|
 Двухлучевой ионный источник на основе ускорителя с
анодным слоем
|
Назначение Двухлучевой
ионный источник (ДИИ) на основе ускорителя с анодным слоем предназначен для
формирования тонких пленок металлов, полупроводников и диэлектриков методом
ионно-лучевого распыления и реактивного ионно-лучевого распыления. ДИИ также
применяется для ионной очистки поверхности подложек активации поверхности.
Область применения Ионно-лучевое распыление Реактивное ионно-лучевое
распыление Двойное ионно-лучевое распыление Предварительная ионная очистка
поверхности Ионно-ассистированное нанесение слоев Формирование переходного
слоя (ionmixing) Ионное травление Характеристики ионного источника
с мишенью Æ80 мм Распыляющая ступень: Анодное напряжение 450 -
6000 В Энергия ионов 300 - 2000 эВ Ток разряда до 300 мА Ток ионного
пучка до 250 мA Рабочее давление 0.01 - 0.06 Па Расход газа до 40
мл/мин Рабочие газы Ar, O2, N2, CH4 и т.д.
Скорость нанесения слоев до 0.8 нм/c Ассистирующая ступень:
Анодное напряжение 450 - 3000 В (максимальное - 6000 В) Энергия ионов 300 -
1000 эВ (максимальная - 2000 эВ) Ток ионного пучка до 120 мA Рабочее
давление 0.01 - 0.06 Па Расход газа до 30 мл/мин Рабочие газы Ar,
O2, N2, CH4 и т.д.
|
|
  Магнетронная распылительная система
несбалансированного типа МАС-80
|
Назначение Предназначена
для нанесения слоев металлов и соединений методами магнетронного и
реактивного магнетронного распыления в условиях ионного ассистирования.
Описание В магнетронной распылительной системе несбалансированного типа
МАС-80 основная магнитная система формирует сбалансированную конфигурацию
магнитного поля на поверхности мишени. Дополнительный соленоид используется
для управления распределением магнитного поля в области мишень - подложка.
Эта конфигурация позволяет управлять плотностью ионного тока на подложку, и
также отношением ион/атом на поверхности конденсации путем изменения уровня
несбалансированности магнетрона. Характеристики (мишень Æ80 мм): Напряжение разряда 300 - 600 В Ток разряда
до 4.0 А; Рабочее давление 0.02 - 0.5 Па; Плотность тока подложки до 15
мA/cм2 Коэффициент несбалансированности (K) 1.0 - 8.0 Рабочие газы
инертный или смесь инертного и реактивного (O2, N2, CxHy)
газов Расход газа до 40 мл/мин; Размер мишени Æ 80
мм* * По требованию заказчика размер мишени может быть изменен в диапазоне от
60 до 160 мм.
|
|
 DC-RF исследовательская Магнетронная распылительная
система
|
Назначение Предназначена
для нанесения слоев диэлектриков и сегнетоэлектриков и им подобных соединений
методами магнетронного, реактивного ВЧ, импульсного магнетронного распыления
и распыления на постоянном токе. Описание В данной магнетронной
распылительной системе используются мишени диаметром 36 мм. Использование
мишеней такого размера позволяет минимизировать затраты на проведение научных
исследований за счет стоимости распыляемых материалов, аппаратуры питания и
использования малогабаритных вакуумных постов. Характеристики (мишень Æ36 мм): Напряжение разряда 300 - 600 В Ток разряда
до 1.0 А; Рабочее давление 0.02 - 0.5 Па; Плотность тока подложки до 5 мA/cм2
Рабочие газы инертный или смесь инертного и реактивного (O2, N2,
CxHy) газов Расход газа 60 мл/мин; Размер мишени Æ 36 мм* * Размер мишени может быть увеличен 160 мм.
|
3 Базовые ТП изготовления деталей из пластмасс
.1 Общие положения
В зависимости от числа компонентов пластмассы подразделяют на простые
(однокомпонентные) и композиционные. Первые состоят из одного компонента -
синтетической смолы, вторые - из нескольких составляющих, каждая из которых
выполняет определенную роль. Смола является связующим и ее свойства во многом
обуславливают физико-механические и технологические свойства пластмассы. Помимо
связующего, содержание которого может составлять 30-70 %, в состав пластмасс
входят:
наполнители для повышения прочности, теплостойкости, уменьшения усадки и
стоимости композиции (древесная мука, очесы хлопка, целлюлоза, бумага, графит,
асбест, кварц, стекловолокно и стеклоткань и др.);
пластификаторы (дибутилфталат, касторовое масло и др.), увеличивающие
эластичность, текучесть, гибкость и уменьшающие хрупкость;
катализаторы (известь, магнезия и др.), ускоряющие отвердение;
стабилизаторы (ароматические амины, производные фенолов и др.) для
замедления процессов деструкции полимерных макромолекул под действием внешних
факторов;
красители, смазывающие вещества и др.
При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов) в
полимеры вводят газообразователи - вещества, которые при нагревании разлагаются
с выделением газообразных продуктов.
К группе пластмасс низкой прочности относятся полиэтилены, фторопласты и
др. Из полиэтилена изготавливают трубы, изоляторы, элементы гальванических ванн
и т.п. Фторопласт имеет высокую химическую и теплостойкости, изоляционные
свойства и морозоустойчивость.
Пластмассами средней прочности являются фенопласты, полистиролы,
полиамиды и др. Термореактивные высокотехнологичные фенопласты широко применяют
для изготовления электротехнических деталей. Полистирол, характеризующийся
высокими диэлектрическими свойствами, служит для производства элементов радио-
и электроаппаратуры. Благодаря сочетанию высоких механической прочности,
износо-, коррозионной и химической стойкости полиамиды являются одним из
важнейших конструкционных материалов. Изготовленные из капрона, капролона,
полиамидных смол зубчатые колеса, подшипники скольжения и другие детали
работают более плавно, бесшумно, имеют меньшую массу и стоимость по сравнению с
металлическими аналогами.
Высокопрочными являются стеклопластики и композиты на полимерной матрице
- материалы, состоящие из наполнителя (стеклоткани, сетки, волокна, ленты и
т.п. из металлической микропроволоки, карбидов, углерода) и связующего
(эпоксидные, кремнийорганические, фенолформальдегидные смолы). В процессе
изготовления деталей технологически совмещаются формообразование и получение
самого материала. Для получения высоконагруженных деталей небольших размеров
применяют термореактивные пресс-материалы АГ-4С, АГ-4В и др. Широко применяются
также термопласты армированные стекловолокном, которое повышает их прочность и
теплостойкость в 3-4 раза. Точность деталей из этих материалов обеспечивается
низким коэффициентом теплового расширения и малой усадкой.
Основными технологическими свойствами пластмасс являются:
. Текучесть - способность материала заполнять форму. Она зависит от вида
и содержания в материале смолы, наполнителя, пластификатора, смазочного
материала, конструкции пресс-формы, технологических режимов и др. факторов. Для
термопластов за показатель текучести принимают индекс расплава - количество
материала, выдавливаемого через сопло специального экструзера в единицу времени
при определенной температуре и давлении.
. Усадка - абсолютное или относительное уменьшение размеров детали по
сравнению с размерами полости пресс-формы. Зависит от физико-химических свойств
связующего, количества и природы наполнителя, содержания в нем влаги и летучих
веществ, температуры переработки и др. Усадку необходимо учитывать при
проектировании пресс-форм.
. Скорость отвердения (полимеризации) - продолжительность перехода
реактопласта из вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации. Этот
параметр зависит от свойств связующего и температуры переработки. При низкой скорости
отвердения увеличивается время выдержки материала в пресс-форме и снижается
производительность процесса. Ее повышение может вызвать преждевременную
полимеризацию и отдельные участки пресс-формы не будут заполнены.
. Термостабильность - время, в течение которого термопласт выдерживает
определенную температуру без разложения. Для материалов с низкой
термостабильностью необходимо предусматривать меры, предотвращающие их
разложение в процессе переработки (например, увеличивать сечение литников).
В зависимости от физического состояния полимерных материалов, их
технологических свойств и других факторов основными способами изготовления
деталей из пластмасс являются:
переработка в вязкотекучем состоянии (прессование, литье под давлением,
выдавливанием и т.п.);
переработка в высокоэластичном состоянии (штамповка и различные методы
формовки);
формообразование жидких полимеров;
переработка в твердом состоянии резанием и разделительной штамповкой;
соединение сваркой, склеиванием и другие методы переработки.
