïî êàñàòåëüíîé ê êðèâîëèíåéíîé òðàåêòîðèè äâèæåíèÿ. Èñïîëüçîâàíèå òàêîé ôîðìû ëàçåðíûõ ïó÷êîâ (ñì., íàïðèìåð, [4]) îáåñïå÷èâàåò îïòèìàëüíûå (ïî ñðàâíåíèþ ñ ïó÷êàìè êðóãëîé ôîðìû) óñëîâèÿ äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ òåðìîóïðóãèõ íàïðÿæåíèé ïðè ðåàëèçàöèè ïðÿìîëèíåéíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ. Èñïîëüçîâàíèå ýëëèïòè÷åñêèõ ïó÷êîâ äëÿ ðåçêè ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó ïðè èõ îðèåíòàöèè ïî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè îáðàáîòêè ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî êðàÿ ïó÷êà íå ñîâìåùàþòñÿ ñ ëèíèåé ðåçà, ÷òî âûçûâàåò íåñèììåòðè÷íûé íàãðåâ ìàòåðèàëà. Òàêîé íåñèììåòðè÷íûé íàãðåâ îïðåäåëÿåò îòêëîíåíèå òðåùèíû îò çàäàííîé ëèíèè îáðàáîòêè è îò íàïðàâëåíèÿ, ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ê ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà.
Ñëåäñòâèåì âûøåóêàçàííûõ îáñòîÿòåëüñòâ ÿâëÿþòñÿ ïîíèæåíèå òî÷íîñòè îáðàáîòêè è óõóäøåíèå êà÷åñòâà êðîìîê ïîñëå äîêàëûâàíèÿ ëàçåðíûõ ìèêðîòðåùèí ïðè ïîëó÷åíèè êîíå÷íîãî èçäåëèÿ.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ íåæåëàòåëüíûõ îòêëîíåíèé ìèêðîòðåùèíû îò ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ê ïîâåðõíîñòè íàïðàâëåíèÿ â äàííîé ðàáîòå ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, îáåñïå÷èâàþùåãî îáúåìíûé íàãðåâ ìàòåðèàëà (íàïðèìåð, äëÿ ñèëèêàòíûõ ñòåêîë è àëþìîîêñèäíîé êåðàìèêè ñ äëèíîé âîëíû λ = = 1,06 ìêì). Ïðè÷åì ýòîò äîïîëíèòåëüíûé íàãðåâ öåëåñîîáðàçíî (â ñîîòâåòñòâèè ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè íàáëþäåíèÿìè) îñóùåñòâëÿòü ñ îïðåäåëåííûì ñìåùåíèåì îò ëèíèè ðåçà (ñì. ðèñ. 1).
Íà ðèñ. 1 ïîçèöèÿ 1 ñîîòâåòñòâóåò ëàçåðíîìó ïó÷êó ñ äëèíîé âîëíû 10,6 ìêì, ïîçèöèÿ 2 – çîíå âîçäåéñòâèÿ õëàäàãåíòà, ïîçèöèÿ 3 – ñå÷åíèþ ëàçåðíîãî ïó÷êà ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì. Îòðåçêîì À îáîçíà÷åí ïðåäâàðèòåëüíûé íàäðåç íà ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà, íàíîñèìûé ïåðïåíäèêóëÿðíî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè ðåçà. Òî÷êîé Î îáîçíà÷åíî íà÷àëî êîíòóðà îáðàáîòêè.
Äëÿ âûÿñíåíèÿ îñîáåííîñòåé äâóõëó÷åâîé ñõåìû òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî çàìêíóòûì êðèâîëèíåéíûì òðàåêòîðèÿì áûëî âûïîëíåíî êîíå÷íî-ýëåìåíòíîå ìîäåëèðîâàíèå ýòîãî ïðîöåññà [7], ðåçóëüòàòû êîòîðîãî ïðèâåäåíû íèæå (ñì. ðèñ. 2–4).
