автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Оптические характеристики поверхностногно слоя стекол после механической и химической обработок



о

(Л

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ

УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ХОЛДАРОВ Нортажи

ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТЕКОЛ ПОСЛЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ! И ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТОК

05.17.11—Технология силикатных и туго план маг неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент—1993

Работа выполнена в Государственном ордена Ленина и ордена Октябрьской революции оптическом институте имени С. И. Вавилова.

Научные руководители: доктор технических наук, проф.

КАСЫМОВА С. С.,

доктор технических наук, проф.

ПЕТРОВСКИЙ Г. Т.

Офяигмльиые оппоненты: доктор технических наук, профессор АБДУВАЛИЕВ Т. А.,

доктор физико-математических наук КАСЫМЖАНОВ М. А.

Ведущее предприятие—Производственное объединение

«ОНИКС» г. Ташкент

Защита состоится * 3, Х/У 1993 г. в (О час.

на ¡заседании специализированного совета Д 067.24.24 при Ташкентском химико-технологическом институте по адресу 700029, Ташкент, ул. Т. Шевченко. 1, ТашХТИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТашХТИ.

7 XI

Автореферат разослан «............» ....................................1993 года.

Ученый секретарь Специализированного совета

ИСМАИЛОВ Н. П.

Актуальности теуц. Производстве высокоточных ептячееялх изделий -со зее зависит о? ручного мастерства и эмпирической технология которая развивалась за последние два столетия. НакоЕлзнный' опыт з области огютэсг-ого срисорсстроегош показал, что.требования соблюдения одной гзокстряа поверхности являются недостаточными для получения оптических деталей с повышенными механической и лучевой прочностью, химической устойчивостью. зтего азебгодааго знание струпхтги и количественной охэнкя таких ^нзичес::;п-:'''дарам'ЗтрсЕ сз-сархяостных слсез (ПС), хаз показатель прелогллапгя и толдпна ПС сп' ранней зтздип :сс г-::зг:э?-2Я лсд различна зягхзнх зоидэйстзнях. ?гг~э ■лз удазалось з рацзаг метода оллипссметриз однозначно опрзделять оптические характеристики протяженных неоднородных слззд з зг-лу ограниченной применсмссти обычно используемой уодзли однорогого слоя (:,:СС). По этой причине, например, сиеяка химической устойчивос-тн стекла дел выщелачивании проводилась только при образовании как мияк.:™], четвертьволнового кремнеземистого слоя, без учета негодного состояния поверхности стекла.

Недостаточно широко е^е используется зллипссметричзский метод для контроля качества полирования стэкол, что связано с трудностью интерпретации экспериментальных данных, полученных от реальных поверхностных слсез. Большинство работ по исследованию полированной поверхности стекла методом эллипосметрии относятся з основном к химически стойким стеклам (типа кварцезого стекла), а сез;гль-таты по химически нестойки:.! стеклам базируется на применении упрощенной оптической модели ПС з виде однородной пленки.

Цель работы. Исследование и установление закономерности изменение оптических и концентрационных характеристик ПС и оптпчзс-кой и концентрационнш профиль слоя, ряда СБИнцовооиликатный и Фтоо-еодержащих силикатных стекол при различных внешних воздействиях с независимых современными методами.

В соответствии с этил решались следулдиэ задачи :

1. Исследование возможности методов эллипосметрии л резонансного возбугдения воляоводшх мод для изучения полироваЕшой поверхности химически стойких и нестойких стекол.

2. Экспериментальное изучение оптических свойств поверхностного слоя з процессе хранения, механической, химической и термической обработки стекол.

0. Экспериментальное лгучекие градиентные слоев глубгноГ: более 2-4 ыки на фторсодеркащих силикатных стеклах методами резонансного зозбуздекля волноводных мод, зллшзсодатрии и оке-сиектросколип.

4. Исследование изменения показателя преломления и толщен слоев при выщелачивании свиецозо- е бэросиликатных стекол.

5. Разработка методов стабилизации оптических свойств по-Еерхностнхс: слоев на хиютескп нестойки: и стойких силикатных стерла:-:.

Научная новизна тгботк.

1. Изучены оптические характеристик грздиентшс поверхностных слоев при полировании хшлическп стойких с нестойких силикатнпх стекол. Для силикатного стекла ИГ05 и свпнцовосиликатного стекла ТФ-Ю установлен обща"! характер изменения оптических характеристик ПС, закличаюзпйся в асимптотическом приближении показателя преломления ПП ПС к объемному значению ПП сверху по мере съеш материала при полстовании стерта в нейтральной среде.

2. Проведено комплексное изучение ПС ряда йторсздераащкх стекол методами резонансного возбуждения волноводяых мод (ЕВЗМ), зллипсометрии г оке-спектроскопии и исследовано влияние различных факторов (теыпературк, блзееосте е условий гранения) на оптические свойства .образованных еолноеодекх слове. Предлскен гидролизный механизм формирования волнозодных с-.оев ь этих стеклах.