3.2 Способы изготовления деталей из пластмасс
В большинстве случаев детали изготовляют из пластмасс, находящихся в
вязкотекучем состоянии, способами прессования, литья, выдавливания.
Прямое (компрессионное) прессование - один из основных способов получения
деталей из реактопластов. В полость матрицы пресс-формы 8 (рис.3.1а) загружают
предварительно таблетированный или порошкообразный материал 2. При замыкании
пресс-формы под действием силы пресса пуансон 1 создает давление на прессуемый
материал (рис.3.1б). Под действием этого давления и теплоты от нагретой
пресс-формы материал размягчается и заполняет формообразующую полость
пресс-формы. После определенной выдержки пресс-форма раскрывается и с помощью
выталкивателя 5 (рис.3.1в) из нее извлекается готовая деталь 4.
Рис.3.1 Технологическая схема прямого (компрессионного) прессования
Полимеризация (отвердение) сопровождается выделением летучих составляющих
полимеров и паров влаги. Для удаления газов в процессе прессования выполняют подпрессовку
- пресс после определенной выдержки переключают на обратный ход, пуансон
поднимают на 5-10 мм и выдерживают в таком положении 2-3 с. После этого
пресс-форма снова закрывается.
Температура и давление прессования зависят от вида перерабатываемого
материала, формы и размеров изготовляемой детали. Время выдержки под прессом
определяют скорость отвердения и толщина прессуемой детали. Для большинства
термореактивных материалов время выдержки выбирают из расчета 0,5-2 мин на 1 мм
толщины стенки. Технологическое время может быть сокращено вследствие
предварительного подогрева материала в специальных шкафах. Давление зависит от
текучести пресс-материала, скорости отвердения, толщины прессуемых деталей и
других факторов.Удельные давление для различных пластмасс изменяются в пределах
от 10 до 40 МН/м2 (МПа).
Нагрев пресс-форм осуществляют обычно электрическим нагревателем. Для
загрузки в полость пресс-формы определенного количества прессматериала
используют объемную дозировку или дозировку по массе.Применяют также поштучную
дозировку (загружают определенное число таблеток). Прессование выполняют на
гидравлических прессах. При выпуске большого числа деталей используют прессы,
работающие по автоматическому циклу.
Прямым прессованием получают детали средней сложности и небольших
габаритных размеров из термореактивных материалов с порошкообразным и
волокнистым наполнителями.
Литьевое прессование отличается от прямого тем, что прессуемый
термореактивный материал загружают не в полость пресс-формы, а в специальную загрузочную
камеру 2 (рис.3.2). Под действием теплоты от пресс-формы прессуемый материал
превращается в вязкотекучее состояние и под давлением со стороны пуансона 1
выжимается из загрузочной камеры 2 в полости матрицы пресс-формы через
специальное отверстие в литниковой плите 3. После отвердения пресс-форму
разъединяют, и готовые детали 4 извлекают из матрицы 5.
Рис.3.2 Технологическая схема литьевого прессования
Литьевое прессование позволяет получать детали сложной формы с глубокими
отверстиями, в том числе резьбовыми. При литьевом прессовании отпадает
необходимость в подпрессовках, т.к. образующиеся газы могут выходить в зазор
между литниковой плитой и матрицей.
Недостатком литьевого прессования является повышенный расход
прессматериала, так как в загрузочной камере и литниковых каналах остается
часть необратимого пресс-материала. Кроме того, пресс-формы для литьевого
прессования сложнее по конструкции и дороже пресс-форм для прямого прессования.
Для прессования деталей применяют одно- и многогнездные пресс-формы.
Многогнездные пресс-формы применяют для получения деталей простой формы и
небольших габаритных размеров.
Форма и размеры прессуемых деталей зависят от формообразующих деталей
пресс-формы, к точности и качеству поверхностей которых предъявляют высокие
требования. Формообразующие детали пресс-форм изготовляют из высоколегированных
или инструментальных сталей с последующей закалкой до высокой твердости. Для
повышения износостойкости и улучшения внешнего вида прессуемых деталей
формообразующие пресс-формы полируют и хромируют.
Литье под давлением является высокопроизводительным и эффективным
способом массового производства деталей из термопластов. Перерабатываемый
материал из загрузочного бункера 8 (рис.3.3) подается дозатором 9 в рабочий
цилиндр 6 с электронагревателем 4. При движении поршня 7 определенная доза
материала поступает в зону обогрева, а расплавленный материал через сопло 3 и
литниковый канал - в полость пресс-формы 7, в которой формируется изготовляемая
деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути потока расплава
установлен рассекатель 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у
стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев и обеспечивает более равномерную
температуру расплава. При движении поршня в исходное положение очередная порция
материала с помощью дозатора 9 попадает в рабочий цилиндр. Для предотвращения
нагревания выше 50-70 °С в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной
водой. После затвердевания материала пресс-форма размыкается, и готовая деталь
с помощью выталкивателей извлекается из нее. Широко применяют также литьевые
машины с червячной пластикацией материала.
Рис.3. Технологическая схема литья под давлением
Литьем под давлением получают детали сложной конфигурации с различными
толщинами стенок, ребрами жесткости, резьбами и т. д. Применяют литейные
машины, позволяющие механизировать и автоматизировать процесс получения
пластмассовых деталей. Производительность литья в 20-40 раз выше производительности
прессования, поэтому литье под давлением является одним из основных способов
переработки пластических масс в детали. Качество отливаемых деталей зависит от
температур пресс-формы и расплава, давления, продолжительности выдержки под
давлением и т. д. При безлитниковом литье под давлением применяют литники
специальной конструкции с диаметром отверстия 0,8-1,5 мм и высотой канала
0,8-1,2 мм. В процессе выталкивания готовой детали происходит ее отрыв в месте
“точечного” литника. В отдельных конструкциях пресс-форм после окончания литья
литник автоматически отводится, и литниковая система отделяется от готовой
детали. Полная автоматизация безлитникового литья резко повышает
производительность процесса получения деталей. Литьем под давлением получают
также детали из отдельных термореактивных материалов (с хорошей
вязкотекучестью). Центробежное литье применяют для получения крупногабаритных и
толстостенных деталей (кольца, шкивы, зубчатые колеса и т. п.). Центробежные
силы прижимают залитый в форму полимерный материал к внутренней поверхности
формы. После затвердевания готовую деталь извлекают из формы и заливают новую
порцию расплавленного металла. Выдавливание (или экструзия) отличается от
других способов переработки термопластов непрерывностью, высокой
производительностью и тем, что на одном и том же оборудовании можно получить
разнообразные детали (рис.3.4). Выдавливание осуществляют на специальных
червячных машинах-автоматах. Перерабатываемый термопластичный материал в виде
порошка или гранул из бункера 1 (рис.3.4а) попадает в рабочий цилиндр 3, где
захватывается вращающимся червяком 2. Червяк, имеющий нарезку с изменяющимися
шагом и глубиной, продвигает материал, перемешивает его и уплотняет. В
результате передачи теплоты от нагревательного элемента 4 и выделения теплоты
при трении частиц материала друг о друга и о стенки цилиндра перерабатываемый
материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через
калиброванное отверстие головки 6. Расплавленный материал проходит через радиальные
канавки оправки 5. Оправку применяют для получения отверстия при выдавливании
труб.
Рис.3.4 Непрерывное выдавливание (экструзия): а - схема установки;
б - профили получаемых деталей
Непрерывным выдавливанием можно получить детали различного профиля
(рис.3.4б). При получении пленок из термопластичных мягких материалов
(полиэтилена, полипропилена и др.) используют способ раздува. Расплавленный
материал продавливают через кольцевую щель насадной головки и получают
заготовку в виде трубы, которую сжатым воздухом раздувают до тех пор, пока ее
диаметр не достигнет требуемого значения. После охлаждения пленку подают на
намоточное приспособление и сматывают в рулон. Способ раздува позволяет
получить пленку толщиной до 40 мкм. Для получения листового материала
используют щелевые головки шириной до 1600 мм. Выходящее из щелевого отверстия
полотно проходит через валки гладильного и тянущего устройства. Здесь же
происходит предварительное охлаждение листа, окончательное охлаждение - на
рольгангах. Готовую продукцию сматывают в рулоны или режут на листы
определенных размеров с помощью специальных ножниц.