Ïðè ðàñ÷åòàõ ïîëàãàëè, ÷òî ïëîòíîñòü ñòåêëà ρ0 ïîñòîÿííà è ðàâíà 2450 êã/ì3. Ìîäóëü óïðóãîñòè, êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà è êîýôôèöèåíò òåìïåðàòóð-
12
1
3
2Â Î
À
Ðèñ. 1. Ñõåìà âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ çîí âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíûõ ïó÷êîâ è õëàäàãåíòà. (Ïîÿñíåíèÿ ñì. â òåêñòå.)
íîãî ðàñøèðåíèÿ ïðèíèìàëèñü ðàâíûìè ñîîòâåòñòâåííî Å = 68 ÃÏà, ν = 0,221, αT = 89×10–7 (1/°Ñ). Áûëè ó÷òåíû çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è óäåëüíîé òåïëîåìêîñòè îò òåìïåðàòóðû.  ñîîòâåòñòâèè ñ [8, 9] ïðè ðàñ÷åòàõ ñ÷èòàëîñü, ÷òî òåïëîïðîâîäíîñòü ñòåêëà ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû îò íîðìàëüíîé äî òåìïåðàòóðû ñòåêëîâàíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ïðèìåðíî â 2 ðàçà, à óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü ïðèìåðíî â 1,5 ðàçà. Ïðèíèìàëîñü, ÷òî èñïîëüçóåìûå ïàðàìåòðû ïîäà÷è âîçäóøíî-âîäÿíîé ñìåñè îáåñïå÷àò îõëàæäåíèå ïîâåðõíîñòè ñòåêëà ñ êîýôôèöèåíòîì òåïëîîòäà÷è, ðàâíûì 6800 Âò/ì2K [10].
Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü äëÿ ïëàñòèíû c ðàçìåðàìè 50×25×4 ìì. Ðàäèóñ ïåðåìåùåíèÿ öåíòðîâ ýëëèïòè÷åñêîãî ïó÷êà è õëàäàãåíòà ðàâåí 17,5 ìì. Ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü ðåçêè ïðèíèìàëàñü ðàâíîé 15 ìì/ñ. Èñïîëüçîâàëèñü ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ëàçåðíûõ ïó÷êîâ: áîëüøàÿ îñü À = 14×10–3 ì, ìàëàÿ îñü  = 2×10–3 ì äëÿ ïó÷êà ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ λ = 10,6 ìêì è ìîùíîñòüþ èçëó÷åíèÿ Ð = 30 Âò; ðàäèóñ ïÿòíà èçëó÷åíèÿ YAG-ëàçåðà R = 1×10–3 ì è ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ Ð0 = 40 Âò.
Ðàñ÷åòû áûëè âûïîëíåíû äëÿ òðåõ ñõåì ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ îáðàáîòêè ïî êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó:
– îáû÷íàÿ îäíîëó÷åâàÿ ñõåìà óïðàâëÿåìîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ [4],
– äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ê ãåîìåòðè÷åñêîìó öåíòðó êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà,
– äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè îò ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà.
Îòìåòèì, ÷òî ïðè âûáðàííûõ ðåæèìàõ îáðàáîòêè ìàêñèìàëüíûå òåìïåðàòóðû âî âñåõ ÷åòûðåõ ñëó÷àÿõ íå ïðåâûøàþò äîïóñòèìîãî çíà÷åíèÿ, ñîîòâåò-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ñòâóþùåãî òåìïåðàòóðå ñòåêëîâàíèÿ ñèëèêàòíîãî ñòåêëà.