3. Установлена закономерность изменения оптических свойств ПС в процессе выщелачивания свнЕ^свосилпкатгах стекол, заключз-шаяся б образовании на начально.,! этане внцзлачквания слоя с более высоки;.! показателем преломления. чг»; в исходеом состоянии. Это явление возможно связано с процессом нестационарного Бшцелачнвания исходной поверхности.

4. Проведено исследование тзрмостабилкгагЕЕ оптических свойств ПС на химических нестойких стеклах 6Ва-4 и Х-230. Определены оптимальные резаак термостабнлгиацпд оптических хара-кхеристик этих стекол.

Практическая значимость. Получзняне теоретические и экспериментальные результате по есслздсвлкзп оптических и концентрационной: характеристик ПС дапт воз:;оезос?ь более детально описать процзсс полирования ввделачгаикня и те:; сзкны открывает

удучпзлт ютэстзг. ебрзбътлз- л ".оо с;тг э;шой олгнкл хя-?.гг1эскоЗ устслчгзостл сгзюл штсдсм зллллсо:."е, а такта цэлзЕалраллэЕнзго путай олтлкагацал технологлл обработ-

ки стекол л аозысзкля :пллг:эсгзй устойчивости поверхности стекла.

1. Корреляплогяэл сзяоь г.:з:гду слтлчосклмз гарл;ст~рггстлт-ш неоднородного пслетгстостлого слоя с елчзстгом обработки л гдублйой сгз'-а с^г псзо- и боросяллкатзэ: стзг,од с прсцзссэ полнфсзазтя, з зсльзлтотзчоглши прлблЕгзала показателя прэломлзгяя яолзр^зозтлого сггя к сбъзетс«у зяа^еетя

газрг.7. прз этом зрлхлпз? .\<222у2л^лс2 злтлл- о 713-3-

ллгёнлем :.'л'--0рглла,,

2. Ххякзпзябэ лсслз^отзллз зпттгзсг^г лгрзкт-зрлотл:: ло-лэрхлостнзк слсоз рягд сэпглозос:ш:;-зт^1£с л фторсодёрглплл стзкод .'.хзто^а:^ рззснзлслого -сзйухязкля гол. Онэ-. сЕзлтроскспля л аЕзпсагггргз лоззслллэ устансзлтз фузкцлсналь-лул связь це~.ду гднллзкой злтлчэселл хг ловигптрзллсннкх харзз-терлзт: ПС стекся лрз расстглнл внэхзих 20здз2стзззх (терпо-сбрабогкз, изхелззза злаллзстз. вллянлз аттлосдзра, лзггческзЛ сбрабстлп). Пз1'?,ненлз лслгзатзля прзлзмлэеея л глубина ПС свянцозоеазииатзп: ссекал коррзллрузт с кзизяенизд кокцгнтра— лгз свиилз аз лсзэрллости стекла. Изкзкензэ показателл преломления л глубины псзэрпостного елся во йтсрсодзрлацпх стеклам коррелирует с пэрэраслределзнлеи козгезтгасп кислорода л ато-ра в поеэтжностлэк слое.

3. Гидролизный цезаннзи йоршразазпя золеоводнш: поверхностных слоев в ряде фторсодзркастс стекол, в рзшах которого зозазлзсзеняе слоя с ггсвнезеяем показателем преломлена* связало с взалцодеЛотЕЕЭм фтсрсодвраадах структурннг единиц с те яла с адсорбированной водой, а динагика оптитссгих характеристик тагах слоев - с распространение:.! зоны реакции в толщу стекла.

Апробация табо-га. Основные результата диссертационной работы докладывались л обсуздзллсь на. 17 Всесоюзной конференции по элллпссыетрлл (1985, Новосибирск), на отраслевом семинаре 'Прогрессивная технология в оптической производства (1984 г., Москва), ез I, П Бсесоюзннх конференциях шлоднх ученнх и'сае-пвалистоэ "Теоретическая и прикладная оптика" (1984 г., 1986г.,

Ленинград), на УТ Всесоюзном симпозиуме■"Оптические и спектральные свойства стекол" (1986.г. .Рига), на ЗШ Всесоюзном совещании по стеклообразному состоянию (1936г. .Лзкинград), на П Всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушащие физические метода-и средства контроля" (1987г.,Москва). 1аШ-1Ш научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СамГАСй (1987-1993Г.Г.).

Публикации." По теме диссертационной рьботы опубликовано 18 работ, в центральной и республиканской печати и результаты работы внедрены на БелШО (r.ltack) д НИИ £океи .(г.Ленинград).

Структура"п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глаз, выводов, заключения, лрилозепая, списка литературы и публикаций. Сна содержит 177 страниц, в том числе 123 страниц машинописного текста, включая 41 рисунок, 10 таблиц, 118 литературные.ссылки.

' ОСНОВНОЕ С0ДЕР1АЫЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность теш, ее научная новизна и практическая ценность. Сдорцуагровакг цель работы, приг-ведены защищаемые положения и кратко язлонеко основное содержание каадой главы. ■'"'•.''