Для нанесения защитных покрытий из полимерных материалов через насадную
головку пропускают проволоку или кабель. Размеры и профиль выдавливаемых
деталей определяются конструкцией насадной головки и оправки. В зависимости от
типа перерабатываемого термопласта и геометрической формы выдавливаемых
профилей применяют машины с одним или двумя червяками. Червяки могут быть одно-
или многозаходные, с постоянным шагом или переменным, с постоянной глубиной
нарезки или изменяющейся. В машинах с частотой вращения червяка до 1000 мин-1
материал расплавляется только вследствие трения частиц порошка между собой,
трения о стенки цилиндра и червяка.
Детали для широкого потребления (тара, емкости и т. д.) из
термопластичных материалов изготовляют различными способами формования (раздув
сжатым воздухом, ротационное литье, литье под низким давлением и т. д.).
Используют высокопроизводительное и автоматизированное технологическое
оборудование.
.3 Обработка резанием заготовок из пластмасс
Основными операциями разделительной штамповки при изготовлении деталей из
листовых материалов являются вырубка, пробивка, резка. Операции разделительной
штамповки выполняют с подогревом заготовки или без него. На поверхности среза
при штамповке возможно образование трещин и сколов. Для предотвращения этих
дефектов применяют двухступенчатые пуансоны. С помощью пуансона меньшего
диаметра получают предварительное отверстие. Основной (калибрующий) большого
диаметра пуансон окончательно формирует отверстие. В качестве оборудования
используют механические и гидравлические прессы.
Обработку резанием применяют в качестве отделочной операции после
предварительного формообразования или как самостоятельный способ изготовления
деталей из поделочных материалов.
Характерной особенностью прессования, литья и других способов получения
пластмассовых деталей является значительное колебание усадки при затвердевании
материала. Это снижает точность получаемых деталей. Для достижения заданной
точности применяют дополнительную обработку резанием. Ее используют, кроме
того, для удаления литниковых систем, заусенцев. Однако при механической
обработке нарушается поверхностная смоляная пленка. Это приводит к снижению
химической стойкости и повышению влагопоглощения пластмассовых деталей, поэтому
обработку резанием следует применять только в необходимых случаях.
Особенности строения и физико-механические свойства пластмасс существенно
влияют на технологию их обработки, конструкцию режущего инструмента и
приспособлений. Пластмассы имеют более низкие механические характеристики, чем
металлы. Эту особенность можно было бы использовать для повышения скорости
резания, однако низкая теплопроводность пластмасс приводит к концентрации
теплоты, образующейся в зоне резания. В результате этого происходит интенсивный
нагрев режущего инструмента, размягчение и оплавление термопластов, обугливание
или прижог реактопластов в зоне резания. При обработке деталей из термопластов
максимальная температура процесса не должна превышать 60-120 °С, деталей из
реактопластов - 120-160 °С.
Образующаяся теплота при обработке пластмасс отводится в основном через
инструмент.
Стойкость режущего инструмента различна в зависимости от типа материала
обрабатываемой заготовки. Незначительный износ можно наблюдать при обработке
заготовок из термопластов без наполнителей. При обработке заготовок из
термореактивных материалов, особенно со стеклянными и другими подобными
наполнителями, стойкость режущего инструмента значительно снижается. Заготовки
из термопластов (органического стекла, полистирола, фторопласта и т. д.) можно
обрабатывать режущими инструментами из углеродистых и быстрорежущих сталей.
Материалы с высокотвердыми наполнителями обрабатывают инструментами, оснащенными
твердым сплавом, алмазом, эльбором.
При обработке термореактивных материалов со слоистыми и волокнистыми
наполнителями охлаждающие жидкости не применяют, так как возможно набухание
поверхностей материалов. Стружкообразование при обработке термореактивных
пластмасс характеризуется силами резания, меньшими, чем силы резания при
обработке заготовок из металлов. Образующая при обработке термореактивных
пластмасс элементная стружка плохо сходит с передней поверхности инструмента,
поэтому у канавок для отвода стружки увеличивают объем, и их полируют во
избежание прилипания стружки. Режущий инструмент характеризуется большими
значениями переднего и заднего углов. Для обработки пластмассовых заготовок
используют специальное или универсальное металлорежущее оборудование.
.4 Технологические требования, предъявляемые к конструкциям деталей из
пластмасс
При конструировании деталей из пластмасс необходимо учитывать особенности
технологического процесса, физико-механические и технологические свойства
перерабатываемых материалов. Следует всегда стремиться к упрощению конструкции
детали как по технологическим, эксплуатационным, так и экономическим
соображениям. Чем проще конструкция детали, тем дешевле оснастка, выше
производительность труда, ниже себестоимость, выше качество и точность
получаемых деталей. Габаритные размеры деталей определяют мощность оборудования
(пресса, литьевой машины и т. д.). Оптимальная толщина стенок 0,5-2,0 мм для
деталей из термопластов и 2-6 мм - для деталей из реактопластов. Изготовление
деталей сопровождается большой усадкой. В конструкциях не допускается
значительная разность толщин стенок (рис.21.6), так как она вызывает коробление
деталей и образование трещин. Отношение толщин стенок не должно превышать 1:3.
Минимальные радиусы сопряжении для деталей, полученных прессованием, составляют
1-2 и 0,5-1 мм для деталей, полученных литьем под давлением.
Рис.3.5 Конструкции деталей из пластмасс: а - технологичных;
б - нетехнологичных
В пластмассовых деталях отверстия получают соответствующими стержнями в
пресс-формах. Наличие стержней является основной причиной появления напряжений
в деталях, так как они затрудняют свободную усадку материала. Отверстия лучше
располагать не в сплошных массивах (рис.3.5 а), а в специальных бобышках с
тонкими стенками (рис.3.5 б). Ребра увеличивают жесткость и прочность
конструкций, позволяют уменьшить сечения отдельных элементов детали, снизить
напряжения в местах сопряжения стенок различного сечения. Для малогабаритных деталей
ребрами жесткости могут быть выступы или впадины.
Правильная конструкция опорной поверхности повышает жесткость всей
конструкции, особенно в случае крупных корпусных деталей. Для этого сплошные
опорные поверхности необходимо заменять поверхностями с выступающими буртиками.
Необходимо предусматривать технологические уклоны в конструкциях деталей,
получаемых прессованием и литьем под давлением для облегчения извлечения их из
пресс-формы. Детали с боковыми выступами следует конструировать так, чтобы обеспечить
их свободное извлечение из пресс-формы и не изготовлять сложных разборных
пресс-форм.
Литьем под давлением и прессованием можно получать в деталях резьбу, не
требующую дальнейшей обработки. Минимально допустимый диаметр резьбы для
деталей из термопластов и пресс-порошков равен 2,5 мм, для волокнистых
материалов - 4 мм.
Армирование значительно расширяет область применения пластмассовых
деталей. Например, в электро- и радиопромышленности прессованием и литьем под
давлением получают электрические разъемники, колодки, панели и т. д. Это
позволяет резко (в 10-100 раз) сократить трудоемкость получения таких деталей
по сравнению с трудоемкостью получения аналогичных конструкций, собранных из
отдельных элементов.
Армирование позволяет также повысить точность и прочность пластмассовых
деталей. Арматуру в виде винтов, гаек, штырей закрепляют с помощью кольцевых
выточек, буртиков или канавок. Для предотвращения проворачивания на наружных
поверхностях этих деталей выполняют рифления, насечку или плоские грани. Мелкую
арматуру в виде пластинок (клеммы электрических разъемников) закрепляют с
помощью боковых вырезов или отверстий.
4. Действующие нормативно-технические документы
В ходе производственной практики были рассмотрены виды и правила
оформления конструкторской документации. Используемыенормативно-технические
документы:
ГОСТ 3.1201-85, в котором рассмотрено правильное обозначение
технологической документации.
ГОСТ 2.106-96 Единая система конструкторской документации. Общие
требования к текстовым документам.