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè ôîðìèðîâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû R íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ â ñëó÷àå ÓËÒ. Èç ðàññìîòðåíèÿ äàííîãî ðèñóíêà âèäíî, ÷òî äëÿ ñëó÷àÿ îäíîëó÷åâîé îáðàáîòêè õàðàêòåðíî íåñèììåòðè÷íîå ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåíèé σr îòíîñèòåëüíî ëèíèè ðàçäåëåíèÿ. Ïðè÷èíîé ýòîãî ÿâëÿåòñÿ óïîìÿíóòàÿ âûøå àñèììåòðèÿ íàãðåâà ìàòåðèàëà îòíîñèòåëüíî ëèíèè ðàçäåëåíèÿ, îáóñëîâëåííàÿ èñïîëüçîâàíèåì ýëëèïòè÷åñêîãî ëàçåðíîãî ïó÷êà, îðèåíòèðîâàííîãî ïî êàñàòåëüíîé ê êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó. Àíàëèç ïðåäñòàâëåííûõ çàâèñèìîñòåé íàïðÿæåíèé σr ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî èñïîëüçîâàíèå äàííîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ðåæèìà ïðèâåäåò ê îòêëîíåíèþ ðàçäåëÿþùåé ìèêðîòðåùèíû îò âåðòèêàëüíîãî íàïðàâëåíèÿ, ÷òî è íàáëþäàåòñÿ â ýêñïåðèìåíòå.
Ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 3 àíàëîãè÷íûå çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî ëèíèè ôîðìèðîâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, äëÿ ñëó÷àÿ äâóõëó÷åâîé îáðàáîòêè ïðè ñìåùåíèè â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè íà 1 ìì ïó÷êà YAG-ëàçåðà ê öåíòðó êîíòóðà îáðàáîòêè ïîêàçûâàþò, ÷òî èñïîëüçîâàíèå äàííûõ ñõåì ðàçìåùåíèÿ ïó÷êîâ îáåñïå÷èâàåò çàìåòíîå óâåëè÷åíèå ìàêñèìàëüíûõ çíà÷åíèé ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé (ñ 22 ÌÏà ïðè îäíîëó÷åâîé ñõåìå, äî 33 ÌÏà ïðè èñïîëüçîâàíèè 2-é ñõåìû îáðàáîòêè). Îäíàêî òàêîå ðàçìåùåíèå ëàçåðíûõ ïó÷êîâ ïðèâîäèò ê åùå áîëüøåé íåñèììåòðè÷íîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ ïîëåé íàïðÿæåíèé.
Àíàëèç ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 4 çàâèñèìîñòåé íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî êàñàòåëüíîé ê ëèíèè ôîðìèðîâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, äëÿ ñëó÷àÿ äâóõëó÷åâîé îáðàáîòêè ñ èñïîëüçîâàíèåì ñõåìû ñî ñìåùåíèåì ïó÷êà YAGëàçåðà îò öåíòðà êîíòóðà îáðàáîòêè ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä î öåëåñîîáðàçíîñòè òàêîãî ðàçìåùåíèÿ ïó÷êîâ äëÿ óñòðàíåíèÿ îòêëîíåíèé ìèêðîòðåùèíû îò âåðòèêàëüíîãî íàïðàâëåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ ñëåâà è ñïðàâà îò ëèíèè ðàçäåëåíèÿ ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò ïî ñâîèì çíà÷åíèÿì. Êðîìå ýòîãî, ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ êàê ðàñòÿãèâàþùèõ, òàê è ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé íàõîäÿòñÿ â îäíîé âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè. Èìåííî òàêàÿ ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ ëàçåðíûõ ïó÷êîâ è õëàäàãåíòà â ýêñïåðèìåíòå îáåñïå÷èâàåò íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû.
Ïðîâåäåííûé àíàëèç ðàñïðåäåëåíèÿ òåðìîóïðóãèõ ïîëåé ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä, ÷òî èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîãî ëàçåðíîãî âîçäåéñòâèÿ ñ äëèíîé âîëíû 1,06 ìêì îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
σr, ÌÏà 30 15
0 –15
0
1
2 10 20 R, ìì
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû (îäíîëó÷åâàÿ ñõåìà òåðìîðàñêàëûâàíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýëëèïòè÷åñêîãî ïó÷êà ÑÎ2ëàçåðà). 1 – z = 0, 2 – z = 0,25 ìì.