- Первая глава содергиг обзор литературы , посвященной строению, поверхностных слоев стекол, црошедаих механическую, химическую и тепловую обработку. В работах, посвящениях строению ПС стекла, приведены различные физико-химические модели. Все они сводятся к тому, что ПС стекол' являются неоднородными, микропористыми, протяженными в глубь стекла до•нескольких десятков микрон и отличаются по составу от' основного стекла. Случал неоднородных слоев с размытыми границами требует своего подтела к определению толщгкы и показателя преломления. Толщина.ПС т. этом случае отличается от общепринятой геометрической ;или оптической,. Псгазгтель преломления toes не является постоянным, а плавно меняется в поверхностном слое. В этом случае используют характеристические и эффективные параметры ПС. Характеристические парсг/.зтрц бпьлсг.т ст вида используемого профиля ПП н определяв сбл^с?:. наиболее резкого изменения локальных свойств в ПС. zzzzlvzlo характеристики слоя определяют область плавного изменена: догхлзпд: свойств ПС и yse не зависят от вида лрофиля. Так, например, еффвктявиш: толдпна ПС . по отношению к показатели преломления определяется ка уровне Ю Ъ ;

где соответствует отклонению ПП поверхностного слоя от его значения в объема стекла. Значение эффективной толсинн в этом случае не будет зависеть от вила профиля Ш, т.к. показатель преломления ПС на знбронном уровне приближается к его объемному значению примерно по экспоненциальному закону. Эффективные параметра ПС тлеют сязический с:,им, т.к. величину

ме.тло выбрать настолько малой, чтсбн Таллина слоя охватывала область супестзелпего изменения л всех других нссяедуэ-сг-с"стп. Пслгго сггтагъ, что за пределам такого псверзшо-стяого слоя зсс свойства практически ссзпадают со свойства??! '"аз.

Изучение неоднородных поверхностных слоев стекол требует я качественно левого подлой к пепользорлшта у7.о известных оп-•пиес:зк кетезпк, к дзлогеягпз которое т."; л пзргпдеп з слэхга-глг.ге.

Зо.этороГ! главе пзлогекя катода исследования опеле скат характеристик неоднородных п протяязшшх ПС п сбосисзан вггбо? ойектез пселгдспния.

Сскоаянм ксятеряан знборз объектов зсследованая слухьла их практическая значимость. Использовались спдпчесхиз стекла рззнгд: классов, строго прзлэатетеся на практике. В гз:л чззле Зяшпн, тяг-злуе флагах, лэплш ^лият, лзгкнз креяа, а гагез прс?.Га*плзялые стекла 6Еа4 п Х230.

Исследована стекла, относящиеся к ракшм грунты хтплгчес-коЗ устойчивости по отяоизнто к вланнсл атглосфзре п игслотзой среде, что дает зозмояность сопоставления оптических характеристик КС как непосредственно после гхргхтрозакля полированной поверхности, так л после различных видов ее обработки и хранения.

Данные работ /I, 2/ послузилп основанием для более достаточно подробного исследования некоторых стекол группы ЯК, пме-гаах протяженные ПС, обладавшие волнозодшаш свойствам.

Для изучения динамлет оптических характеристик ПС стекол методом эллппсометрии в продессе термообработки была сконструирована термоячейка. Небольшие размеры термоячейки (высота ~80 ыгл, наибольший диаметр —100 ю) позволили устанавливать ее на предметный столик прибора без ограничения возможности его юстировки во всех необходимых направлениях.

Оптические характеристики ПС определялись методом эллип-сометрии /3/ для слоев, толщина которых не превышает I мкм и методом резонансного возбукдения волноводных мод для более глубоких ПС. Измерение основных аллипсометрических параметров- азимута восстановленной линейной поляризации ( Т) и разноо-ти фаз ( Л ) между р и 5 компонентами электромагнитного вектора отраженного светового лучка - осуществлялось на эллипсо-метре ЛЭФ-2 при углах падения у = 50°, 55°, 60° и 65° и длине волны дзлучения Я = 0,6328 мкы. Точность определения поляризационных углов .Л и ^составила 4 1-2 • и <5д ^ 2-3 • при многократном повторении измерений.

При анализе оптического профиля ПС методом элдипсометрии ■ и определения эффективных характеристик слоя - показателя преломления и толщины в данной работе был использован неразрусао-пщм метод /3/. В основе метода лежит использование приближенного уравнения эллипсометрии для неоднородных поверхностных слоев, полученного в рамках борновского приближения и тлеющего вид: ' ■ .

о

где - соответственно углы падения и преломления световой,

волны, - поляризационные углы для резкой границы раздела

сред, п*, л^ - показатели преломления стекла- и внешней среды,

к - .Д-р ; £п - отклонеше показателя птетчлешя ПС от его объемного значения, „Я. ~ длина световой волны в ваку*-уме, ? - координата, направленная в глубь стекла.