ГОСТ 8.417-81 Государственная система обеспечения единства измерений.
Единицы физических величин.
ГОСТ 15.011-82 Система разработки и постановки продукции на производство.
Порядок проведения патентных исследований.
ГОСТ 2.102-68, где перечислена номенклатура конструкторских документов.
ГОСТ 2.103-68, где установлены стадии разработки КД.
.1 Оформление текстовых документов
Весьма важным видом технической документации являются текстовые
документы. К ним относятся различные инструкции, технические условия и описания,
документы ремонтные и эксплуатационные, пояснительные записки (ПЗ) и т.п. Общие
правила оформления текстовых документов регламентированы ГОСТ 2.105-95. В
соответствии с требованиями стандартов их выполняют по формам 5 и 5а. Основную
надпись и дополнительные графы к ней выполняют по ГОСТ 2.104-68.
ПЗ как правило выполняется с применением печатающих и графических
устройств вывода ЭВМ (ГОСТ 2.004-88 ЕСКД). Текст ПЗ печатается с количеством
знаков в строке 60-75, с межстрочным интервалом, позволяющим разместить 40±3
строк на странице. При компьютерном наборе печать производится шрифтом 13-14
пунктов. Высота строчных букв, не имеющих выступающих элементов, должна быть не
менее 2 мм. Разрешается использовать компьютерные возможности акцентирования
внимания на определениях, важных особенностях, применяя шрифты разной
гарнитуры, выделение с помощью рамок, разрядки, курсива, подчеркивания и пр.
Текст ПЗ можно излагать на русском или белорусском языках. Сокращение
русских и белорусских слов и словосочетаний в записке - по СТБ 7.12 - 94. В
тексте ПЗ, за исключением формул, таблиц и рисунков, не допускаетсяприменять:
математический знак минус (-) перед отрицательными значениями величин
(следует писать слово “минус”);
-
знак “ЖЖ” для обозначения диаметра (следует писать слово “диаметр”). В виде
исключения, при указании размера диаметра на чертежах, помещенных в тексте
документа, перед размерным числом следует писать знак “ЖЖ”;
без
числовых значений математические знаки, например > (больше), < (меньше),
= (равно), іі (больше или равно), ЈЈ (меньше или равно), №№ (не равно), а также
знаки № (номер), % (процент).
В
ПЗ следует применять стандартизованные единицы физических величин, их
наименования и обозначения в соответствии с ГОСТ 8.417-81.
Заголовкиследует
писать с абзацного отступа с прописной буквы без точки в конце, не подчеркивая.
Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. Перенос слов в
заголовках не допускается.
Разделы
должны иметь порядковые номера в пределах всей записки, обозначенные арабскими
цифрами без точки и записанные с абзацного отступа. Подразделы должны иметь
нумерацию в пределах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номеров
раздела и подраздела, разделенных точкой. В конце номера подраздела точки не
ставится. Разделы, как и подразделы, могут состоять из одного или нескольких
пунктов.
Страницы
нумеруются арабскими цифрами в правом верхнем углу, начиная с титульного листа,
соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту записки (ГОСТ 2.105-95), либо в
центре нижней части листа без точки (ГОСТ 7.32-2001). Номер страницы на
титульном листе, аннотации и задании не ставится.
Оформление
таблиц в ПЗ - по ГОСТ 2.105-95.
На
все таблицы должны быть даны ссылки в тексте ПЗ, при ссылке следует писать
“таблица” с указанием ее номера.
Таблицу,
в зависимости от ее размера, помещают под текстом, в котором впервые дана на
нее ссылка, или на следующей странице, а при необходимости - в приложении к
записке.
Список
использованных источников должен содержать перечень источников, использованных
при выполнении курсового или дипломного проекта. Источники располагаются в
порядке появления ссылок в тексте. Сведения об источниках должны даваться в
соответствии с требованиями ГОСТ 7.1-84, ГОСТ 7.12-93, ГОСТ 7.4-95, СТБ
7.12-2001, ГОСТ 7.82-2001, ГОСТ 7.83-2001.
В
ПЗ после аннотации помещают содержание, включающее номера и наименования
разделов и подразделов с указанием номеров страниц.
Слово
"Содержание" записывают
в виде заголовка (симметрично тексту) прописными буквами. Наименования,
включенные в содержание, записывают строчными буквами, начиная с прописной
буквы.
.2 Общие правила оформления технологических документов
Единая классификационная система обозначения изделий и их конструкторских
документов устанавливается ГОСТ 2.201-80.
Конструкторские документы сохраняют присвоенное им обозначение независимо
от того, в каких изделиях они применяются, причем эти обозначения записывают
без сокращений и изменений, за исключением случаев, предусмотренных ГОСТ
2.113-75. Если конструкторский документ выполнен на нескольких листах, его
обозначение должно быть указано на каждом листе.
Деталям, на которые не выпущены чертежи согласно ГОСТ 2.109-73,
присваиваются самостоятельные обозначения по общим правилам.
Согласно ГОСТ 2.201-80 структура обозначения изделия и основного
конструкторского документа должна быть следующей:
Четырехзначный буквенный код организации-разработчика назначается по
кодификатору организаций-разработчиков.
Код классификационной характеристики присваивают изделию и
конструкторскому документу в соответствии с классификатором ЕСКД.
Код характеристики документа расшифровывается следующим образом:
Порядковый регистрационный номер присваивают по классификационной
характеристике от 001 до 999 в пределах кода организации-разработчика или
организации, осуществляющей централизованное присвоение.
4.2.1 Правила выполнения основных конструкторских документов
Чертеж общего вида.Чертеж общего вида (по ГОСТ 2.119-73) должен давать сведении
о конструкции, взаимодействии составных частей, эксплуатационно-технической
характеристике проектируемого изделия и пояснять принцип его работы.
На чертеже общего вида должны быть:
а)изображены виды, разрезы и сечения изделия, нанесены надписиитекстоваячасть,необходимыедляпониманияконструктивногоустройства
изделия;
б)указанынаименования(есливозможно,то иобозначения)составных частей
изделия, для которых объясняется принцип работы, приводятся технические
характеристики, указывается материал, количество, и тех составных частей
изделия (например, органов управления), с помощью которых описывается принцип
работы изделия;
в) приведены необходимые размеры и, если требуется, схема (например,
кинематическая) изделия, техническая характеристика и технические требования.
Чертеж выполняется с максимальными упрощениями, предусмотренными ГОСТ
2.109-73 и другими стандартами.
Чертеж общего вида следует оформлять в соответствии с правилами,
установленными для разработки рабочих чертежей (в отношении расположения
номеров позиций, подписей, текста технических требований).
Габаритный чертеж.Габаритный чертеж следует выполнять с максимальными
упрощениями, но так, чтобы были видны крайние положения перемещающихся,
выдвигаемых или откладываемых частей, рычагов, кареток, крышек на петлях и т.п.
Число видов должно быть минимальным, но достаточным, чтобы дать
представление о внешних очертаниях изделия и его выступающих элементах.
На габаритном чертеже должны быть нанесены габаритные установочные и
присоединительные размеры, определяющие положение
выступающих частей, без указания того, что все эти размеры справочные.
Установочные и присоединительные размеры, необходимые для увязки с другими
изделиями, должны быть с предельными отклонениями.
Сборочный чертеж.Сборочный чертеж изделия должен быть выполнен с необходимым
количеством изображений (видов, разрезов, сечений и выносных элементов), дающих
полное представление о габаритах, конструкции, назначении и связи составных
частей, взаимодействии их в процессе работы.
Для полного удовлетворения этих требований согласно ГОСТ 2.102-68
необходимо выполнять, кроме сборочного чертежа, габаритный, монтажный и др.
чертежи.
Сборочный чертеж изделия должен содержать:
а)изображение сборочной единицы;
б)размеры с указанием предельных отклонений (и другие параметрыи
требования), которые проверяются при сборке;
в)сопряженные размеры с обозначением посадок (в местахустановки на валы и
в корпус зубчатых и червячных колес, звездочек,шкивов, подшипников, крышек,
втулок, муфт и т.д.);
д)номера позиций составных частей, входящих в изделие;
е)основные технические характеристики изделия;
ж)габаритные, установочные и присоединительные размеры, а
такженеобходимые справочные размеры;
з)технические требования к готовому изделию.