σr, ÌÏà 30 15
1
0 –15
0
2 10 20 R, ìì
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû R (äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ê ãåîìåòðè÷åñêîìó öåíòðó êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà). 1 – z = 0, 2 – z = 0,25 ìì.
σr, ÌÏà 30
1
15
0 –15
0
2 10 20 R, ìì
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû R (äâóëó÷åâàÿ ñõåìà ñî ñìåùåíèåì íà 1 ìì â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè îò ãåîìåòðè÷åñêîãî öåíòðà êîíòóðà îáðàáîòêè ëó÷à YAG-ëàçåðà). 1 – z = 0, 2 – z = 0,25 ìì.
13
âíåñåíèÿ ñóùåñòâåííûõ èçìåíåíèé â ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïîëîæåíèå çîíû ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé. Âñëåäñòâèå ýòîãî ñîçäàþòñÿ ïðåäïîñûëêè äëÿ ñîçäàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé êîíôèãóðàöèè ïîëåé íàïðÿæåíèé ñæàòèÿ, ïîçâîëÿþùåé ñêîìïåíñèðîâàòü èõ àñèììåòðèþ.
Òàêèì îáðàçîì, çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ñ äëèíîé âîëíû, ñîîòâåòñòâóþùåé îáúåìíîìó ïîãëîùåíèþ ìàòåðèàëîì, âîçìîæíî óñòðàíåíèå îòêëîíåíèÿ íàíîñèìîé ìèêðîòðåùèíû îò ïåðïåíäèêóëÿðíîé ê ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëà ïëîñêîñòè.
Åùå îäíîé ïðîáëåìîé ïðè ðåçêå ïî çàìêíóòîìó êðèâîëèíåéíîìó êîíòóðó ÿâëÿåòñÿ îòêëîíåíèå ëèíèè ðåçà îò çàäàííîé òðàåêòîðèè â ìåñòå çàìûêàíèÿ êîíòóðà. Çäåñü íà ðàñïðîñòðàíåíèå íàíîñèìîé ìèêðîòðåùèíû îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå åå ñîáñòâåííûé “õâîñò”, âåðøèíà êîòîðîãî, êàê è âåðøèíà ñàìîé ìèêðîòðåùèíû, ÿâëÿåòñÿ êîíöåíòðàòîðîì çíà÷èòåëüíûõ íàïðÿæåíèé. Äëÿ ðåøåíèÿ äàííîé ïðîáëåìû îêàçàëîñü öåëåñîîáðàçíûì ïðîâîäèòü èíèöèàëèçàöèþ êðèâîëèíåéíîé çàìêíóòîé ìèêðîòðåùèíû îò ïðåäâàðèòåëüíî íàíåñåííîé â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ïðÿìîëèíåéíîé ìèêðîòðåùèíû.  ýòîì ñëó÷àå â ìåñòå çàìûêàíèÿ êîíòóðà ëàçåðíîé îáðàáîòêè íå ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå äîïîëíèòåëüíîé çîíû çíà÷èòåëüíûõ íàïðÿæåíèé ó âåðøèíû “õâîñòà” êðèâîëèíåéíîé ìèêðîòðåùèíû.