Уравнение (I) позволяет решить прямую и обратную задачи элжпсомеприи для частных модельных видов профиля Ш (ступенчатый, экспоненциальный, параболический).

Распрэделение показателя преломлений по глубине, то есть оптический просить, является вазнейсзй характеристической протяженных неоднородянх слоев. Экспериментальное определение профиля Ш является слодноЗ задачей. 3 настоящей работе для исследования волпезошшх ПС был га кг© использован метод резонансного возбуждения волнозедяых мод, дающий возможность измерить медовый спектр слоя я рассчитать профиль показателя преломления

В тзо.тъей. главе, язлогсяи результаты экспериментального и теоретического исследования оптачесгак характеристик поверхности стзкол пседэ разлачгак воздействий /I/.

Ка примерах исследования прсцесссз полнрсрания натхяево-боросплшеатяого стекла К-1С8 з свгжсдосялзкзттго стекла и ТЗ-10 показаны возможности прпменекяя мзтога гг.ыпеометрпа для контроля «пестоа полирования. За кркторет: качества ползрова-нгл щязшладзеь те гначвви йозазатэдл преломления д толщины ПО, которые оставалась нэзг»эшнш црт дальнейшем полпроваядз. 3 зависимости от глубины съема стокла ( Н ) измерялись поляря-счшкднна угла Д и ц/ на развих паотках образца. Изкереняя пропз'иОЕ1.~:сь посла съо;.р. ср псворгнсстц 2 г.кгл. По экспзримзп-данным вычислялась езтатеекдз гараптврзстака ПС по мо-»лс» едзогодпого олол С.Ш д неоднородного сдоя ('НС). На катальной стадия нояарсгакгя гсзаяквос^шв слои является неоднородны:-! " это приводит к рэсзым гзтгекзх» толстш ПС, рас-считаннкх в раглах ГЮС и ГНС. Прочем, зЖэктцбезе толщина ПС, полученная при тасчзтз но значительно бо^сге рассчитанной в рамглх !.10С. Показателя прлоизенаа Ш з рзитах сбегх моделей практически озпнаковвэ л вэздо превшая» объемное значение -Л„ = 1,5147 для' Л я 0,683 :• гге.т» Дкалогсчай характер поведения П и с1 ПС от времена обработка был получек ранее для тааще— ззго стекла и стекла К-З, близкого по с.ставу стеклу К-108 /3/.

3 работе исследовался процесс вкпядачпёа'нйт ряда свинцово-;яликатшх и штриевобороалклоспликатнызе стеко'л 1У-10, ТЗ-4, ¡5-2, 3-2, ЛФ-7, ЛК-1, ЛК-6. Расчет толщины ц по кг! с ¿те ля

ХВ работе была использована программа счета, разработанная ЬгнкоЕым И.М. и Морозовой И.С. Считаем приятным долгом внртзить и свою благодарность.

преломления в каждой экспериментальной точке проводился с предварительным анализом на оптимальность профиля /3/. Полученные зависимости можно условно разбить на два участка. На участке I описывается процесс снятая поверхностного слоя и постепенное неравномерное обнажение чистой поверхности стекла. Оказалось, что применение модели'однородного слоя на этом' участке, приводит к сильному (до I0DÎ) разбросу значений Л и d ст точки к точке. В этом случае в рамках '»ЮС изменение оптических характеристик ПС описать затруднительно. Напротив, применение градиентного профиля поззоляет сопоставить изменения Пэу и с процессом постоянного обнажения чистой поверхности стекла. Переход от участка I к участку П характеризуется резким (практически скачкообразным) изменением и

что соответствует, пснвидпко!.!у, началу интенсивного взаимодействия очищенной поверхности стекла с раствором кислоты. Особенность участка П состоит в том, что наблюдается достаточно хорошая (в пределах экспериментальной огпбки и 8"д )' сходимость результатов как по liOC, tas и по ШС.

Таким образом, имеется принципиальная возможность проводить расчет оптических характеристик ПС по обеим моделям.

В случае 'НС изменение оптических характеристик монно сопоставить с образованием слоя с градиентом концентрации свинца, не имевшим резкой границы раздела- Сопоставляя данные по динамике оптических и концентрационных характеристик ПС, было установлено что суи*ествует корреляция мегду выходом высокопре-ломляицей компоненты из стекла и изменением значения показателя преломления, рассчитанного по ШС, в то время, как для 1.ЮС " такая корреляция наблюдается только при больших временах травления. . Значения эффективной толщины такого слоя всегда больше соответствующих значений d , вкчисленных в рамках НОС", из-за асимптотического приближения еависдаосщ п(z) к оси абсцисс. Очевидно, в этом же временном интервале изменение оптического прсйЕля, рассчитанного в рамках ШС, наилучшим образом описывает роответствулгие химические явления.