Чертежи деталей. Деталь должна быть изображена, как правило, в натуральную
величину. В зависимости от ее размеров и сложности может быть выбран масштаб
увеличения или уменьшения. Для выносных элементов следует использовать только
масштаб увеличения. При выполнении чертежей деталей следует ограничиться
минимальным количеством изображений (видов, разрезов, сечений). Правила
оформления чертежей типовых деталей: зубчатых и червячных колес, червяков,
звездочек, шкивов, валов приведены в соответствующих ГОСТах, ОСТах и т.д.
.2.2 Указание технических требований и технической характеристики
Технические требования (ТТ) и техническую характеристику (ТХ) помещают на
свободном поле чертежа над основной надписью в виде текстовой части. При
недостатке места их продолжают слева от основной надписи. Текст записывают
сверху вниз.
Пункты ТТ и ТХ должны иметь самостоятельную нумерацию. Каждый пункт
записывают с новой строки, причем строки должны быть не длиннее 185 мм. При
выполнении чертежа на двух листах и более ТТ и ТХ помещают только на первом
листе.
ТТ на чертеже детали следует приводить в соответствии с ГОСТ 2.316-68.
Заголовок "Технические требования" не пишут, если на чертеже помещены
только технические требования.
.2.3 Схемы
Схемы - конструкторские документы, на которых составные части изделия, их
взаимное расположение и связи между ними изображены условно, - позволяют
значительно быстрее (чем по чертежам) разобраться в принципе и
последовательности действия элементов того или иного устройства. Виды, типы и
общие требования к выполнению схем установлены ГОСТ 2.701-76.
Вид и тип схемы определяют ее наименование; например: схема электрическая
монтажная. Шифр схемы, входящий в состав ее обозначения, состоит из буквы (вид)
и цифры (тип) например: шифр схемы электрической принципиальной - ЭЗ.
Схемы выполняют без соблюдения масштаба на листах стандартного формата с
основной надписью по форме 1. При этом действительное пространственное
расположение составных частей изделия можно не учитывать. Элементы изделия
изображают в виде условных графических обозначений, устанавливаемых соответствующими
стандартами ЕСКД. Связь между ними показывают линиями связи, условно
представляющими собой валы, муфты, трубопроводы, кабели и т.п.
Схемы следует выполнять компактно, но не за счет ухудшения ясности и
удобства их чтения. Количество изломов и пересечений линий связи должно быть
минимальным. Элементы, составляющие отдельное устройство, на схеме выделяют
штрихпунктирными линиями с указанием наименований этого устройства.
Схемам присваивают обозначение соответствующего им изделия. После
обозначения следует записывать шифр схемы. Наименование схемы указывают в
основной надписи после наименования-изделия.
.2.4 Спецификация
Спецификацию - документ, определяющий состав изделия и всей
конструкторской документации, относящейся к этому изделию, - следует составлять
на отдельных листах формата А4 на каждую сборочную единицу, комплекс и
комплект. Заглавный лист оформляют по форме 1 с основной надписью по форме 2, а
последующие листы - по форме 1а с основной надписью по форме 2а (ГОСТ
2.104-68).
В зависимости от состава специфицируемого изделия спецификация может
состоять из разделов, которые следует располагать сверху вниз в такой
последовательности:
документация;
комплексы;
сборочные единицы;
детали;
стандартные изделия;
прочие изделия;
материалы;
комплекты.
5.Атомно-эмиссионный спектральный анализ
.1 Эмиссионный анализ. Общие положения
Цель практического эмиссионного спектрального анализа состоит в
качественном обнаружении, в полуколичественном или точном количественном
определении элементов в анализируемом веществе.
Методы спектрального анализа, как правило, просты, экспрессные, легко
поддаются механизации и автоматизации, т. е. они подходят для рутинных массовых
анализов. При использовании специальных методик пределы обнаружения отдельных
элементов, включая некоторые неметаллы, чрезвычайно низки, что делает эти
методики пригодными для определения микроколичеств примесей. Эти методы, за
исключением случаев, когда в наличии имеется лишь незначительное количество
пробы, являются практически неразрушающими, так как для анализа требуются
только малые количества материала образцов.
Точность спектрального анализа, в общем, удовлетворяет практическим
требованиям в большинстве случаев определения примесей и компонентов, за
исключением определения высоких концентраций основных компонентов сплавов.
Стоимость спектрального анализа низка, хотя первоначальные капиталовложения
достаточно высоки. Однако последние быстро окупаются вследствие высокой
производительности метода и низких требований к материалам и обслуживающему персоналу.
Спектральный анализ (за исключением некоторых особых случаев) не пригоден
для определения типов связей между элементами, т. е. вида соединений,
присутствующих в образце. Как и все инструментальные методы анализа,
количественный спектральный анализ основан на сравнительном исследовании
анализируемого образца и стандартных образцов известного состава.
Методы спектрального анализа основаны на использовании либо субъективных,
либо объективных методов измерения. Первая группа методов охватывает полуколичественный,
вторая-количественный анализ. Чрезвычайно важно знать принципы
спектрографических методов спектрального анализа.
При проведении спектрального анализа большую помощь оказывают таблицы,
содержащие соответствующие физические постоянные и спектроскопические константы
элементов и их наиболее важных соединений, а также таблицы для вспомогательных
расчетов и рабочие инструкции, необходимые при качественных и количественных
определениях.
.2 Атомно-эмиссионная спектроскопия. Общие полжения
Атомная эмиссионная спектроскопия (АЭС) - физический метод качественного
и количественного определения химического состава вещества, основанный на
получении и детектировании линейчатого спектра, испускаемого в процессе
излучательной релаксации электронов, которые претерпевают переход между
верхними возбужденными уровнями и более низкими и основным уровнями. Эти
электроны принадлежат внешним оболочкам атома и называются оптическими
электронами. Линейчатый эмиссионный спектр (далее - атомный эмиссионный спектр)
специфичен для каждого элемента, поэтому при надлежащем выборе определенной
линии и ее выделение с помощью диспергирующей системы можно определить
присутствие этого элемента и определить его концентрацию.
Анализатор является атомно-эмиссионным спектральным прибором, с лазерным
источником возбуждения спектров.
Принцип действия анализатора основан на зависимости интенсивности
спектральных линий атомного эмиссионного спектра от концентрации
соответствующего элемента в пробе.
Спектром принято называть распределение энергии (интенсивности) излучения
в зависимости от длины волны или частоты. Эмиссионные спектры получают
разложением излучения источников света на монохроматические составляющие
спектральными приборами и характеризуют функцией I= f(λ).В качестве источников эмиссионных
спектров, как правило, выступает газоразрядная плазма высокого давления (плазма
с локально установившемся термодинамическим равновесием).
В анализаторе источником атомных эмиссионных спектров служит плазма
вещества анализируемой пробы, образуемая в результате воздействия на вещество
мощных световых импульсов. Элементарными источниками эмиссионных спектров
являются атомы и ионы (ионизованные атомы) вещества в возбужденном состоянии.
Атомные эмиссионные спектры состоят из спектральных линий видимого,
ультрафиолетового и близкого инфракрасного диапазона. Разложение света на
монохроматические составляющие (диспергирование) в анализаторе осуществляется с
помощью дифракционного спектрографа с системой регистрации спектров цифровой
камерой (детектором) на базе матричного прибора (ПЗС).
Индикация режимов работы анализатором, обмен данными, архивирование
спектров и результатов анализа - осуществляется с помощью
программно-аппаратного комплекса, реализованного на базе ПК класса IBMPC.
Чувствительность и точность АЭС зависят главным образом от физических
характеристик источников возбуждения спектров - температуры, концентрации
электронов, времени пребывания атомов в зоне возбуждения спектров, стабильности
режима источника и т. д. Для решения конкретной аналитической задачи необходимо
выбрать подходящий источник излучения, добиться оптимизации его характеристик с
помощью различных приемов - использование инертной атмосферы, наложение
магнитного поля, введение специальных веществ, стабилизирующих температуру разряда,
степень ионизации атомов, диффузионные процессы на оптимальном уровне и т.д.
Ввиду многообразия взаимовлияющих факторов при этом часто используют методы
математического планирования экспериментов.