Êðîìå òîãî, âîçíèêàþò ñóùåñòâåííûå òðóäíîñòè ïðè äîêàëûâàíèè íàíåñåííûõ ëàçåðíûõ ìèêðîòðåùèí ïðè ïîëó÷åíèè êîíå÷íîãî èçäåëèÿ â ñëó÷àå âûáîðà êîíòóðà îáðàáîòêè â âèäå çàìêíóòîé êðèâîëèíåéíîé òðàåêòîðèè.  õîäå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé áûëî îïðåäåëåíî, ÷òî äëÿ êà÷åñòâåííîãî îêîí÷àòåëüíîãî ðàçäåëåíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü êðàòêîâðåìåííûé íàãðåâ ñòåêëÿííîé ïëîñêîïàðàëëåëüíîé ïëàñòèíû êîëüöåâûì èñòî÷íèêîì òåïëà ñî ñòîðîíû, ïðîòèâîïîëîæíîé ïîâåðõíîñòè ëàçåðíîé îáðàáîòêè.
Äëÿ âûÿñíåíèÿ îñîáåííîñòåé ïðîöåññà òåðìè÷åñêîãî äîêàëûâàíèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, ïîëó÷åííîé â ñòåêëÿííîé ïëîñêîïàðàëëåëüíîé ïëàñòèíå ìåòîäîì ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ, áûëè âûïîëíåíû ðàñ÷åòû òåðìîóïðóãèõ ïîëåé, ôîðìèðóåìûõ êîëüöåâûì èñòî÷íèêîì òåïëà â îáðàáàòûâàåìîì ìàòåðèàëå. Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ðàäèàëüíûõ íàïðÿæåíèé σr, äåéñòâóþùèõ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïðåäâàðèòåëüíî íàíåñåííîé êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíå. Àíàëèç çàâèñèìîñòåé íàïðÿæåíèé σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ ïîêàçûâàåò, ÷òî íà íàãðåâàåìîé ïîâåðõíîñòè â çîíå äåéñòâèÿ êîëüöåâîãî òåïëîâîãî èñòî÷íèêà äåéñòâóþò çíà÷èòåëüíûå (îêîëî 150 ÌÏà) ñæèìàþùèå íàïðÿæåíèÿ. Íà ïðîòèâîïîëîæíîé ïîâåðõ-
14
σr, ÌÏà 50
2
0 –50 3
–100 –150
0
1 10
20 R, ìì
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ σr îò ðàäèàëüíîé êîîðäèíàòû. 1 – íà íàãðåâàåìîé ïîâåðõíîñòè (z = 0), 2 – â ñåðåäèíå ïëàñòèíû (z = 1 ìì), 3 – íà ñòîðîíå ñ íàíåñåííîé ìèêðîòðåùèíîé (z = 2 ìì).
íîñòè íàõîäèòñÿ òàêæå îáëàñòü ñæèìàþùèõ íàïðÿæåíèé ïîðÿäêà 50 ÌÏà.
Ïðè ýòîì âî âíóòðåííèõ ñëîÿõ ìàòåðèàëà ôîðìèðóåòñÿ îáëàñòü ðàñòÿãèâàþùèõ íàïðÿæåíèé, çíà÷åíèé êîòîðûõ äîñòàòî÷íî äëÿ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ óæå ñóùåñòâóþùåé ìèêðîòðåùèíû. Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå êîëüöåâîãî èñòî÷íèêà òåïëà ïîçâîëÿåò ôîðìèðîâàòü ðàñïðåäåëåíèå òåðìîóïðóãèõ ïîëåé â ìàòåðèàëå, íåîáõîäèìîå äëÿ îêîí÷àòåëüíîãî ðàçâèòèÿ êðóãîâîé ìèêðîòðåùèíû, íàíåñåííîé ìåòîäîì ÓËÒ.