Для всех изученных наш стекол просматривается общие закономерности изменения оптических характеристик ПС при полировании и выщелачивании. Показатель преломления на свежеполированной поверхности химически стойких стекол при механической обработке и нейтральной среде-всегда больше', чем показатель пре-

п

ломленпя в объеме стекла. Показатель преломления ПС при выщелачивании проходит через значение л„ в объеме стекла. Эта область и соответствует минимальной толщине слоя, начиная с которой и нужно уже рассматривать химическую устойчивость свойственную стеклу, а не поверхности, свойства которой зависят от предыстории обработки. Результата исследования стекол зыявили преемственность новой методики определения химической устойчивости стекла по отношению к общепринятой. Отличие наблюдается .тиль на ранних стадиях выщелачивания, где изменения толщины и показателя преломления слоя в зависимости от времени химической обработки имеет более слознш характер по сравнению со стадией стационарного выщелачивания.

Вопрос стабилизации оптических характеристик ПС при термообработке стекол был рассмотрен на примерз стекол 6Ва-4 п Х-230, которые применяются при изготовлении микрокаяальньпс пластин. Показатель преломления ПС при температуре 180°С приближался к значения а объеме стекла и сохранял сисе значение для стекол 6Па-4в течение 10 дней, а для 1-230 в течение 3 .дней, ¿аны рекомендации по термообработке и условиям хранения исходных стекол при изготовлении птабпка и трубки.

четвертая глава посвящена исследованию оптических харак-теристи:: золноеодних поверхностных слоев на стеклах группы ЛК.

Осноз12ге результаты изучения оптических характеристик ПС фторсодергкацих стекол ЛК (ЛК-1, ЛК-3, ЛК-6, ЛК-3) методом резонансного возбуждения волнозодкнх мод с учетом данных эллпп-сометрип и ояе-спектроскмш сводятся' к следующему:

1. Волноводный эффект на длине волны 0,63 мкм обнаружен

в ПС стекол ЛК-1 и ЛК-6. Это означает, что в отличие от других стекол группы ЛЕС., в поверхности данных стекол образуются протя--зинке в глубину слои, в любой точке которых значение ПП больше, чем в объеме стекол.

2. Особенностью эжекта является модовая изотропия для света с взаимоортогональными поляризациями. Это достаточно редкая для волноводных ПС ситуация монет означать отсутствие существенных механических напряжений в слое.

3. При хранении па воздухе оптические характеристики вол-новодного ПС стекла ЛК-1 непрерывно изменяются. Зто внразается в росте числа мод, значений их эфсвктзвннг.ПП, а такяе соответствующем увеличении перепада ПП (до единиц второго знгка) и

толщины слоя (до 10-20 мкм и более). Скорость этих процессов существенно уменьшается со временем. Временное изменение оптических характеристик происходит от поверхности в глубину. Сначала изменяются параметры верхних поверхностных слоев, затем происходит перестройка более глубоких слоев.

4. Термообработка образцов стекол ЛК-1 (не более 250°С; при температурах более 250°С начинают разлагаться /<НГ2 и некоторое другие фториды, используемые при варке стекол) приводит к ослаблению или полному исчезновению полноводного эффекта. Ослабление выракается в уменьшении числа мод и значений их аффективных Ш, при этом уменьшается толздина волноводного ПС и увеличивается перепад ПЛ. Направление изменений оптических характеристик ПС при термообработке подтверждено данными аллид-сометрии.

5. Хранение во влажной гтмосфере образцов стекла ЛК-1 стимулирует развитие волноводного ПС. Более интенсивно, по сравнению с хранением в атмосфере воздуха растет число мод, значение их эффективных ПП, толщина слоя. 'Таггш как и при хранении на воздухе, изменение оптических параметров слоя происходит от поверхности в глубину.

6. При хранении в вакууме, в отсутствие постоянного доступа влаги, наблюдается резкое замедление развития полноводных параметров ПС (это характерно для свежеполированной поверхности) по сравнению с атмосферой воздуха, либо их деградация, проявляющаяся в уменьшении значений эффективных ПП, числа мод, уменьшении перепада Ш (характерно для образцов ухе хранившихся га воздухе).

7. Оптические параметры волноводного ПС стекла ДОС—6 гораздо более стабильны по сравнению со стеклом ЛК-1 при любом виде испытаний. Изменение их оптических характеристик, однако, аналогично стеклу ЛК-1.

8. Изменение оптических характеристик ПС стекла ЛК-1 к ЛК-6 при термообработке связано с перера сире делением в ПС кислорода и фтора. Для тонких (субдшфоняых) слоев это подтверждено данными оже-спектроскопии.

На основании полученных данных предложен химический механизм, объясняющий принципы возникновения и динамику оптических характеристик волноврднкх ПС при различных условиях хранения.