Основным преимуществом лазерных источников возбуждения является
возможность получения спектров как токопроводящих, так и нетокопроводящих
веществ и материалов. К тому же лазерные источники, в силу стабильности их
энергетических и пространственных характеристик, позволяют проводить послойный
анализ и анализ микровключений.
Основные области применения - анализ состава металлов и сплавов в
металлургии и машиностроении, исследование геологических образцов и
минерального сырья в горнодобывающей промышленности, анализ вод и почв в
экологии, анализ моторных масел и других технических жидкостей на примеси
металлов с целью диагностики состояния машин и механизмов.
.3 Основытеории спектрального анализа
.3.1 Качественный анализ
Качественный спектральный анализ решает две задачи:
определение наличия элемента в анализируемом образце и (или) установление всех
элементов, входящих в состав образца.
Метод решения этих задач на первый взгляд
представляется простым: на зарегистрированном спектре пробы, определить каким
элементам принадлежат обнаруженные в нем линии, и тем самым установить состав
пробы. Однако напрактике осуществление такого метода наталкивается на
определенные проблемы, которые, тем не менее, в большинстве случаев удается
преодолеть.
Первая проблема - это расположение спектральных линий
в широком спектральном интервале и различие в энергиях возбуждения линий, что
приводит к тому, что спектры всех элементов не всегда могут регистрироваться и
возбуждаться в одних и тех же режимах работы анализатора. Однако в большинстве
случаев характер образца известен заранее и необходимо определять в нем
несколько наперед заданных элементов, что часто позволяет сузить номенклатуру
необходимых исследований до разумных.
Вторая проблема состоит в том, что спектры могут
содержать огромное количество спектральных линий и осуществить полную
расшифровку спектра и идентификацию всех линий трудоемко даже с помощью
современных компьютеров. Эта проблема решается использованием последних линий
для анализа, в случае малых концентраций определяемого элемента или контрольных
линий, в случае, когда в силу каких-то причин последними линиями пользоваться
неудобно.
Последние линии - это такие линии определяемого
элемента, которые исчезают в последнюю очередь из спектра пробы при уменьшении
в ней концентрации данного элемента. Последние линии всех элементов хорошо
известны и часто приведены в приложениях таблиц и атласов спектральных линий.
Контрольные линии - это интенсивные линии элементов,
выбранные с точки зрения удобства регистрации, для определенного диапазона
концентраций элементов в пробе.
Для качественного анализа необходимо и достаточно
надежно установить присутствие в спектре одной линии определяемого элемента.
Таким образом, для полного анализа нужно разыскать лишь небольшое число линий в
спектре пробы, соответствующее числу определяемых элементов.
Когда результаты качественного анализа отрицательны в
том смысле, что интересующий нас элемент не обнаружен, то это означает лишь то,
что концентрация искомого элемента в пробе ниже минимально обнаружимой данным
методом концентрации. Иначе говоря, под отрицательным ответом подразумевается,
что содержание определяемого элемента лежит ниже порога чувствительности
метода. Таким образом, результаты качественного анализа имеют смысл лишь в том
случае, когда известна, хотя бы приближенно, чувствительность определений.
.3.2 Количественный анализ
Количественный спектральный анализ основан на том, что
интенсивности аналитических линий, как правило, монотонно возрастают с
увеличением содержания определяемого элемента в пробе. Теоретически рассчитать
связь между интенсивностью линии I и концентрацией элементаС практически
невозможно, так как эта связь зависит от большого числа факторов, не
поддающихся точной оценке. Это в первую очередь относится к процессам
образования плазмы и стабильности плазмы как источника излучения.
В большинстве случаев эту зависимость приходится
устанавливать опытным путем. Для этого применяют так называемые «эталоны» или
«стандартные образцы». Такими стандартными образцами служат пробы, близкие по
составу к анализируемой и имеющие заранее известное содержание определяемого
элемента. По измеренным интенсивностям аналитических линий в пробах, пользуясь
построенной кривой, графически определяют концентрации примесей. Из этого
следует, что спектральный анализ, по сути дела, является сравнительным методом
анализа: получение результатов возможно только путем сравнения интенсивности
спектральных линий пробы с интенсивностью тех же пиний стандартных образцов.
Результаты анализа могут быть надежны лишь в той степени, в какой надежны
применяемые эталоны.
.3.3 Полуколичественный метод анализа
Разграничение между количественным и
полуколичественным анализами, разумеется, чисто условно. Тем не менее, его
разумно придерживаться, так как существует целый ряд методов, в которых,
благодаря существенному снижению требований к точности результатов, удается
добиться крайней простоты приемов анализа, что дает возможность чрезвычайно
быстро и дешево получать оценочные значения. Иногда термином
«полуколичественный» характеризуют методы, дающие результаты анализа с
точностью до множителя от 1/3 до 3 от истинного содержания.
Так как в методическом отношении такие анализы
отличаются от точного количественного анализа, то это дает основание выделить
их в отдельную группу.
В отличии от количественного анализа, полуколичественный
анализ осуществляется не по калибровочным графикам а по интервальным
таблицам.Винтервальной таблице диапазону интенсивности присваивается
диапазонконцентрации.
.4 Анализатор лазерный элементного состава веществ и материалов LEA-S500.
.4.1 Назначение
Анализатор - предназначен для определения химического состава металлов,
сплавов, стекол, керамики, пластмасс, прессованных порошков, комбинированных и
композитных материалов, полезных ископаемых и других веществ и материалов;
обеспечивает измерение массовой доли химических элементов и их соединений
(окислов) в анализируемой пробе;
позволяет проводить анализ пробы в заданных точках (областях)
поверхности, выбираемых с помощью систем позиционирования и видеонаблюдения.
Анализатор применяется для качественного, полуколичественного и
количественного анализа элементного состава сырья, компонентов, добавок,
примесей, включений и т.д. на всех стадиях производства.
В качестве основного источника лазерного излучения в анализаторе
используется твердотельный частотный 2-импульсный лазер с модуляцией
добротности на AHr:Nd3+, генерирующий излучение с длиной
волны 1064 нм, с энергией импульса излучения 150 мДж, длительностью импульса 12
не, частота повторения сдвоенных импульсов 20 Гц.Для визуализации основного источника
лазерного излучения, настройки и регулировки в анализаторе используется
полупроводниковый лазер, работающий на длине волны 650 - 680 нм с постоянной
выходной мощностью 1 мВт.
- приборная стойка; 2 - система охлаждения лазера; 3 - блок питания
лазера; 4 - блок измерительный; 5 - рабочая камера; 6 - монитор; 7 -
клавиатура; 8 - мышь; 9 - системный блок компьютера.
- крышка откидная; 11 - винт крепления столика и фокусировки; 12 -
герметизирующая прокладка; 13 - столик; 14 - место установки пробы; 15, 15’ -
блокировка излучения.
Рисунок 5.2 -Общий вид рабочей камеры.
- всасывающий клапан системы очистки; 19 - коллектор;
- винты крепления коллектора; 21 - апертура лазера и системы
видеонаблюдения; 22 - рассеиватель; 23 - каретка; 24 - толкатели системы
позиционирования.
Рисунок 5.3-Вид рабочей камеры со снятым столиком.