Çàêëþ÷åíèå
 õîäå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé âûÿâëåíû óñëîâèÿ ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ ïî êðèâîëèíåéíûì òðàåêòîðèÿì, âûïîëíåíèå êîòîðûõ îáåñïå÷èâàåò óñòðàíåíèå îòêëîíåíèÿ ôîðìèðóåìîé ìèêðîòðåùèíû îò ëèíèè îáðàáîòêè:
– òî÷íîå ñîâìåùåíèå ïîëîæåíèÿ çîíû âîçäåéñòâèÿ õëàäàãåíòà íà ïîâåðõíîñòü ìàòåðèàëà ñ ëèíèåé âîçäåéñòâèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ;
– èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîãî îáúåìíîãî ëàçåðíîãî íàãðåâà ìàòåðèàëà, âûïîëíÿåìîãî ñî ñìåùåíèåì îò ëèíèè ðåçà â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè îò öåíòðà ê êðàþ êîíòóðà îáðàáîòêè;
– íàíåñåíèå íà ïîâåðõíîñòü ìàòåðèàëà ïðåäâàðèòåëüíîãî íàäðåçà, ïåðïåíäèêóëÿðíîãî ê êîíòóðó îáðàáîòêè;
– ïðèìåíåíèå êðàòêîâðåìåííîãî èíòåíñèâíîãî íàãðåâà èñòî÷íèêîì òåïëà, èìåþùèì ôîðìó êîíòóðà îáðàáîòêè, äëÿ äîêîëà ëàçåðíî-èíäóöèðîâàííîé ìèêðîòðåùèíû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Lumley R.M. Controlled separation of brittle materials using a laser // Am. Ceram. Soc. Bull. 1969. V. 48. Ð. 850–854.
12. Ìà÷óëêà Ã.À. Ëàçåðíàÿ îáðàáîòêà ñòåêëà. Ì.: Ñîâ. ðàäèî, 1979. 136 ñ.
13. Áîêóòü Á.Â., Êîíäðàòåíêî Â.Ñ., Øàëóïàåâ Ñ.Â. è äð. Òåðìîóïðóãèå ïîëÿ â òâåðäûõ òåëàõ ïðè èõ îáðàáîòêå ëàçåðíûìè ïó÷êàìè ñïåöèàëüíîé ãåîìåòðèè // Ìèíñê: Ïðåïðèíò Èíñòèòóò ôèçèêè ÀÍ ÁÑÑÐ, 1987. 59 ñ.
14. Êîíäðàòåíêî B.Ñ. Ñïîñîá ðåçêè íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ // Ïàòåíò Ðîññèè. ¹ 2024441.1994.
15. Øàëóïàåâ Ñ.Â., Øåðøíåâ Å.Á., Ñåðäþêîâ À.Í., Íèêèòþê Þ.Â. Ëàçåðíîå òåðìîðàñêàëûâàíèå äèýëåêòðè÷å-
ñêèõ ìàòåðèàëîâ // CERAMICS. POLISH CERAMIC BULLETIN. Krakow. 2001. V. 65. Ð. 75–83.
16. Øàëóïàåâ Ñ.Â., Øåðøíåâ Å.Á., Íèêèòþê Þ.Â. Ñåðåäà À.À. Óñòàíîâêà äëÿ ëàçåðíîãî òåðìîðàñêàëûâàíèÿ õðóïêèõ íåìåòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ // Ïàòåíò Ðåñïóáëèêè Áåëàðóñü ¹ 2164. 2005.
17. Øàáðîâ Í.Í. Ìåòîä êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ â ðàñ÷åòàõ äåòàëåé òåïëîâûõ äâèãàòåëåé. Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1983. 212 ñ.
18. Êèêîèí È.Ê., Àâåðèí Â.Ã., Àðîíçîí Á.À. Òàáëèöû ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí: Ñïðàâî÷íèê / Ïîä ðåä. Êèêîèíà È.Ê. Ì.: Àòîìèçäàò, 1976. 1008 ñ.
19. Ñòåêëî. Ñïðàâî÷íèê / Ïîä ðåä. Ïàâëóøêèíà Í.Ì. Ì.: Ñòðîéèçäàò, 1973. 487 ñ.
10. Áîãóñëàâñêèé È.À. Âûñîêîïðî÷íûå çàêàëåííûå ñòåêëà. Ì.: Èçä. ëèò. ïî ñòðîèòåëüñòâó, 1969. 208 ñ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
15