В частности, для стекла ЛК-1 предоставляется вероятным протепаЕие в ПС при комнатной температуре реакции: ""

2Р'+Н20 + ОН' ш _ _(

причем поставщиком ионов Н являются структурные единицы калия и алюминия с фтором из стекла, а водород отщепляется фтором из адсорбированной влаги воздуха. В результате образуется раствор /-/Я в воде, который существует на поверхности и в ПС стеклз(в порах, микротрегинах). С появлением расгзора НР становится вероятным прохождение реакции приводящей к появлению лзтучсто вещества:

Такая реакция является аутокатзлптической и идет некоторое времл с самоускоренлем. По-вздимому, существование волно-водного Э(®екта в ПС свекиполированянх образцов стекла и его развитие в атмостере воздуха на начальном зтапе хранения мси-но связывать с повышением ПП в ПС стекла в результате прохождения реакции (I) и (2). Со временем, по мере распространения зоны реакции в толщу стекла, затрудняется доступ туда воды и отвод продуктов. Скорость реакции замедляется. Это соответствует медленному развитии оптических параметров ПС при длительном хранении.

В предлояенную схему хорошо вписывается динамика оптических характеристик, наблюдавшаяся при хранении образцов в замкнутом объеме вблизи точки росы облегчает доступ воды в зону реакции на начальном этапе хранения и тем самым, способствует ускоренному развитию волноводного ПС по сравнению с условишш атмосферного воздуха.

Закуумирование приводит к частичному удалении адсорбированной влаги с поверхности и из ПС образца.

Определяющим процессом нагревания-охлаждения, приводящим в конечном итоге; к уменьшении толщины слоя и одновременному увеличению перепада ПП, при нагревании является испарение продуктов реакции (I) и (2).

Развктйз реакции (I) и (2) возможно -иль за счет воды, оставшейся в структуре ПС. Зто приводит к резкому замедлению развития волнозодного ПС для свежеполированной поверхности или деградации волноводннх свойств для уже хранившихся на воздухе образцов с раззитым слоем. Недостаток воды в .последнем случае наиболее сильно сказывается на оптических характеристиках самых верхних приповерхностных'слоев. Наибольшее уменьшение значения ссТйектпвных ПП наблюдается для мод, залегающее наиболее близко к поверхности. При хранении во влажной атмосфере наблюдается обратная картина.

Расс;.:отренньгй механизм можно считать гидролизным, т.к. именно скорость реакции взаимодействия фторсодернацих структурных единиц стерта с водой определяет развитие волноводннх ПС. Таким образом, из кинетических соображений такие волноводы было бы правильнее называть "гидролизными", а не "элйузиопнкмп".

Основные результаты и визоды

1. Установлены закономерности изменения оптических характеристик поверхностных слоев езинцово- и боросиликатяых стекол при полировании.

2. Экспериментально нг-'йдёны закономерности изменения оптических характеристик поверхностного слоя свинцово- и бороси-ликатных стекол при выщелачивании. Показана принципиальная возможность определения химической устойчивости поверхности с стекол методом эллппсометрип.

3. Исследованы корреляционные зависимости между оптическими и концентрационными характеристиками поверхностного слоя свинцовосиликатных стекол методами эллипсометрии, объемного титрования и оке-спектроскопии.

4. Впервые проведено систематическое исследование оптических и концентрационных характеристик поверхностного слоя боросиликатных йторсодерзащпх стекол группы ЛК методом резонансного возбуждения волноводннх мод,-ске-спектроскопии и эллипсометрии.

5. Выявлено замедление скорости роста значений модових показателей преломления в условиях вакуума и уведпчание скорости роста значений модовых показателей преломления в условиях влажной атмосферы по сравнению с аналогичными изменениями оптических характеристик волноводннх слоев стекол ЛК-1 и ЛК-6 в атмосфере воздуха.

6. Установлена корреляционная связь -т^еду изменением содержания кислорода я фтора з поверхностном слое стекол с оптическими характеристиками этих слоев. Предложен механизм изменения показателя преломления поверхностного слоя этих стекол при различных видах хранения- (на воздухе, в вакуме, во влаяной среде).

7. Разработанный метод контроля качества полирования стекол внедрен в заводских лабораториях БелОМО.(г.Минск) и НИИ ДОЕН (г.Ленинград). .

8. Разработана методика стабилизации оптических характеристик поверхностных слоев гоходных стекол для -изготовления LEU путем термообработки.

9. Дана рекомендация по рэкету термостабплнзпцпи лг^зрх^ост-кого слоя исходных стекол для изготовления !.ЕШ путем теркообработ-ки в цехе 1Ф74 ГОИ им. С. И. Вавилова.

Основное содержание диссертации опубликовано в' слэдрсцпх работах : '

1. Толмачев В.А., Холдаров Н.Х. Изменения оптический' свойств поверхности свинцозосилпкатних стекол в реальных условиях. // Тезисы докладов I Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика". Ленинград, IS84, с. 328

2. Храмцовский H.A., Холдаров Н.Х., Партамян Х.В., Влияние удельного давления и состав полирущего абразива на оптические свойства поверхностного слоя. //Тезисы докладов I Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика". Ленинград, 1984, с.329. ■

3. Толмачев В.А., Скатов IL к., Пшеницын В,И. .Холдаров Н.Х. Изучение свойств полированной поверхности химически нестойких стекол методом эллипсометрии. //В сб."Прогрессивная технология

в оптическом производстве". М. ЦНИИ информации, 1984, с.125-126.