.4.2 Технические характеристики
.4.2.1 Спектральные и оптические характеристики
|
Наименование параметра,
единица измерения
|
Номинальное значение
|
|
Фокусное расстояние
коллиматорного объектива спектрографа, мм
|
500
|
|
Дифракционная решетка,
штрихов/мм
|
1800
|
|
Линейная дисперсия на длине
волны блеска, нм/мм
|
1.0
|
|
Диапазон регистрируемых
длин волн спектров, нм
|
200-800
|
|
Спектральный диапазон,
единовременно регистрируемый детектором (цифровой камерой), при определенном
заданном положении дифракционной решетки - регион спектра, нм (диапазон
уменьшается с увеличением длины волны)
|
20-30
|
|
Спектральное разрешение,
нм/пиксель
|
0,028
|
|
Длина волны блеска, нм
|
270
|
|
Диапазон установки диаметра
пятна лазерного излучения на поверхности пробы, мм
|
0,2 - 1,2
|
|
Поле зрения системы
видеонаблюдения, мм х мм
|
1,2х1,2
|
|
Тип встроенного
технологического лазера
|
Полупроводниковый, 1мВт,
650-680 нм.
|
.4.2.2 Функциональные характеристики
|
Наименование параметра,
единица измеренияНоминальное значение
|
|
|
Допустимые габаритные
размеры анализируемых проб, мм
|
От 12х12х2 до 75х75х40
|
|
Диапазон перемещения пробы
(установленной на столике), осуществляемой системой позиционирования в двух
взаимно перпендикулярных («XY») направлениях, мм
|
±5
|
|
Шаг перемещения пробы,
осуществляемой системой позиционирования вдоль осей «XY», мкм
|
1
|
|
Среда рабочей камеры Среда
спектрографа
|
Воздух/разряженный воздух;
Воздух/аргон
|
|
Остаточное давление в
рабочей камере (в режиме откачки воздуха), мм.рт.ст
|
200
|
|
Время откачки воздуха из
рабочей камеры, с
|
30
|
.4.2.3 Тип и характеристики системы возбуждения атомных эмиссионных
спектров
|
Наименование параметра,
единица измерения
|
Номинальное значение
|
|
Тип системы
|
Лазерный
|
|
Тип лазера
|
Твердотельный АИГ:Nd3+частотный, 2-импульсный
|
|
Длина волны генерируемого
излучения, нм
|
1064
|
|
Средняя энергия импульса
излучения, мДж
|
80-150
|
|
Диапазон установки времени
задержки между двумя импульсами, мкс
|
От 0 до 20
|
|
Частота следования
сдвоенных импульсов излучения, Гц
|
20
|
|
Длительность импульса
излучения, нс
|
10-12
|
|
Система охлаждения лазера
|
Автономная (вода - воздух)
|
.4.2.4 Общие характеристики
|
Наименование параметра,
единица измеренияНоминальное значение
|
|
|
Электропитание
|
220В, 50Гц
|
|
Потребляемая мощность, Вт,
не более: - аппаратный модуль (анализ); - аппаратный модуль в режиме «StandBy»; - программно-аппаратный комплекс (персональный компьютер и его
периферия)
|
950 10 500
|
15
|
|
Время непрерывной работы,
ч., не менее
|
8
|
|
Габаритные размеры (без
компьютера), мм.
|
1100х550х750
|
|
Масса, кг.
|
120
|
.4.3 Принцип действия
Анализатор состоит из следующих основных частей: лазера; системы сбора,
передачи и пространственного разложения на монохроматические составляющие
оптического излучения - спектрографа; системы регистрации спектров (детектора)
- цифровой камеры; программно-аппаратного комплекса (ПАК) отображения, архивирования
спектров и результатов анализа.
.4.3.1 Лазер
В анализаторе применен частотный 2-х импульсный лазер с модуляцией
добротности на АИГ:Nd3+, генерирующий излучение с длиной
волны 1064нм.Работа лазера основана на получении стимулированного излучения в
активных элементах из кристаллов AHI:Nd3+при накачке излучением импульсной
ксеноновой лампы.
Для получения 2-х импульсного излучения применяется оптическая система
сведения импульсов от 2-х идентичных лазерных резонаторов. Специальная
конструкция позволяет одновременно производить оптическую накачку 2-хактивных
элементов одной импульсной лампой. Лампа и два активных элемента расположены в
отражателе из кварцевого стекла с диффузным отражающим покрытием. Отражатель
обеспечивает однородную засветку активных элементов и фильтрацию УФ части
излучения лампы накачки. Часть возбуждающего излучения, попадающая в полосы
поглощения ионов Nd3*, переводит последние в возбужденное
состояние, приводя тем самым к инверсной населенности. По достижении пороговой
инверсии лазер генерирует импульсы когерентного излучения.
Лазер используется в качестве импульсного источника энергии, и
предназначен для формирования в приповерхностной зоне пробы яркосветящейся
плазмы, спектральный состав излучения которой характеризует элементный
(атомный) состав вещества или материала.
По своей сути двухимпульсный режим генерации является инженерной
реализацией высокочастотного режима, при котором для пары импульсов реализуется
частота следования до 1 МГц.
Излучение от источника лазерного излучения с помощью оптической системы с
переменным фокусным расстоянием направляется на поверхность пробы. В результате
фокусировки короткого импульса лазерного излучения длительностью 10 не, с
энергией 80-150 мДж в пятно диаметром 0,2 - 1,2 мм на поверхности пробы может
быть получена плотность мощности лазерного излучения 0.7-50 ГВт/см2.
Лазер в анализаторе исполняет одновременно роль системы пробоотбора,
атомизации (распад молекул на атомы) вещества и возбуждения атомных эмиссионных
спектров, а в некоторых случаях, и роль системы подготовки пробы к анализу.
.4.3.2 Формирование плазмы
При поглощении веществом энергии лазерного импульса, происходит нагрев,
плавление и испарение нескольких микрограмм вещества. Под воздействием энергии
переднего фронта лазерного импульса в испаренном радиально разлетающемся облаке
вещества происходит образование области эрозионной плазмы. Движение частиц
вещества в эрозионной плазме происходит со сверхзвуковой скоростью, что создает
ударный фронт (зону повышенного давления) на границе плазма - воздух, который
становится препятствием разлету вещества с прежней скоростью. В результате на
границе плазма - воздух образуется область «уплотненной плазмы», которая
экранирует энергию продолжающего поступать центрального и заднего фронтов лазерного
импульса.
Экранированная энергия не достигает поверхности пробы, а частично
отражается, частично поглощается на границе плазма-воздух. Поглощенная на
границе энергия приводит к переходу электронов атомов в свободное состояние. В
результате экранирования приостанавливается процесс испарения вещества пробы.
Далее, эрозионная плазма вещества продолжает расширяться в объеме, создавая
разреженную атмосферу за фронтом своего расширения. С окончанием лазерного
импульса плазма быстро остывает.
Таким образом, при воздействии одиночного импульса лазерного излучения,
выброс плазмы осуществляется в сравнительно плотную воздушную среду,
характеризуемую атмосферным давлением и комнатной температурой (300 К). На
некотором расстоянии от поверхности пробы образуется уплотненное облако плазмы
(состоящее из эрозионной плазмы и плазмы воздуха), частично экранирующее
энергию лазерного импульса. В этом случае энергия лазерного импульса,
во-первых, не эффективно расходуется на развитие эрозионной плазмы, а
во-вторых, способствует высокому уровню сплошного спектра. Из-за этого плазма
находится в состоянии термодинамического равновесия непродолжительное время,
что часто не позволяет зарегистрировать эмиссионные спектры на фоне сплошного
спектра свечения плазмы. К тому же при таком развитии процесса аналитические
линии часто подвержены реабсорбции, что прежде всего связано с турбулентным (с
завихрениями)развитиемплазмы.
В отличие от развития плазмы первого импульса, развитие плазмы второго
импульса лазерного излучения, следующего через 5-15 мкс (задержка подбирается
экспериментальным путем), происходит в разогретых продуктах распада плазменного
образования от первого лазерного импульса и при пониженном атмосферном давлении
в приповерхностной области. Так же в зоне воздействия сохраняется остаточный
разогрев поверхности пробы, что увеличивает энергетическую эффективность
процесса плавления и испарение вещества. В таких условиях испаряемое вещество
не встречает сопротивление воздуха и развитие эрозионной плазмы носит
ламинарный характер, т.е. светящиеся пары распространяются прямолинейно, без
завихрений. При этом не образуется слой экранирующей эрозионной уплотненной
плазмы. Увеличивается энергетическая эффективность процесса, что ведет к
достижению плазмой температуры, при которой интенсивность свечения плазмы
становится независимой от температуры и, следовательно, менее чувствительной к
колебаниям условий эксперимента. Удлиняется стадия термодинамического
равновесия и, следовательно, интенсивность «полезного» свечения плазмы на фоне сплошного
спектра становится больше. Появляется возможность получения спектральных линий
элементов с большой энергией ионизации.
Перечисленные факторы, дают выигрыш в соотношении «сигнал/шум» при
регистрации спектра, снижают порог обнаружения, уменьшают случайную
составляющую погрешности. Ламинарный характер развития плазмы снижает
реабсорбцию линий.
