Соединение оптических деталей (стр. 1 из 2)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра электронной техники и технологии

РЕФЕРАТ

на тему:

«Соединение оптических деталей»

МИНСК, 2008

СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ

Компоненты некоторых узлов оптических систем (объективы, окуляры, оборачивающие системы, ахроматические клинья, сложные призмы, зеркальные отражатели, светофильтры, поляроиды, сетки и т.п.) соединяют вместе в моноблоки. Это позволяет улучшить технологичность конструкций и эксплуатационные характеристики оптических систем.

Применяют такие способы соединения, как склеивание, спекание, оптический контакт, сваривание и паяние. Любой из этих способов должен удовлетворять следующим требованиям: не изменять оптические свойства соединенных деталей, обеспечивать достаточную механическую, химическую, термическую и световую прочность соединения.

Большинство оптических деталей соединяют путем склеивания. Для склеивания оптических деталей, изготовленных из неорганических и органических стекол всех марок, ситаллов, кристаллов, а также для склеивания оптических деталей с металлическими ГОСТ 14887 предусматривает специальные виды оптических клеев.

Оптические клеи, кроме бальзама (природный термопластичный материал) являются синтетическими термоактивными материалами и представляют собой вязкие и прозрачные растворы низко- и высокомолекулярных веществ в органических растворителях без добавок или с добавками отвердителей. Клеи на основе пластичных полимеров не обеспечивают высоких механических характеристик и плохо работают при повышенных температурах вследствие обратимости процессов и расплавления.

Клеи на основе термоактивных полимеров независимо от того, происходит твердение при полимеризации или при поликонденсации, дают высокопрочные, холодно- и теплостойкие соединения.

Клеящая способность неорганических клеев объясняется тем, что она связана с многими явлениями: механическими, абсорбцией, диффузией, электростатическими и химическими взаимодействиями. В определенных условиях каждое явление по-разному влияет на прочность клеевого соединения.

Взаимное спекание твердых тел, контактирующих вдоль участка поверхности, сопровождается образованием устойчивых физических связей между телами, что определяет механическую прочность соединения.

Оптический контакт двух полированных поверхностей обусловлен силами молекулярного взаимодействия контактируемых тел. Поскольку активная площадь оптического контакта не превышает 30 % общей площади соединения, то для увеличения площади взаимодействия необходима дополнительная дисперсионная среда.

Наличие на поверхностях паров воды или тонкой пленки создает условие подвижности частиц, включая в образование элементарных контактов броуновское движение, что позволяет осуществить контакт небольшой площади. Наличие пленки воды образует водородные связи между молекулами воды и атомами кислородного твердого тела. Создание на поверхностях полярных адгезионно-активных функциональных групп улучшает совместимость поверхностей соединяемых деталей.

Соединение деталей, осуществляемое при расплавлении материала поверхностей до жидкой фазы с последующим охлаждением, называется свариванием. С физико-химической точки зрения соединение является однородным, поскольку между атомами в поверхностных слоях свариваемых деталей возникают такие же ковалентные связи, какими связаны атомы в объеме стекла.

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ

Клеи. В последнее время широко развивается производство клеев различных видов и типов, применяющихся в оптической промышленности.

Бальзам пихтовый типов О и Оп – клей, получаемый в результате переработки смолы (живицы) пихтовых деревьев, в состав которой входят скипидар, канифоль и летучие эфирные масла. Бальзам может быть обычный (О) и пластифицированный (Оп). В качестве пластификатора применяют льняное или вазелиновое масло, добавка которого увеличивает пластичность клея. Благодаря этому повышается его морозостойкость. При нормальной температуре бальзам находится в твердом состоянии.

По твердости бальзам делится на следующие группы: весьма твердый (ВТ), твердый (Т), средний (С), мягкий (М), весьма мягкий (ВМ), которые по этому же признаку разделены на марки. Положительными свойствами бальзамов являются способность выдерживать большое число расплавлений и затвердеваний без существенного изменения свойств, легкость расклейки склеенных деталей, возможность уменьшения деформации склеенного соединения путем его отжига, относительно малое время процесса склеивания.

К недостаткам клея относятся узкий температурный интервал, в котором может работать соединение, нарушение центрирования при неравномерной закатке в оправе, самопроизвольное относительное смещение склеенных деталей при повышении температуры.

Эти особенности клея ограничивают области его применения. Бальзам применяется для склеивания оптических деталей, точная центрировка которых обеспечивается индивидуальным креплением и фиксацией в оправах, шкал и сеток с фотослоем, микрооптики. Расклеивание осуществляют постепенным нагреванием в термостате.