4. Ыишин А.В.,Толмачев В.А. .Пшенипдн В.И.,Холдаров Н.Х. Исследование титанкислородной пленки на свинцовосиликатноы ;Ьтекле методом оже-спектроскошш. //¡5из. и хим.стекла, 1985, т.И, № 6, с.731-734.

5. Пизншан В.И., Мзпян A.B., Храмцовский H.A. Долларов H Д. Применение эллилсомэтрии и оке -спектроскопии для (исследования ■ оптических и спектральных свойств поверхности стакол. //Тезисы докладов 71 симпозиума по оптическим и спектральным свойства:.! стекол. Рига, IS8S, с. 144

6. Холдаров КД. Об использовании оптических характеристик поверхностного слоя для выбора опткмал£ных условий полирования химически стойких стекол. //Тезисы докладов II Всесоюзной кокйе-ракции ыододцх ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика". Ленинград, 1986, с.452-459.-

7. Хрездовкай И.Ar, ПЕэшй&в В.П., Шглн:A.B. Долларов КД. Исследование оптический свойств п состава поверхности стекол методами эллипссмзтрпп и а-зэ-спэй1рос?.01Ш2. //Тезисы докладов TL Все-ссазнсго совэцамх-; и; стеклообразному состояний". Ленинград,

19¿5, с. 399-400,8. :J2cW А«&, Паешщмя В.Л., Холдаров КД., Банников А.Г., Савинова ГЛЗ, Оптические и концектрацяоннце характеристики позерх-есс'.'кнх слсзв натрдевсборосидикатного -стокла, содержащего окись тэрблд. //¿из.хим.стекла, 1987, т.13, I, с.344-347,

9. Мишин A.B.,Тер-Нерсесяяц B.S., Веховский Т.С., Пшони-пдн В.II., Холдаров Н.Х. Применение кэразруцащих физических методов к исследованию поверхностных слоев стекол. //'Тезисы докладов XI Всесоюзной научно-технической конференции "Нэразрупанциз фызз-чесхпз методы и средства контроля". Свердловск, 1987, с.83.

10. Ппенвдн В.Я., Мяиан A.B., Храмцовский. И. А. .Батиков А.Г., Холдаров Н.Х..Толмачев В.А.,'Калинина H.A.

Применение оллипсометрии и о.-пе-спектроскопии для исследования поверхности стекол. //Эллипсометрия б науке и технике.Hobocköhdck, 1987, с .142-150.

11. Храмцовский И.А., Пшенишн В.И., Мишин A.B. .Толмачев В.Д., Холдаров Н.Х. Исследование поверхностных слоев сзинцовосиликатного стекла методом эллидсометряи. /'/Фаз. и хим. стекла, IS87.T. 13,

й I, C.I04-III.

12. Пшеницын В.И., Холдаров Н.Х., Храмцовский И.А., Калинина H.A., Тихомирова Н.И. Изменение оптических характеристик поверхностного слоя стекла при полировании. //Опт.мех.пром. ,1987,

8. с.28-31.

13. Холдаров Ы.Х., Рахимов 0. Исследование поверхности фторсодер^ащих стекол по данным оптико-поляризационшх измерений,-■ //Тезисы докладов обл.семинар-совещания "Ускорение, научно-технического прогресса в строительстве в условиях Самарканда", Самарканд, 1983, с. 58.

14. Холдаров Н.Х., Рахимов 0., Касимова С.С. Изучение динамики оптических характеристик поверхностного слоя фторсодерга-щпх стекол методами (PBBId). //Сб.Сам.17 "Исследование теоретической и ядерной физики", 1990, С;68-72.

15. Касымова'С.С., Холдаров Н.Х. Исследование! оптических характеристик поверхностного слоя фторсодеркаищх стекол при термообработке //ДАН ТзССР, I99Ö, К- II, с.39-41. -i

16. Касимова С.С.', Холдаров Н.Х. Оптические свойства поверхностного слоя калиево-алкмосиликатных стекол в реальных условиях. // ДАН УзССР, 1991, JÊ 6, с.45-47.

17. Холдаров Н.Х., Рахимов 0, Исследование оптических характеристик ПС стекол при термообработке. //Труда Саы1Т, I99I,c.51-53.

18. Касимова С.С., Холдаров Н.Х. Оптические характеристики поверхностного слоя стекол после внешних воздействий. //Узбекский химический журнал АН РУз, 1993, № 8

Цитированная литература

1. Редько В.П., Шляхтичев О,Д., Получение оптических волноводов в стеклах методом эффузии. Цисыла в ШФ, 1978, т.4,вып.23, c.I4I4-I4IS.

2. Петровский Г.Т., Редько В,П., Шляхтичев О.Д. Неоднородные планерные оптические волновода на основе"фторсодерза-щих стекол. Докл. Ш БССР, 1982, т.26, 35 3, с.222-224.

3. Пшенишн В.И., ' Абаев M.ÎL, Лз^лов H.D. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях. Л, "Химия", 1986, с.152.