.4.3.3 Спектрограф
Свет, излучаемый плазмой, до тех пор, пока атомы и ионы не вернуться к
невозбужденному состоянию, попадает в спектрограф.
Спектрограф выполняет функцию сбора электромагнитного излучения
(свечения) испущенного возбужденными атомами плазмы и пространственного
разложения его на монохроматические составляющие для регистрации распределения
интенсивности по длинам волн (получение атомного эмиссионного спектра).
- щель входная; 2 - затвор световой; 3 - зеркало сферическое, объектив
коллиматорный; 4 - решетка дифракционная; 5 - зеркало сферическое, объектив
цифровой камеры; 6 - детектор (цифровая камера).
Рисунок 5.4 -Схема спектрального канала.
Щель входная 1 расположена в фокусе зеркала сферического 3, совместно они
обеспечиваю параллельный ход лучей в световом пучке, падающем на решетку
дифракционную 4. Решетка дифракционная 4 осуществляет пространственное разложение
электромагнитного излучения на монохроматические составляющие. Зеркало
сферическое 5 строит монохроматические изображения щели входной 1 в свою
фокальной плоскости, в которую помещено входное окно системы регистрации 6.
Таким образом, в фокальной плоскости располагается дискретная или непрерывная
совокупность монохроматических изображений щелей.
Для изменения спектральных интервалов (регионов спектра), регистрируемых
детектором, решетка дифракционная 4 поворачивается вокруг оси, проходящей через
ее центр по направлению штрихов. Во избежание снижения разрешающей способности
одновременно с поворотом решетки дифракционной 4 согласовано поворачивается
щель входная 1. Таким образом, установка решетки дифракционной 4 в то или иное
положение, обеспечивает регистрацию того или иного спектрального региона.
Для анализатора, как прибора с матричным линейным детектором,наиболее
информативной характеристикой является линейная дисперсией Линейная дисперсия
характеризует линейное расстояние (измеренное в фокальной плоскости устройства)
между лучами близких длин волн - dl/dλ, и выражается в мм/нм и при
необходимости легко может быть переведена в единицы dλ. на пиксель, что и будет реально
характеризовать разрешающую способность прибора с цифровой камерой.
Линейная дисперсия дифракционной решетки функционально связана с
плотностью штрихов решетки и фокусным расстоянием объектива системы
регистрации. Чем больше число штрихов на миллиметр у решетки и больше фокусное
расстояние, тем более детально может быть исследован спектр по длинам волн.
Однако с ростом плотности штрихов соответственно увеличивается размер линейной
пространственной развертки, что при фиксированных габаритных размерах
анализатора уменьшает диапазон регистрируемых длин волн, а также сужает регион
(спектральный интервал одновременно регистрируемого спектра).
.4.3.4 Детектор - цифровая камера
Яркость свечения плазмы (мгновенная интенсивность спектральных линий) не
остается постоянной во времени, а изменяется от нуля до максимального своего
значения и снова до нуля в процессе формирования, свечения и распада плазмы. На
начальных и конечных стадиях жизни плазмыинтенсивность спектральных линий
соизмерима с непрерывным (сплошным) спектром, обязанным своим происхождением
свободным электронам. Логично было бы потребовать от системы регистрации
временное разрешение порядка 1 мкс, позволяющее измерять интенсивность спектра
в самый благоприятный момент. Однако систем с таким временным разрешением, при
цене соизмеримой со стоимостью всего анализатора, не дает существенного
выигрыша. Влияние паразитного сплошного спектра может быть практически
исключено проведением многократных измерений.
При импульсном характере процессов «лазер - плазма» обеспечивается
временная синхронизация цифровой камеры и лазера.
После получения команды съема изображения от лазера камера формирует
последовательность синхронизирующих импульсов.
Команда съема изображения запускает три группы последовательно включенных
счетчиков времени, генерирующих временные интервалы: «Задержка до накопления»,
«Накопление», «Задержка после накопления». Окончание формирования одного
интервала времени автоматически вызывает запуск следующего счетчика.
Окончание временного интервала «Задержка после накопления» устанавливает
триггер «Считывание» в логическую «1», по которому начинается процесс
считывания информации из ФППЗ. После окончания процесса считывания триггер
«Считывание» сбрасывается в логический «О». Далеепроцесс повторяется.
Камера работает в режиме полного вертикального биннинга - режим, в
котором происходит суммирование зарядовых пакетов всехфоточувствительных
элементов (пикселей) столбца ФППЗ всоответствующую ячейку сдвигового регистра с
последующим считыванием.
То есть, в каждой ячейке сдвигового регистра будет получена сумма
зарядовых пакетов фоточувствительных элементов (пикселей),составляющих полный
соответствующий столбец ФППЗ.
Результат считывания - одна строка с п элементами.
Режим полного вертикального биннинга позволяет использовать матричный
ФППЗ в качестве линейного. Направление считывания при этом параллельно
направлению штрихов решетки и соответственно направлению щели.
.4.3.5 Программно-аппаратный комплекс отображения, архивирования спектров
и результатов анализа
Программно-аппаратный комплекс (ПАК) отображения, архивирования спектров
и результатов анализа включает в себя ПК класса IBMPCи программное обеспечение ATILLA2.
Программное обеспечение ATILLA2
- предназначено для отображения режимов работы составных частей анализатора,
регистрации и архивирования результатов качественного, полуколичественного и
количественного анализа элементного состава различных веществ и материалов.
.4.4 Перечень возможных неисправностей
Перечень возможных неисправностей анализатора и способы их устранения
приведены в таблице 2.
Таблица 5.1
|
Обнаруженная неисправность
|
Возможная причина
|
Способ обнаружения
|
Способ устранения
|
|
При включении анализатора
нет звукового сигнала о включении.
|
Перегорел предохранитель.
|
Проверить сетевые
предохранители.
|
Заменить предохранители.
|
|
При запуске программного
обеспечения появляются сообщения об ошибке соединения с устройствами
|
Нарушена
связьмеждуотдельными составными частями
|
Проверить подключение
составных частей к сети и междуними
|
Переподключить составные
части анализатора
|
Заключение
В ходе прохождения производственной практики я ознакомился со структурной
организацией «Белорусский Государственный Университет Информатики и
Радиоэлектроники». Изучил основные направления работы, получил возможность
ознакомиться с новейшими разработками университета. Изучил основные принципы
атомной эмиссионной спектроскопии, Получил возможность ознакомиться с работой
анализатора лазерного элементного состава веществ и материалов LEA-S500.
Ознакомился с нормативно-техническими документами действующими в институте, в
частности, с правилами оформления конструкторской документации: графические
(чертежи, схемы, графики) и текстовые (спецификации, перечни элементов,
эксплуатационные инструкции, технические условия и т.д.), конструкторские
документы.
Производственная практика позволила закрепить знания, полученные на
протяжении обучения в университете.
Список использованных источников
белорусский университет конструкторская
разработка
1. Достанко
А.П., Емельянов В.А., Хмыль А.А. Методическое пособие по курсовому
проектированию по дисциплине «Технология РЭС и автоматизация производства» для
студентов специальности «Проектирование и производство РЭС». -Мн.: БГУИР, 1997.
-104с.
. Технология
производства ЭВМ / А.П. Достанко, М.И. Пикуль, А.А. Хмыль: Учеб. - Мн. Выш.
Школа, 2004 - 347с.
. Технология
деталей радиоэлектронной аппаратуры. Учеб.пособие для ВУЗов / С.Е.Ушакова, В.С.
Сергеев, А.В. Ключников, В.П. Привалов; Под ред. С.Е. Ушаковой. - М.: Радио и
связь, 2002. - 256с.
. Тявловский
М.Д., Хмыль А.А., Станишевский В.К. Технология деталей и периферийных устройств
ЭВА: Учеб.пособие для ВУЗов. Мн.: Выш. школа, 2001. - 256с.
. Технология
конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов
/ А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред. А.М. Дольского.
- М.: Машиностроение, 2005. - 448с.
. Русанов
А.К., Спектральный анализ руд и минералов. - М.: Госгеолиздат, 1948.
. Зайдель
А.Н., Основы спектральногоанализа, М., 1965
9. Прайс В.,
Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. - М.: Мир, 1976 г. , 356 с.
. ГОСТ
2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
. Сайт
http://www.bsuir.by/