Применение синтетических клеев, не имеющих недостатков, свойственных бальзаму, позволило значительно расширить возможности этого способа соединения оптических деталей между собой.

Бальзамин – соединение бальзамина-мономера и перекиси бензоила, являющейся инициатором полимеризации клея. Жидкие компоненты хранятся отдельно друг от друга. Перед нанесением их смешивают для получения оптически однородного состава, частично они полимеризуются (при температуре 50-60 °С до вязкости 0,2-0,5 Па*с).

Бальзамин применяют для склеивания оптических деталей, в условиях эксплуатации подвергающихся динамическим нагрузкам, тепловым ударам. Во избежание деформации склеиваемых тонких оптических деталей отношение их толщины к диаметру

должно быть не менее 1:10. Соединение деталей со светоделительными покрытиями ограниченно.

Процесс полимеризации клея может происходить как при нормальной, так и при повышенной (30-70 °С) температуре. При температуре 25-30 °С полная полимеризация заканчивается через сутки. Наибольшая прочность соединения достигается уменьшением толщины клеящего слоя нескольких микрометров.

К основным недостаткам бальзамина относятся оптическая неоднородность и малая эластичность. Поскольку затвердевший слой нерастворим в бензине, керосине и маслах, то неправильно склеенные детали расклеивают ударом деревянного молотка по цилиндрической образующей или шву соединения при пониженной до 10-20 °С температуре или, наоборот, нагревом до 200 °С. При этом возможно раскалывание линзы.

Бальзамин-М – соединение исходных компонентов бальзамина мономера, инициатора и успокоителя и ускорителя полимеризации. Перед употреблением из указанных компонентов приготовляют два раствора. Первый раствор состоит из смеси бальзамина-мономера и продукта 23, второй – из бальзамина-мономера и диметиламинобензольдегида.

Бальзамин-М применяют для склеивания оптических деталей с отношением толщины к диаметру

не менее 1:10, деталей со светоделительными покрытиями, светофильтров и поляроидов. Процесс полимеризации происходит при температуре 18-26 °С в течение1-3 суток.

Клей акриловый – раствор низкомолекулярного сополимера метил- и бутилметакрилата в ксилоле с добавкой бензоила. Вязкость клея подбирается изменением количества вводимого в состав ксилола.

Акриловый клей применяют при температуре 18-26 °С для склеивания линз, призм и других оптических деталей диаметром до 30 мм (только в приборах, не допускающих люминесценции), поляризационных призм из кальцита, светофильтров и клиньев с желатиновыми пленками, поляроидов с поливиниловыми пленками, оптических деталей из квасцов, а также для приклеивания стеклянных оптических деталей к металлу.

Для повышения механической прочности соединения склеенных компонентов их высушивают при температуре 50-60 °С в течение 5-6 суток или при температуре 80-90 °С в течение 3-4 суток. Расклеивание осуществляют погружением в ацетон или ксилол, а также нагревом до 120-150 °С.

Клей ОК-72ФТ₅ ОК-72ФТ₁₅ – растворы смоляного компонента и отвердителя, содержащего эпоксидную смолу ЭД-20 в фенилглицидном эфире и териноне – компонент А_ФТ и диэтилентриамин, модифицированный фенилглицидным эфиром – компонент Б_Ф.

Клей приготовляют перед склеиванием. Для этого компоненты А_ФТ и Б_Ф смешивают в различных соотношениях, обеспечивающих предельные свойства клея.

Клей ОК-72ФТ₅ применяется для склеивания деталей приборов, работающих в средней климатической зоне, на севере, в сухих и влажных тропиках.

Клей ОК-72ФТ₁₅ применяют для склеивания оптических деталей, которые имеют различные ТКЛР, что обеспечивает отсутствие деформации склеенных поверхностей при температуре от -60 до 80 °С, а также для герметизации склеивающих слоев (швов). Для придания склеивающему слою влагостойкости и повышенной механической прочности склеенные детали диаметром до 60 мм через сутки прогревают в термостате при температуре 65 °С в течение 5 ч, а детали больших размеров в течение 7 ч.

Клей ОК-90П – ненасыщенная полиэфирная смола ПН-3, модифицированная силаном, для полимеризации которой используют окислительно-восстановительную среду – гидроперекись изопропиленбензола и ванадиевый ускоритель. В качестве пластификатора в состав вводится 20 % диметилфталата. Клей применяют для склеивания крупногабаритных деталей диаметром 250-600 мм, имеющих малую разность ТКЛР. Склеивание выполняют при температуре 18-26 °С с выдержкой при этой же температуре в течение 5 суток. Клей ОК-90М (модификация клея ОК-90П) применяется для тех же целей.