-4. Федорова Л.В. .Молчанов. B.C. .Макарова Т.М. .Тихонова 3-Й.. Неистов C.B. Кинетика начальных стадий выцелчявания свин^Цсдли-катшх стёкол кислыми растворами. Фид. и хим. стекла, 19В&„ Г.9, JI б-, с. 725-729.

u

i i! ;; o i a t i o :!

to the thesis of HEOIDAROV II. " Optical characteristics cf . ■ the glass surface layer after mechanical and'chemical treatments presented to a competition of an acinic degree of Candidate of technical Sciences on speciality 05.17.II -" Technology of silicate and refractory norcetallic •aaterials'.'

Che thesis is devoted to a couple;; study of optical characteristics of gradient surface layers of the rov;s oi leadensilicated fluorine contained Glasses under polishing, leaching and other kinds of physical and chemical influence hy the methods of ellipsosotry, Auger-spectroscopy and resonance excitation of wavegui&cd nodes. Correlative connection has been determined tsteoca optical characteristics of heterogeneous surface layer *7ith the quality of tre&t-ar.t and with the dc-pt'r. of output of leaden and horon-silicatad glasses ir. the process of polishing, concluding in asynptotic approaching of refractive index of ~he surface layer to the refrao -tioa index 'of the glass in volune. In this c?ss thickness reaches Qiairua aear.ing with the increasing of Eaterial's output.

la she work ras'^Ieiity of chances of optical characteristics of the surface layer has bae'n determined in the process cf Icachir.r of Isadenailicate' glEssss -with the f creation of the leaching layer on che initial stage with higher refractive index, than ir. the initial stati Tvhich is; conditioned fcy the process of nonstationary leaching of initial surface.

Hydrolysis aechanisn cf forming v.-ave guided layers for the rows cf fluorine contained t lesstso hss been, proposed in the Units of ' which the appearance of a layer with heightened refractive index is connected v/ith interaction of fluorine contained structural units of a class with absorbed water and as for the dynamics of optical characteristics of such layers - with the spreading ~f a zone of reaction in thickness of glass.

On the theme of this thesis 18 papers have been published and practical application of the results of thesis is confirmed by two statements of introductions at BelOHO factories laboratories in Linsk and at Scientific Research Institute " DA1EII " in Leningrad.

On the regimes of thernostabilization of the glass surface layer . a recocmendation-has been gi ven for the shop IF 74 of the State Optical Institute naned after S.I.Vavilov.

05.Г7.Н. "Силикат ва кейин эрузчп металл булмгган материаллар техяоло- , гаяси" мутзхассиолиги буйича техника ■ сбанлара ноазодн унвонига тавдам этал-гай "шеэ усткииатламининг механик ■ на кимёьий ишдав берилгакдэн сунгхв ■ оптик хоесалара" швз^си ОГйича ХОДЦАРОВ НОРТиЖИ таыонипан'ёзилгвн ■ дассертацпя ишянинг. ■ .

АН Ы О Т А Д И Я С И ,

• Ушбу иш 1;атор ^ргошин с плакатла, ■■ фтор ли с а лжет ¿талер рза катламига' механик, лимёзяй га бос?а тащи гашв бералгая-дан сунг, вера юза 2;атлзма оптик катта лак лари узгарюжа, бар-бирига ботляц бУлмаган* эллипсометрия, оже-спктрсокопия ,вэ Р2£М (резонансного возбуждения волноводннх мод) усуллара баязн' т$лг-лигича урганйшга баггвлангая. " !

Таарибада еникландика, к$ргошнли ва борла силикат саше-лар юза адтламига механик ишяов берялгвнда, юза ^атламиншг ссн-дириш кУрсатгячи _-(п) шиша ^аяыи синдирпл курсаткичига (пх) яшш-лаштиридди ва юзакатлашшинг ^пшлигя (J) юза щеглами йунаяиаа доеомидз энг кичшс кийматга язинлвшди.

^атор фторяи пшпалар учун тущлн тар^адувчи ^атламларнянг гядррлиз механизма буйкча таклиф'ниритилди. Найсики, улар взасида синдириш курсаткнчщанг каттэлетней юза ^атлаыи а.тыое$ерадан ол-ган сув ^агдаа $торли шиша структураси узаро таъсир ордали богла-нади. Щундаб ^атламларнинг оптик катталиклвря sea типа г^лгнлзгада реакция зонасшинг тардализпга бозглик.

Диссертация или Оу&ча 18 та ма^ола чоп зтзлда вз нмалиетдэ

Су нгтияаларпл иккпта гкт бялзп Гел01Ю (Миг.зк п.) зркда Ш21 L5H" (С.-Петербург п.) завод лабзраторияларидэ таедяклпндн.

С.И,Взеи:хсв ноктезга Давлат спхеко института I<3¡74 цехззгв nasa та ?гтлэми оптик хагталиклзрн температура таъсприд^ 6ат> метёрга велткрия тутрисидэ тавсилнома берплган.