Дослідження математичних моделей процесу оплавлення оптичних елементів приладів при поверхневій електронно-променевій обробці

Abstract

При електронно-променевій обробці оптичних елементів приладів рухомими стрічковими електронними потоками (СЕП) важливе практичне значення має прогнозування оптимальних значень глибини рідкої ванни, які не призводять до змін їх форми та розмірів. В зв’язку з цим актуальними є постановка й розв’язання задачі про математичне моделювання процесу оплавлення оптичних матеріалів, оброблюваних рухомим СЕП. Розроблено та досліджено математичні моделі оплавлення оптичних елементів приладів з оптичного скла марок К8, К108 та ін. різної геометричної форми (оптичні пластини, прямокутні бруски та ін.) та розмірів, враховуючи температурні залежності теплофізичних властивостей оптичного матеріалу (об’ємної теплоємності, коефіцієнта теплопровідності), рухомим СЕП при багатоцикловій та одноцикловій обробці в залежності від сукупності його параметрів (струму електронного потоку, прискорювальної напруги, відстані від оброблюваної поверхні, швидкості переміщення електронного потоку та часу обробки). Це дозволяє більш точно розраховувати розподіли температури уздовж поверхні й по глибині розплаву та максимальної товщини оплавленого шару оброблюваного елемента для різних значень керованих параметрів СЕП та визначати допустимі діапазони їх зміни, перевищення яких призводить до порушення площинності оброблюваної поверхні оптичних елементів, порушенню їх геометричної форми, погіршення метрологічних характеристик оптичних приладів та, у кінцевому підсумку, до відмови приладів на їх основі.

When processing optical elements with moving band electron flows (BEF), it is of great practical importance to predict optimal values of the liquid bath depth that do not lead to changes in their shape and dimensions. In this regard, the formulation and solution of the problem of mathematical modeling of the melting process of optical materials processed by a moving BEF are relevant. Mathematical models of melting optical elements of devices made of optical glass of grades K8, K108, etc. of various geometric shapes (optical plates, rectangular bars, etc.) and sizes have been developed, taking into account the temperature dependences of the thermo-physical properties of the optical material (volumetric heat capacity, thermal conductivity coefficient), by a moving BEF during multi-cycle and single-cycle processing depending on the set of its parameters (electron flux current, accelerating voltage, distance from the processed surface, electron flux movement speed, and processing time). This allows us to more accurately calculate the temperature distributions along the surface and along the depth of the melt and the maximum thickness of the melted layer of the processed element for different values of the controlled BEF parameters and to determine the permissible ranges of their changes, exceeding which leads to a violation of the flatness of the processed surface of optical elements, a violation of their geometric shape, a deterioration in the metrological characteristics of optical devices and, ultimately, to the failure of devices based on them.